低功耗MCU在家電中的應用與分析

最近幾年由于人們對環(huán)保的重視，市場(chǎng)上開(kāi)始關(guān)注節能低碳的電子產(chǎn)品，對家電等電子產(chǎn)品的低功耗性能也提高了要求，低功耗MCU在家庭的各種電器產(chǎn)品上將占據重要地位。

在智能家電產(chǎn)品通電后，MCU就開(kāi)始啟動(dòng)，由于MCU所消耗的電流只占整個(gè)家電產(chǎn)品消耗功率的很小一部分，所以通常對其工作電流大小不作要求，只要產(chǎn)品可以正常工作即可。一直到最近幾年，由于人們日益重視環(huán)保，市場(chǎng)上開(kāi)始關(guān)注節能低碳的電子產(chǎn)品，對家電及電子產(chǎn)品的低耗能也提高了要求，因此低功耗MCU在家庭的各種電器產(chǎn)品上開(kāi)始占據重要地位。

低功耗MCU的需求原因

在電子產(chǎn)品上需要低功耗MCU的原因大部分出自環(huán)保的考慮：一方面，地球溫室效應造成的問(wèn)題需要大家通過(guò)節約能源來(lái)解決;另一方面，大量的電池若沒(méi)有按正常渠道回收可能會(huì )造成土地和水資源污染。具體來(lái)說(shuō)，低功耗MCU的需求可以歸納為以下幾種情況。

1. 一般家電電源來(lái)自電源插頭，當插頭插在插座上，即使家電沒(méi)有啟用也會(huì )消耗一些功率，通常來(lái)說(shuō)這些消耗的功率越少越好。

2. 家電若具有時(shí)鐘功能，則當插頭離開(kāi)插座后，時(shí)鐘所需的電源需靠?jì)炔侩姵靥峁?，因此電池必須能夠維持較長(cháng)時(shí)間。

3. 具有遙控功能的電器需維持較低的待機電流。

4. 使用電池供電的電器用品其電池使用壽命要越長(cháng)越好。

5. 使用太陽(yáng)能電池來(lái)代替使用一般電池的電子產(chǎn)品。

通過(guò)以上五點(diǎn)可詳細地說(shuō)明低功耗MCU在家電上的應用。就第一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，目前許多家電插頭一直插在插座上，這樣即使沒(méi)有使用也會(huì )消耗部分電流，所以環(huán)保人士才會(huì )極力倡導電器在沒(méi)有使用的時(shí)候把插頭拔掉。但是人們難免有時(shí)候會(huì )忘記拔掉插頭，此時(shí)便可以使用低功耗MCU來(lái)降低待機電流。

為了讓待機電流降低，MCU需將系統頻率切換為低速模式，如圖1，當系統頻率切換為fL時(shí)，MCU內部會(huì )將高速振蕩器電路關(guān)掉，以節省其耗電電流。除此之外，整個(gè)MCU執行指令的耗電電流因系統頻率切換為fL的緣故也會(huì )大幅降低，兩者的耗電比例最大可以相差100倍(2毫安與20微安的差異)(注：圖中高頻系統振蕩器有3種選擇，低頻系統振蕩器有2種選擇，一般高頻的系統振蕩器約在0.4MHz以上，低頻系統振蕩器約32kHz)。

圖1 為了讓待機電流降低，MCU需將系統頻率切換為低速模式

另一個(gè)大幅降低待機電流的方式是MCU進(jìn)入IDLE模式。在此模式下，MCU已經(jīng)不執行程序，僅啟動(dòng)部分計時(shí)功能，MCU每隔一段時(shí)間會(huì )因定時(shí)器溢位而被喚醒。在IDLE模式里，中斷及喚醒功能仍然有效，當然也可通過(guò)外部按鍵的方式喚醒MCU，使其離開(kāi)省電模式重新回到一般工作模式。

就第二點(diǎn)來(lái)說(shuō)，一般家庭的各種電器用品都可能具有時(shí)鐘功能，尤其是廚房?jì)鹊募译?，例如電子鍋、電飯鍋、微波爐、烤箱、烘碗機、豆漿機、果菜機等等。以電子鍋為例，平常插頭插在插座上時(shí)，MCU的電源來(lái)自電力公司的交流電，并對電子鍋內部時(shí)鐘的充電電池充電;當插頭拔掉時(shí)，電子鍋還要繼續計時(shí)，此時(shí)就靠電池提供電源給MCU內部的計時(shí)電路。如果在下次插頭重新插入之前電池耗盡，時(shí)鐘就會(huì )不準且無(wú)法繼續計時(shí)，而且充電電池也可能因為過(guò)度放電而很快損耗掉。

為了提供一個(gè)省電的時(shí)鐘功能，MCU必須具有一個(gè)省電的32,768Hz晶體振蕩器電路(LXT)，且在MCU進(jìn)入IDLE模式時(shí)，該振蕩器電路還能繼續工作，時(shí)鐘也可以繼續計時(shí)，LCD可以繼續運行，以顯示目前的時(shí)間，這些功能加起來(lái)的耗電流必須要足夠低才可以讓電池供電，并維持更久的時(shí)間。圖2顯示了選用LXT作為計時(shí)來(lái)源時(shí)，最長(cháng)可以每秒產(chǎn)生1次計時(shí)中斷。

圖2 選用LXT作為計時(shí)來(lái)源時(shí)，最長(cháng)可以每秒產(chǎn)生1次計時(shí)中斷

至于第三點(diǎn)，許多家電、音響、電視都會(huì )有遙控器接收電路，以方便使用該電器的各種選項及設定功能。當這些電器關(guān)閉時(shí)，并不是完全關(guān)閉電源，遙控器的接收電路還在繼續工作，除非把插頭拔掉，否則待機電流一直存在，這也會(huì )造成能源的浪費。若是能把此時(shí)的耗電降至最低，對節能省電也有不小的幫助，接收遙控器電路的MCU如果本身使用低功耗MCU就是降低此時(shí)待機電流的好方法。