【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式控制的優(yōu)點(diǎn)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(shí)具有較好的抗噪聲裕量。(3)對(duì)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(jì)、調(diào)試比較容易。(5)對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)。電壓模式控制的缺點(diǎn)有：(1)對(duì)輸入電壓的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)較饅。(2)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)本來(lái)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(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)，需要將主極點(diǎn)低頻衰減，或者增加一個(gè)零點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。(4)在檢測(cè)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(kāi)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(jìn)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(duì)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(shí)，輸入電壓的變化能立刻在脈沖寬度的變化上反映出來(lái)。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(duì)輸入電壓的前饋控制是開(kāi)環(huán)控制，而對(duì)輸出電樂(lè)的控制是閉環(huán)控制，目的是提高對(duì)輸入電壓變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。這是一個(gè)由開(kāi)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(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法隨著便攜式電子產(chǎn)品在通信、計(jì)算機(jī)及消費(fèi)類電子(3C)等領(lǐng)域中的不斷增長(zhǎng)，對(duì)電源管理IC的需求也呈上升趨勢(shì)。而DC—DC開(kāi)關(guān)電源在寬輸入電壓范圍和寬負(fù)載范圍條件下具有杰出的效率表現(xiàn)，而被廣泛應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)將誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成占空比控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)而工作的。在啟動(dòng)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(huì)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(guò)沖，浪涌電流也有可能損耗開(kāi)關(guān)管和其他器件。為此軟啟動(dòng)電路應(yīng)運(yùn)而生，它的設(shè)計(jì)思想是通過(guò)限制占空比或限制開(kāi)關(guān)電流來(lái)消除浪涌電流，避免輸出電壓過(guò)沖。隨著電子系統(tǒng)趨于復(fù)雜化，系統(tǒng)對(duì)電源電壓的上電時(shí)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(duì)傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)電路做下介紹。圖36 Buck型DCDC轉(zhuǎn)換器控制框圖在啟動(dòng)初始階段，輸出電壓遠(yuǎn)低于設(shè)定值，所以電壓遠(yuǎn)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(shí)環(huán)路處于100％占空比工作，因此會(huì)有很大的浪涌電流灌入輸出電容。為了消除啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流實(shí)現(xiàn)輸出軟啟動(dòng)，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(jì)思想是通過(guò)限制誤差放大器(EA)輸出信號(hào)Vc的電壓值，從而限制啟動(dòng)時(shí)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(hào)兩種。傳統(tǒng)的做法是通過(guò)一個(gè)電流源給電容充電得到斜坡上升的軟啟動(dòng)電壓，用軟啟動(dòng)電壓代替或Vc電壓，從而達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，缺點(diǎn)是需要一個(gè)軟啟動(dòng)電容來(lái)控制軟啟動(dòng)時(shí)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(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的電流并由電流比較電路來(lái)限制開(kāi)關(guān)管的電流，消除浪涌?？紤]到電流限制值一般大于工作電流的最大值，開(kāi)始就以電流限制值工作可能會(huì)造成輸出過(guò)沖，為此，一般通過(guò)階梯型增加電流限制閾值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。這種方法的缺點(diǎn)是需要增加電流檢測(cè)和電流比較電路，不適合于沒(méi)有電流限制功能的開(kāi)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(jiǎn)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(dòng)補(bǔ)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(kāi)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(jī)(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(dá)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(kāi)關(guān)管T1集電極引出端；2腳：開(kāi)關(guān)管T1發(fā)射極引出端；3腳：定時(shí)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(shí)也是輸出電壓取樣端；使用時(shí)應(yīng)外接兩個(gè)精度不低于1％的精密電阻；6腳：電源端；7腳：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端；6，7腳之間電壓超過(guò)300mV時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過(guò)流保護(hù)功能；8腳：驅(qū)動(dòng)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(xiàng)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(kāi)關(guān)VC(switch)40VdcSwitch Emitter Voltage (VPin 1 = 40 V) 發(fā)射極電壓開(kāi)關(guān)VE(switch)40VdcSwitch Collector to Emitter Voltage 開(kāi)關(guān)電壓集電極到發(fā)射極VCE(switch)40VdcDriver Collector Voltage 驅(qū)動(dòng)集電極電壓VC(driver)40VdcDriver Collector Current (Note 1) 驅(qū)動(dòng)集電極電流IC(driver)100mASwitch Current 開(kāi)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(guò)恒流源對(duì)外接在CT管腳(3腳)上的定時(shí)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(shí)電容的容量。與門的C輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)為高電平，D輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時(shí)為高電平，當(dāng)C和D輸入端都變成高電平時(shí)，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開(kāi)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(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制SI檢測(cè)端(5腳)通過(guò)檢測(cè)連接在V+和5腳之間電阻上的壓降來(lái)完成功能，當(dāng)檢測(cè)到電阻上的電壓降接近超過(guò)300mV時(shí)，電流限制電路開(kāi)始工作，這時(shí)通過(guò)CT管腳(3腳)對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電，以減少充電時(shí)間和輸出開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間結(jié)果是使得輸出開(kāi)關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。 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(jì)DC/DC變換器時(shí)，相關(guān)參數(shù)必須按圖44所給公式來(lái)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(gè)穩(wěn)定的值，那么，對(duì)于降壓變換器，應(yīng)該取Ui的最大值進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于升壓變換器，應(yīng)該取Ui的最小值進(jìn)行計(jì)算。 Uo（輸出電壓)：它的穩(wěn)壓值由R1和 R2決定，其計(jì)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(kāi)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(kāi)關(guān)管飽和電壓，為輸出開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，為整流二極管正向壓降，為輸出開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)間。圖44 設(shè)計(jì)規(guī)范表 單片機(jī)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(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89S52是一個(gè)有40個(gè)引腳的芯片，引腳配置如圖45所示。其40個(gè)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(gè)機(jī)器周期時(shí)，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(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩放大器的輸出。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， 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(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(jí)開(kāi)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(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：8位雙向I/O口?！?，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，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(dòng)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(yàn)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 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(jiàn)表1。P3口同時(shí)也可為閃速存儲(chǔ)器編程和編程校驗(yàn)接收控制信號(hào)。圖45 AT89S52引腳配置 ADC