電源變換器在控制信號(hào)類(lèi)型來(lái)分類(lèi)可籠統(tǒng)地分為兩大類(lèi)：模擬電源和數(shù)字電源。

模擬電源就是直接對(duì)電壓或電流的原始信號(hào)進(jìn)行縮小或放大、比較等處理，也就是在反饋環(huán)路中，從輸入反饋信號(hào)到產(chǎn)生新的PWM驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，該反饋信號(hào)一直保持模擬信號(hào)形式。而數(shù)字信號(hào)則是將反饋信號(hào)在輸入反饋環(huán)路前進(jìn)行數(shù)字化處理，以數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理產(chǎn)生新的PWM驅(qū)動(dòng)。

模擬電源在控制器處理器發(fā)展起來(lái)之前占據(jù)絕大部分的市場(chǎng)，它的環(huán)路主要由分壓網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大電路、比較器以及一些邏輯電路組成，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有非常多的IC廠家將這幾種電路的部分或全部集成到一顆芯片里，使用起來(lái)非常方便，甚至廠家還會(huì)針對(duì)一顆芯片提供多種詳細(xì)電路應(yīng)用方案，這讓硬件工程師們?cè)O(shè)計(jì)電路時(shí)毫無(wú)壓力。

近十幾年來(lái)隨著MCU和DSP的迅速發(fā)展，數(shù)字電源在大功率場(chǎng)合已經(jīng)成為主流，如TI的C2000系列的DSP，在電源領(lǐng)域得到極大應(yīng)用。數(shù)字電源需要軟件參與，已經(jīng)不是一個(gè)硬件工程師可以單獨(dú)完成的了，那么是不是說(shuō)硬件工程師在硬件設(shè)計(jì)時(shí)工作量更小了呢?我個(gè)人覺(jué)得可以說(shuō)變小了也可能變大了。怎么說(shuō)呢?很多專搞硬件的工程師們可能根本不懂得DSP，而且廠家很少會(huì)針對(duì)一款DSP做電源方面的應(yīng)用電路，并且一款DSP可使用在多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源變換器上，就算廠家針對(duì)一款DSP做了多種電源應(yīng)用電路，但是在實(shí)際項(xiàng)目中變化太多了，DSP的一個(gè)引腳往往有多種復(fù)用功能，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)該能合理分配DSP的引腳資源，所以設(shè)計(jì)時(shí)我們可以與軟件工程師溝通，此外，作為電路設(shè)計(jì)者，自己也應(yīng)該對(duì)DSP有一定基本的了解，好讓自己能判斷設(shè)計(jì)是否合理，這也是作為高級(jí)硬件工程師必須掌握的知識(shí)技能。

那么以下篇章就對(duì)DSP的一些在控制環(huán)路中經(jīng)常用到的資源進(jìn)行整理，希望對(duì)同行的你有所幫助。

圖1

這里我以TI的TMS320F28335為例進(jìn)行整理。

首先是DSP的最小工作系統(tǒng)，包括3部分電路：供電電路、復(fù)位電路以及時(shí)鐘電路。TMS320F28034的工作電壓為3.3V，工作電流可達(dá)160mA左右，如果由5V電源轉(zhuǎn)3.3V，可用TO252封裝的LOD芯片實(shí)現(xiàn)，如果是12V轉(zhuǎn)3.3V，LOD有1.4W的損耗，建議使用BUCK變換器進(jìn)行降壓。

復(fù)位電路，TMS320F28034的數(shù)據(jù)手冊(cè)描述如下，其中關(guān)于該引腳的外部電路，它描述為通過(guò)一個(gè)2.2kΩ~10kΩ電阻上拉到VCC，用一個(gè)小于或等于100nF的電容接VSS。如圖3所示。

圖2

圖3

時(shí)鐘電路也可以說(shuō)成振蕩電路，通過(guò)振蕩產(chǎn)生高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)DSP運(yùn)行，它相當(dāng)于DSP的心臟。TMS320F28034的主頻為60MHz，這個(gè)頻率可以由DSP內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生，也可以由外部振蕩器產(chǎn)生，由于內(nèi)部振蕩器的精度受溫度影響較大，多數(shù)情況下采用外部時(shí)鐘信號(hào)。圖4數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的外部時(shí)鐘電路，由兩個(gè)起振電容和一個(gè)晶振以及一個(gè)Rd(其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，一般沒(méi)有串接Rd)。

圖4

這是無(wú)源振蕩時(shí)鐘電路，也可使用有源振蕩電路，其輸入引腳為XCLKIN，如圖5所示。

圖5

晶振頻率有很多種，應(yīng)該如何選擇?記住TMS320F28034的主頻為60MHz ，只要使圖6中的表達(dá)式里的其中一個(gè)等于60MHz即可，OSCCLK為晶振頻率，例如10MHz、12MHz。

圖6

第二就是JTAG調(diào)試接口，該接口可以方便軟件工程師燒寫(xiě)程序，在線仿真調(diào)試。

圖7 JTAG調(diào)試接口

第三，開(kāi)始說(shuō)說(shuō)TMS320F28034的一些在電源領(lǐng)域常用的資源，主要有通用I/O、ADC、PWM、TZ。當(dāng)然還有一些通訊接口如SPI，SCI，IIC，CAN也會(huì)經(jīng)常用到，但硬件設(shè)計(jì)與普通的單片機(jī)上的沒(méi)什么差別，這里就不做介紹。

通用I/O，也就是通用輸入輸出，通過(guò)配置相應(yīng)的寄存器可以設(shè)置一個(gè)I/O引腳為輸入、輸出、上拉，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)可以不外加上拉電阻。通用I/O口只能判斷邏輯電平——0和1，它們的表現(xiàn)在模擬電壓范圍如圖8所示。

圖8

作為輸入使用時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)電路時(shí)不僅要保證需要保證輸入電平信號(hào)不能大于3.3V，也要保證有一定的時(shí)長(zhǎng)，電平時(shí)間太短，DSP不能識(shí)別。如圖9所示。

圖9

ADC采樣，TMS320F28034的ADC為12位，這里設(shè)計(jì)電路時(shí)主要考慮時(shí)輸入電壓信號(hào)VADC不能大于3.3V，如果ADC是以15PIN的VREFHI作為參考電平，則VADC應(yīng)小于VREFHI，同時(shí)VREFHI小于3.3V。

PWM，是開(kāi)關(guān)電源里必不可少的一種驅(qū)動(dòng)信號(hào)，TMS320F28034有7組PWM，每組有A和B兩個(gè)PWM，所以一共有14個(gè)PWM。一個(gè)完整的PWM輸出需要經(jīng)過(guò)較多的功能模塊配置，如圖10所示，有興趣的小伙伴可以自行研究。

圖10

對(duì)于硬件工程師來(lái)說(shuō)，個(gè)人覺(jué)得圖10中的死區(qū)模塊(DB)應(yīng)該要了解清楚，如圖11所示，同一組的PWMxA和PWMxB輸出可以選擇內(nèi)部同一個(gè)PWM信號(hào)作為生成輸出PWM信號(hào)源，也可以選擇不同信號(hào)源。對(duì)于全橋式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同一橋臂的上下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)是選用同一組的PWMxA和PWMxB還是選用不同組的來(lái)控制，不同軟件工程師有不同的編程習(xí)慣，所以在設(shè)計(jì)前我們應(yīng)該和他們溝通好。

圖11

TZ，trip-zone的縮寫(xiě)，谷歌翻譯是“旅行區(qū)”，怪怪的。其實(shí)TZ的功能是當(dāng)功能發(fā)生異常，異常信號(hào)送至TZ模塊，能以最快的速度做出相應(yīng)的處理，這個(gè)處理動(dòng)作有軟件設(shè)定，比如，電源輸出短路時(shí)，將CT信號(hào)送至TZ的引腳，軟件設(shè)定立刻置PWM信號(hào)為低電平信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

TMS320F28034中有6個(gè)TZ，其中TZ1、TZ2、TZ3由引腳輸入，輸入為低電平時(shí)表示錯(cuò)誤發(fā)生。

每一個(gè)PWM模塊都能通過(guò)寄存器TZSEL進(jìn)行設(shè)置來(lái)選擇哪一個(gè)TZ信號(hào)用于控制該P(yáng)WM情況。也就是PWM1可以選擇6個(gè)TZ中的任意一個(gè)作為錯(cuò)誤控制信號(hào)。

圖12

圖13