使用微控制器集成模擬比較器以提供電源保護(hù)并降低電路板空間

　　簡(jiǎn)介

　　現(xiàn)在，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師開(kāi)始轉(zhuǎn)向電子微控制器，以在電機(jī)控制和數(shù)字電源系統(tǒng)中控制功率級(jí)。 使用微控制器(例如德州儀器 (TI) 的 C2000? Piccolo? 微控制器)的集成模擬比較器功能可以保護(hù)系統(tǒng)電源，同時(shí)也可使設(shè)計(jì)師減少板級(jí)所需的外部模擬組件的數(shù)量。在此類電機(jī)控制和數(shù)字電源系統(tǒng)中，在微控制器自身發(fā)生執(zhí)行錯(cuò)誤的情況下防止發(fā)生過(guò)壓或欠壓時(shí)，設(shè)計(jì)師仍局限于模擬域。 通過(guò)使用 TI C2000 Piccolo 微控制器系列的集成模擬功能，可以圍繞單個(gè)控制器來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，而不需要外部支持電路。這主要涉及使用模擬比較器來(lái)監(jiān)控功率級(jí)模擬域中的過(guò)壓或欠壓以及過(guò)流或欠流事件。

　　Piccolo 微處理器的優(yōu)勢(shì)

　　Piccolo 微控制器使用了 TI 的高性能 TMS320C28x? 內(nèi)核，可提供以單一獨(dú)立控制器控制系統(tǒng)時(shí)所需的所有性能和外設(shè)。 通過(guò)充足的余量和專用外設(shè)，Piccolo 微控制器使開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)崿F(xiàn)更先進(jìn)的控制算法，在進(jìn)一步提高性能的同時(shí)降低系統(tǒng)成本。

　　Piccolo 微控制器架構(gòu)已針對(duì)數(shù)字控制應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，具有先進(jìn)的架構(gòu)特性，增強(qiáng)了高速信號(hào)處理能力。 Piccolo 的主 CPU 內(nèi)核具有單周期 32×32 位乘法及累積單元等內(nèi)置數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 功能，大幅度提高了計(jì)算速度。此外，諸如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和脈寬調(diào)制器 (PWM) 等控制外設(shè)設(shè)計(jì)得非常靈活，能夠輕松適應(yīng)幾乎任何用途，而需要的軟件開(kāi)銷極小。 例如，ADC 具有自動(dòng)序列發(fā)生器允許開(kāi)發(fā)者進(jìn)行編程，以循環(huán)通過(guò)特定次序的樣本，這樣當(dāng)應(yīng)用程序需要時(shí)值已就緒。 使用更智能的控制外設(shè)和強(qiáng)大的 CPU 內(nèi)核，控制環(huán)路運(yùn)行更緊密，既改進(jìn)了控制算法的動(dòng)態(tài)特性，又減少了干擾行為。

　　重要的 Piccolo MCU 特性包括：

　　? 40 至 90 MIPS 的處理性能

　　? 3.3-V 單電源支持全部功能的運(yùn)行

　　? 雙內(nèi)部高精度振蕩器;無(wú)需外部晶體

　　? 12 位 ADC 具有 16 通道，最大取樣頻率為每秒 4.6 兆樣本

　　? 多達(dá) 19 通道的 PWM 輸出，具有可配置自動(dòng)死區(qū)

　　? 19 個(gè) PWM 通道中有多達(dá) 8 個(gè)可以在高分辨率模式下工作，其可以低至150 皮秒

　　? 集成模擬比較器直接連接在專用輸入和 PWM 輸出(以及專用輸出通道)之間，從而不需要外部模擬組件

　　Piccolo MCUs集成模擬比較器

　　TI 的 Piccolo 微控制器系列提供了兩至三個(gè)模擬比較器，具體視器件系列而定。 在本文中，我們將關(guān)注 F2802x Piccolo 微控制器系列，該系列配備了兩個(gè)比較器。 雖然這兩個(gè)比較器都集成到了數(shù)字器件中，但它們的工作方式與傳統(tǒng)的 30nS 模擬比較器類似。 這兩個(gè)比較器與 F2802/3x/6x 微控制器的內(nèi)部時(shí)鐘

　　不同步 – 只要器件自身有電，比較器塊就能正常工作。 這兩個(gè)比較器擁有兩個(gè)輸入(這與標(biāo)準(zhǔn)的模擬比較器類似，但是它們通過(guò)模擬輸入/輸出 (AIO) mux 與器件引腳連接)，而且具有額外的能力，即通過(guò)使用器件上的內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 為電壓提供內(nèi)部參考。 該內(nèi)部 DAC 功能在峰值電流模式控制等數(shù)字功率級(jí)應(yīng)用中非常重要，因?yàn)樵揇AC 可作為峰值電流模式跳閘點(diǎn)的斜坡發(fā)生器。 比較器塊的輸出也可通過(guò)連接至 PWM跳閘區(qū)域而被器件內(nèi)部使用，或通過(guò) GPIO mux 而被外部參考。 本白皮書(shū)將重點(diǎn)放在F2802x 器件系列上，但是內(nèi)部比較器功能同樣也可轉(zhuǎn)換用于 F2803x 和 F2806x Piccolo 系列。

　　將比較器用于外部 (用于F2802x Piccolo微控制器)

　　因?yàn)?Piccolo F2802x 微控制器內(nèi)部的比較器是作為真正的模擬組件而實(shí)施的，因此它們可被用于處理器外部的控制功能。 參閱下面的圖 1，可以在通用輸入/輸出 (GPIO) mux 中進(jìn)行更改以將比較器的輸出連接至外部器件引腳。 我們可以通過(guò) GPIO mux 讓比較器在器件外部輸出有源高信號(hào)或低信號(hào)，而不是讓比較器觸發(fā)內(nèi)部 PWM 事件(例如用于“峰值電流模式控制”時(shí))。 模擬輸入跳閘點(diǎn)的特性可作為內(nèi)部或外部參考，其最大輸入為3.3 伏。

　　圖 1. 通過(guò) GPIO mux 中的更改所實(shí)現(xiàn)的比較器輸出。

　　我們來(lái)看其中的一個(gè)應(yīng)用案例：對(duì)于在功率級(jí)中使用模擬控制器的系統(tǒng)，當(dāng)將F2802x Piccolo 微控制器用作“維護(hù)管理”微控制器時(shí)，可減少板級(jí)組件的數(shù)量。 這與在數(shù)字控制系統(tǒng)中的使用大致相同，當(dāng)與帶有啟用或禁用引腳的電源器件共同使用時(shí)，模擬比較器功能可以用于啟用或禁用功率級(jí)。 在許多情況下，也可使用模擬比較器使系統(tǒng)中的繼電器跳閘或是啟動(dòng)特定的處理器任務(wù)。 現(xiàn)在我們可以將這些功能集成到微控制器自身當(dāng)中，而不用通過(guò)外部器件實(shí)現(xiàn)這些功能，從而可節(jié)省電路板空間和成本。