智能控制的電源
世界上有許多供電應用，其中大部分只需要一個(gè)干凈的電流源或電壓源即可完成工作。在這些應用中，越來(lái)越多的應用需要通過(guò)某種智能算法來(lái)調整電壓或電流以改善性能、降低功耗或者實(shí)現某種新功能，從而使產(chǎn)品在市場(chǎng)上更具競爭力。其中一些應用包括：
1）用于太陽(yáng)能系統或能量采集的最大功率點(diǎn)追蹤。
2）電池充電，尤其是一些較為奇特的化學(xué)物質(zhì)。
3）具有調光或日光采集功能的LED照明。
4）通過(guò)備用電源系統實(shí)現容錯。
在每種應用中，都會(huì )添加單片機來(lái)執行某種程度的智能算法以便更有效地管理功率。其他功率系統只需要與人或其他系統交互的智能。這些系統包括PC主板上的SMbus功率元件，汽車(chē)內基于LIN接口的照明系統或大型建筑中的以太網(wǎng)管理電源板。只需向現有產(chǎn)品添加通信功能，即可將產(chǎn)品的實(shí)用性和價(jià)值提高幾個(gè)等級或層次。
傳統智能電源
很多智能電源系統采用“蠻力”方法，即僅僅向現有電源系統添加一個(gè)MCU.這樣做的風(fēng)險很低，因為現有系統能完成任務(wù)且已被充分理解。新的部分僅僅是智能。在這一過(guò)程中，通常要為電壓、電流、溫度和其他參數（如現有電源的占空比或頻率）添加傳感電路。此外，可能還需要連接其他電路來(lái)控制現有電源的功能，如使能和電壓設定值。很多SMPS ASIC已通過(guò)I/O引腳或I2C？連接實(shí)現了必要的控制輸入。而且有很多通用MCU（如PIC16F1939）可與這些ASIC交互并提供可改善電源功能的接口、命令和控制。
連接電源并通過(guò)驗證后，便可利用標準開(kāi)發(fā)工具（如MPLAB X IDE和PICkit 3）快速開(kāi)發(fā)附加功能。通常，這種方法不需要軟件開(kāi)發(fā)團隊完全精通SMPS設計的難點(diǎn)，因為SMPS團隊會(huì )單獨驗證系統的這一部分。
數字電源
為了節省成本，開(kāi)發(fā)人員對完全集成SMPS和MCU有著(zhù)強烈的意愿。一種非常有效的方法是使用具有快速采樣ADC的高性能MCU.這類(lèi)器件能夠實(shí)現由軟件控制的全數字反饋系統。如果性能足夠高，則可在軟件中實(shí)現極其復雜的反饋算法，這樣硬件上就變得非常簡(jiǎn)單。這種方法極具吸引力，但有幾點(diǎn)需要考慮。
1）當故障排除中必須包含ADC和算法時(shí)，傳統的切斷/跳轉調試方法不再那么有效。
2）軟件團隊必須理解SMPS補償的性能和數學(xué)要求。有時(shí)一些非常微小的代碼變化都會(huì )對穩定性造成顯著(zhù)影響。
3）控制器的電源要求隨著(zhù)MIPS的增加而提高，因此計算量大的算法將影響系統效率。
如果這些限制在系統中不成問(wèn)題，那么便可利用軟件實(shí)現一些相當神奇的事情。
混合智能電源
“蠻力”方法和全數字方法之間存在一種混合方法。這種方法將具有必需的模擬反饋外設的混合信號控制器與必需的MCU功能組合在單個(gè)集成電路中。其中一種代表性的器件就是PIC16F753.PIC16F753將運算放大器（運放）、斜率補償器、DAC、比較器和脈寬調制（PWM）控制器集成在單個(gè)14引腳的單片機中。其中每個(gè)外設都可編程，并且它們可以各種方式組合來(lái)創(chuàng )建大量電流模式電源。由于這些外設可在軟件中配置，因此可以動(dòng)態(tài)地更改配置來(lái)適應各種電源狀況。例如，當玩具待機時(shí)，比較恰當的做法是通過(guò)簡(jiǎn)單的固件前饋調節器將玩具中的電源作為滯后控制器來(lái)操作。當玩具激活時(shí)，可快速將電源重新配置為不同工作頻率下的連續電流模式，準備執行動(dòng)作。由于整個(gè)電源在MCU的外設內部進(jìn)行控制，因此所有需要的傳感電路均為SMPS的一部分，而非在設計生命周期的后期添加。這樣便有可能簡(jiǎn)化設計并減少元件數量。固件也能從電源行為的額外可視性中受益且無(wú)需增加新元件。電源的設計過(guò)程與傳統方法幾乎相同。步驟如下：
1）確定電源拓撲
2）創(chuàng )建電源并計算元件值
3）配置內部外設（20行代碼）
4）驗證性能并調整補償網(wǎng)絡(luò )。
5）編寫(xiě)通信和智能接口代碼。
第5步不需要了解詳細的電源知識便可完成，因為外設配置將由電源工程團隊設置并驗證。
設計過(guò)程
●確定電源拓撲
●創(chuàng )建模型并計算元件值
●配置電源的單片機外設
●調整模擬反饋環(huán)
●編寫(xiě)通信和智能代碼
通用配置
大多數使用PIC16F753創(chuàng )建的電源基于通用SMPS配置做出了少許更改。此配置如下所示。
在此配置中，外設配置為產(chǎn)生大多數電流模式的固定頻率電源。COG是互補輸出發(fā)生器。其功能是通過(guò)上升沿和下降沿輸入構成的可編程死區生成互補輸出。CCP配置為生成可編程的頻率上升沿。當電流超出斜率補償器的輸出時(shí)，比較器C1生成下降沿。CCP可與C1結合來(lái)產(chǎn)生最大占空比。一些拓撲（如升壓、反激或SEPIC）需要最大占空比。運放OPA用于提供反饋和補償。圖中由DAC為運放提供參考電壓，但如果不需要可編程電壓，固定電壓參考（FVR）也可用于為運放提供參考電壓。斜率補償器可通過(guò)比較器或COG復位。其工作原理是使用可編程灌電流來(lái)使預充電到其輸入（此例中為OPA）所設置電平的電容衰減。這種電源配置非常易于使用。下面是LED串中升壓電源調節電流的示例。
升壓LED電源示例
構建并測試硬件后，只需實(shí)現一些基本功能便可增加智能，如下所示：
LED驅動(dòng)器流程圖
最大功率點(diǎn)狀態(tài)機
電池充電器狀態(tài)機
結論
向電源添加MCU得到的最終結果遠比單獨使用器件時(shí)強大。集成可采用如下幾種形式：僅將MCU接入現有SMPS設計，通過(guò)高性能dsPIC建立全數字SMPS，或使用混合信號MCU將模擬SMPS功能與MCU集成到單個(gè)芯片上。
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