如何利用MCU實現(xiàn)電源智能化

　　智能控制的電源

　　世界上有許多供電應用，其中大部分只需要一個干凈的電流源或電壓源即可完成工作。在這些應用中，越來越多的應用需要通過某種智能算法來調整電壓或電流以改善性能、降低功耗或者實現(xiàn)某種新功能，從而使產品在市場上更具競爭力。其中一些應用包括：

　　1)用于太陽能系統(tǒng)或能量采集的最大功率點追蹤。

　　2)電池充電，尤其是一些較為奇特的化學物質。

　　3)具有調光或日光采集功能的LED照明。

　　4)通過備用電源系統(tǒng)實現(xiàn)容錯。

　　在每種應用中，都會添加單片機來執(zhí)行某種程度的智能算法以便更有效地管理功率。其他功率系統(tǒng)只需要與人或其他系統(tǒng)交互的智能。這些系統(tǒng)包括PC主板上的SMbus功率元件，汽車內基于LIN接口的照明系統(tǒng)或大型建筑中的以太網管理電源板。只需向現(xiàn)有產品添加通信功能，即可將產品的實用性和價值提高幾個等級或層次。

　　傳統(tǒng)智能電源

　　很多智能電源系統(tǒng)采用“蠻力”方法，即僅僅向現(xiàn)有電源系統(tǒng)添加一個MCU.這樣做的風險很低，因為現(xiàn)有系統(tǒng)能完成任務且已被充分理解。新的部分僅僅是智能。在這一過程中，通常要為電壓、電流、溫度和其他參數(shù)(如現(xiàn)有電源的占空比或頻率)添加傳感電路。此外，可能還需要連接其他電路來控制現(xiàn)有電源的功能，如使能和電壓設定值。很多SMPS ASIC已通過I/O引腳或I2C?連接實現(xiàn)了必要的控制輸入。而且有很多通用MCU(如PIC16F1939)可與這些ASIC交互并提供可改善電源功能的接口、命令和控制。

　　連接電源并通過驗證后，便可利用標準開發(fā)工具(如MPLAB X IDE和PICkit 3)快速開發(fā)附加功能。通常，這種方法不需要軟件開發(fā)團隊完全精通SMPS設計的難點，因為SMPS團隊會單獨驗證系統(tǒng)的這一部分。

　　數(shù)字電源

　　為了節(jié)省成本，開發(fā)人員對完全集成SMPS和MCU有著強烈的意愿。一種非常有效的方法是使用具有快速采樣ADC的高性能MCU.這類器件能夠實現(xiàn)由軟件控制的全數(shù)字反饋系統(tǒng)。如果性能足夠高，則可在軟件中實現(xiàn)極其復雜的反饋算法，這樣硬件上就變得非常簡單。這種方法極具吸引力，但有幾點需要考慮。

　　1)當故障排除中必須包含ADC和算法時，傳統(tǒng)的切斷/跳轉調試方法不再那么有效。

　　2)軟件團隊必須理解SMPS補償?shù)男阅芎蛿?shù)學要求。有時一些非常微小的代碼變化都會對穩(wěn)定性造成顯著影響。

　　3)控制器的電源要求隨著MIPS的增加而提高，因此計算量大的算法將影響系統(tǒng)效率。

　　如果這些限制在系統(tǒng)中不成問題，那么便可利用軟件實現(xiàn)一些相當神奇的事情。

　　混合智能電源

　　“蠻力”方法和全數(shù)字方法之間存在一種混合方法。這種方法將具有必需的模擬反饋外設的混合信號控制器與必需的MCU功能組合在單個集成電路中。其中一種代表性的器件就是PIC16F753.PIC16F753將運算放大器(運放)、斜率補償器、DAC、比較器和脈寬調制(PWM)控制器集成在單個14引腳的單片機中。其中每個外設都可編程，并且它們可以各種方式組合來創(chuàng)建大量電流模式電源。由于這些外設可在軟件中配置，因此可以動態(tài)地更改配置來適應各種電源狀況。例如，當玩具待機時，比較恰當?shù)淖龇ㄊ峭ㄟ^簡單的固件前饋調節(jié)器將玩具中的電源作為滯后控制器來操作。當玩具激活時，可快速將電源重新配置為不同工作頻率下的連續(xù)電流模式，準備執(zhí)行動作。由于整個電源在MCU的外設內部進行控制，因此所有需要的傳感電路均為SMPS的一部分，而非在設計生命周期的后期添加。這樣便有可能簡化設計并減少元件數(shù)量。固件也能從電源行為的額外可視性中受益且無需增加新元件。電源的設計過程與傳統(tǒng)方法幾乎相同。步驟如下：

　　1)確定電源拓撲

　　2)創(chuàng)建電源并計算元件值

　　3)配置內部外設(20行代碼)

　　4)驗證性能并調整補償網絡。

　　5)編寫通信和智能接口代碼。

　　第5步不需要了解詳細的電源知識便可完成，因為外設配置將由電源工程團隊設置并驗證。

　　設計過程

　　●確定電源拓撲

　　●創(chuàng)建模型并計算元件值

　　●配置電源的單片機外設

　　●調整模擬反饋環(huán)

　　●編寫通信和智能代碼

　　通用配置

　　大多數(shù)使用PIC16F753創(chuàng)建的電源基于通用SMPS配置做出了少許更改。此配置如下所示。