基于PIC單片機(jī)的可編程電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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(lái)越成為市場(chǎng)所需?，F(xiàn)代單片機(jī)正朝著處理速度越來(lái)越快，外設(shè)資源越來(lái)越豐富，價(jià)格越來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)編程來(lái)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(guò)3種方式對(duì)電源進(jìn)行輸出設(shè)定：

　?、?通過(guò)電源面板上按鍵編程。通過(guò)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(guò)PC機(jī)串口編程。通過(guò)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。

　　③ 電源間相互編程。通過(guò)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(lái)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(lái)方便地實(shí)現(xiàn)功率擴(kuò)展。

　　2 工作原理

　　用單片機(jī)來(lái)控制開關(guān)電源，總的來(lái)說(shuō)可以分為兩種：

　　第一種是單片機(jī)通過(guò)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(guò)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。