單片機在電源設計中的應用

電源設計人員經(jīng)常面臨種種互相對立的要求。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計更是越來越復雜。由于這一原因，有些設計人員轉(zhuǎn)向了純數(shù)字電源設計。然而，對于許多設計人員來說，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)字單片機做為前端。

這種設計的優(yōu)點在于電源本身的控制仍然使用模擬技術(shù)來實現(xiàn)。因此電源設計人員不需要從頭重新開始全數(shù)字設計就可以為現(xiàn)有設計增加新的功能。采用這種方法，設計中仍然使用熟悉的誤差放大器、電流檢測以及電壓檢測電路。當然，盡管有些設計單元（如補償網(wǎng)絡）仍然采用分立器件實現(xiàn)，但其余部分則由單片機來控制。

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

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

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

單片機能夠監(jiān)測范圍如此廣泛的信號，就可以完成更多功能，如智能故障檢測。單片機的多功能源于其可編程能力，可以方便地進行定制來滿足設計要求。這樣，對于故障情況就可以分類進行處理。短暫的過流以及其他非關(guān)鍵故障可能只需要設置一個標志就可以了。而過熱這樣的故障則可能需要關(guān)閉電源，直到故障排除。需要重新啟動電源的故障也可以進行更嚴格的控制。在某個時間段內(nèi)如果有太多的故障，單片機就可以永久關(guān)斷電源。

單片機強大的處理能力還可以實現(xiàn)復雜的計算測量，如功率的實時計算。在模擬系統(tǒng)中確定功率值需要進行復雜的模擬計算。但對于單片機來說，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)都可以計算。

最后，單片機的監(jiān)測功能還可以支持更高級功能，如故障預測。將工作電流實時與歷史數(shù)據(jù)進行比較，電源設計人員便可判斷導致電源故障的條件。電源本身具備預測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)測數(shù)據(jù)并不僅僅是為了故障檢測。根據(jù)這些數(shù)據(jù)還可采取許多其他操作。這些任務就歸入判斷性功能的范疇。判斷性功能允許電源設計人員為設計增加更大的靈活性、更多功能和保護能力。讓我們來考慮一下軟啟動或欠壓鎖定的情況。利用單片機來完成這些任務，鎖定電壓和軟啟動斜坡速率都是可編程的，并且不依賴于模擬器件。

判斷性功能還可以執(zhí)行更復雜的任務。比如上電順序。可以編程讓電源監(jiān)測另一個電壓，直到被監(jiān)測的電壓達到設定值時再啟動?？赡苓€會有這樣的情況，兩個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現(xiàn)，而不必對硬件作更改。

判斷性功能的另一種可能應用是根據(jù)溫度來調(diào)整電流限制。這樣電源設計人員可以利用器件的溫度降額參數(shù)來保證可靠運行。

利用判斷性功能還可以實現(xiàn)器件補償，從而提高其精度。許多數(shù)據(jù)手冊都給出了參數(shù)隨溫度的變化情況。這種情況下，單片機可以用來實現(xiàn)溫度補償。這樣，設計人員可以使用成本更低的器件，并根據(jù)溫度對結(jié)果進行補償。Microchip應用筆記AN1001(DS01001)就描述了如何通過補償利用一個