AVR單片機控制的開關(guān)電源
單片機控制開關(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 輸出一個電壓(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 擴展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),單片機的程序要采用比較復(fù)雜的PID算法。
其三是 單片機 擴展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。這種方式單片機介入電源工作最多。
第三種方式是最徹底的 單片機 控制開關(guān)電源,但對單片機的要求也最高。要求單片機運算速度快,而且能夠輸出足夠高頻率的PWM波。這樣的單片機顯然價格也高。
DSP類 單片機 速度夠高,但目前價格也很高,從成本考慮,占電源成本的比例太大,不宜采用。
廉價 單片機 中,AVR系列最快,具有PWM輸出,可以考慮采用。但AVR單片機的工作頻率仍不夠高,只能是勉強使用。下面我們具體計算一下AVR單片機直接控制開關(guān)電源工作可以達(dá)到什么水平。
AVR 單片機 中,時鐘頻率最高為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PWM波,是單端工作。如果要推挽工作(包括半橋),那就需要兩個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 只能很勉強地使用在直接控制PWM的方式中。
但是上列第二種控制方式,即 單片機 調(diào)整DA的輸出,控制PWM芯片,間接控制電源的工作,卻對單片機沒有那么高的要求,51系列單片機已可勝任。而51系列單片機的價格比AVR還是低一些。
網(wǎng)友coocle曾發(fā)表他的看法:“ 單片機 控制開關(guān)電源的缺點在于動態(tài)響應(yīng)不夠,優(yōu)點是設(shè)計的彈性好,如保護(hù)和通訊,我的想法是單片機和pwm芯片相結(jié)合,現(xiàn)在的一般單片機的pwm輸出的頻率普遍還不是太高,頻率太高,想要實現(xiàn)單周期控制也很難。所以我覺得單片機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?!?br/>無獨有偶,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 進(jìn)行控制。眾所周知CPLD的價格以及開發(fā)難度絕非單片機可比,那么他為什么要這樣做?原因如作者所說,由于單片機的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芯片來實現(xiàn)PWM。我則建議:還是用開關(guān)電源原來的控制芯片來實現(xiàn)。不但價格低,而且容易實現(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。