【正文】 ；對(duì)于C8051F021/3器件， ADC0與 8位的 ADC1共享 VREFA輸入引腳。 C8051F022/3有一個(gè)片內(nèi) 10位 SAR ADC，技術(shù)指標(biāo)和配置選項(xiàng)與C8051F020/1的 ADC類似。該 ADC工作在 100ksps的最大采樣速率時(shí)可提供真正的 12位精度， INL為 177。還有一個(gè)位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個(gè)小的軟件常數(shù)表使用。該存儲(chǔ)器以 512 字節(jié)為一個(gè)扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的外部編程電壓。 EMIF 可 18 以被配置為地址 /數(shù)據(jù)線復(fù)用方式或非復(fù)用方式。這個(gè)片內(nèi)的 4K 字節(jié) RAM 塊可以在整個(gè) 64K 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間中被尋址（以 4K 為邊界重疊）。前 32 個(gè)字節(jié)為 4 個(gè)通用寄存器區(qū)，接下來的 16 字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。用間接尋址訪問通用 RAM 的高 128 字節(jié)，用直接尋址訪問128 字節(jié)的 SFR地址空間。 片內(nèi)存儲(chǔ)器 CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。而對(duì)于 CIP51 內(nèi)核， 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為 1 或 2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。速度提高 CIP51 采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。 CIP51 與 MCS51TM 指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x 的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。如多級(jí)流水線的內(nèi)核，高集成度的數(shù)字外設(shè)，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇的控制器是 silicon 公司的 C8051F020 單片機(jī)。 } 小結(jié) 這一章完成了功率因數(shù)采樣的硬件電路與程序的編寫，有一定的挑戰(zhàn)，完成這部分的工作首先得要求主電路能正常的工作，在實(shí)際的調(diào)試過程中我做了一個(gè)小的硬件調(diào)試環(huán)境，就是用移相器將一路信號(hào)移相后輸入到比較電路結(jié)果在顯示器上，表示這部分的電路沒有問題了。 } void Timer0_init(void) { CKCON = 0x00。 } void int1_isr(void) interrupt 2 { TR0 = 0。 TL0 = 0。 圖 23 過零比較電路 實(shí)現(xiàn)程序 int0_isr 函數(shù)是外部中斷 0 服務(wù)程序，主要的功能是啟動(dòng)定時(shí)器 0，并將寄存器清零， int1_isr 函數(shù)是外部中斷 1 的服務(wù)程序，主要的功能是停止定時(shí)器 0，緩存計(jì)數(shù)值， Timer0_init 初始化定時(shí)器 0 。 由上述方案可以知主要的硬件電路有兩部分，第一、電壓與電流波形采樣電路，實(shí)際上就是采用電壓與電流互感器就可以取出電路的電壓與電流信號(hào)；第二、過零點(diǎn)取樣電路，通過一個(gè)高精度比較器就可以完成，電路比較簡(jiǎn)單 如圖 23。因?yàn)檩斎腚妷旱闹芷诓蛔?，即角頻率是一定值，所以只需求出相連個(gè)同向過零 點(diǎn)的時(shí)間就可以計(jì)算出電路的功率因數(shù)。只有交流輸入高于濾波電容兩端電壓時(shí)，濾波電容才開始充電，因此輸入電流波形為寬度很窄的脈沖，連續(xù)導(dǎo)電工作模式的功率因數(shù)校正電路采用平均電流控制時(shí)，電流波形能夠跟隨電壓波形的變化。為此，功率的定義 為基波電流有效值與電網(wǎng)電流有效值之比然后乘以基波電流與基波電壓的 位移因數(shù)。所以在線性電路中，功率因數(shù)描述了負(fù)載的電抗特性，定義為相位差的余弦值 ，但負(fù)載呈電阻性時(shí)，電壓與電流波形相同，即功率因數(shù)為 1。其中， R 為電阻， X 為電抗。 圖 15 系統(tǒng)電路圖 小結(jié) 這一章節(jié)主要介紹了主電路方案、控制芯片 UCC28019 及電路中主要的參數(shù)的選擇 ，是很關(guān)鍵的部分，特別是控制芯片的工作原理，如果這部分的電路不能正常的工作則后面的工作將很難開展，通常的調(diào)試也得要非常的清楚這一部分的知識(shí)。對(duì) DCDC 轉(zhuǎn)換器而言，工作頻率越高，所要求的電容值就越低。 輸出濾波電容 輸出濾波電容 C 兩端電壓為輸出電壓 Vout。 電感量 通過公式LRSF(min) ≥ VOUTD(1D)/ (fSW(typ)IRIPPLE) 計(jì)算出： L≥。可是其瞬態(tài)響應(yīng)性能好、效率高、尺寸小。小的電感波紋電流大，增加了開關(guān)損耗和輸出波紋。 儲(chǔ)能電感 變換器中的電感線圈在任何正常條件下不能飽和，并且為了有好的效率，線圈和磁心的損耗必須要小。 功率開關(guān)管 功率開關(guān) MOSFET 所要承受基本電壓為截止時(shí)所承受的電壓 Vin，導(dǎo)通時(shí)所要承受的流通電流為 2A。 二極管參數(shù) 12 在功率 MOSFET 截止期間， VD 正向偏置而導(dǎo)通，最大流通電流達(dá) 2A 左右；在 MOSFET 導(dǎo)通期間， VD 反向偏置而截止，此時(shí)二極管反向電壓為 Vin。 DCDC 變換模塊 DCDC 采用 boost 變換電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖 14 所示。 引腳 8(GATE)：柵極驅(qū)動(dòng)。該引腳為芯片工作電源的輸人端，并受內(nèi)部的電源欠壓鎖定保護(hù)電路監(jiān)控，如果 Vcc 低于開通門限電壓 ，欠壓鎖定 (UVLO)將會(huì)關(guān)斷控制器，同樣，如果 Vcc 的電壓不低于欠壓鎖定 (UVLO)的關(guān)斷門限電平 9. 5V，芯片仍將繼續(xù)工作。當(dāng)電網(wǎng)或負(fù)載的波動(dòng)導(dǎo)致 VSENSE電壓低于參考電壓的 95%時(shí)，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) (EDR)迅速將輸出電壓調(diào)整為正常調(diào)制電壓。芯片內(nèi)部 VSENSE引腳與地之間串接了一個(gè) 100nA 的電流源，可以起開環(huán)保護(hù) (OLP)和管腳懸空保護(hù)功能。 Boost PFC 變換器的直流輸出電壓經(jīng)過電阻分壓器采樣后接人該引腳，為了濾除高頻噪聲干擾，該腳對(duì)地外接一個(gè)小電容。軟啟動(dòng)時(shí)間可以通過該腳外接的電容進(jìn)行設(shè)。一旦 Vcc ， VINS和 VSENSE的電壓都超過門限電壓值， VCOMP 腳將被充電直至 VSENSE 引腳的電壓達(dá)到其正常調(diào)制電壓的 95%。該引腳經(jīng)過外部阻容電路接地，構(gòu)成電壓環(huán)路補(bǔ)償器。 引腳 5(VCOMP)：電壓環(huán)路補(bǔ)償。如果 VINS引腳的電壓低于門限電平 V，控制器將處于關(guān)斷狀態(tài)。該引腳通過帶濾波功能的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)連接于整流器的主電路中。 引腳 4(VINS)：交流輸人電壓檢測(cè)。一旦峰值電壓超過規(guī)定值，單周峰值電流限制 (PCL)立 即關(guān)斷柵極驅(qū)動(dòng)輸出。通過外部電流檢測(cè)電阻提供電壓輸人，反映 Boost PFC 變換器的瞬態(tài)電感電流，該平均電壓可以消除噪聲和紋波的影響。如果該引腳的工作電壓低于 ，控制器將停止工作。 引腳 2 (ICOMP)：電流環(huán)路補(bǔ)償，跨導(dǎo)電流放大器輸出端。需要注意的是，濾波時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能小于 100us。和 VINS引腳的輸人一樣， VSENSE引腳上非常低的偏置電流容許選擇很高的實(shí)用電阻值，以降低功率損耗和待機(jī)電流。 PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓對(duì)地 (GND)接一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成電壓環(huán)路的檢測(cè)模塊。正常占空比工作時(shí)輸出過壓保護(hù) (OVP)、峰值電流限制 (PCL)等，在每一周期均可直接關(guān)斷芯片的柵極輸出，欠壓鎖定 (UVLO)，輸入掉電保護(hù) (IBOP) 和開環(huán)保護(hù) /待機(jī)(OLP/Standby)等，同樣也可以關(guān)斷柵極輸出脈沖，直至軟啟動(dòng)開始工作才恢復(fù)其輸出脈沖。 由內(nèi) 部時(shí)鐘觸發(fā)的 PWM 輸出信號(hào)在周期開始時(shí)為低電平，該電平會(huì)持續(xù)一小段時(shí)間，稱之為最小關(guān)斷時(shí)間 (toff(min))，而后，斜坡電壓信號(hào)線性上升，與 ICOMP電壓交叉，斜坡電壓與 ICOMP 電壓的交叉點(diǎn)決定了關(guān)斷時(shí)間 (toff)，也即 Doff，由于 Doff滿足 Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 Dote=VIN/VOUT，而且輸人 VIN是正弦電壓 , ICOMP與電感電流成比例，控制環(huán)路會(huì)迫使電感電流跟隨輸人電壓呈現(xiàn)正弦波形以進(jìn)行 Boost 調(diào)制，因此平均輸人電流也呈現(xiàn)正弦波形。無論芯片處于故障模式還是待機(jī)模式， ICOMP引腳均在內(nèi)部接至 4V 電平。從電流傳感電阻檢測(cè)到的負(fù)極性信號(hào)送人 ISENSE引腳進(jìn)行緩沖、反相放大后，得到的正極性信號(hào)通過電流放大器（ gmi）進(jìn)行平均，其輸出即為 ICOMP引腳，ICOMP 引腳上的電壓與平均電感電流成比例，該引腳對(duì)地 (GND)外接一電容提供電流環(huán)路補(bǔ)償并可對(duì)紋波電流進(jìn)行濾波。通常在 MOSFET 柵極附近用一個(gè) lOkΩ 的電阻對(duì)地連接，消除柵極雜散電容，防止無意的 dv/dt 觸發(fā)開通。 （ 2） 柵極驅(qū)動(dòng) 9 柵極驅(qū)動(dòng)輸出具有電流最優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可以以很高的開關(guān)速度直接驅(qū)動(dòng)大容量MOSFET 的柵極。 芯片 功能描述 UCC28019 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 12 所示 。 該芯片通過雙閉環(huán)完成調(diào)制，而且提供多種系統(tǒng)級(jí)的保護(hù)功能。內(nèi)部的振蕩器能夠提供 65Khz 固定的開關(guān)頻率，從而保證了傳導(dǎo) EMI 噪聲頻譜的基波和二次諧波低于 EN55022 標(biāo)準(zhǔn)要求的傳導(dǎo)帶寬。其系統(tǒng)電路總體框架如圖 11 所示。 （ 4） 開關(guān)電源 EMI 相關(guān)知識(shí)介紹。 （ 2） 主控單片機(jī)的選型，完成功率因素檢測(cè)及輸出電壓顯示電路。根據(jù)課題研究的需要選用的是美國(guó) TI 公司的 PFC 控制芯片UCC28019，其產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)如下 : （ 1） 不需要對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行檢測(cè)，減少外圍元器件； （ 2） 寬范圍的通用交流電壓輸入； （ 3） 65Khz 固定開關(guān)工作頻率 （ 4） 最大占空比可達(dá) 97%； （ 5） 輸出過壓、欠壓保護(hù)，輸入掉電保護(hù)； （ 6） 單周峰值電流限制，開環(huán)保護(hù)，低功耗待機(jī)模式。美國(guó)電源集成 (PI)公司率先于 1994 6 年研制成三端隔離式脈寬調(diào)制型單片開關(guān)電源。 隨著開關(guān)電源的發(fā)展，電源的小型化、模塊化、綠色化越來越受到人們的關(guān)注。發(fā)展功率MOSFET、 IGBT 等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串聯(lián)電阻等，對(duì)于開關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動(dòng)作用。 開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。 （ 4） 采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制 ——采用 CAA 和 CDD 技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓?fù)浜妥罴褏?shù)，使開關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。單純地追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大，采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問題，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無故障時(shí)間。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決 定著電源的壽命。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下四個(gè)方面 ： （ 1） 小型化、薄型化、輕量化、高頻化 ——開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積。它可以極大地提高開關(guān)速度，理論上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。另外開關(guān)電源的發(fā)展在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。而且其對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍為220V( 10%),而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓在 110~260V 范圍內(nèi)變化時(shí)，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓 [11]。因此開關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)型穩(wěn)壓 電源直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。所以其功耗小，效率可高達(dá)70%~95%。 開關(guān)型穩(wěn)壓電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。正是由于外界的這些要求推動(dòng)了兩個(gè)開關(guān)電源的分支技術(shù)一直成為當(dāng)今電力電子的研究課題，它們是有源功率因數(shù)校正技術(shù) 和低壓大電流高功率 DC/DC 變換技術(shù)。許多新的領(lǐng)域和新的要求又對(duì)開關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。 4 （ 5） 散熱技術(shù) ： 利用傳熱學(xué)理論，分析和解決開關(guān)電源主要發(fā)熱元件的散熱問題。 （ 3） 控制技術(shù) ： 主要研究適用于開關(guān)電源的各種開關(guān)控制方法，如電壓模式控制和各種電流模式控制等。開關(guān)電源技術(shù)包含以下重要的組成部分： （ 1） 元器件技術(shù) ： 包括涉及開關(guān)器件的電力電子器件技術(shù)和涉及變壓器、電感等主要磁性元件的磁技術(shù)，以及涉及電容等其他無源元件的技術(shù)。開關(guān)電源具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，現(xiàn)己成為開發(fā)中、小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源及開關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成 電路。解決了電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題，使開關(guān)頻率可以大幅度提高，從而，使開關(guān)電源進(jìn)一步向體積小、重量輕、效率高、功率密度大的方向發(fā)展 [8]。 開關(guān)頻率的提高使開關(guān)電源的電磁干擾問題變得突出起來。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家 開始 研制出開關(guān)頻率高達(dá) 100KHZ的開關(guān)電源，到了 90 年代，在美國(guó)首先出現(xiàn)了單片開關(guān)電源 ，其工作頻率高達(dá)135KHZ。 20世紀(jì) 80 年代，絕緣柵雙極型晶體管 ((IGBT)出現(xiàn)， IGBT 可以看成是 MOSFET 和 GTR復(fù)合而成的器件 ，它不但 具有 MOSFET 的電壓型驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，同 時(shí)又具有 GTR 飽和壓降低和可耐高壓、大電流等一系列應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn) ， 使得開關(guān)電源的容量進(jìn)一步增大，在