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電源供應器設計人員經常面對種種相互沖突的要求。一方面要縮小體積、降低成本，另一方面又要提供更多功能并提高輸出功率。受原理上的限制，模擬電源供應控制器本身的功能有限，而模擬電源控制器的設計更是越來越復雜。由于這個原因，有些設計人員轉向了純數字電源設計。然而，對于許多設計人員來說，如此快速地轉換到陌生的領域并不容易。比較可行的折衷方法是采用傳統模擬電源供應器，但增加數位微處理器做為前端。 這種設計的優點在于電源本身的控制仍然使用模擬技術來實現。因此電源供應器設計人員不需要從頭重新開始數字設計，就可以為現有設計增加新的功能。採用這種方法，設計中仍然使用熟悉的誤差放大器、電流檢測以及電壓檢測電路。當然，盡管有些設計單元（如補償網路）仍然采用分離元件，但其余部分則由微處理器來控制。 控制與監測 微處理器能夠帶來的功能可分為四類：控制、監測、判斷性功能及通信。下面我們將詳細討論這幾類功能。 第一類控制功能與微處理器和電源之間的硬件介面有關。在模擬設計中，非常重要的是要為連接微處理器保留介面。有些電源控制器在內部產生控制信號（如參考電壓），這樣的控制器為微處理器提供的外部連接點很少。然而，像Microchip的 MCP1630電源控制器，在設計上就為微處理器提供了充足的連接點。就本文來說，我們假定電源控制器提供兩個控制點——關斷輸入以及設置參考電壓的能力，如圖1所示。盡管這樣兩個連接點看起來并不多，但已經能夠提供功能非常強大的控制和復雜能力。 圖1：電源控制器提供關斷輸入及設置參考電壓的能力 名詞解釋： Power Supply－電源 Error Amplifier－誤差放大器 PWM Output－PWM輸出 Current Sense－電流檢測 目前，微處理器在許多電源設計中的作用主要是監測。許多微處理器都有搭載模擬數字轉換器（ADC）和模擬比較器。因此，微處理器在監測輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電壓和溫度等信號方面是理想選擇。 微處理器能夠監測范圍如此廣泛的信號，就可以完成更多功能，如智能故障檢測。微處理器的多功能源于其可編程能力，可以方便地進行制訂來滿足設計要求。這樣，對于故障情況就可以分類進行處理。短暫的超載以及其他非關鍵故障可能只需要設置一個標志就可以了。而過熱的情形則可能需要關閉電源，直到故障排除。需要重新啟動電源的故障也可以進行更嚴格的控制。在某個時間段內如果有太多的故障，微處理器就可以永久關斷電源。 微處理器的處理能力還可以實現復雜的計算測量，如功率的即時計算。在模擬系統中確定功率值需要進行復雜的模擬計算。但對于微處理器來說，這只是小事一樁。輸入功率、輸出功率、效率以及功率損失等參數都可以計算。 判斷性功能及通信 最后，微處理器的監測功能還可以支援更高級功能，如故障預測。即時將工作電流與歷史資料進行比較，電源設計人員便可判斷導致電源故障的原因。電源本身具備預測自我故障的能力可以節約成本并提供更高的可靠性。 監測資料并不僅僅是為了故障檢測。根據這些資料還可採取許多其他操作。這些任務就歸入判斷性功能的范疇。 判斷性功能給予電源設計人員為設計增加更大的靈活性、更多功能和保護能力。讓我們來考慮一下軟啟動或欠電壓鎖定的情況。利用微處理器來完成這些任務，鎖定電壓和緩啟動斜坡速率都是可編程的，并且不依賴于模擬零件。 微處理器還可以執行更復雜的任務，比如上電順序（power-up sequencing）。電源供應器可以編程以監測另一個電壓，直到被監測的電壓達到設定值時再啟動。可能還會有這樣的情況：兩個電壓必須成比例上升，或者彼此跟隨變化。這些功能只需修改軟件就可以實現，而不必對硬件作更改。 判斷性功能的另一種可能應用是根據溫度來調整電流限制。這樣電源供應器設計人員可以利用零件的溫度下降參數來保證確實運作。 利用判斷性功能還可以實現零件補償，進而提高準確性。許多資料手冊都給出了參數隨溫度的變化情況。這種情況下，微處理器可以用來實現溫度補償。這樣，設計人員可以使用成本更低的零件，并根據溫度對結果進行補償。Microchip應用筆記AN1001（DS01001）就描述了如何通過補償利用一個+/-6°C的溫度感測器來實現+/-0.1°C的溫度傳感精確性。 微處理器的判斷性功能還可以用于自我校準電源供應，使其在輸出端提供已知的電壓，輸出電壓通過電壓回饋電路進行檢測并存儲。采用這種方法，可以消除電壓回饋電阻的任何誤差，從而可以使用低成本電阻，卻不會影響精確性。而且，5伏和3.3伏電源的硬體都是一樣的，不同的僅僅是校正過程。 此處列舉的僅是微處理器判斷性功能應用的一部分例子。舉出這些例子僅僅是為了展示微處理器的強大功能。由此可知，大量電源供應器參數都可以通過小型且廉價的微處理器進行監測和控制。但我們還沒有討論資訊的存儲和獲取。這也正表現了電源供應通訊的重要性。 有多種電源供應通信的方式，從最簡單的跳線或開關設置，直到復雜協定（如乙太網路）。簡單的通信方式可用于設置參數，如輸出電壓或工作模式。較復雜的協議則可支援對電源供應器進行更復雜更全面的控制和監測。 真正的價值則在于遠端通信。對于位于遠端的電信和伺服器電源供應器，這一點極為重要。此一遠端監控能力讓操作員能提高系統的可靠性。 此外，遠端通信還允許操作員根據預計的負載情況調整電壓和電流限制。在此同時，若搭配備用電源更可進一步提高可靠性和正常工作時間。一旦電源供應器接收到顯示故障發生的信號，就可以通知操作員關閉故障的電源供應器并啟動備用供應器。這個過程也可以進行自動化操作，出現故障的電源供應器可以根據設定的條件自動啟動并切換到備用電源。 電源供應通訊并不僅僅用于監測和設置工作參數。許多微處理器都有搭載EEPROM來儲存生產資訊等資料。一旦零件發生故障，設備操作員可容易地判斷哪些電源供應器受到影響。同時，還可以存儲維修歷史。這樣就可以保證電源的生產資料、維修歷史以及運作資訊始終都在手邊，以保存最新資訊。 8位元MCU即可擔負復雜任務 對于前面列出的微處理器功能，目前普遍存在一種誤解：設計人員可能認為這些任務必須使用高階微處理器或數字信號處理器才能實現。實際上，本文中所描述的所有任務都可以方便地利用低成本8位元微處理器實現。 此外，采用微處理器的這種設計并非是要取代現有的模擬功能，而是作為模擬系統的一種補充，為整個電源供應系統提供只有數字微處理器才能提供的靈活性和處理能力。 |
