隨著各種電器和儀表設備的日漸豐富，對電源應用的靈活性提出了更高的要求。設計一款使用靈活、方便且價格相對便宜的通用電源，正越來越成為市場所需。現(xiàn)代單片機正朝著處理速度越來越快，外設資源越來越豐富，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芯片的開關電源設計方法，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提供各種人機交互和通信接口。筆者設計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，另外還可以設置成鉛酸電池充電器的模式，具有廣闊的應用前景。

　　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（簡稱“l(fā)bc模式”）。根據(jù)鉛酸電池的特性，當電源工作在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；當充電電流降到小于設定值i2時，電源輸出較小的充電電壓和電流v2/i2。如果到了設定時間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設定值必須小于14v。若設置為大于14 v，電源會自動將其設成14 v。i2的值必須大于1/8i1，否則將被自動設成1/8i1。lbc模式如圖2所示。

　　圖2 lbc模式

　　用戶可以通過3種方式對電源進行輸出設定：

　�、� 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、時間等量進行設定。

　�、� 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。

　�、� 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)設置為與主電源完全一致，而不能對各個參數(shù)進行單獨設定。一臺電源只能提供100w的功率。這種方式可以應用在需要較大功率的場合，可將兩臺或多臺具有相同設置的電源輸出并聯(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給電源電路提供一個基準電壓，單片機本身不介入電源的反饋中（本設計所采用的就是這種方式）；第二種為通過單片機輸出的pwm信號直接控制開關管工作，取代pwm芯片，但這種方式對單片機的要求較高，需要具有相當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，主要實現(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提供電壓電流參考等功能。兩個模塊的關系可以用圖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。單片機輸出兩路pwm信號，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提供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 硬件設計

　　3.1 電源模塊電路

　　ncp1200是安森美半導體公司（on semiconductor）推出的一款電流型pwm控制器。其應用電路只需要使用很少的外圍元件，使設計更加緊湊。另外，芯片內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構。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和單片機提供的設定值進行比較，通過光耦來控制ncp1200芯片fb腳的電壓，調整drv腳輸出pwm的脈寬來控制場效應管的導通和關斷時間，從而達到調整輸出電壓值的目的。另一路反饋是電流限流反饋，當采樣到的輸出