基于C8051的软开关用移相PWM的实现

发布时间：2010-11-1 14:31 发布者：eetech

关键词： c8051 , PWM , 软开关 , 移相

软开关技术近年来已经得到了深入，广泛的研究并且发展迅速。但在各种软开关电路中，使开关管实现软开关的触发脉冲比较特殊：例如在典型的Boost ZCT—PWM电路中，主开关管的触发脉冲超前于辅助开关管的触发脉冲，两者虽然频率相同，但占空比不同。在实验中发现，利用Cvgnal公司的C8051F系列单片机可以方便地产生此种软开关用的、多路占空比不等的移相PWM脉冲。

1 C805lF系列单片机可编程计数器阵列PCA简介

图1为PCA原理框图，以C8051F040为例，PCA包含1个专用的16位计数器／定时器和6个16位捕捉／比较模块。从图1中可见，16位PCA专用计数器／定时器的时基信号可有多种选择，可通过配置相关的系统控制器的特殊功能寄存器(SFR)来实现。每个捕捉／比较模块有自己的I／O线CEXn，可通过配制交叉开关寄存器(XBR。)将每个模块的I／O线连接到端口I／0；每个模块都可配制为独立工作，有4种工作方式：边沿触发捕捉方式、软件定时器比较方式、高速输出和脉宽调制器。本文中产生多路占空比不等的移相PWM是使用了捕捉／比较模块的高速输出工作方式，其原理如图2所示。

PCAOL和PCAOH分别为系统16位PCA计数器／定时器的低8位和高8位，PCAOCPLn和PCAOCPHn分别为捕捉／比较模块寄存器低8位和高8位。在高速输出方式下，配制模块工作方式的寄存器PCA0CPM值如图2中所示。当系统PCA计数器／定时器与模块寄存器值发生匹配时，模块的CEXn引脚上的逻辑电平将发生变化，如果将相应模块的I／0线CEXn连接到端口I／0，单片机相应端口输出电平即发生变化，这就可实现PWM脉冲的高、低电平输出。每个模块的工作是单独进行的，需要的CPU干预较少，这就可同时输出多路PWM。

控制寄存器PCAOCN中，CF是当PCA计数器／定时器溢出时，由硬件置位，如CF中断被允许则此时CPU转向CF中断服务程序，该位只能由软件清零。CR置1是允许PCA计数器／定时器工作，置O是禁止。CCF0～CCF5是模块捕捉比较标志，当匹配发生时，该位由硬件置位，如CCF中断被允许则此时CPU转向相应CCF中断服务程序，该位只能由软件清零。

可见要产生多路移相PWM，可允许多个捕捉／比较模块同时工作，当发生匹配即电平转换时，允许CPU转向CCF中断服务程序，在中断服务程序中，将相应的数值偏移量与寄存器PCAOCPLn和PCAOCPHn值相加，这一数值偏移量便决定了下一次匹配的时间，PWM的高、低电平脉宽便由各自相应的数值偏移量决定。

2 软件系统设计及编程语言的选择

系统主程序框图如图3所示。

在针对具体电路应用时，须加入主开关管PWM触发脉冲调节子程序，根据输出电压采样反馈来调节其占空比以保证输出电压稳定。在选择编程语言时，同时用C51和汇编语言来产生2路移相PWM，并作了比较。比较如下：设定开关频率为20kHz，主开关管触发脉冲占空比为50％，辅助管为20％并滞后于主开关管2lμs开通。进入CCF中断服务程序后，CPU进行捕捉／比较模块寄存器偏移量计算时，以模块0计算主开关管高电压脉宽偏移量为例，C51语句为：

tempI=(PCA0CPH0《8)lPCA0CPLO；／／取寄存器当前值
temp1+=0x0271：／／上升沿，加上高电压脉宽
PCA0CPLO=(0Xff%26;amp;(temp1)；
PCAOCPH0=[0xff%26;amp;(temp》8)]；／／计算结果返回寄存器

编译后的语句执行过程为：

MOV    R7,FCH
MOV    A,R7
MOV    R3,FBH
MOV    0CH,A
MOV    A,R3
MOV    0DH,A
ADD    A,#7lH
MOV    0DH,A
MOk    A,#02H
ADDC A,OCH／／以上取害存器当前值，并加上高电压脉宽计算
MOV    OCH,A
MOV    A,0DH
MOV    FBH,A
M0V    A,OCH
MOV    FCH，A／／计算结果返回寄存器

直接使用汇编语言实现相同功能时，汇编语句为

mllV A,R0
add    A,#071h
mov    R0,A
clr    A
addc A,Rl
add    A,#02h
mov    R1,A
mov    PCAOCPLO,R0
mov    PCAOCPHO,Rl

编译后的语句执行过程为

MOV    A,RO
ADD    A,#71H
MOV    R0,A
CLR    A
AkDDC A,Rl
ADD    A,#02H
MOV    R1,A
MOV    FBH,R0
MOV    FCH,Rl

通过比较中断服务程序处理过程可见，C51的执行过程中有些地址只是作为数据存取的中转，另外，还有大量的堆栈操作未在文中给出，这增加了CPU处理CCF中断的时钟周期，如果几个中断优先级相同的CCF中断发生的时间间隔过短，就会造成程序跑飞。使用汇编语言编程，在单片机时钟频率为24．5MHz时，其中断服务程序最少用时约为35个时钟周期，而C51用时大概为其2倍。因此，用汇编语言编程可实现的PWM频率和移相范围都要高于C51。

3 实验结果

1)针对主、辅开关管均实现软开关的新型Boost ZCT—PWM电路[图4(a)]需要的两路移相PWM触发脉冲，用C8051单片机产生了所需触发脉冲[图4(b)]，并对此Boost电路作了实验。单片机端口J／0为低电平有效，故图4(b)所示是经非门反相后的信号。实验电路参数：Vin=24V,Vo=48V，输出功率100W，Lf=5mH，L1=4μH，La=6μH，Ca=1μF，Cf200μF。实验结果如图5所示。