巧用MCU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(gè)基本的模擬控制環(huán)路來實(shí)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(jì)變得非常實(shí)用和經(jīng)濟(jì)，但是，預(yù)計(jì)全數(shù)字控制技術(shù)將最初應(yīng)用在高端產(chǎn)品中，因?yàn)樵诟叨水a(chǎn)品中，該技術(shù)得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(shí)際上，在電源中最少可能有4個(gè)獨(dú)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矚目的優(yōu)勢。

　　通過使傳統(tǒng)開關(guān)電源MOSFET驅(qū)動(dòng)器輸出無效的開關(guān)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(shí)間，即緩慢地從0%到100%增加電源的工作時(shí)間（圖1），該方法允許靈活的“軟啟動(dòng)”，以避免開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)通常出現(xiàn)的浪涌電流。

圖1：在模擬開關(guān)電源（a）中增加一個(gè)很小的廉價(jià)微控制器，便能使之具有PWM功能以執(zhí)行“軟啟動(dòng)”。

　　即使最小的MCU也具有最少4個(gè)通用I/O端口以及比應(yīng)用需求大得多的計(jì)算能力，因此可將該概念直接擴(kuò)展至2個(gè)或更多輸出，這種機(jī)制支持同時(shí)控制多個(gè)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(shí)現(xiàn)欠壓鎖閉或執(zhí)行跟蹤，以確保兩個(gè)輸出以相同的斜率上升。

　　另一個(gè)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(shí)鐘源，例如Microchip公司的高速PWM控制器MCP1630（圖2）。

圖2：設(shè)計(jì)工程師可以利用MCU時(shí)鐘輸出作為升壓電路的輸入源。

　　在這里例子中，MCU的時(shí)鐘輸出（通常除以4得到1MHz的參考時(shí)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(guān)穩(wěn)壓器PWM的輸入源，從而更好地控制占空比和頻率。

　　MCU的內(nèi)部振蕩器通常是由溫度補(bǔ)償?shù)腞C電路，且一般在出廠時(shí)進(jìn)行了初始默認(rèn)校準(zhǔn)，但設(shè)計(jì)工程師可利用MCU振蕩器的校準(zhǔn)寄存器（OSCAL），通過軟件隨時(shí)調(diào)節(jié)振蕩器頻率，該功能有助于滿足FCC和其他管理機(jī)構(gòu)強(qiáng)制規(guī)定的輻射要求。

　　利用簡單的偽隨機(jī)序列改變OSCAL設(shè)置，電源頻率能在約600MHz到1.2MHz的范圍內(nèi)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(shí)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(gè)很寬范圍內(nèi)展開，從而將單一頻率的發(fā)射能量降低20dB。