引言

　　隨著各種電器和儀表設(shè)備的日漸豐富,，對(duì)電源應(yīng)用的靈活性提出了更高的要求,。設(shè)計(jì)一款使用靈活、方便且價(jià)格相對(duì)便宜的通用電源,，正越來越成為市場(chǎng)所需?，F(xiàn)代單片機(jī)正朝著處理速度越來越快，外設(shè)資源越來越豐富,，價(jià)格越來越便宜的方向發(fā)展,，將單片機(jī)融入電源的設(shè)計(jì)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(jī)加PWM芯片的開關(guān)電源設(shè)計(jì)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(jī)的控制能力提供各種人機(jī)交互和通信接口。筆者設(shè)計(jì)的電源作為通用電源使用,，可以提供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(duì)電源的編程,，可以方便地實(shí)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10 A,。輸出電壓精度為0.1 V,，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一樣的波形,。
 

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(jiǎn)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(shí),，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(shí),，電源輸出較小的充電電壓和電流V2/I2。如果到了設(shè)定時(shí)間T1,，充電電流還未降到I2以下,，這時(shí)電源輸出也會(huì)降為V2/I2。當(dāng)輸出電流再次大于I2時(shí),，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14 V,，電源會(huì)自動(dòng)將其設(shè)成14 V。I2的值必須大于1/8I1,，否則將被自動(dòng)設(shè)成1/8I1,。LBC模式如圖2所示。
 

圖2 LBC模式

        用戶可以通過3種方式對(duì)電源進(jìn)行輸出設(shè)定：

　?、?通過電源面板上按鍵編程,。通過按鍵對(duì)輸出電壓、電流限流值,、時(shí)間等量進(jìn)行設(shè)定,。

　　② 通過PC機(jī)串口編程,。通過將PC機(jī)的串口RS232與電源串口相連,，再運(yùn)行PC機(jī)上一串口通信的軟件對(duì)電源進(jìn)行編程。

　?、?電源間相互編程,。通過將兩臺(tái)電源的串口相連，操作其中一臺(tái)電源面板上的按鍵來對(duì)另一臺(tái)進(jìn)行編程,。操作的一臺(tái)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(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。一臺(tái)電源只能提供100W的功率,。這種方式可以應(yīng)用在需要較大功率的場(chǎng)合,，可將兩臺(tái)或多臺(tái)具有相同設(shè)置的電源輸出并聯(lián)來方便地實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)展。

　　2 工作原理

　　用單片機(jī)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(jī)通過輸出PWM或DA給電源電路提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓,，單片機(jī)本身不介入電源的反饋中（本設(shè)計(jì)所采用的就是這種方式）,；第二種為通過單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)直接控制開關(guān)管工作，取代PWM芯片,，但這種方式對(duì)單片機(jī)的要求較高,，需要具有相當(dāng)高的時(shí)鐘頻率才能滿足對(duì)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(jī)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(jī)控制模塊采用美國(guó)微芯公司的PIC16F874作為微控制器,，主要實(shí)現(xiàn)電流電壓信號(hào)的采樣,、顯示、按鍵輸入,、串口通信以及為電源模塊提供電壓電流參考等功能,。兩個(gè)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,，由高頻變換電路產(chǎn)生輸出。單片機(jī)輸出兩路PWM信號(hào),，給電源模塊提供輸出電壓的參考值和電流的限流值,，電源模塊按照單片機(jī)提供的參考值輸出電壓和限定最大電流。雖然單片機(jī)采樣輸出電壓和電流進(jìn)行顯示,，但這里單片機(jī)并不參與系統(tǒng)的反饋,，反饋通過電源模塊來實(shí)現(xiàn)（在后面的部分中會(huì)詳細(xì)講到）。

　　3 硬件設(shè)計(jì)

　　

　　NCP1200是安森美半導(dǎo)體公司(ON Semiconductor)推出的一款電流型PWM控制器,。其應(yīng)用電路只需要使用很少的外圍元件,，使設(shè)計(jì)更加緊湊。另外,，芯片內(nèi)集成輸出短路的保護(hù)電路,，使成本可以進(jìn)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(jī)提供的設(shè)定值進(jìn)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(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,，從而達(dá)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(jī)提供的最大限流值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(dá)到限流的目的,。當(dāng)輸出電流小于單片機(jī)提供的限流值時(shí)，限流反饋不起作用,。
 

圖4 電源模塊電路結(jié)構(gòu)