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利用MCU的内部振荡器为电源增加智能控制

时间：2008-01-18 10:44:00

关键字： MCU 智能控制电源振荡器

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[导读]通过使传统开关电源MOSFET驱动器输出无效的关断输入翻转，脉宽调制(PWM)技术可被用来控制电源的工作时间，即缓慢地从0%到100%增加电源的工作时间(图1)。该方法允许灵活的“软启动”，以避免开关电源启动时通常出现的大浪涌电流。

传统上，开关电源(SMPS)是用一个基本的模拟控制环路来实现的。但数字信号控制器(DSC)技术的最新发展使得采用全数字控制机制的设计变得非常实用和经济。但是，预计全数字控制技术将最初应用在高端产品中，因为在高端产品中，该技术的好处非常明显和直接。

然而，许多模拟电源应用也能从即使最小、最便宜的微控制器(MCU)所提供的可配置能力和智能中获得很多好处。实际上，在电源中最少可能有4个独立的数字控制阶段，它们是开/关控制、比例控制配置、控制数字反馈或全数字控制。其中开/关控制阶段具有一些令人注目的优势。

通过使传统开关电源MOSFET驱动器输出无效的关断输入翻转，脉宽调制(PWM)技术可被用来控制电源的工作时间，即缓慢地从0%到100%增加电源的工作时间(图1)。该方法允许灵活的“软启动”，以避免开关电源启动时通常出现的大浪涌电流。

即使最小的MCU也具有最少4个通用I/O端口以及比应用需求大得多的计算能力，因此可将该概念直接扩展至2个或更多输出。这种机制支持同时控制多个开关稳压器，从而使输出序列非常精确。另外，如果MCU带有片上比较器和电压基准，那么它们就能有效地实现欠压锁闭或执行跟踪，以确保两个输出以相同的斜率上升。

图1：在模拟开关电源(a)中增加一个很小的廉价微处理器，便能使之具有PWM功能以执行“软启动”。

另一个为电源增加智能的相对简单的方法是利用MCU的内部振荡器(4MHz)。该振荡器可被用作开关稳压器的PWM生成器的时钟源，例如Microchip公司的高速PWM控制器MCP1630(图2)。

图2：设计工程师可以利用MCU时钟输出作为升压电路的输入源。

在这个例子中，MCU的时钟输出(通常除以4，以得到1MHz的参考时钟)接至PWM生成器的振荡输入。或者，如果MCU带有片上PWM端口，它便能用作开关稳压器PWM的输入源，从而更好地控制占空比和频率。

图3：通过这种方式对内部振荡器进行失谐处理，电源的能量能在一个很宽范围内展开，从而将单一频率的发射能量降低20dB。

MCU的内部振荡器通常是有温度补偿的RC电路，且一般在出厂时进行了初始默认校准。但设计工程师可利用MCU振荡器的校准寄存器(OSCAL)，通过软件随时调节振荡器频率。该功能有助于满足FCC和其它管理机构强制规定的辐射要求。

通过利用简单的伪随机序列改变OSCAL设置，电源频率能在从约600kHz到1.2MHz间变化。若采用线性反馈移位寄存器，只需几行代码就能很容易地实现随机数生成器。这种广为人知的技术只需对8位MCU进行很少的编程工作。通过这种方式对内部振荡器进行失谐处理，电源的能量能在一个很宽范围内展开，从而将单一频率的发射能量降低20dB(图3)。