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基于单片机控制的程控开关电源研究

article 2024/11/15 10:51:36

摘要：在开关电源控制方案中，建立于单片机控制基础方式上的程控开关电源方案是一种比较有效的方式。利用单片机实现对程控开关的控制，可以减少设计复杂度、增加控制可靠性，值得投入更多的精力进行研究和推进。本文就这一控制方法进行了详细的探讨。

关键词：单片机控制；开关；控制电源

近年来，随着人们对于程控开关电源的持续不断的研究，更加合理更加科学的方式正在不断的推出，而以单片机为控制基础的方案逐渐凸显出来。这一方案有两种常见的方法来实现，第一种是模拟数字混合的基本形式，第二种是利用单片机来对 AD进行拓展的形式。

1 单片机控制概述

第一种模拟数字混合的基本形式，单片机在这一方式中起着智能检测与控制的作用，开关电源的控制主要还是以电源控制为主, 以 MCU 输出电压为参考来调控电源。该方法仅用单片机代替原始参考，而单片机不作为电源反馈。第二种是基于单片机而实现 AD 拓展的方式。在这一过程中与设定的电流电压进行对比调节，从而控制在预定的范围，使得输出电压保证在稳定的范围。在此过程中，使用单芯片技术调节输出电压，通过 PWM 的两种波形控制技术实现的，这使得实现技术过于复杂。本文提出了一种由单片机调节的直流电源新模式。 PWM 波是由单片机产生的。电源的输出电压由变流器芯片连续检测，在检测过程中，对比实际电压与预设电压情况，对两者之间的差值进行对比，对 PWM 波占比进行相对应的调整，进而达到对电源的程控，在实现对控制器的程控后，实现电压在稳定电源下的输出，输出电压的控制通过对 PWM 波占比的改变来实现。

2 电源系统的设计

2.1 电源硬件结构设计

基于 MCU 控制的可编程开关电源硬件系统，这个系统由两部分组成。一是控制路由 MCU 软件程序产生 PWM 信号，控制电源开关的开关和开关。与此同时， MCU 处理器对电压与电流的输出反馈信号进行处理，根据电源系统软件的相关设置实现 PWM信号的调整，进而使输出电压达到稳定状态。二是主电路包含单端反激式高频逆变器，在和电源开关的作用下，实现电压的控制。当电压输出超出额定电压 10% 或者电流超过额定电流的20%时， MCU 处理器会自动处理，关闭 PWM 控制信号，并且产生相对应的信号提醒工作人员，从而保护电气设备以及开关电源等安全。

2.2 单片机系统的电路设计

单芯片系统的电路设计是电源设计的核心。在进行核心控

制器的选择过程中，需要综合衡量控制性能以及成本，选择

SCMstc 89c52 作为核心控制器。 STC 89c52 是一款低功耗，高性

能的 8 位微处理器，它包含 8kb 闪存程序内存和 512bram ，最大

时钟频率为 40MHz ，机器周期可以设置为六个，转换芯片使用

TLC 2543 ，一个 12 位转换器，转换时间为 10 mus ， 11 个模拟输

入通道，最大误差为 ± 1LSB [3] 。

3 电源软件编程

单片机控制的程控过程需要电源软件来实现监控与调整。程序启动时，首先初始化外部接口，如 LCD ，键盘等，然后初始化MCU 定时器。微控制器的 I / O 端口的 PWM 信号以 30kHz 的频率传递，进而实现对 MOS 管开关电路的驱动。在通过单片机程控软件的调控过程中，电源系统程序进行 AD 采样，然后将 AD采样的结果与额定的电压与电流进行对比，当电源输出的电压或电流高过额定的安全值时，内置软件会关闭 PWM 信号的输出，则脉冲宽度调制脉冲宽度减小，并且刻度减小到脉冲宽度调制最小分辨率；如果输出电压小于设定电压，则该值增加脉冲宽度调制脉冲宽度并将比例增加到脉冲宽度调制最小分辨率。AD实时收集开关电源的输出电压，并实时调整脉宽调制信号的脉冲宽度，以稳定开关电源的直流电压。在单片机控制的基础上设计，稳压电源具有输出功率的程序控制和中介功能。当移除电源的溢出和过电压时，按开始按钮继续供电。在单片机基础上进行的开关电源程控具有独特的优越性，与传统的程控方案对比来说具有更好的适用性。