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電池是便攜式系統應用的典型電源，并且目前基于微控制器的便攜式系統也不少見。各種微控制器均工作于低電源電壓（如1.8V）。因此人們能采用兩節AA或AAA電池為電路供電。但是，如果電路需要更高電壓——例如LCD的LED背光照明，它需要大約7.5VDC，則必須采用合適的DC/DC轉換器把電源電壓從3V提升至需要的電壓。不過借助幾個額外的分立元件，人們也可采用微控制器開發合適的DC/DC升壓轉換器。 本設計實例介紹如何用一個微型8引腳微控制器和幾個分立元件來創建兩個（而不只是一個）DC/DC轉換器。該設計方案可伸縮，人們只須改變微控制器的控制軟件，就能使它適應多種輸出電壓要求。人們甚至能對微控制器編程生成任何必要的輸出電壓啟動速率。圖1描繪了升壓開關穩壓器的基本拓撲結構。此類穩壓器中的輸出電壓大于輸入電壓。升壓開關穩壓器工作于CCM（連續導電模式）或DCM（非連續導電模式）。更容易為DCM工作模式設置電路（參考文獻2）。該名稱源于以下事實：在DCM中的每個PWM期間，電感電流降至0A并持續一段時間；在CCM中，電感電流從不為0A。在PWM輸出端的高電平周期結束時（此時開關接通），最大電流流經電感，大小為： 其中VDC為輸入電壓，D為占空比，T為總周期時間，L為電感值。流經二極管的電流在TR時間內降至零。 負載電流為平均二極管電流， 根據式(1)和式(2)，簡化為： 輸出電壓VOUT為： 輸出電容的值決定了紋波電壓，電容值為： 其中dV/dt表示PWM信號期間的輸出電壓降，I為負載電流，C為必要的輸出電容。 PWM波的總周期為T，并為系統常量。D為PWM波的占空比，而TR為二極管導電時間。在TR結束時，二極管電流降至0A。對于DCM，T>D×T+TR。PWM周期T與(D×T+TR)的差值為死區。 操作電感的開關通常是BJT（雙極結晶體管）或MOSFET。MOSFET是首選，這是因為它能處理大電流，效率更高，并且開關速度更快。但是在低壓時，很難找到柵極至源極閾值電壓足夠低的合適MOSFET，并且可能很貴。因此本設計使用BJT（圖2）。 微控制器提供的PWM頻率為10kHz至超過200kHz。期望較高的PWM頻率，這是因為它帶來較低的電感值，這就能使用小電感。Atmel公司的Tiny13AVR微控制器具有“快速”PWM模式，頻率約為37.5kHz，分辨率為8比特。更高的PWM分辨率使人們能更密切地跟蹤期望的輸出電壓。對于20mH電感，來自式(1)的最大電感電流為0.81A。開關該電感的晶體管的最大集電極電流應大于該值。2SD789NPN晶體管的集電極電流極限為1A，因此適合于這種DC/DC轉換器。根據式(4)，可由這些值實現的最大負載電流為54mA，因此滿足了7.5V輸出電壓的最大需要負載電流要求。 Tiny13微控制器具有兩條高速PWM通道和四條10比特ADC通道。另一條PWM通道和一條ADC通道為15V輸出電壓和15mA最大負載電流創建了第二個DC/DC轉換器。該轉換器的電感器的值為100mH。要計算輸出電容值，應使用式(6)。對于5mV紋波，用于7.5V輸出電壓的電容器的值為270mF，由于輸出電流為50mA且PWM時間周期為27ms，因此該電路使用最接近的較大值330mF。與此類似，對于15V輸出電壓，需要的電容值為81mF，因此設計使用100mF電容。 微控制器所用的程序是C語言，并使用開放源代碼AVRGCC編譯器在沒有內部時鐘分頻器的情況下，AVRTiny13微控制器工作于9.6MHz內部時鐘頻率，因此PWM頻率為9.6MHz/256=37.5kHz。內部參考電壓為1.1V。主程序交替讀取ADC的兩條通道，后者在中斷例程中監視輸出電壓。主程序執行無窮循環，通過讀取ADC值監視輸出電壓，并相應調整PWM值。 |
