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友尚推出ST STM32数字电源微控制器,让云端应用设计变得更节能环保

 2014-10-29

STM32F334整合高分辨率定时器等先进功能为数字功率转换应用带来高能效为推动数字经济成长的云端运算技术进一步提高能效。

 

现今的数字基础设施耗电量相当庞大。在全球大约286,000千兆瓦时(GWh)的年用电量中,仅数字中心一种产业就占据约1.3%。根据Uptime Institute机构的能源利用率(PUE,Power Usage Effectiveness)估算报告显示,在全球用电量中,只有大约40%的电力用于生产活动,而其余的电力主要是以热量的形式被损耗掉,甚至排除这些热量还需要使用大型昂贵的冷却系统(cooling systems)。随着云端运算企业和云端服务用户人数以高速度成长,业界预计该应用市场将会持续成长,提高基础设施的能效具有十分重要的意义。

 

根据Uptime Institute机构报告显示,计算机电源数字控制等电源管理技术可根据电源需求变化不断调整输出功率,有助于将数据中心的能效提高至60%以上。意法半导体的新微控制​​器在单一芯片上整合所有的主要电源控制功能,可简化数据中心向多相交错式或LLC谐振式柔切转换器(resonant soft-switching)等高能效数字电源的转型。STM32F334内建217ps(皮秒)的高分辨率定时器,确保组件的控制准确度领先市场,提高电源的能效,同时异步(asynchronous)快速反应为执行安全性提供保障。新产品将最大幅度地发挥数字电源的影响力,提高云端运算技术应用的能效,将全球日用电需求降低大约280千兆瓦时(GWh) [1],这相当于荷兰[2]整个国家的耗电量。

 

意法半导体微控制器产品部总经理Michel Buffa表示:「除整合STM32 F3系列数字马达驱动和太阳能逆变微控制器经市场验证的功能外,STM32F334数字电源系列微控制器还增加了高分辨率定时器等多项创新功能,使其成为业界最先进的数字电源微控制器。这些微控制器内部整合多功能引线、多路定时器输出、性能强大的CPU,高速通讯接口设备接口,可大幅简化复杂电源拓扑的数字控制过程,目标应用包括数据服务器、电信基础设施、无线充电站、照明系统、电焊机和工业电源市场。」

 

新款STM32F334数字电源系列是STM32产品家族的新产品,针脚和软件完全与入门级微控制器STM32F301(PWM分辨率为7ns)兼容,让开发人员在统一的开发平台上使用不同的STM32微控制器。为协助开发人员设计高性能数字电源应用,STM32F334数字电源系列还配有经市场验证的开发生态系统。

 

STM32F334数字电源系列微控制器已开始量产,采用LQFP64、LQFP48或LQFP32封装。

 

技术说明:

STM32F334微控制器拥有丰富的运算功能,这归功于支持DSP指令集且内建浮点单元(FPU,floating-point unit)的72MHz ARM® Cortex®-M4处理器内核。内核耦合内存(CCM-SRAM)具有程序加速(routine boost) 功能(90DMIPS相等于高于1​​00MHz的CPU频率),可加快控制循环或关键例行程序的执行速度。

 

基于217ps (皮秒)分辨率的模块架构,内部高分辨率定时器保证电压和温度稳定性,提供10余个独立的PWM输出,可控制有多个开关的电源转换器或多个并行转换器。217ps分辨率保证微控制器精准控制应用日益广泛的谐振式柔切转换器。对于这类LLC转换器,高分辨率可进一步让频率和相位调理变得更加精准,提高电压调整和瞬变电压管理性能。内部交叉互联总线架构使10个定时器输出控制变得简单且灵活。为控制电源开关优化的PWM控制器内建关断功能、停滞时间(dead-time)控制、同步支持和安全功能。透明和高分辨率特性可简化定时器设置,同样地,高分辨率定时器可设为4.6GHz的标准定时器。

 

除高分辨率定时器外,STM32F334专为数字电源控制优化的接口设备还包括:

  • 两个超高速5Msps(0.2µs)12位模拟数字转换器(ADC),采样时间最低21ns,用于电压电流同步测量。
  • 三个超高速比较器,从模拟输入到PWM输出,响应时间为25ns,有助于保证电源工作安全。
  • 三个模拟数字转换器(ADC)和一个内建增益的运算放大器
  • CAN、I²C (PMBus/SMBus)

 

此外,该微控制器还具有灵活的输入输出电路,输出端可连接任何类型的驱动器或逻辑电路,模拟或数字输入端可接收内部或外部故障讯号。

 

该微控制器拥有最新版的STM32Cube软件的全面支持:绘图用户接口的STM32CubeMX初始化C代码生成器可简化高分辨率定时器的执行和设置,STM32CubeF3嵌入式软件库包含简化STM32F334接口设备代码移植的硬件抽象层(HAL,Hardware Abstraction Layer)以及丰富的中间件。

 

现有的STM32F334开发板和开发生态系统:

  • 板载降压升压转换器的探索套件(32F3348DISCOVERY):
  • 500W数字开关式电源(DSMPS,Digital Switched-Mode Power Supply)评估板(STEVAL-ISA147V2):内建谐振型LLC DC/DC转换器和无半桥的功率因子校正器(PFC);
  • STM32Nucleo开放式平台NUCLEO-F334R8。

 

该系列微控制器还提供一个协助用户在各种电源拓扑中执行高分辨率定时器的应用摘要(AN4539),以及LED调光和LLC控制专题应用摘要。



[1] 全球2012年用电量约22000万亿瓦时,服务器集群用电量约286,000千瓦时,占全球总用电量约1.3%。 STM32F334将能源利用率从2.5降至1.6,相当于数据中心每天可节省大约281千瓦时。

[2] http://yearbook.enerdata.net/world-electricity-production-map-graph-and-data.html. 荷兰的年发电量是101万亿瓦时,折合成日发电量约275千瓦时。

【展示板照片】

展示板照片(正面)

【线路图】

线路图