單片機(jī)控制開關(guān)電源

單片機(jī)控制開關(guān)電源,單從對電源輸出的控制來說,可以有幾種控制方式.
其一是單片機(jī)輸出一個(gè)電壓(經(jīng)DA芯片或PWM方式),用作電源的基準(zhǔn)電壓.這種方式僅僅是用單片機(jī)代替了原來的基準(zhǔn)電壓,可以用按鍵輸入電源的輸出電壓值,單片機(jī)并沒有加入電源的反饋環(huán),電源電路并沒有什么改動.這種方式最簡單.
其二是單片機(jī)擴(kuò)展AD,不斷檢測電源的輸出電壓,根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差,調(diào)整DA的輸出,控制PWM芯片,間接控制電源的工作.這種方式單片機(jī)已加入到電源的反饋環(huán)中,代替原來的比較放大環(huán)節(jié),單片機(jī)的程序要采用比較復(fù)雜的PID算法.
其三是單片機(jī)擴(kuò)展AD,不斷檢測電源的輸出電壓,根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差,輸出PWM波,直接控制電源的工作.這種方式單片機(jī)介入電源工作最多.
第三種方式是最徹底的單片機(jī)控制開關(guān)電源,但對單片機(jī)的要求也最高.要求單片機(jī)運(yùn)算速度快,而且能夠輸出足夠高頻率的PWM波.這樣的單片機(jī)顯然價(jià)格也高.
DSP類單片機(jī)速度夠高,但目前價(jià)格也很高,從成本考慮,占電源成本的比例太大,不宜采用.
廉價(jià)單片機(jī)中,AVR系列最快,具有PWM輸出,可以考慮采用.但AVR單片機(jī)的工作頻率仍不夠高,只能是勉強(qiáng)使用.下面我們具體計(jì)算一下AVR單片機(jī)直接控制開關(guān)電源工作可以達(dá)到什么水平.
AVR單片機(jī)中,時(shí)鐘頻率最高為16MHz.如果PWM分辨率為10位,那么PWM波的頻率也就是開關(guān)電源的工作頻率為16000000/1024=15625(Hz),開關(guān)電源工作在這個(gè)頻率下顯然不夠(在音頻范圍內(nèi)).那么取PWM分辨率為9位,這次開關(guān)電源的工作頻率為16000000/512=32768(Hz),在音頻范圍外,可以用,但距離現(xiàn)代開關(guān)電源的工作頻率還有一定距離.
不過必須注意,9位分辨率是說功率管導(dǎo)通-關(guān)斷這個(gè)周期中,可以分成512份,單就導(dǎo)通而言,假定占空比為0.5,則只能分成256份.考慮到脈沖寬度與電源的輸出并非線性關(guān)系,需要至少再打個(gè)對折,也就是說,電源輸出最多只能控制到1/128,無論負(fù)載變化還是網(wǎng)電源電壓變化,控制的程度只能到此為止.
還要注意,上面所述只有一個(gè)PWM波,是單端工作.如果要推挽工作(包括半橋),那就需要兩個(gè)PWM波,上述控制精度還要減半,只能控制到約1/64.對要求不高的電源例如電池充電,可以滿足使用要求,但對要求輸出精度較高的電源,這就不夠了.
綜上所述,AVR單片機(jī)只能很勉強(qiáng)地使用在直接控制PWM的方式中.
但是上列第二種控制方式,即單片機(jī)調(diào)整DA的輸出,控制PWM芯片,間接控制電源的工作,卻對單片機(jī)沒有那么高的要求,51系列單片機(jī)已可勝任.而51系列單片機(jī)的價(jià)格比AVR還是低一些.
網(wǎng)友coocle曾發(fā)表他的看法:“單片機(jī)控制開關(guān)電源的缺點(diǎn)在于動態(tài)響應(yīng)不夠,優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)的彈性好,如保護(hù)和通訊,我的想法是單片機(jī)和pwm芯片相結(jié)合,現(xiàn)在的一般單片機(jī)的pwm輸出的頻率普遍還不是太高,頻率太高,想要實(shí)現(xiàn)單周期控制也很難.所以我覺得單片機(jī)可是完成一些彈性的模擬給定,后面還有pwm芯片完成一些工作.”
無獨(dú)有偶,在電子電源綜合區(qū)中有篇原創(chuàng)文章《DPWM電路的研究》,也是用數(shù)字電路輸出PWM波直接控制開關(guān)電源工作.他是用CPLD再加單片機(jī)進(jìn)行控制.眾所周知CPLD的價(jià)格以及開發(fā)難度絕非單片機(jī)可比,那么他為什么要這樣做?原因如作者所說,由于單片機(jī)的PWM寬度小,導(dǎo)致精度低,不能滿足系統(tǒng)的要求.作者又說,在這些情況下,應(yīng)用片外PWM電路無疑是一種理想的選擇.他選擇CPLD芯片來實(shí)現(xiàn)PWM.我則建議:還是用開關(guān)電源原來的控制芯片來實(shí)現(xiàn).不但價(jià)格低,而且容易實(shí)現(xiàn)單周期電流檢測等保護(hù)功能.我們大可不必為數(shù)字控制而數(shù)字控制.