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AVR單片機對開關電源的控制方法

鉅大LARGE  |  點擊量:931次  |  2020年05月25日  

單片機控制開關電源,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DA芯片或pWM方式),用作電源的基準電壓。這種方式僅僅是用單片機代替了原來的基準電壓,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,根據電源輸出電壓與設定值之差,調整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,根據電源輸出電壓與設定值之差,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電源工作可以達到什么水平。


AVR單片機中,時鐘頻率最高為16MHz。假如pWM分辨率為10位,那么pWM波的頻率也就是開關電源的工作頻率為16000000/1024=15625(Hz),開關電源工作在這個頻率下顯然不夠(在音頻范圍內)。那么取pWM分辨率為9位,這次開關電源的工作頻率為16000000/512=32768(Hz),在音頻范圍外,可以用,但距離現代開關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通-關斷這個周期中,可以分成512份,單就導通而言,假定占空比為0.5,則只能分成256份??紤]到脈沖寬度與電源的輸出并非線性關系,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,無論負載變化還是網電源電壓變化,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。假如要推挽工作(包括半橋),那就要兩個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。


網友coocle曾發(fā)表他的看法:“單片機控制開關電源的缺點在于動態(tài)響應不夠,優(yōu)點是設計的彈性好,如保護和通訊,我的想法是單片機和pwm芯片相結合,現在的一般單片機的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。”


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》,也是用數字電路輸出pWM波直接控制開關電源工作。他是用CpLD再加單片機進行控制。眾所周知CpLD的價格以及開發(fā)難度絕非單片機可比,那么他為何要這樣做?原因如作者所說,由于單片機的pWM寬度小,導致精度低,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pWM。我則建議:還是用開關電源原來的控制芯片來實現。不但價格低,而且容易實現單周期電流檢測等保護功能。我們大可不必為數字控制而數字控制。


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