50个阴影的树桩*。 开关电源中的微控制器。 第二部分

NAP *-核心独立外围设备

开关电源中的微控制器
第二部分

在本文的上一部分中 ，我们考虑了构建开关电源（IIP）的“典型” PWM控制器的选项，基于存根和IIP的某些拓扑的PWM控制器的实现选项。
我们将继续了解核心独立外设的功能，这些功能可用于构建开关电源。

同步转换器

如果输出电压足够低，并且可以与二极管上的压降相媲美，那么电源的效率就会大大降低。 为了改善IIP参数，可以用MOSFET代替二极管，该MOSFET的压降比直接连接的二极管低很多。 我们得到一个同步转换器。

图 2.1.a. 降压转换器

图 2.1.b. 降压同步转换器

为了形成两个反相PWM信号，需要一个用于生成互补输出信号（COG）的外围模块。

互补信号发生器

使您可以使用两个输入信号源来控制一个或两个互补输出的周期和占空比。 结合控制关键参数（如停滞时间，消隐，相位，极性，自动关断和自动恢复）的能力，COG模块为构建PWM控制器内核提供了强大的工具。 8位Microchip单片机中互补信号的产生器是完全自治的，通常情况下不需要MK内核的干预。 有关COG的更多详细信息，我建议参考TB3119的技术说明[4]。

COG模块与SR触发器有些相似，它也具有设置和重置输入，但可以处理事件（上升事件和下降事件）。 事件既记录在正面/背面，也记录在所选输入信号的电平上。 输入信号可以是外部（输入端口），也可以是内部（定时器，PWM，比较器，可配置逻辑单元等）。 互补信号发生器的输出能够以各种模式工作：半桥，全桥，推挽，PWM。 考虑到电表时间，消隐，相位延迟和极性的任务，形成输出信号。 通常，COG模块输出端口具有增加的负载容量（50-100mA）。

为了保护输出功率级，通过将模块输出转移到安全状态（0、1或3rd状态）的事件来提供跳闸输入。 如果警报消失，则可以自动打开模块，或者需要程序干预。

COG模块允许使用带有变压器的拓扑，这些拓扑通常用于电隔离的SMPS。

当使用变压器构造转换器时，还使用具有比例或滞后控制的电压和电流控制模式，即 与本文第一部分前面讨论的内容相同。

图 2.2。 带变压器的IPS拓扑

图2.3。 磁滞电压控制模式。 具有固定和可调输出电压的选件。

图 2.4。 磁滞电流控制模式

图 2.5。 具有比例控制的电流控制模式。

多相交流PWM控制

在多相转换器中，通常使用交错操作模式，其中在几种相同的并行拓扑之间使用电流隔离。 这种拓扑结构使您可以获得更有效的滤波（更少的纹波电流），减小源的大小（更少的滤波器）并提高效率。

交错式转换器由几个相同的通道组成，通道的输入和输出被合并，但是此类转换器的控制相位偏移了360°/ n，其中n是相数。

对于两相交流升压转换器，两个通道反相运行-两个PWM信号相对于彼此偏移180°。

简化图如图所示。 2.6。 [5]。 按键S1和S2交替打开。 当钥匙S1打开时，S2关闭，然后L1充电，L2将先前累积的能量提供给负载。 接下来，频道交替。

图2.6。 交错式开关电源的工作原理图。

以下是两相同步交流升压转换器[6]的示意图。
转换器通过一个公共电压反馈环路监视峰值电流值来工作，该环路提供对两个独立电流环路的控制。 控制器提供了相间电流的平衡，连续和间歇导通模式转换期间的短路和低纹波保护。

对于同步整流，当电感停止以不连续电导（DCM）模式放电时，需要采取其他措施来防止电流流回输入。 当电感中的电流变为零时，必须关闭同步转换器的顶部开关。

图2.7。 两相交错同步升压

图2.8。 两相交错同步降压转换器

图2.9。 两相交错反激转换器

图2.10。 两相交错线性转换器

TB3155 [6]中给出了基于PIC微控制器的交错IIP的各种选项的详细信息。

变频控制

在前面的示例中，PWM触发频率由计时器设置，即 以固定的PWM频率实现控制。

具有固定频率的控制方法在低负载下会失去效率，因为它具有固定的按键损耗。 由于我们正在考虑微控制器上的解决方案，因此我们可以轻松地根据负载电流和转换器的工作模式提供可变的开关频率。

在具有固定PWM频率的控制器中，当电流不流过转换器的任何元件时，间歇电流模式最容易实现。

图2.11。 间歇电流模式。

当电流达到零时，独立于内核的外围设备可以帮助实现临界传导模式。 在这种情况下，PWM控制器会自动将开关频率更改为临界导通模式。

图2.12。 临界电流传导模式。

可配置的外设允许您实现其他算法：如果您设置比较器信号以重置计时器，则可以以固定的关闭时间（固定的关闭时间）或固定的开启时间（固定的开启时间或恒定的开启时间）实现控制。

具有固定开启时间的管理使您可以构建具有电源校正器的IPS [7]。

图2.13。 处于临界导通模式的固定导通时间（COT）配置的压控PWM控制器。

因此，我们研究了IIP的一些拓扑。 PIC16F176x系列的微控制器中包含实现PWM控制器所需的所有必要外设。 我们可以在独立于核心的外围设备上实现上述任何拓扑。 所描述的PWM控制器的功能不取决于内核的速度。

待续...