單片機控制的開關電源

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，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中，代替原來的比較放大環節，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。如果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。考慮到脈沖寬度與電源的輸出并非線性關系，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。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曾發表他的看法：“單片機控制開關電源的缺點在于動態響應不夠，優點是設計的彈性好，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，在電子電源綜合區中有篇原創文章《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，導致精度低，不能滿足系統的要求。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。