傳統的微控制器，受成本和功耗等因素的限制，很難在50W?1kW級電源中實際應用數字控制技術。ROHM的LogiCoA?通過采用混合型且基于事件驅動的設計，成功攻克了這一難題。而且，該產品還具備校準功能、日志采集功能及軟件靈活性，可實現高效且可擴展的電源解決方案。

前言

電力電子領域正經歷著日新月異的發展，對更智能、更高效且可擴展的電源解決方案的需求與日俱增。數字控制是滿足這些需求的有效手段，但傳統的微控制器因成本和功耗等方面的問題，一直很難在50W?1kW的中小功率范圍得到廣泛應用。因此，這一范圍仍以模擬控制為主，這雖然有成本低、功耗低的優點，但在功能方面還存在局限性。 本文將介紹ROHM的Logic and Control Architecture（LogiCoA?）是如何攻克這一長期存在的技術難題的。通過將模擬技術的高效性與數字技術的靈活性融合在一起，LogiCoA?使得在工業設備主流市場實現高級數字控制成為現實。在接下來的內容中，我們將詳細闡述現有解決方案的局限性、LogiCoA?混合方案及其在成本效益、性能表現及設計靈活性方面開創的新可能性。

在50W?1kW電源轉換器中應用數字控制所面臨的挑戰

數字控制電源用的微控制器本身并非新技術，很多半導體制造商早已開始提供相關解決方案，并已應用在各種應用場景中。然而，LogiCoA?之所以與眾不同，在于它針對傳統微控制器無法解決的根本問題采取了創新性的解決方法。 一直以來的課題是現有的數字控制微控制器不僅價格高，功耗也很大。因此，目前其主要用途僅限于超過1kW的大功率工業電源系統領域，而在50W?1kW的中小功率范圍（主流市場）仍難以普及。

圖1：工業設備電源系統中的功率控制方式細分

在中小功率電源系統中，對數字控制電源特有的高級功能的應用需求非常強烈。然而，受成本和功耗等問題的影響，數字控制電源的導入仍處于審慎推進階段。

圖2：模擬控制依賴于低成本、低功耗的獨立元器件，在功能方面卻存在局限性。而數字控制雖能實現高級功能，但因需要高速微控制器而導致成本和功耗更高

表1：模擬控制電源與數字控制電源的特點比較

PWM控制回路的結構創新

針對傳統數字控制電源用的微控制器在成本和功耗方面存在的課題，LogiCoA?通過采用模數混合技術成功解決了這一課題。
在常規的數字控制電源中，通常采用A-D轉換器和CPU/DSP來構建PWM控制回路。為將該控制回路內的延遲時間控制得更小，高速A-D轉換器及高性能CPU/DSP是必不可少的器件。 然而，這正是導致成本高和功耗大的主要原因。

圖3：采用了LogiCoA?的電源系統的結構

PWM控制的處理由內置比較器和定時器構成的模數PWM控制電路執行。通過將模擬補償電路輸入的模擬信號作為觸發來驅動高分辨率定時器，無需經由CPU即可對PWM信號的占空比進行逐時鐘周期控制。像這樣以模擬補償電路的信號輸入作為觸發條件來啟動控制的方式，被稱為“事件驅動”。 優化PWM控制回路的結構所取得的效果非常好，與采用傳統數字控制用微控制器的方案相比，成本可降低至約1/3?1/4，功耗可降至約1/30。這一突破性進展使得中小功率范圍（50W～1kW）的工業設備也得以實際應用數字控制技術。

配備日志功能和校準功能

LogiCoA?芯片內部內置了CPU，采用的是ROHM自有的設計方法——將CPU從實時PWM控制回路的運算中剝離出來。CPU在后臺運行，基于用戶自定義的軟件例程處理電源啟停、輸入輸出監控、電流檢測以及外部通信管理等任務。利用該架構，可提高效率，并可實現數字控制電源特有的高級功能。
其首要優勢在于靈活性——通過變更軟件即可適配各種電源拓撲。通常而言，模擬控制電源IC僅適配特定的拓撲，電源制造商需要為不同的應用場景準備大量不同型號的產品，而這會導致庫存管理負擔加重。不過，通過使用LogiCoA?，僅用1枚器件即可適配多種拓撲，可大大緩解庫存管理壓力。

圖4：利用控制用的PC對LogiCoA? MCU采集的日志數據進行分析，可監控應用產品及電源單元的運行情況

其另一重要特點是通過校準功能可對電路元器件進行精細調節。電源系統中使用的IC、功率元器件、變壓器等電路元器件，特性值通常會存在一定波動。因此，在電路設計中需要針對各元器件的額定值預留充分的裕度，而這會導致產品的體積變大，并需要具備更高的耐壓能力，從而造成電源系統整體的尺寸和成本增加。 然而，通過利用LogiCoA?的校準功能，可以糾正這些波動，將誤差幅度控制在更小范圍內，從而可實現電源系統的小型化并降低成本。

ROHM RMOS的實時功率控制

LogiCoA?的軟件部分由ROHM自主研發的實時OS“RMOS（Real-time Micro Operating System）”提供支持，并免費向用戶開放。RMOS支持兩組“狀態轉換控制模塊”，可同時控制PFC電路和DC-DC轉換器，也可同時控制兩個DC-DC轉換器。 為便于用戶開發，ROHM還提供適配多種拓撲的示例代碼，可通過基于Excel的工具輕松設置運行參數。

總結

LogiCoA?架構是數字控制電源設計領域的一項重大突破性技術。通過將實時PWM控制交由模數混合電路處理，使CPU資源得以專注于后臺處理，從而在不影響功能性的前提下，大大降低成本和功耗。 而且，通過拓撲重構功能、校準和日志采集等功能，可同時實現系統性能提升、設計簡化以及產品的小型化。

圖5：LogiCoA?解決方案由核心的LogiCoA? MCU以及根據電源拓撲配置的ROHM各種元器件構成。通過與ROHM的實時操作系統“RMOS”及全球化專屬支持體系相結合，LogiCoA?為50W?1kW這一重要功率范圍開辟了數字控制全新實用路徑。這種混合式方法彌合了模擬控制與數字控制之間的鴻溝，為可擴展、高效率且智能化的電源管理樹立了新標準