5G物聯網、AI時代，促進了通信基站、服務器需求的不斷增長，對通信電源、服務器電源的性能要求日漸嚴苛，終端系統都在尋求更快的動態響應，更智能的控制環路和更簡化的外圍電路，從而提高性能和集成度。面對日益增長的性能需求，集成微控制器 (MCU)、通信外設和硬件環路外設等多種功能外設的數字電源控制器備受青睞。

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什么是數字電源？

數字電源，是以數字技術實現電源的控制，如電源電壓電流采樣(ADC)、環路運算(PID)、PWM輸出和故障保護。同時，MCU搭配PMBus、UART等通信外設，可以實現電源的在線監測、遠程控制、在線下載等功能。

相較于模擬電源，數字電源的集成度更高，而系統并不隨功能模塊的增加而復雜化，外圍器件較少，且不存在器件誤差、老化、溫度影響等問題，更有利于獲得穩定一致的控制參數，同時也更易于實現非線性控制，改善電源的瞬態響應能力。

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矽力杰高集成數字電源控制器

針對服務器電源、通信電源對高功率密度的要求，矽力杰推出了高集成度的數字電源控制器SQ51103。芯片集成有靈活、可配置的高速硬件環路外設，包括模擬前端外設(AFE)，數字PID和DPWM模塊，以實現多種隔離DC-DC電源與AC-DC電源的高速控制。同時，SQ51103包含62.5MHz的Cortex-M4的數字核，以及SAR ADC, PMBus/I2C, UART, Timer, PWM, Capture等多個通用外設，方便實現電源信號的監測和通信。

SQ51103

高集成數字電源控制器

高速硬件環路外設

◆ 3x 模擬前端: 15.6Msps 9bit EADC, 11bit DAC

◆3x 2p/2z 數字非線性PID

◆8x DPWM輸出

?250ps分辨率的脈寬調制

?4ns分辨率的周期調制

◆支持PWM, PFM和移相調制

◆6x高速模擬比較器

?參考電壓：8bit DAC

◆支持多種控制方式

?2路峰值電流控制(PCM)

?谷值控制(Valley)

?ZCD控制

?Bang-Bang控制

◆支持最大2MHz的開關頻率

MCU及通用外設

◆62.5MHz 32-Bit Cortex-M4數字核

◆支持浮點運算單元(FPU)

◆Dual Flash: 64kB+64kB

◆16kB SRAM (with ECC)

◆4kB PSRAM: 指令加速

◆7x通道, 12-bit, 1.0Msps, SAR ADC

◆1x PMBUS/I2C

◆1x UART

◆4x 32-bit timer

◆2x 通用PWM

◆1x捕獲單元(Capture)

◆22x GPIO

◆支持SWD調試功能

◆封裝: QFN-6x6-40

◆工作溫度: -40℃~125℃

SQ51103生態系統

矽力杰SQ51103配套完善的生態系統，包括應用文檔、SDK軟件包、EVB評估板、調試環境IDE、調試工具等，幫助客戶盡快熟悉SQ51103的開發工作，提高項目開發效率。

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多種控制模式

SQ51103內置可靈活配置的高速硬件外設，對其進行搭積木式的配置，可方便的實現多種電源拓撲的優化控制，可廣泛應用在服務器電源、通信基站電源、48V隔離磚模塊電源等場景。主要以下文四個典型應用為例：HSFB (硬開關全橋)占空比控制、HSFB峰值電流控制、LLC頻率控制和圖騰柱無橋PFC連續導通模式(CCM)控制。

HSFB占空比控制

將電壓環(PID0)、電流環(PID1)和三環取小模塊(Tri-Loop)進行組合，SQ51103可實現恒壓恒流(CVCC)控制。

通過對變壓器副邊繞組中點電壓的采樣，SQ51103可實現輸入電壓前饋控制(PID2)，進而改善輸入電壓跳變的動態響應。該方案采樣電路簡單，可以提高電源功率密度，有效降低成本。

HSFB峰值電流控制

SQ51103將電壓環(PID0)、諧波補償(Ramp2)、DAC2與高速比較器進行組合，可產生斬波信號(chop)，并作用于DPWM模塊，實現峰值電流控制。比較器的傳輸延遲和數字模塊的響應時間很短，峰值電流控制的效果良好。

LLC頻率控制

SQ51103將電壓環(PID0)輸出到DPWM模塊，控制輸出PWM的頻率，實現LLC諧振變換器的頻率控制。

為提高寬負載范圍的效率，器件的DPWM模塊可設置多模式自動切換功能，根據電壓環(PID0)輸出大小，在不同工作狀態下進行切換，如Burst模式/PWM模式 PFM模式PFM+副邊整流管導通時間固定模式。此外，SQ51103具備故障處理單元，可實現LLC拓撲的容性負載保護(COA)、逐周期的電流保護(CBC)，達成更安全、高效的LLC控制。

圖騰柱無橋PFC CCM控制

SQ51103在軟件高速中斷程序(ISR)中實現復雜的PFC電壓外環，后傳遞參數給硬件電流內環(EADC1,PID1), 完成PFC的CCM控制。

軟件電壓外環+硬件電流內環的方案，兼顧了PFC電壓外環控制的復雜、多樣性要求，和電流內環控制的實時性要求，控制效果優越。