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摘  要：为满足某电子控制器主处理器MPC5554的供电功能需求，本文提出了一种以多路可编程电源转换器MC33730为核心的电源系统设计。通过分析MPC5554处理器供电需求及MPC5554系统电路特点，详细阐述了基于MC33730的电源系统的电路原理及设计过程，验证了该电源系统在MPC5554系统中应用的有效性。

关键词：主处理器  MPC5554  电源系统  MC33730

MPC5554是Freescale公司的一款高性能处理器，已广泛应用于汽车电子和工业控制领域，在航空发动机控制系统中也多有应用。某航空发动机电子控制器主处理器就是采用MPC5554。MPC5554工作时所需电源种类多，品质也有严格要求，因此，稳定可靠的电源系统是MPC5554系统设计中关键之一。

1供电需求分析

MPC5554是当今集成度最高的片上系统Soc之一，MPC5554包含PowerPC架构的e200Z6处理器、eDMA控制器、外部总线控制器等诸多功能模块。MPC5554引脚超过400个，其中与供电有关引脚134个（72个供电引脚、62个接地引脚），这些引脚为MPC5554相對独立的16个功能模块供电[3]，都有其供电范围，详见表1。

在这些供电需求中，其中与系统应用密切相关的I/O引脚、系统锁相环（SPLL—System Phase—Locked Loop）的数字部分、无源晶振内部电源、地址总线（ADDR）、数据总线（DATA）、时钟控制部分（CLKOUT、ENGCLK）、内部逻辑电路选用的是3.3V±5%电源供电。为了提高系统时钟信号（CLKOUT）的稳定性， 3.3V供电电源还需进行滤波处理，由VDDSYN引脚对时钟控制部分进行供电。

模拟量采集模块、增强型I＼O模块定时器（EMIOS）、ETPU均可选用的是5.0V±5%电源供电。为了保证模拟量采集质量，需要将模拟电路与数字电路进行隔离，因此模拟量采集模块需要独立的5V，由AN引脚供电。

系统内核（包括e200Z6处理器、eDMA控制器等）选用的是1.5V电源供电，片内SRAM选用的是1.0V电源供电。

综上分析，电源系统需要提供如下五种电源并保证其品质：5V（两路独立）、3.3V、1.5V和1V。

同时，为了保证MPC5554系统正常运转，电源系统还需具备MPC5554系统上电复位功能，并对各路电源进行监控，实现掉电（欠压）复位。

2电源系统设计

2.1电源系统总体设计

基于以上供电需求分析，确定电源系统采用以MC33730多路可编程电源转换器为核心的总体方案。电源系统电路主要由MC33730多路可编程电源转换器、电源输入电路、电源输出电路、复位电路及逻辑编程电路组成，其电路原理见图1。

MC33730的标准工作电源为12V，最高工作电压可达40V，因此，MC33730工作电源采用电子控制器28V。

MC33730可输出五路电源，通过逻辑编程满足五种电源需求。

通过对MC33730输入电源28V进行去尖峰毛刺处理，对输出电源进行滤波稳压等处理，可满足电源的品质要求。

利用MC33730的电压监控功能，配置合适的延迟时间，可实现MPC5554上电（掉电）复位功能。

2.2输出电源设计

MC33730输出的五路电源中，其中2路5V固定电源，为增强型I＼O模块定时器（EMIOS）、ETPU及模拟量采集模块各提供一路5V供电。MC33730输出电源是相互隔离的，2路5V电源可实现模拟电路与数字电路隔离，保证模拟量的采集质量。

MC33730另外三路输出电源为可编程电源，由三个编程口P1、P2和P3的逻辑组合确定三个输出电源VDD3、VDDL、VKAM的电压，详见表2。

选用第三逻辑组合，即P1= High、P2= Low、P3= High，可实现3.3V、1.5V和1V三个电源需求。三个编程口P1、P2和P3的高低电平理论上可通过可编程器件输出的电平来确定，这在需要变化的电源需求是可行的，但本电源系统中3.3V、1.5V和1V三个电源不需变化，因此采用了最简单直接的办法（见图2）：通过上拉下拉电阻来确定三个编程口P1、P2和P3的高低电平。

2.3电源品质设计

MPC5554工作时所需电源种类多，对电源的品质也有严格要求。电源系统在电源输入电路、电源输出电路的相关措施来保证其品质要求。

在电源输入电路中，采用了一个超快功率整流器MURS320T3，在28V输入电源尖峰毛刺时，可迅速抹平毛刺[1]，同时设计配置高通和低通滤波电容，这样可保证28V输入电源进入MC33730前具有良好的品质。

在电源输出电路中，采用了RC滤波、LC滤波、稳压、功率放大等措施，保证5V（两路独立）、3.3V、1.5V和1V等五种电源品质。特别的，3.3V电源在进入VDDSYN引脚前，又对3.3V电源增加一级LCC滤波，以响应提高系统时钟信号（CLKOUT）的稳定性要求。

2.4 复位功能设计

MC33730内部集成了复位电路逻辑内核，具备电源电压监控功能，管脚RSTKAM、RSTH、RST3、RSTL为上电（掉电）复位延时、电压异常监控复位综合控制端，其中RSTH监控5V，RST3监控3.3V，RSTL监控1.5V，RSTKAM监控1.0V。本次MPC5554系统设计中，1.0V由MPC5554电压调节控制器（VRC）电路的线性控制反馈所提供，RSTKAM端未用，悬空处理。管脚RSTKAM、RSTH、RST3、RSTL在MC33730内部为集电极开路输出，设计中将RSTH、RST3、RSTL连在一起作线与输出，即只要RSTH、RST3、RSTL某一个输出为低，则都能提供MPC5554的复位信号RESET（低电平信号），见图5。

上电时，当MC33730检查到5V、3.3V、1.5V电压上电并达到4.5V、3.1V、1.4V阈值时，RSTH、RST3、RSTL端会继续保持低电平复位状态并延时至指定时间才恢复至高电平工作状态，见图6。

掉电时，当MC33730检查到5V、3.3V、1.5V电压掉电并低于4.5V、3.1V、1.4V阈值时，RSTH、RST3、RSTL端会继续保持高电平工作状态并延时至指定时间才跳变至低电平复位状态状态，见图7。

HRT端为上电复位延时编程端，通过选择不同的下拉电阻值，可選择上电复位延时时间，具体见表3。

根据MPC5554系统电路要求，上电复位延时时间需在5～10ms间，所以选择下拉电阻RHRT为47K，则延时时间约为6ms。

3测试验证

3.1板级测试

将设计完成的电源系统板，接入28V输入电源，用数字万用表、示波器等测试工具对5V（两路独立）、3.3V、1.5V和1V等五种输出电源进行测试。板级测试结果表明，五种输出电源精度高，无毛刺，纹波小。表4是五种输出电源的测试结果。

3.2系统级测试

将电源系统板集成在以MPC5554为主处理器电子控制器中。系统级测试主要进行两种测试：

首先，对电子控制器进行了上电自检、参数采集、ARINC429通讯、步进电机控制等全面的功能性能测试，结果满足设计要求;

然后，将电子控制器、执行机构、传感器进行了半物理仿真试验，进行小闭环控制、起动、稳态控制、动态控制等试验项目，试验结果正常，指标符合设计要求。图8是起动试验结果。

系统级测试结果表明，电源系统的功能性能满足设计要求。

4结论

通过分析MPC5554处理器供电需求及MPC5554系统电路特点，设计的以多路可编程电源转换器MC33730为核心的电源系统，经板级测试及系统级测试验证了其在MPC5554系统中应用的有效性。

以多路可编程电源转换器MC33730为核心的电源系统与常用的供电电路相比，具有以下特点： 1.能编程提供相互隔离的多种电源;2.输出电源品质高;3.具有上电（掉电）复位功能;4.可进行电源电压监控。

该电源系统的成功应用，为基于MPC5554的控制系统中的电源需求提供了一种有效的解决方案，具有较高的实用价值和参考作用。

参考文献：

[1] 樊晓霞，陈佳品，李振波. 基于DSP的微直升机控制电源解决方案[M]. 微处理器，2004.

[2] 杨俊恩等. 发动机ECU电源电路的选型与设计[M]. 内燃机车，2011.

[3] 董哲.基于MPC5554控制系统的设计[R]. XX-JB-05050，湖南：608所，2016.