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ST 意法半導體推出STM32數位電源微控制器,讓雲端應用設計變得更節能環保

 2014-08-15

 

STM32F334整合高分辨率定時器等先進功能為數位功率轉換應用帶來高能效

 

 

橫跨多重電子應用領域、全球半導體供應商意法半導體(STMicroelectronics,簡稱ST;)推出最新的數位電源微控制器(STM32F334) ,為推動數位經濟成長的雲端運算技術進一步提高能效。

 

 

 

現今的數位基礎設施耗電量相當龐大。在全球大約286,000千兆瓦時(GWh)的年用電量中,僅數位中心一種產業就佔據約1.3%。根據Uptime Institute機構的能源利用率(PUE,Power Usage Effectiveness)估算報告顯示,在全球用電量中,只有大約40%的電力用於生產活動,而其餘的電力主要是以熱量的形式被損耗掉,甚至排除這些熱量還需要使用大型昂貴的冷卻系統(cooling systems)。隨著雲端運算企業和雲端服務用戶人數以高速度成長,業界預計該應用市場將會持續成長,提高基礎設施的能效具有十分重要的意義。

 

根據Uptime Institute機構報告顯示,電腦電源數位控制等電源管理技術可根據電源需求變化不斷調整輸出功率,有助於將數據中心的能效提高至60%以上。意法半導體的新微控制​​器在單一晶片上整合所有的主要電源控制功能,可簡化數據中心向多相交錯式或LLC諧振式柔切轉換器(resonant soft-switching)等高能效數位電源的轉型。STM32F334內建217ps(皮秒)的高分辨率定時器,確保元件的控制準確度領先市場,提高電源的能效,同時異步(asynchronous)快速反應為執行安全性提供保障。新產品將最大幅度地發揮數位電源的影響力,提高雲端運算技術應用的能效,將全球日用電需求降低大約280千兆瓦時(GWh) [1],這相當於荷蘭[2]整個國家的耗電量。

 

意法半導體微控制器產品部總經理Michel Buffa表示:「除整合STM32 F3系列數位馬達驅動和太陽能逆變微控制器經市場驗證的功能外,STM32F334數位電源系列微控制器還增加了高分辨率定時器等多項創新功能,使其成為業界最先進的數位電源微控制器。這些微控制器內部整合多功能引線、多路定時器輸出、性能強大的CPU,高速通訊周邊設備介面,可大幅簡化複雜電源拓撲的數位控制過程,目標應用包括數據伺服器、電信基礎設施、無線充電站、照明系統、電焊機和工業電源市場。」

 

新款STM32F334數位電源系列是STM32產品家族的新產品,針腳和軟體完全與入門級微控制器STM32F301(PWM分辨率為7ns)相容,讓開發人員在統一的開發平台上使用不同的STM32微控制器。為協助開發人員設計高性能數位電源應用,STM32F334數位電源系列還配有經市場驗證的開發生態系統。

 

STM32F334數位電源系列微控制器已開始量產,採用LQFP64、LQFP48或LQFP32封裝。

 

技術說明:

STM32F334微控制器擁有豐富的運算功能,這歸功於支援DSP指令集且內建浮點單元(FPU,floating-point unit)的72MHz ARM® Cortex®-M4處理器內核。內核耦合記憶體(CCM-SRAM)具有程式加速(routine boost) 功能(90DMIPS相等於高於1​​00MHz的CPU頻率),可加快控制循環或關鍵例行程式的執行速度。

 

基於217ps (皮秒)分辨率的模組架構,內部高分辨率定時器保證電壓和溫度穩定性,提供10餘個獨立的PWM輸出,可控制有多個開關的電源轉換器或多個平行轉換器。217ps分辨率保證微控制器精準控制應用日益廣泛的諧振式柔切轉換器。對於這類LLC轉換器,高分辨率可進一步讓頻率和相位調理變得更加精準,提高電壓調整和瞬變電壓管理性能。內部交叉互聯總線架構使10個定時器輸出控制變得簡單且靈活。為控制電源開關最佳化的PWM控制器內建關斷功能、停滯時間(dead-time)控制、同步支援和安全功能。透明和高分辨率特性可簡化定時器設置,同樣地,高分辨率定時器可設為4.6GHz的標準定時器。

 

除高分辨率定時器外,STM32F334專為數位電源控製最佳化的周邊設備還包括:

  • · 兩個超高速5Msps(0.2µs)12位元類比數位轉換器(ADC),採樣時間最低21ns,用於電壓電流同步測量。
  • · 三個超高速比較器,從類比輸入到PWM輸出,響應時間為25ns,有助於保證電源工作安全。
  • · 三個類比數位轉換器(ADC)和一個內建增益的運算放大器
  • · CAN、I²C (PMBus/SMBus)

 

此外,該微控制器還具有靈活的輸入輸出電路,輸出端可連接任何類型的驅動器或邏輯電路,類比或數位輸入端可接收內部或外部故障訊號。

 

該微控制器擁有最新版的STM32Cube軟體的全面支援:繪圖用戶介面的STM32CubeMX初始化C代碼生成器可簡化高分辨率定時器的執行和設置,STM32CubeF3嵌入式軟體庫包含簡化STM32F334周邊設備代碼移植的硬體抽象層(HAL,Hardware Abstraction Layer)以及豐富的中介軟體。

 

現有的STM32F334開發板和開發生態系統:

  • · 板載降壓升壓轉換器的探索套件(32F3348DISCOVERY):
  • · 500W數位開關式電源(DSMPS,Digital Switched-Mode Power Supply)評估板(STEVAL-ISA147V2):內建諧振型LLC DC/DC轉換器和無半橋的功率因數校正器(PFC);
  • · STM32Nucleo開放式平台NUCLEO-F334R8。

 

該系列微控制器還提供一個協助用戶在各種電源拓撲中執行高分辨率定時器的應用摘要(AN4539),以及LED調光和LLC控制專題應用摘要。

 

 

關於意法半導體

意法半導體(STMicroelectronics;ST)是全球半導體解決方案供應商,為感測及功率技術與多媒體融合應用領域提供創新的解決方案。從能源管理和節能技術,到數位信任和資料安全,從醫療健身設備,到智慧型消費性電子,從家電、汽車,到辦公設備,從工作到娛樂,意法半導體的微電子元件技術無所不在,在豐富人們的生活方面發揮著積極、創新的作用。意法半導體代表著科技帶動智慧生活(life.augmented)的理念。詳情請瀏覽意法半導體公司網站www.st.com。 



[1] 全球2012年用電量約22000萬億瓦時,伺服器集群用電量約286,000千瓦時,佔全球總用電量約1.3%。 STM32F334將能源利用率從2.5降至1.6,相當於數據中心每天可節省大約281千瓦時。

[2] http://yearbook.enerdata.net/world-electricity-production-map-graph-and-data.html. 荷蘭的年發電量是101萬億瓦時,折合成日發電量約275千瓦時。