8位单片机在镇流器和功率因数校正中的应用
来源： 作者： 发布时间：2015-04-08 07:09:55 浏览量：精确的频率控制一方面可用于寻找点亮灯管所需要的电感生产点火电压，同时还可用于在稳定工作状态，甚至发生某些线路故障时维持恒定的电流。集成了不同硬件外设(如PWM或软件可配置的模拟比较器)的8位单片机非常适用此类应用。
8位嵌入式单片机
低成本8位嵌入式单片机在电子镇流控制中应用的两个新领域是PFC模块和电子镇流器功率逆变器，可绕行电感以实现更好的动态频率控制。
大多数8位单片机集成了模拟比较器和多通道ADC等模拟外设，同时还集成了数字PWM模块等数字外设。所有这些电路都可以软件进行控制，比传统的纯模拟反馈环控制系统有很大优势，在实现控制功能的同时，仍然可以完成高速模拟反馈环控制。
许多嵌入式单片机还集成了增强型通用同步异步收发器(EUSART)、主串行同步端口(MSSP)，这样在电子镇流器中可 实现不同类型的通信接口，用于实现远程站点监控或分布式电路板设计。
获得更高PWM分辨率
功率逆变器的精确时序控制对于电子镇流器的功能非常关键。通过一些简单的软件技巧，就可使所有PIC单片机上的PWM模块支持不同类型的应用，包括几个占空比必须恒定且输出频率只能以非常小的增量变化的照明应用(参考文献2)。
例如，在荧光和HID电子镇流器中，利用频率变化来控制与灯管串联的电感(镇流器)的阻抗。为保持镇流器电感较小(降低成本和尺寸)，开关频率必须非常高，通常在40kHz～120kHz。为更好地控制流过灯管的电流，频率只能以小增量变化，并且还要保持固定的50%占空比。
图2给出的是典型PIC单片机共模电感器捕捉/比较/PWM模块和增强型捕捉/比较/PWM模块(分别对应CCP和ECCP)的框图。每当8位定时器值(TMR2)等于周期寄存器值(PR2)时，一个新周期就开始了，PWM输出置位(输出高)，定时器复位。每当8位定时器值(TMR2)等于CCP占空比寄存器(CCPRxH)值时，PWM输出清零(输出为低)。因此控制PWM频率所需要的灵活性主要由Timer2模块提供。
表1是100kHz左右可以达到的典型输出频率，以及PR2寄存器值对实际PWM周期的影响。不幸的是，如果在可调光电子镇流器中采用10位PWM模块，那么其分辨率不足以提供平滑调光效果，特别是在照明亮度范围的低端，因为此时人眼更为敏感。
为了利用数字PWM外设提供约60Hz(一个常用的参考数值)的步进值，时钟频率需要提高约16倍。而实现这一点在成本和技术上都非常具有挑战性。一种更为简单并薄膜电感器且成本更低的解决方案是采用与CCP/ECCP模块相关的定时器中断机制，只需外加几行软件代码。
基本的思路是将16个PWM周期视为一组，并在两个不同频率值间来回切换(对应PR2寄存器的两个值)。例如，8个周期PR2=100，8个周期PR2=99，则可得到平均频率100,500Hz。通过采用其它比率，1:16、2:16、3:16...15:16，我们可以获得14个中间频率，在100,000Hz和101,010Hz之间相邻间隔大约64Hz。在照明应用中，人眼会自然地对光输出进行积分，感觉到整体的分辨率好像是提高了16倍。
最简单的办法是用一个计数器来实现，如图3所示，图中比率为5:16，较低的频率(T1)占对应的几个周期，而较高频率(T2)则占16个一组中的其它几个周期。为了获得平均分布的周期数，使用了一个4位累加器，每个周期，累加器输出增加一个对应的分数值(1...15)。如果产生进位，下一个周期将被扩展(T1)。否则，将保持基本值(T2)。
结合基本的软件定时器中断技巧以及许多单片机中都有的10位硬件PWM模块，可以很容易地产生高分辨率的可变频率数字信号。利用CCP模块中内建的中断机制，可以在100kHz附近获得以64Hz为步进增量的可调节频率信号，同时仅需要占用很少的单片机指令周期。
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