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1、数字电源控制器Si8250开关电源的数字化发展很快，Silicon lab公司的Si8250即是一款优秀的数字电源控制器新品。我们先介绍Si8250的结构和功能，然后给出用Si8250设计开关电源的程序。1 系统展示。数字电源控制与传统模拟控制相比给系统提供了性能成本柔性等一系列优点。其性能提升使得通过完整的自适应的非线性的控制达到瞬态响应和转换效率的最佳化。外部功能可以进一步得到改善，减少外部元件数及其相关的空间和成本，在系统中可编程序，使系统设计更容易和快捷。Si8250/1/2数字开关电源控制器寻址有很宽的范围，适应多种开关电路拓朴。该产品贡献于高速硬件控制，它工作在监视集成的闪存系统管
2、理程序，可提供快速的控制响应，很容易用于廉价经济的硬件方案,并有灵活的可调整的解决方法。Si8250数字开关电源适应多种开关电源电路拓朴。它既可以工作于隔离的DC/DC，也可以工作于非隔离的DC/DC系统中，诸如桥式拓朴，多相DC-DC的BUCK电路控制等。既可以用于初级侧，也可以工作于电源的二次侧,它能提供给系统必要的全部功能，包括模数转换，全数字电压或相角的调整，故障监视及恢复工作以及信号的通讯接口临界控制故障检测功能都在硬件之内。而且能独立工作，甚至在CPU被禁止时。Si8250功能方框图如图1.1所示。一个一个的控制通路从VSENSE端展示出来，它通过一个10MHz的ADC环路滤波器以
3、及6个D-PWM调制器控制，其ADC和环路滤波器一起产生可频率补偿的占空比项U(n)。它直接调制D-PWM硬件。系统管理程序提供的功能诸如系统起动，控制最佳化，故障检测和恢复，系统维护及通讯接口，软起动，关断管理等。还有其它一些可由用户定义的功能。1.1 10MHz控制处理器ADCIC内的6位10MHz模数转换器(ADC)可使其在稳定状态供电工作，将电源的输出电压和基准电压之间的差值数字化后，用一个9位的电压基准的数模转换器(DAC)去校正，达到调节输出的目的。ADC有一个烧入的可编程的瞬态检测器，它在ADC输出突然异常时(跳出调整范围)调整LSB，以防止和限制周期振荡。1.2 DSP滤波器发
4、动机数字信号处理(DSP)滤波器发动机由第一级PID（比例,积分,微分）滤波器和第二级低通滤波器组成。所有系数都可以动态调节，使系统的管理程序随负载的变化有最佳的环路响应。PID集成器有应对宽的输出逻辑，它可以在峰值限流时自动地使能。两个第二级低通滤波器可以用软件来选择，有两个极点的低通滤波器在10MHz之上有单开关周期的平稳模式SINC小数滤波器。它在一个等于fs/(2小数抽样)的地方产生一个零点，小数比可选择放置零点在PWM频率处，给出最大的PWM频率的衰减。1.3 六通道的D-PWMD-PWM是一个高度柔性的时基发生器。它支撑6个调制通道,可以固定或动态调整死区时间。PWM和相位调制都能
5、支持，输出的时段是5ns。DPWM初始由系统管理处理，并能直接在硬件或系统管理程序中调制。一个调节和限制分系统使得系统管理程序的调节U(n)的上下限制给每个输出相成为可能。它还提供平均的系统管理处理加入时间偏置给U(n)，对每个时段做补偿以使整个系统的功率级的异常都得到补偿。1.4 峰值电流限制比较器逐个周期电流限制及过流保护由这个分系统提供，峰值电流限制比较器的输出在电感电流波形加到Ipk输入超出其设定值时即被赞同，调整前沿消隐，提供来应对失效触发，过流保护累积超出时，OCP中断工作。此时下面的限流周期中断等于设定的最大值。1.5 自排序的12位ADC其它系统参数(如输入电压等)用自排序12
6、位200KSPS的ADC作数字化。此ADC有独立的结果寄存，它由调节限制，决定每个ADC输入的MUX通道。矢量中断在测量参数超出调节限制时产生，这种监视机理可以快速地响应系统故障条件，并使得很容易有效地中断驱动系统。1.6 系统管理程序Si8250/1/2器件采用Silicon-lab公司CIP-51的微控制器核心。CIP-51是一个与MCS-51完全兼容的结构设置。标准的803* / 805*集成和编译程序，可以使用已经开发的软件。CIP-51采用一个管道能实现比较大的集成结构，仅通过标准的8051即可实现。在标准的8051中，所有结构只是MUL和DIV用12或24系统时钟周期执行。通常有最
7、大的系统时钟1224MHz。对比一下，CIP-51的核心在一到两个周期中执行70%的指令，没有此结构的要用8个时钟周期。CIP-51系统时钟运行在50MHz，它有峰值通过50MIPS，CIP-51有整个109个指令，下面表格列出其指令数。Si8250/1/2还包含几个关键的增强CIP-51核心的技术，同时改善了性能，而且很容易应用。扩展的中断掌握允许大量的仿真和数字电路可以并行工作，各自独立地控制或中断控制器工作。仅在必要时再令其工作，按需要较少地干预微控制器核心。一个中断驱动系统可以更有效地允许，更容易地执行多项任务，使之成为一个实时系统。它有八个复位源，P-ON复位电路(POR)，片上VD
8、D监视器，看门狗，时基,丢失时钟检测，从0比较器的电平检测，强制软件复位，它有一个外部复位端子,或闪存错误可由用户软件禁止，WDT可以在P-ON后由软件执行内部振荡器强制校准在24.5MHz+/-2%，时钟乘法器允许工作到50MHz。1.7 开发工具Si8250/1/2器件包括片上Silab的2线(C2)调试电路，它提供非干扰，全速电路内部传导路径的调试。其安装在应用端。Silab调试系统支持探访和存储器寄存器的修改，断点及单步调节，没有附加的RAM目标。程序存储器，时基和通讯通道也都在。所有数字的和模拟的在调试过程中并行运行，独立工作。所有周围的电路除ADC和SMBUS外在系统管理程序下各自
9、分离，在每一步或在中断时都保持同步。其系统准备图见图1.7。Si8250 DK开发点由标准的Silab的IDE和SMPS应用建立起来，并实时固件核心。具有供电硬件设计并做为起始点，用户进入系统规范参数诸如最小PWM占空比，波形，系统工作点，保护限制点以及系统管理运行结构，并建起SMPS。补偿做起来很象S-版图，允许用户加入满意的设计技术。此时，整个推导出全部定义的Z-版图，采用GUI基本设计工具，用户进入它的系统时基极点/零点位置和系统参数。用此输入SMPS应用建起的软件计算，加载需要初始参数，进入实时的核心，惊人的简化了设计并快速到达市场程度。核心是随后编辑进入到下载的稳定坚固的调节编程及加
10、载到Si8250的闪存中。这种开发方法用最小的编码总量，而设计师必须能令其成果快速进入市场。系统的波形建起工具产生出DPWM预置核心直接从时基波形给用户。补偿环路工作自动地产生滤波器结构。它基于用户的系统参数及所需要的极点及零点的频率，控制器及环路大小及频率图都允许用户进一步设计。1.8 存储器图CIP-51具有标准的的8051的程序和数据地址结构。它包括256位数据的RAM,具有128位的双图，半直接式导址，直到公共RAM的128位以上。直接导址可以到128位的SFR地址空间，低的128位可直接接受，或半直接地接受。第一个32位的地址作为产生通用寄存器的四个银行。下面16位可以位组地址或锁住
11、地址。编程存储器由32KB闪存组成。这个存储器可以重新在系统中的512位扇形区中编程，而且不需要专门的片外调节电压。存储器图如图1.10。1.9 O比较器Si8250/1/2器件包含一个软件结构的电压比较器，它可以有多个输入端口。比较器提供可调节的响应时间和滞后时间，其两个输出可以选择端口的接线端子,一个同步的闩锁输出(CPO)或异步的(RAW)输出(CPOA)。比较器的中断既可以产生在上升沿，下降沿，也可以两个沿都行。当IDLE处在悬浮型时，CPO中断可以用作程序的”唤醒”源，比较器0还可以做成复位源，其结构如图1.11。 1.10 串行接口Si8250/1/2系列包括一个SMBUS/12C
12、的接口以及整个双重UART用增强的波特速率结构。UART典型用于传输数据经过隔离边界的在SM BUS口处，用做系统通讯接口给PMBUS，并能做主动或从动工作方式，每个串行总线完全能执行硬件并能用CIP-51的中断来扩展，于是只需要一点点CPU的干预。1.11 输入输出接口 (I/O接口)Si8250/1/2系列器件包括16个I/O接口端，接口端子安排成两种类型的宽接口，接口端子显示象典型的8051接口，用少数几个增强型接口，接口0可以做为数字I/O接口，而接口1可以做为一个数字或模拟的接口。端子选择做数字接口时可以做推挽拓朴或漏极开路式工作。弱的上拉是固定在典型的8051器件上,它可以通行禁止
13、，节省功耗。数字的横杆允许内部数字系统重新画出I/O接口端子，片上计数器 / 定时器串行总线硬件中断，及数字信号可以安排出现在接口端子，用于横杆控制寄存器。这样允许用户选择实际恰当的通用I / O接口的混合体，数字以及仿真源需要这样使用。1.12 可调的计数器阵列三通道可编程计数器阵列(PCAO)提供增强的时基功能，此时需要很少的CPU的干预。比标准的8051计数器要少，PCA由16位计数器 / 定时器，三个6位捕获 / 比较模块组成。计数器 / 定时器由可编程的时基单元驱动,可以选择6个源之间，包括：系统时钟，系统时钟可以四分，也可以十二分，外部的振荡器时钟源用8除，实时时钟源用8除，时基0
14、充满，或由外时钟信号从输入端送入。每一个捕获 / 比较模块都可以安排成独立状态工作，并有六个模式。沿触发捕获，软件定时器，高速输出，频率输出，8位的PWM或16位的PWM。此外，PCA模块2可以用作看门狗时基(WDT)，并在此模式下跟随系统复位使能，PCA捕获/比较模块I / O口和外时钟输入都可以由I / O口来做数字横杆。2,系统工作 2.1 系统上电工作预置当复位时，Si8250进入锁住模式(消耗最小电流状态)。此时,它的全部I / O端为高阻抗状态(PH1PH6除外，它们为低电平)，直到器件的硬件开始进入起动状态。当此出现时，I/O端传输用户的编程状态，PH1PH6输出仍为低电平。直到
15、下面两个状态之一，或为预置的一些其它状态。其由系统管理程序决定，或为直接到DPWM开关工作开始。系统管理过程使其工作在80KHz，典型时系统管理程序仍将留在足够的固件的预置工作参数，然后进入停止模式。如果此时VIN低于UVLO电压阈值的话，系统管理程序可以重新存在工作模式，其由四个唤醒源之一决定。比较器O中断，UART RX输入的下降沿，VIN0/VIN电平中断(非隔离应用)，或系统管理程序复位。2.2 Si8250/1/2在隔离DC-DC中的应用.一个隔离的DC-DC实例见图2.1。临界的初级侧电压(VIN)数字化并且传输到板上的UART。Si8250/1/2在二次侧，初级是Si-lab的C
16、8051F30X MCU，所有二次侧电压测量并直接由ADCO变换，初级侧的栅控信号由Si-lab的Si840*四通道高速隔离器隔离，二次侧的栅控信号线直接接到相应驱动IC的输入端。2.3 在非隔离DC-DC(POL)中的应用.在非隔离DC-DC应用中，主要不同在于没有使用UART。此时12位ADC的VIN/AINO通道直接接到ADCO的VIN/AINO输入，如图2.2所示。本地的调节偏置Si8250/1/2的稳压源及栅控信号直接接到外部的MOSFET驱动器IC上。2.4 时钟源Si8250/1/2的时钟源是其内部的低频振荡器(LFO)，为25MHz。也可以由外部送入时钟信号，SYNC功能提供外同步信号接口。2.5PWM限制，保护及工作点的设置最小及最大的PWM占空比限制在系统管
