單片機(jī)在電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

電源設(shè)計(jì)人員經(jīng)常面臨種種互相對(duì)立的要求。一方面要縮小體積、降低成本，另一方面又要提供更多功能并提高輸出功率。受原理上的限制，模擬電源本身的功能有限，而模擬電源控制器的設(shè)計(jì)更是越來(lái)越復(fù)雜。由于這一原因，有些設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向了純數(shù)字電源設(shè)計(jì)。然而，對(duì)于許多設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，如此快速地轉(zhuǎn)向不熟悉的領(lǐng)域并不容易。比較可行的一種折衷方法是采用傳統(tǒng)模擬電源，但增加數(shù)字單片機(jī)做為前端。

這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于電源本身的控制仍然使用模擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此電源設(shè)計(jì)人員不需要從頭重新開(kāi)始全數(shù)字設(shè)計(jì)就可以為現(xiàn)有設(shè)計(jì)增加新的功能。采用這種方法，設(shè)計(jì)中仍然使用熟悉的誤差放大器、電流檢測(cè)以及電壓檢測(cè)電路。當(dāng)然，盡管有些設(shè)計(jì)單元（如補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)）仍然采用分立器件實(shí)現(xiàn)，但其余部分則由單片機(jī)來(lái)控制。

單片機(jī)能夠帶來(lái)的功能可分為四類(lèi)：控制、監(jiān)測(cè)、判斷性功能及通信。下面我們將詳細(xì)討論這幾類(lèi)功能。

第一類(lèi)控制功能與單片機(jī)和電源之間的硬件接口有關(guān)。在模擬設(shè)計(jì)中，非常重要的是要為連接單片機(jī)留有接口。有些電源控制器在內(nèi)部生成控制信號(hào)（如參考電壓）。這樣的控制器為單片機(jī)提供的外部連接點(diǎn)很少。Microchip公司MC P1630電源控制器在設(shè)計(jì)上為單片機(jī)提供了豐富的連接點(diǎn)。就本文來(lái)說(shuō)，我們假定電源控制器提供兩個(gè)控制點(diǎn)--關(guān)斷輸入以及設(shè)置參考電壓的能力，如圖1所示。盡管這樣兩個(gè)連接點(diǎn)看起來(lái)并不多，但已經(jīng)能夠提供功能非常強(qiáng)大的控制功能和復(fù)雜功能。 

目前，單片機(jī)在許多電源設(shè)計(jì)中的作用主要是監(jiān)測(cè)。許多單片機(jī)都有片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和模擬比較器。因此，單片機(jī)在監(jiān)測(cè)輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電壓和溫度等信號(hào)方面是理想之選。

單片機(jī)能夠監(jiān)測(cè)范圍如此廣泛的信號(hào)，就可以完成更多功能，如智能故障檢測(cè)。單片機(jī)的多功能源于其可編程能力，可以方便地進(jìn)行定制來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。這樣，對(duì)于故障情況就可以分類(lèi)進(jìn)行處理。短暫的過(guò)流以及其他非關(guān)鍵故障可能只需要設(shè)置一個(gè)標(biāo)志就可以了。而過(guò)熱這樣的故障則可能需要關(guān)閉電源，直到故障排除。需要重新啟動(dòng)電源的故障也可以進(jìn)行更嚴(yán)格的控制。在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)如果有太多的故障，單片機(jī)就可以永久關(guān)斷電源。

單片機(jī)強(qiáng)大的處理能力還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算測(cè)量，如功率的實(shí)時(shí)計(jì)算。在模擬系統(tǒng)中確定功率值需要進(jìn)行復(fù)雜的模擬計(jì)算。但對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，只是小事一樁。輸入功率、輸出功率、效率以及功率損失等參數(shù)都可以計(jì)算。

最后，單片機(jī)的監(jiān)測(cè)功能還可以支持更高級(jí)功能，如故障預(yù)測(cè)。將工作電流實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，電源設(shè)計(jì)人員便可判斷導(dǎo)致電源故障的條件。電源本身具備預(yù)測(cè)自己故障的能力可以節(jié)約成本并提供更高的可靠性。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并不僅僅是為了故障檢測(cè)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)還可采取許多其他操作。這些任務(wù)就歸入判斷性功能的范疇。判斷性功能允許電源設(shè)計(jì)人員為設(shè)計(jì)增加更大的靈活性、更多功能和保護(hù)能力。讓我們來(lái)考慮一下軟啟動(dòng)或欠壓鎖定的情況。利用單片機(jī)來(lái)完成這些任務(wù)，鎖定電壓和軟啟動(dòng)斜坡速率都是可編程的，并且不依賴(lài)于模擬器件。

判斷性功能還可以執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)。比如上電順序?？梢跃幊套岆娫幢O(jiān)測(cè)另一個(gè)電壓，直到被監(jiān)測(cè)的電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)再啟動(dòng)。可能還會(huì)有這樣的情況，兩個(gè)電壓必須成比例上升，或者彼此跟隨變化。所有這些功能只需修改軟件就可以實(shí)現(xiàn)，而不必對(duì)硬件作更改。

判斷性功能的另一種可能應(yīng)用是根據(jù)溫度來(lái)調(diào)整電流限制。這樣電源設(shè)計(jì)人員可以利用器件的溫度降額參數(shù)來(lái)保證可靠運(yùn)行。

利用判斷性功能還可以實(shí)現(xiàn)器件補(bǔ)償，從而提高其精度。許多數(shù)據(jù)手冊(cè)都給出了參數(shù)隨溫度的變化情況。這種情況下，單片機(jī)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。這樣，設(shè)計(jì)人員可以使用成本更低的器件，并根據(jù)溫度對(duì)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。Microchip應(yīng)用筆記AN1001(DS01001)就描述了如何通過(guò)補(bǔ)償利用一個(gè)