數(shù)字電源控制器高速PWM更新模式探討

dsPIC33CH/dsPIC33CK系列數(shù)字電源控制器芯片，在目前諸多典型應(yīng)用中都得到了廣泛使用。在閉環(huán)控制中，尤其是電壓模式控制中，對PWM數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行實時更新是必要的一個動作，本文主要就這一話題做一些分析和討論。

一.PWM DATA緩存寄存器功能的說明

所謂PWM模塊的BUFFER寄存器，就是PWM模塊在以當(dāng)前寄存器值運行時，允許其SFR特殊功能寄存器值進(jìn)行改寫，這些值先緩存在寄存器中，在后續(xù)的某一個時刻會應(yīng)用在PWM模塊的輸出中。在芯片中允許進(jìn)行BUFFER的寄存器及寄存器位如圖1所示。

圖1 具有BUFFER的PWM數(shù)據(jù)寄存器

從上圖來看，具有BUFFER的寄存器包括常見的周期，相位，占空比，觸發(fā)點，TRIGA,TRIGB,TRIGC等，也包含死區(qū)，交換功能，軟件改寫值位及使能位等。

二.PWM數(shù)據(jù)寄存器的更新模式及寄存器說明

數(shù)據(jù)更新的方式有哪些呢？具體說來，包含三種典型的方式，它們都可以事先用PWM模塊來指定其更新方式。

首先，PWM模塊可以允許在下一個周期初始時刻，將PWM寄存器的數(shù)據(jù)緩存值加載到PWM的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器中，這種方式較為簡單明了。其次，PWM數(shù)據(jù)寄存器的值也可以被要求立即生效，這就是所謂的立即更新方式，這種情況會復(fù)雜一些，后面我們會詳細(xì)描述這種更新方式涉及到的一些問題。最后，PWM數(shù)據(jù)寄存器的緩存值可以被HOLD OFF在緩存中，而等待外部事件去驅(qū)動一個更新動作，這個外部事件可以是其它PWM模塊的更新動作。

圖2 PWM數(shù)據(jù)更新模式相關(guān)寄存器說明1

圖3 PWM數(shù)據(jù)更新模式相關(guān)寄存器說明2

圖4 PWM數(shù)據(jù)更新模式相關(guān)寄存器說明3

圖5 PWM數(shù)據(jù)更新模式相關(guān)寄存器說明4

涉及到PWM數(shù)據(jù)更新的問題，有三個寄存器位不得不提，那就是UPDMOD,UPDATE bit及UPDREQ bit,如圖2，3，4，5所示。

UPDMOD控制位決定了寄存器的更新模式，分為立即更新和SOC更新，及Client的立即更新和Client的SOC更新，后續(xù)我們會詳細(xì)說明。

UPDATE bit的值可以讓用戶看到PWM數(shù)據(jù)更新處于什么狀態(tài)，例如，UPDATE=0時，說明PWM數(shù)據(jù)更新已經(jīng)結(jié)束，此時可以允許用戶寫入新的PWM寄存器值，從而開啟新一次的更新，而UPDATE=1時，說明PWM數(shù)據(jù)更新正在Pending，此時用戶不能寫入新的PWM寄存器值，只能等硬件對UPDTAE清零后才能允許下一次的更新。

UPDREQ bit是允許用戶寫入1，寫入1表示PWM模塊鎖定了寫入的PWM寄存器新值，此時用戶不能再改變PWM寄存器的值，一直到PWM更新結(jié)束后硬件清零了這個位。注意，UPDREQ bit讀取的值永遠(yuǎn)為0.

圖6 自動更新PWM數(shù)據(jù)寄存器說明1

圖7 自動更新PWM數(shù)據(jù)寄存器說明2

默認(rèn)狀態(tài)下，用戶必須要在UPDREQ中寫1才能允許PWM寄存器更新，但是在實際的使用中，往往希望能夠減小CPU的負(fù)擔(dān)，所以使用自動更新的方式，那么，觸發(fā)自動更新的動作，用戶可以根據(jù)需要設(shè)定，如圖6，7寄存器設(shè)置位UPDREQ.

PGxDC是通常使用的寄存器更新的觸發(fā)方式，一旦寫入PGxDC寄存器值就認(rèn)為PWM模塊設(shè)置了更新命令。在變相位應(yīng)用中，可以使用PGxTRIGA，PGxPHASE等進(jìn)行觸發(fā)更新設(shè)置。值得注意的是，這里被選擇作為觸發(fā)更新的寄存器一定要是最后一個更新的寄存器，更新了這個寄存器就認(rèn)為所有寄存器都進(jìn)行了值的更改。

三．同步多個PWM產(chǎn)生器的BUFFER更新

dsPIC33CH/dsPIC33CK中允許不同的PWM產(chǎn)生同步更新數(shù)據(jù)BUFFER寄存器，具體而言，采用對MSTEN bit進(jìn)行設(shè)置，MSTEN設(shè)置為1，則允許當(dāng)前PWM產(chǎn)生器對其它PWM產(chǎn)生器進(jìn)行廣播更新要求及SOC信號，其UPDREQ和UPDATE bit可以廣播給其它的PWM產(chǎn)生器。

如果其它的PWM產(chǎn)生器，也設(shè)置為了合適的接收模式，可參考圖7所示表格，那么一旦它接收到了主PWM產(chǎn)生的更新信號，則它會將Local 自己PWM產(chǎn)生器的UPDREQ位設(shè)置為1，UPDATE位也會變?yōu)?/span>1.當(dāng)Local PWM產(chǎn)生器進(jìn)行了更新之后，UPDATE位自動被硬件清零。

圖8 PWM數(shù)據(jù)更新模式分類

圖8中給出了幾種PWM數(shù)據(jù)的模式，其中SOC更新和立即更新是針對獨立的PWM產(chǎn)生而言。Slaved SOC更新和Slaved立即更新是針對處于slave狀態(tài)的PWM產(chǎn)生器接收主PWM更新信號后的PWM更新模式。

圖9 PWM數(shù)據(jù)寄存器更新的注意事項

在圖8所示的更新模式中，一個值得注意的地方，我們放在圖9所示，針對SOC更新，UPDREQ的置位時刻需要和下一個PWM周期的邊界保持一定的時間間隔，這樣才能使得更新生效，否則數(shù)據(jù)更新將會被delay到接下來的一個PWM周期中。

圖10 PWM定時周期和PWM數(shù)據(jù)更新的關(guān)系

由于PWM的運行模式及I/O輸出模式會導(dǎo)致每一個PWM周期由不同個數(shù)的PWM定時器周期組成，那么在數(shù)據(jù)更新上也會有一定的區(qū)別，如圖10所示，給出了不同PWM模式下的對應(yīng)的PWM定時器周期個數(shù)，及定時器周期中斷和數(shù)據(jù)寄存器更新的個數(shù)。

四．立即更新模式討論

有些時候，為了PWM下達(dá)更新命令后盡可能快的去應(yīng)用這個更新，那么可以選擇立即更新模式，以避免不希望的事情在期間發(fā)生。

當(dāng)進(jìn)行PWM周期PGxPER更新時，這個更新會立即生效，但是，當(dāng)需要更新的新的周期值小于現(xiàn)有周期PGxPER時，需要注意一下。存在一種情況，如果PWM定時器計時已經(jīng)超過了這個新的變小的PGxPER，那么定時計數(shù)器就會計時到0xFFFF,然后Rollover,這必然會造成一個長的周期。遇到這種情況，一個比較安全的方式，是捕捉到發(fā)生更新的PWM時基值，然后寫入一個安全的最小的PWM周期。

圖11 對占空比的立即更新

對占空比的立即更新，有兩種情況需要說明。一種情況是，更新命令發(fā)生時，PWM脈沖寬度已經(jīng)結(jié)束，那么這個立即更新會延時到下一個周期生效。

另外一種情況是，新的脈沖較小，PWM計時周期已經(jīng)超過了它，而此時發(fā)生了PWM立即更新命令，那么PWM的下降沿會消失，所以產(chǎn)生一個100%占空比的當(dāng)前PWM周期。

當(dāng)進(jìn)行相位更新時，新的PWM正在進(jìn)行，若新的PWM相位大于現(xiàn)有的PWM相位，則PWM相位更新立即生效。

特殊的情況需要注意，當(dāng)相位偏移減小或者脈寬變長時，如果需要立即更新，則最好對PWM發(fā)生更新的時基捕捉，然后去更新占空比和相位，一個安全的相位可以寫入。

當(dāng)新的相位小于現(xiàn)有相位時，而PWM計時定時器已經(jīng)超過了這個新相位，那么在當(dāng)前PWM周期中，會產(chǎn)生占空比為0%的周期。

五．PWM死區(qū)的更新的簡單討論

如果在PWM波形中，死區(qū)正在進(jìn)行，如果針對死區(qū)需要立即更新，那么死區(qū)時間在更新后將會加長。這是因為若死區(qū)未結(jié)束時，死區(qū)計數(shù)器會在立即更新后重新裝載，那么就會變?yōu)楦L的死區(qū)。不過，在下一個周期中會變?yōu)楦潞蟮恼Ｋ绤^(qū)。