AVR单片机控制的开关电源
单片机控制开关电源 ， 单从对电源输出的控制来说 ， 可以有几种控制方式 。
其一是 单片机 输出一个电压（经DA芯片或PWM方式） ， 用作电源的基准电压 。这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准电压 ， 可以用按键输入电源的输出电压值 ， 单片机并没有加入电源的反馈环 ， 电源电路并没有什么改动 。这种方式最简单 。
其二是 单片机 扩展AD ， 不断检测电源的输出电压 ， 根据电源输出电压与设定值之差 ， 调整DA的输出 ， 控制PWM芯片 ， 间接控制电源的工作 。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中 ， 代替原来的比较放大环节 ， 单片机的程序要采用比较复杂的PID算法 。
其三是 单片机 扩展AD ， 不断检测电源的输出电压 ， 根据电源输出电压与设定值之差 ， 输出PWM波 ， 直接控制电源的工作 。这种方式单片机介入电源工作最多 。
第三种方式是最彻底的 单片机 控制开关电源 ， 但对单片机的要求也最高 。要求单片机运算速度快 ， 而且能够输出足够高频率的PWM波 。这样的单片机显然价格也高 。
DSP类 单片机 速度够高 ， 但目前价格也很高 ， 从成本考虑 ， 占电源成本的比例太大 ， 不宜采用 。
廉价 单片机 中 ， AVR系列最快 ， 具有PWM输出 ， 可以考虑采用 。但AVR单片机的工作频率仍不够高 ， 只能是勉强使用 。下面我们具体计算一下AVR单片机直接控制开关电源工作可以达到什么水平 。
AVR 单片机 中 ， 时钟频率最高为16MHz 。如果PWM分辨率为10位 ， 那么PWM波的频率也就是开关电源的工作频率为16000000/1024=15625(Hz) ， 开关电源工作在这个频率下显然不够(在音频范围内) 。那么取PWM分辨率为9位 ， 这次开关电源的工作频率为16000000/512=32768(Hz) ， 在音频范围外 ， 可以用 ， 但距离现代开关电源的工作频率还有一定距离 。
不过必须注意 ， 9位分辨率是说功率管导通－关断这个周期中 ， 可以分成512份 ， 单就导通而言 ， 假定占空比为0.5 ， 则只能分成256份 。考虑到脉冲宽度与电源的输出并非线性关系 ， 需要至少再打个对折 ， 也就是说 ， 电源输出最多只能控制到1/128 ， 无论负载变化还是网电源电压变化 ， 控制的程度只能到此为止 。
还要注意 ， 上面所述只有一个PWM波 ， 是单端工作 。如果要推挽工作(包括半桥) ， 那就需要两个PWM波 ， 上述控制精度还要减半 ， 只能控制到约1/64 。对要求不高的电源例如电池充电 ， 可以满足使用要求 ， 但对要求输出精度较高的电源 ， 这就不够了 。
综上所述 ， AVR 单片机 只能很勉强地使用在直接控制PWM的方式中 。
但是上列第二种控制方式 ， 即 单片机 调整DA的输出 ， 控制PWM芯片 ， 间接控制电源的工作 ， 却对单片机没有那么高的要求 ， 51系列单片机已可胜任 。而51系列单片机的价格比AVR还是低一些 。
网友coocle曾发表他的看法：“ 单片机 控制开关电源的缺点在于动态响应不够 ， 优点是设计的弹性好 ， 如保护和通讯 ， 我的想法是单片机和pwm芯片相结合 ， 现在的一般单片机的pwm输出的频率普遍还不是太高 ， 频率太高 ， 想要实现单周期控制也很难 。所以我觉得单片机可是完成一些弹性的模拟给定 ， 后面还有pwm芯片完成一些工作 。”
无独有偶 ， 在电子电源综合区中有篇原创文章《DPWM电路的研究》 ， 也是用数字电路输出PWM波直接控制开关电源工作 。他是用CPLD再加 单片机 进行控制 。众所周知CPLD的价格以及开发难度绝非单片机可比 ， 那么他为什么要这样做？原因如作者所说 ， 由于单片机的PWM宽度小 ， 导致精度低 ， 不能满足系统的要求 。作者又说 ， 在这些情况下 ， 应用片外PWM电路无疑是一种理想的选择 。他选择CPLD芯片来实现PWM 。我则建议：还是用开关电源原来的控制芯片来实现 。不但价格低 ， 而且容易实现单周期电流检测等保护功能 。我们大可不必为数字控制而数字控制 。
【AVR单片机控制的开关电源】
推荐阅读
- PIC单片机12F629烧录器电路设计与制作
- 51单片机 数码管的显示与译码器
- 单片机的电平匹配问题
- 运用模块方式写单片机程序
- 单片机轻松入门之二：流水灯
- 51单片机常见的六个问题
- 单片机独立按键与矩阵按键
- PIC单片机通讯例程
- MCS-51单片机的时序单位
- FLASH芯片W25Q16中放入图片后用单片机读取显示