利用MCU的內(nèi)部振蕩器為電源增加智能控制

傳統(tǒng)上，開關(guān)電源(SMPS)是用一個基本的模擬控制環(huán)路來實現(xiàn)的。但數(shù)字信號控制器(DSC)技術(shù)的最新發(fā)展使得采用全數(shù)字控制機(jī)制的設(shè)計變得非常實用和經(jīng)濟(jì)。但是，預(yù)計全數(shù)字控制技術(shù)將最初應(yīng)用在高端產(chǎn)品中，因為在高端產(chǎn)品中，該技術(shù)的好處非常明顯和直接。

然而，許多模擬電源應(yīng)用也能從即使最小、最便宜的微控制器(MCU)所提供的可配置能力和智能中獲得很多好處。實際上，在電源中最少可能有4個獨立的數(shù)字控制階段，它們是開/關(guān)控制、比例控制配置、控制數(shù)字反饋或全數(shù)字控制。其中開/關(guān)控制階段具有一些令人注目的優(yōu)勢。

通過使傳統(tǒng)開關(guān)電源MOSFET驅(qū)動器輸出無效的關(guān)斷輸入翻轉(zhuǎn)，脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)可被用來控制電源的工作時間，即緩慢地從0%到100%增加電源的工作時間(圖1)。該方法允許靈活的“軟啟動”，以避免開關(guān)電源啟動時通常出現(xiàn)的大浪涌電流。

即使最小的MCU也具有最少4個通用I/O端口以及比應(yīng)用需求大得多的計算能力，因此可將該概念直接擴(kuò)展至2個或更多輸出。這種機(jī)制支持同時控制多個開關(guān)穩(wěn)壓器，從而使輸出序列非常精確。另外，如果MCU帶有片上比較器和電壓基準(zhǔn)，那么它們就能有效地實現(xiàn)欠壓鎖閉或執(zhí)行跟蹤，以確保兩個輸出以相同的斜率上升。

圖1：在模擬開關(guān)電源(a)中增加一個很小的廉價微處理器，便能使之具有PWM功能以執(zhí)行“軟啟動”。

另一個為電源增加智能的相對簡單的方法是利用MCU的內(nèi)部振蕩器(4MHz)。該振蕩器可被用作開關(guān)穩(wěn)壓器的PWM生成器的時鐘源，例如Microchip公司的高速PWM控制器MCP1630(圖2)。

圖2：設(shè)計工程師可以利用MCU時鐘輸出作為升壓電路的輸入源。

在這個例子中，MCU的時鐘輸出(通常除以4，以得到1MHz的參考時鐘)接至PWM生成器的振蕩輸入?；蛘撸绻鸐CU帶有片上PWM端口，它便能用作開關(guān)穩(wěn)壓器PWM的輸入源，從而更好地控制占空比和頻率。

圖3：通過這種方式對內(nèi)部振蕩器進(jìn)行失諧處理，電源的能量能在一個很寬范圍內(nèi)展開，從而將單一頻率的發(fā)射能量降低20dB。

MCU的內(nèi)部振蕩器通常是有溫度補償?shù)腞C電路，且一般在出廠時進(jìn)行了初始默認(rèn)校準(zhǔn)。但設(shè)計工程師可利用MCU振蕩器的校準(zhǔn)寄存器(OSCAL)，通過軟件隨時調(diào)節(jié)振蕩器頻率。該功能有助于滿足FCC和其它管理機(jī)構(gòu)強制規(guī)定的輻射要求。

通過利用簡單的偽隨機(jī)序列改變OSCAL設(shè)置，電源頻率能在從約600kHz到1.2MHz間變化。若采用線性反饋移位寄存器，只需幾行代碼就能很容易地實現(xiàn)隨機(jī)數(shù)生成器。這種廣為人知的技術(shù)只需對8位MCU進(jìn)行很少的編程工作。通過這種方式對內(nèi)部振蕩器進(jìn)行失諧處理，電源的能量能在一個很寬范圍內(nèi)展開，從而將單一頻率的發(fā)射能量降低20dB(圖3)。