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Freescale Semiconductor Document Number: AN4746 应用笔记 Rev.

0, 06/2013 ?

2013 Freescale Semiconductor, Inc. 利用MC56F82xx、MC56F84xxx、 MC56F823xx和MC56F827xx DSC系列产生高 分辨率PWM信号 作者:Pavel Grasblum

1 简介 脉宽调制(PWM)是基于电压/电流均值控制 的基本技术, 电机控制、 开关模式电源、 照明、 无线充电、 音频放大器及许多其他应用中都会 用到此技术.这种技术能够有效地将电压/电 流转换为另一个电平. 脉宽调制的原理可从图 1中的电压转换器示例看出.开关网络产生电 压脉冲, 通常该脉冲要么是频率恒定但脉宽可 变, 要么是脉宽恒定但频率可变. 电压脉冲的 幅度与输入源的电压值对应. 电压脉冲经过进 一步整流和滤波后, 形成平滑的输出电压;

此 输出电压的平均值与所产生的电压脉冲的占 空比对应. 在电机控制等应用中, 电压脉冲不 进行整流或滤波,而是直接作用于负载. 目录

1 简介.1

2 细分延迟逻辑

3 2.1 高分辨率 PWM 占空比的产生 .......

5 2.2 高分辨率 PWN 频率的产生

5 2.3 采用细分延迟逻辑产生互补信号....

6 2.4 在软件中使用细分延迟逻辑.7

3 结论.8

4 参考.9

5 修订历史记录

9 利用MC56F82xx、MC56F84xxx、MC56F823xx和MC56F827xx DSC系列产生高分辨率PWM信号,Rev. 0,06/2013

2 Freescale Semiconductor, Inc. 图1. 电压转换器中的 PWM 原理 PWM 使用的频率范围很宽.加热或电炉应用可以是数秒一次可控硅应用为 50/60 Hz,电机控制 应用为 10C20 kHz, 开关电源为数百千赫. 微控制器利用定时器/PWM 模块产生 PWM 信号. PWM 模块的定时基本单元是其输入时钟.输入时钟通常与外设总线时钟相同,但某些 MCU 可将外设 总线时钟的频率数倍倍频后提供给 PWM 模块. PWM 模块的输入时钟决定了产生 PWM 信号的分 辨率.PWM 分辨率是闭环控制是否稳定的重要参数.理想情况下,PWM 分辨率必须与模数转换 器(ADC)分辨率相当. 低PWM 分辨率的结果可从图

2 看出.左侧产生的是低分辨率 PWM 信号.控制环路试图让输出 值接近参考值.但是,PWM 模块的占空比一旦改变就会引起输出大幅变化,因此输出信号会围 绕参考值波动.右侧产生的是高分辨率 PWM 信号,因此输出信号纹波可忽略不计. 图2. PWM 分辨率对输出信号的影响 利用MC56F82xx、MC56F84xxx、MC56F823xx和MC56F827xx DSC系列产生高分辨率PWM信号,Rev. 0,06/2013 Freescale Semiconductor, Inc.

3 对于低频中频 PWM,市场上大部分 MCU 的PWM 分辨率是足够的.例如,若MCU 的外设总线 时钟为

100 MHz、PWM 信号频率为

10 kHz,则PWM 分辨率为 10, 000,即超过

13 位.所需的最 低PWM 分辨率取决于应用要求, 但一般认为至少是

10 位分辨率才足够. 在第二个例子中, PWM 信号的频率为

200 kHz.若外设总线时钟与上例相同,则此 PWM 信号的分辨率低于

9 位.因此, 低PWM 分辨率可能导致出现不需要的输出纹波,如图

2 所示. 为获得与上例相同的 PWM 分辨率,PWM 模块的输入时钟必须至少为

2 GHz,这对于当今 MCU 制造所用的技术而言不太可行.但是,对于开关电源等需要高频 PWM(>

100 kHz)的应用,某些MCU 可利用特殊技术实现如此高的分辨率,并且 PWM/定时器模块无需使用非常高的输入时 钟频率. 以下章节介绍如何利用飞思卡尔数字信号控制器 (DSC) 系列 MC56F82xx、 MC56F84xxx、 MC56F823xx 和MC56F827xx 产生高分辨率的频率和占空比 PWM 信号.