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    利用MCU的內部振蕩器為電源增加智能控制

    2007-01-16 《電子系統設計》

    Lucio Di Jasio 先進微控制器架構部營銷經理 Microchip公司


          傳統上,開關電源(SMPS)是用一個基本的模擬控制環路來實現的,但數字信號控制器(DSC)技術的最新發展使得采用全數字控制機制的設計變得非常實用和經濟,但是,預計全數字控制技術將最初應用在高端產品中,因為在高端產品中,該技術得好處非常明顯和直接。

          然而,許多模擬電源應用也能從即使最小、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個獨立的數字控制階段,它們是開/關控制,比例控制配置、控制數字反饋或全數字控制,其中開關控制階段具有一些令人矚目的優勢。

          通過使傳統開關電源MOSFET驅動器輸出無效的開關輸入翻轉,脈寬調制(PWM)技術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”,以避免開關電源啟動時通常出現的浪涌電流。

          即使最小的MCU也具有最少4個通用I/O端口以及比應用需求大得多的計算能力,因此可將該概念直接擴展至2個或更多輸出,這種機制支持同時控制多個開關穩壓器,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,那么它們就能有效地實現欠壓鎖閉或執行跟蹤,以確保兩個輸出以相同的斜率上升。

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

          在這里例子中,MCU的時鐘輸出(通常除以4得到1MHz的參考時鐘)接至PWM生成器的振蕩輸入,如果MCU帶有片上PWM端口,它便能用作開關穩壓器PWM的輸入源,從而更好地控制占空比和頻率。

          MCU的內部振蕩器通常是由溫度補償的RC電路,且一般在出廠時進行了初始默認校準,但設計工程師可利用MCU振蕩器的校準寄存器(OSCAL),通過軟件隨時調節振蕩器頻率,該功能有助于滿足FCC和其他管理機構強制規定的輻射要求。

          利用簡單的偽隨機序列改變OSCAL設置,電源頻率能在約600MHz到1.2MHz的范圍內變化,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隨機數生成器。這種廣為人知的技術只需對8位MCU進行很少的編程工作,通過這種方式對內部振蕩器進行失諧處理,電源的能量能在一個很寬范圍內展開,從而將單一頻率的發射能量降低20dB。




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