【文章內(nèi)容簡介】 式控制的優(yōu)點有：(1)PWM三角波的幅值較大。(2)占空比調(diào)節(jié)不受限制。脈沖寬度調(diào)節(jié)時具有較好的抗噪聲裕量。(3)對于多路輸出電源，它們之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好。(4)單一反饋電壓閉環(huán)設(shè)計、調(diào)試比較容易。(5)對輸出負載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)。電壓模式控制的缺點有：(1)對輸入電壓的變化動態(tài)響應(yīng)較饅。(2)補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計本來就較為復(fù)雜，閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化，使其更為復(fù)雜。(3)輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點，在補償設(shè)計誤差放大器時，需要將主極點低頻衰減，或者增加一個零點進行補償。(4)在檢測及控制磁芯飽和故障狀態(tài)方面較為復(fù)雜。 加快電壓模式控制瞬態(tài)響應(yīng)速度的方法有兩種：一是增加電壓誤差放大器的帶寬，保證具有一定的高頻增益，但是這樣容易受高頻開關(guān)噪聲干擾影響，需要在主電路及反饋控制電路上采取措施進行抑制或同相位衰減平滑處理；另一方法是采用電壓前饋模式控制技術(shù)，原理如圖35(b)所示。用輸入電壓對電阻、電容(Rft、Cft)充電產(chǎn)生的具有可變化上斜坡的三角波取代傳統(tǒng)電壓模式控制中振蕩器產(chǎn)生的固定三角波。此時，輸入電壓的變化能立刻在脈沖寬度的變化上反映出來。因此，該方法能明顯提高輸入電壓變化引起的瞬態(tài)響應(yīng)速度。對輸入電壓的前饋控制是開環(huán)控制，而對輸出電樂的控制是閉環(huán)控制，目的是提高對輸入電壓變化的動態(tài)響應(yīng)速度。這是一個由開環(huán)和閉環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)控制系統(tǒng)。35（a）降壓斬波器的電壓模式控制35（b）電壓前饋模式控制 軟啟動的實現(xiàn)方法隨著便攜式電子產(chǎn)品在通信、計算機及消費類電子(3C)等領(lǐng)域中的不斷增長，對電源管理IC的需求也呈上升趨勢。而DC—DC開關(guān)電源在寬輸入電壓范圍和寬負載范圍條件下具有杰出的效率表現(xiàn)，而被廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源是通過將誤差信號轉(zhuǎn)換成占空比控制信號驅(qū)動開關(guān)而工作的。在啟動階段，誤差放大器處于非平衡狀態(tài)，使得環(huán)路處于100％占空比工作，因此會有很大的浪涌電流灌入輸出電容，使得輸出電壓產(chǎn)生較大的過沖，浪涌電流也有可能損耗開關(guān)管和其他器件。為此軟啟動電路應(yīng)運而生，它的設(shè)計思想是通過限制占空比或限制開關(guān)電流來消除浪涌電流，避免輸出電壓過沖。隨著電子系統(tǒng)趨于復(fù)雜化，系統(tǒng)對電源電壓的上電時序和上電的平穩(wěn)度有了更高的要求。下面結(jié)合典型的Buck型DC/DC轉(zhuǎn)換器對傳統(tǒng)的軟啟動電路做下介紹。圖36 Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器控制框圖在啟動初始階段，輸出電壓遠低于設(shè)定值，所以電壓遠低于基準(zhǔn)電壓，使得誤差放大器處于非平衡狀態(tài)，誤差放大器(EA)輸出Vc為高電平，此時環(huán)路處于100％占空比工作，因此會有很大的浪涌電流灌入輸出電容。為了消除啟動時的浪涌電流實現(xiàn)輸出軟啟動，通常有兩種方法：一種是電壓限制的方法；另一種是電流限制的方法。電壓限制方法的設(shè)計思想是通過限制誤差放大器(EA)輸出信號Vc的電壓值，從而限制啟動時的占空比，該方法又可以分為直接限制Vc電壓和限制EA輸入信號兩種。傳統(tǒng)的做法是通過一個電流源給電容充電得到斜坡上升的軟啟動電壓，用軟啟動電壓代替或Vc電壓，從而達到軟啟動的目的。這種方法的優(yōu)點是簡單易用，缺點是需要一個軟啟動電容來控制軟啟動時間，該電容往往很大，不能集成在芯片上，這將增加應(yīng)用面積和應(yīng)用成本。電流限制的方法是通過檢測開關(guān)管的電流并由電流比較電路來限制開關(guān)管的電流，消除浪涌。考慮到電流限制值一般大于工作電流的最大值，開始就以電流限制值工作可能會造成輸出過沖，為此，一般通過階梯型增加電流限制閾值的方法來實現(xiàn)軟啟動。這種方法的缺點是需要增加電流檢測和電流比較電路，不適合于沒有電流限制功能的開關(guān)電源電路，而且電流限制值的切換往往并不平穩(wěn)。4 硬件電路 硬件電路所使用芯片簡介 DC/DC轉(zhuǎn)換芯片MC34063 MC34063本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能的單片控制電路。它由具有溫度自動補償功 能的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器R—S觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等組成。該器件既可用于升壓變換器也可用于降壓變換器的控制，由它構(gòu)成的DC/DC變換器僅用少量的外部元器件。主要應(yīng)用于以微處理器(MPU)或單片機(MCU)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)里。它的主要特征主要特征：輸入電壓范圍：～40V，輸出電壓可調(diào)范圍：～40V， A，工作頻率最高可達100kHz。 它的內(nèi)部框圖及封裝形式如圖所示：圖41 內(nèi)部框圖圖42 器件引腳圖它的引腳功能。1腳：開關(guān)管T1集電極引出端；2腳：開關(guān)管T1發(fā)射極引出端；3腳：定時電容Ct接線端；調(diào)節(jié)Ct可使工作頻率在100—100kHz范圍內(nèi)變化；4腳：電源地；5腳：電壓比較器反相輸入端，同時也是輸出電壓取樣端；使用時應(yīng)外接兩個精度不低于1％的精密電阻；6腳：電源端；7腳：負載峰值電流（Ipk）取樣端；6，7腳之間電壓超過300mV時，芯片將啟動內(nèi)部過流保護功能；8腳：驅(qū)動管T2集電極引出端。MC34063的一些主要參數(shù)如下表所示：表41 MC34063主要參數(shù)項目條件參數(shù)單位Power Supply Voltage 電源電壓VCC40VdcComparator Input Voltage Range 比較器輸入電壓范圍VIR+40VdcSwitch Collector Voltage 集電極電壓開關(guān)VC(switch)40VdcSwitch Emitter Voltage (VPin 1 = 40 V) 發(fā)射極電壓開關(guān)VE(switch)40VdcSwitch Collector to Emitter Voltage 開關(guān)電壓集電極到發(fā)射極VCE(switch)40VdcDriver Collector Voltage 驅(qū)動集電極電壓VC(driver)40VdcDriver Collector Current (Note 1) 驅(qū)動集電極電流IC(driver)100mASwitch Current 開關(guān)電流ISWAOperating Junction Temperature工作結(jié)溫TJ+150℃Operating Ambient Temperature Range操作環(huán)境溫度范圍TA070℃其內(nèi)部框圖中所表示的電路解釋如下： 振蕩器通過恒流源對外接在CT管腳(3腳)上的定時電容不斷地充電和放電，以產(chǎn)生振蕩波形，充電和放電電流都是恒定的，所以振蕩頻率僅取決于外接定時電容的容量。與門的C輸入端在振蕩器對外充電時為高電平，D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高電平，當(dāng)C和D輸入端都變成高電平時，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通，反之，當(dāng)振蕩器在放電期間，C輸入端為低電平，觸發(fā)器被復(fù)位，使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制SI檢測端(5腳)通過檢測連接在V+和5腳之間電阻上的壓降來完成功能，當(dāng)檢測到電阻上的電壓降接近超過300mV時，電流限制電路開始工作，這時通過CT管腳(3腳)對定時電容進行快速充電，以減少充電時間和輸出開關(guān)管的導(dǎo)通時間結(jié)果是使得輸出開關(guān)管的關(guān)閉時間延長。 該器件所組成的DC/DC升壓壓變換器電路如下圖。 圖43 升壓變換器原理電路圖 。 在設(shè)計DC/DC變換器時，相關(guān)參數(shù)必須按圖44所給公式來確定，首先應(yīng)該確定的參數(shù)如下：Ui (輸入電壓)：如果該電壓不是一個穩(wěn)定的值，那么，對于降壓變換器，應(yīng)該取Ui的最大值進行計算；對于升壓變換器，應(yīng)該取Ui的最小值進行計算。 Uo（輸出電壓)：它的穩(wěn)壓值由R1和 R2決定，其計算公式為U o= ( 1 + R2/R1 )。 Io (輸出電流) ：是 DC/DC變換器的輸出電流。 (振蕩器頻率) ：它決定開關(guān)管的通斷頻率： ( 輸出電壓紋波峰一峰值) ：該參數(shù)用于決定輸出濾波電容Co的數(shù)值。 其中為輸出開關(guān)管飽和電壓，為輸出開關(guān)管導(dǎo)通時間，為整流二極管正向壓降，為輸出開關(guān)管關(guān)閉時間。圖44 設(shè)計規(guī)范表 單片機AT89S52AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52是一個有40個引腳的芯片，引腳配置如圖45所示。其40個引腳功能為：VCC：電源電壓。GND：接地。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有I/O引腳復(fù)位至“1”。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩放大器的輸出。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 P0口：8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：8位雙向I/O口?！?dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1），P1口輸出緩沖器能接收20mA電流，并能直接驅(qū)動LED顯示器；P1口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。 P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：～。P3口的輸出緩沖器能接收20mA的灌電流；P3口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口，其功能見表1。P3口同時也可為閃速存儲器編程和編程校驗接收控制信號。圖45 AT89S52引腳配置 ADC