摘要：通过C8051单片机的可编程计数器列阵PCA来实现软开关用移相PWM触发脉冲，实验结果表明通过此法产生的PWM波调试方便，运行可靠，可应用于多种软开关电路中。

关键词：软开关,移相PWM,C8051

0    引言

    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[1]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Cygnal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    C8051F系列单片机可编程计数器阵列PCA简介

图2    PCA高速输出方式原理图

    PCA0L和PCA0H分别为系统16位PCA计数器/定时器的低8位和高8位，PCA0CPLn和PCA0CPHn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/O线CEXn连接到端口I/O，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PCA0CN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0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PCA0CPLn和PCA0CPHn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

图3    主程序框图

    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21μs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：

    temp1=(PCA0CPH08)|PCA0CPL0；//取寄存器当前值

    temp1＋=0x0271；//上升沿，加上高电压脉宽

    PCA0CPL0=(0xff＆temp1)；

    PCA0CPH0=〔0xff＆(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,＃71H

    MOV    0DH,A

    MOV    A,＃02H

    ADD    CA,0CH//以上为取寄存器当前值，并加上高电压脉宽计算

    MOV    0CH,A

    MOV    A,0DH

    MOV    FBH,A

    MOV    A,0CH

    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

    mov    A,R0

    add    A,＃071h

    mov    R0,A

    clr    A

    add    cA,R1

    add    A,＃02h

    mov    R1,A

    mov    PCA0CPL0,R0

    movPCA0CPH0,R1

编译后的语句执行过程为

    MOV    A,R0

    ADD    A,＃71H

    MOV    R0,A

    CLR    A

    ADD    CA,R1

    ADD    A,＃02H

    MOV    R1,A

    MOV    FBH,R0

    MOV    FCH,R1

        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

(a)    Boost ZCT-PWM电路图            (b)    移相PWM触发脉冲

图4    新型Boost ZCT-PWM电路及实现全软开关所需触发脉冲

(a)    主开关的触发脉冲、电压、电流波形        (b)    辅助开关的触发脉冲、电压、电流波形

图5    软开关实验结果

    从图5实验结果可见，主、辅开关管均实现了零电流开通和关断，表明单片机产生的移相PWM触发脉冲能保证电路实现预期的全软开关效果。