低功耗MCU在家电中的应用与分析

最近几年由于人们对环保的重视，市场上开始关注节能低碳的电子产品，对家电等电子产品的低功耗性能也提高了要求，低功耗MCU在家庭的各种电器产品上将占据重要地位。

在智能家电产品通电后，MCU就开始启动，由于MCU所消耗的电流只占整个家电产品消耗功率的很小一部分，所以通常对其工作电流大小不作要求，只要产品可以正常工作即可。一直到最近几年，由于人们日益重视环保，市场上开始关注节能低碳的电子产品，对家电及电子产品的低耗能也提高了要求，因此低功耗MCU在家庭的各种电器产品上开始占据重要地位。

低功耗MCU的需求原因

在电子产品上需要低功耗MCU的原因大部分出自环保的考虑：一方面，地球温室效应造成的问题需要大家通过节约能源来解决;另一方面，大量的电池若没有按正常渠道回收可能会造成土地和水资源污染。具体来说，低功耗MCU的需求可以归纳为以下几种情况。

1. 一般家电电源来自电源插头，当插头插在插座上，即使家电没有启用也会消耗一些功率，通常来说这些消耗的功率越少越好。

2. 家电若具有时钟功能，则当插头离开插座后，时钟所需的电源需靠内部电池提供，因此电池必须能够维持较长时间。

3. 具有遥控功能的电器需维持较低的待机电流。

4. 使用电池供电的电器用品其电池使用寿命要越长越好。

5. 使用太阳能电池来代替使用一般电池的电子产品。

通过以上五点可详细地说明低功耗MCU在家电上的应用。就第一点来说，目前许多家电插头一直插在插座上，这样即使没有使用也会消耗部分电流，所以环保人士才会极力倡导电器在没有使用的时候把插头拔掉。但是人们难免有时候会忘记拔掉插头，此时便可以使用低功耗MCU来降低待机电流。

为了让待机电流降低，MCU需将系统频率切换为低速模式，如图1，当系统频率切换为fL时，MCU内部会将高速振荡器电路关掉，以节省其耗电电流。除此之外，整个MCU执行指令的耗电电流因系统频率切换为fL的缘故也会大幅降低，两者的耗电比例最大可以相差100倍(2毫安与20微安的差异)(注：图中高频系统振荡器有3种选择，低频系统振荡器有2种选择，一般高频的系统振荡器约在0.4MHz以上，低频系统振荡器约32kHz)。

图1 为了让待机电流降低，MCU需将系统频率切换为低速模式

另一个大幅降低待机电流的方式是MCU进入IDLE模式。在此模式下，MCU已经不执行程序，仅启动部分计时功能，MCU每隔一段时间会因定时器溢位而被唤醒。在IDLE模式里，中断及唤醒功能仍然有效，当然也可通过外部按键的方式唤醒MCU，使其离开省电模式重新回到一般工作模式。

就第二点来说，一般家庭的各种电器用品都可能具有时钟功能，尤其是厨房内的家电，例如电子锅、电饭锅、微波炉、烤箱、烘碗机、豆浆机、果菜机等等。以电子锅为例，平常插头插在插座上时，MCU的电源来自电力公司的交流电，并对电子锅内部时钟的充电电池充电;当插头拔掉时，电子锅还要继续计时，此时就靠电池提供电源给MCU内部的计时电路。如果在下次插头重新插入之前电池耗尽，时钟就会不准且无法继续计时，而且充电电池也可能因为过度放电而很快损耗掉。

为了提供一个省电的时钟功能，MCU必须具有一个省电的32,768Hz晶体振荡器电路(LXT)，且在MCU进入IDLE模式时，该振荡器电路还能继续工作，时钟也可以继续计时，LCD可以继续运行，以显示目前的时间，这些功能加起来的耗电流必须要足够低才可以让电池供电，并维持更久的时间。图2显示了选用LXT作为计时来源时，最长可以每秒产生1次计时中断。

图2 选用LXT作为计时来源时，最长可以每秒产生1次计时中断

至于第三点，许多家电、音响、电视都会有遥控器接收电路，以方便使用该电器的各种选项及设定功能。当这些电器关闭时，并不是完全关闭电源，遥控器的接收电路还在继续工作，除非把插头拔掉，否则待机电流一直存在，这也会造成能源的浪费。若是能把此时的耗电降至最低，对节能省电也有不小的帮助，接收遥控器电路的MCU如果本身使用低功耗MCU就是降低此时待机电流的好方法。

为了能够随时侦测到遥控器发射的红外线载波信号，红外线的接收电路必须永远保持工作状态，为此基本的耗电是免不了的，节能的可行方法是将MCU的系统频率降低，让MCU运行在可以接受红外线遥控器信号的最低工作频率，从而节省其工作时的耗电。

在图1的例子中，MCU的系统频率可以在fH、fH/2、fH/4、fH/8、fH/16、fH/32、fH/64、fL等8种频率中进行选择，所以MCU可以根据本身的工作内容需求，选择适合当时工作的系统频率，从而完成良好的电源管理。

图3 HT66FX0系统频率与工作电流的关系：统频率