微处理器控制和开关电源的数字化.doc

微处理器控制和开关电源的数字化 本世纪初在高档DC/DC变换器中使用了小型单片机MCU，MCU在DC/DC中，将DC/DC的ON/OFF、输入的过压、欠压保护，输出的过流短路保护以及过热保护都管理起来，它使得各种保护档次有了很大提升，但仍旧没有进入到PWM的主控回路中，此时用的控制芯片以Microchip公司的产品居多。典型的SynQer公司使用的PIC12C509，Galaxy公司用的PIC12C671等。随之，进一步的改进系将PWM的各控制环如基准、误差放大器、比较器等都与MCU做在一起，加上A/D变换器及D/A变换器，成为更高档的芯片。用这样的控制芯片控制的电源已经拥有一个心脏。（即一个核心振荡器）总的系统在其指令下统一行动，分头管理，已经有如电脑的管理方式。这就如同有了部分控制职能的遥控彩电，其核心部分仍是处理模拟量。2004年的必威体育精装版信息显示，全数字化的电源已经问世。DSP，即将数字信号处理单元放于DC/DC中，对输出稳压采用数字化管理，使电源的输出电压的线性调整率，负载调整率，温度调整率都上升到了一个新的水平，转换效率也达到了94%以上，可以说从此电源产品开始进入数字化时代。 本文中先就前面两种MCU参与DC/DC工作的模式加以介绍。 PIC12C671在Galaxy公司DC/DC中的作用 PIC12C671系一个仅8支引出端的8位CMOS工艺的微处理器，内部还兼有A/D变换器E2PROM数据存储器，1pin为VDD供给5V电压，8pin为VSS接GND，2pin至7pin为通道口，内部有14位宽的结构，8位数据通道，有中断能力及专用功能的硬件寄存器，8个能级深度的硬件堆栈。附加特色还有一个四通道八位A/D变换器，8位实时时钟及计数器，计数器可有8位可编程的预置，1000000可擦写周期的E2PROM数据存储器。 2pin至7pin的每个引脚都有2~4个功能。 第一个功能为GP口即I/O口，从7pin至2pin分别为GP0~GP5，用于输入，输出8位的数据。 第二个功能为模拟口，AN0~AN3分别为3pin 5~7pin，即模拟输入的0，1，2及3。 第三个功能为振荡器时钟IN及时钟OUT，分别为2pin及3pin。在EXTRC和INTRC型，该输出可以作时钟输出端用。频率为振荡频率的1/4。 第四个功能为6pin兼基准，4pin兼内部上推的MCLR，为有效低电平，以使器件复位。MCLR上的电压不得超过VDD，由内部软件程序给出或中断。 PIC12C671的方框电路如图1所示。 目前在Galaxy第一代产品中应用线路如图2所示。 6pin为输入电压的采样，该电压进入CPU后与内部基准比较并数字化后，软件设置的输入过压保护，欠压保护点进行处理以便关断PWM IC。 4pin为DC/DC的ON/OFF控制端，它由外接的高电平或低电平传入信号。也由软件设置ON/OFF方式（即1电平关断还是0电平关断）ON/OFF端子经过一个RC积分电路接至MCU的4pin。 7pin用于VCC电压有无的检测，起动回路能供给VCC时, 则检测出的信号进入MCU，MCU经运算发出的信号，会由3pin给出高电平，打开两个高速光耦的通路使DC/DC的ZVS ZCS控制进入有效工作。而空载时，为大幅降低功耗，3pin会给出低电平，关断两个高速光耦的通路，以便达到最低空载损耗。 2pin控制VCC的关断，当过载，短路，过热等超出设定标准时2pin给出高电平，关断VCC的控制回路。 MCU的5V电压，由起动后预供VCC的电压再调整稳压至5V供给。5pin为内部施密特触发器的EXTRC振荡器形式的输入。 PWM IC 3pin的斜波补偿从此处取出后，经过一个放大器之后，再透入5pin以便控制保护功能，此外，热敏晶体管Q10感应的热信号也从5pin送入MCU实行保护功能。 DC/DC中输出的过压，欠压等保护MCU都不去处理。 输入电流过大时，（例如输出过载或短路时）从总线上检出的电压经放大也送至5pin由MCU进行处理。 综观上述处理，MCU的应用还都是比较初级的。 PIC16C782在Galaxy 第二代DC/DC中的应用 在去年新问世的DC/DC已经使用了新一代的MCU，这就是Microchip公司的PIC16C782，这种MCU已经把PWM的全部功能也集成在MCU的控制芯片中，它的内部加装了数模变换器，可以将MCU处理过的数字信号再转成模拟信号以便调制脉冲宽度。使用了PIC16C782以后就可不必再用PWM控制IC了，这样的控制法又向数字化迈进了一步。 PIC16C782是一个20pin的8位CMOS工艺微