給出一種新型的基于pIC單片機的可編程電源的設(shè)計，并從系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面對這種設(shè)計作了分析。該電源能供應(yīng)隨時間變化的電壓和電流輸出，可以通過電源面板或pC機方便地對電源各輸出參數(shù)進行編程。

關(guān)鍵詞pIC16F874開關(guān)電源pWM可編程NCp1200

引言

隨著各種電器和儀表設(shè)備的日漸豐富，對電源應(yīng)用的靈活性提出了更高的要求。設(shè)計一款使用靈活、方便且價格相對便宜的通用電源，正越來越成為市場所需?，F(xiàn)代單片機正朝著處理速度越來越快，外設(shè)資源越來越豐富，價格越來越便宜的方向發(fā)展，將單片機融入電源的設(shè)計中可以極大地提升電源的性能和靈活性。本文介紹了一種單片機加pWM芯片的開關(guān)電源設(shè)計方法，既可以保留pWM芯片帶來的穩(wěn)定工作性能，又可以利用單片機的控制能力供應(yīng)各種人機交互和通信接口。筆者設(shè)計的電源作為通用電源使用，可以供應(yīng)靈活可編程的電壓電流輸出，另外還可以設(shè)置成鉛酸電池充電器的模式，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1系統(tǒng)功能

通過對電源的編程，可以方便地實現(xiàn)圖1所示的電壓輸出波形。其中，V1、V2、T1、T2、dv、dt都是可以通過編程來設(shè)定的。電壓值的輸出范圍為0～16V，最大輸出電流為10A。輸出電壓精度為0.1V，電流精度為10mA。電流的設(shè)定值指的是允許輸出的最大電流，也可以被編程為與輸出電壓相同的波形。

圖1編程輸出電壓波形

另外，電源也可以工作在鉛酸電池充電器的模式（簡稱LBC模式）。根據(jù)鉛酸電池的特性，當(dāng)電源工作在LBC模式時，電源首先將輸出較大的充電電壓和電流V1/I1，至少維持10s；當(dāng)充電電流降到小于設(shè)定值I2時，電源輸出較小的充電電壓和電流V2/I2。假如到了設(shè)按時間T1，充電電流還未降到I2以下，這時電源輸出也會降為V2/I2。當(dāng)輸出電流再次大于I2時，電源將再次輸出V1/I1充電。其中，V2設(shè)定值必須小于14V。若設(shè)置為大于14V，電源會自動將其設(shè)成14V。I2的值必須大于1/8I1，否則將被自動設(shè)成1/8I1。LBC模式如圖2所示。

圖2LBC模式

用戶可以通過3種方式對電源進行輸出設(shè)定：

①通過電源面板上按鍵編程。通過按鍵對輸出電壓、電流限流值、時間等量進行設(shè)定。②通過pC機串口編程。通過將pC機的串口RS232與電源串口相連，再運行pC機上一串口通信的軟件對電源進行編程。③電源間相互編程。通過將兩臺電源的串口相連，操作其中一臺電源面板上的按鍵來對另一臺進行編程。操作的一臺電源叫做主電源，被編程的電源叫做從電源。在這種編程方式中，只能將從電源的參數(shù)設(shè)置為與主電源完全一致，而不能對各個參數(shù)進行單獨設(shè)定。一臺電源只能供應(yīng)100W的功率。這種方式可以應(yīng)用在要較大功率的場合，可將兩臺或多臺具有相同設(shè)置的電源輸出并聯(lián)來方便地實現(xiàn)功率擴展。

2工作原理

用單片機來控制開關(guān)電源，總的來說可以分為兩種：第一種是單片機通過輸出pWM或DA給電源電路供應(yīng)一個基準電壓，單片機本身不介入電源的反饋中（本設(shè)計所采用的就是這種方式）；第二種為通過單片機輸出的pWM信號直接控制開關(guān)管工作，取代pWM芯片，但這種方式對單片機的要求較高，要具有相當(dāng)高的時鐘頻率才能滿足對輸出pWM頻率和分辨率的要求。

系統(tǒng)按模塊來分可以分成兩大模塊：電源模塊和單片機控制模塊。電源模塊是以pWM芯片為核心的AC—DC變換器，pWM芯片采用安森美半導(dǎo)體的電流型pWM控制器NCp1200作為控制芯片。單片機控制模塊采用美國微芯公司的pIC16F874作為微控制器，重要實現(xiàn)電流電壓信號的采樣、顯示、按鍵輸入、串口通信以及為電源模塊供應(yīng)電壓電流參考等功能。兩個模塊的關(guān)系可以用圖3來說明。

圖3工作原理

圖3中，電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波后供給高頻變換電路，由高頻變換電路出現(xiàn)輸出。單片機輸出兩路pWM信號，給電源模塊供應(yīng)輸出電壓的參考值和電流的限流值，電源模塊按照單片機供應(yīng)的參考值輸出電壓和限定最大電流。雖然單片機采樣輸出電壓和電流進行顯示，但這里單片機并不參與系統(tǒng)的反饋，反饋通過電源模塊來實現(xiàn)（在后面的部分中會詳細講到）。

3硬件設(shè)計

3.1電源模塊電路

NCp1200是安森美半導(dǎo)體公司(ONSemiconductor)推出的一款電流型pWM控制器。其應(yīng)用電路只要使用很少的外圍元件，使設(shè)計更加緊湊。另外，芯片內(nèi)集成輸出短路的保護電路，使成本可以進一步降低。

圖4是以NCp1200為控制芯片的電源電路的結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到，電源模塊中有兩種反饋類型。第一種是輸出電壓反饋，輸出電壓采樣值VSS和單片機供應(yīng)的設(shè)定值進行比較，通過光耦來控制NCp1200芯片F(xiàn)B腳的電壓，調(diào)整DRV腳輸出pWM的脈寬來控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，從而達到調(diào)整輸出電壓值的目的。另一路反饋是電流限流反饋，當(dāng)采樣到的輸出電流值ISS超過單片機供應(yīng)的最大限流值IpWM后，比較器輸出正電壓使得光耦最大導(dǎo)通，將FB腳電壓拉低，使得NCp1200輸出pWM脈寬減小，從而達到限流的目的。當(dāng)輸出電流小于單片機供應(yīng)的限流值時，限流反饋不起用途。

圖4電源模塊電路結(jié)構(gòu)

圖中的輔助電源供應(yīng)+12V的電壓，另經(jīng)三端穩(wěn)壓器件KA7805（圖中未畫出）出現(xiàn)+5V的電壓，給比較器和單片機控制模塊供應(yīng)電源。