スイッチング電源のマイクロコントローラ制御の複数の制御モードの分析

スイッチング電源のマイクロコントローラ制御の複数の制御モードの分析

スイッチング電源のマイクロコントローラ制御は、電源出力の制御のみから、いくつかの制御方法があります。

1つは、マイクロコントローラが電圧を出力し（DAチップまたはPWMモード経由）、それを電源の基準電圧として使用する方法です。 この方法は、マイクロコントローラが元の基準電圧の代わりにキーを使用して電源の出力電圧値を入力できるだけで、マイクロコントローラは電源のフィードバックループに参加せず、電源回路には変更がありません。 この方法は最も簡単です。

2つ目は、マイクロコントローラがADを拡張し、電源の出力電圧を常に検出し、電源の出力電圧と設定値の差に応じてDAの出力を調整し、PWMチップを制御し、間接的に電源を制御することです。 この方法では、マイクロコントローラが電源のフィードバックループに追加され、元の増幅リンクの比較の代わりに、マイクロコントローラプログラムはより複雑なPIDアルゴリズムを使用します。

3つ目は、マイクロコントローラがADを拡張し、電源の出力電圧を常に検出し、電源の出力電圧と設定値の差に応じてPWM波形を出力し、電源を直接制御することです。この方法は、マイクロコントローラが電源の動作に最も介入するものです。

3 番目の方法は、最も徹底したマイクロコントローラ制御スイッチング電源ですが、マイクロコントローラに対する要件も最も高くなります。マイクロコントローラの計算速度に対する要件は、十分に高い周波数の PWM 波を出力できることです。このようなマイクロコントローラは当然高価です。

DSP クラスのマイクロコントローラの速度は十分に高いですが、現在の価格も非常に高く、コストの観点から、電源コストの大きな割合を占めるため、使用すべきではありません。

安価なマイクロコントローラ、AVR シリーズは最も高速で、PWM 出力を備えているため、検討できます。ただし、AVR マイクロコントローラの動作周波数はまだ十分高くなく、かろうじて使用できる程度です。ここでは、AVR マイクロコントローラがスイッチング電源を直接制御してどの程度まで動作できるかを具体的に計算します。

AVRマイクロコントローラの最高クロック周波数は16MHzで、PWM分解能が10-ビットの場合、PWM波の周波数はスイッチング電源の動作周波数16000000/1024=15625（Hz）でもあり、スイッチング電源はこの周波数で動作するのは明らかに不十分です（可聴範囲）。次に、PWM分解能を9ビットにすると、スイッチング電源の動作周波数は16000000/512=32768（Hz）になり、可聴範囲外でも使用できますが、現代のスイッチング電源の動作周波数とはまだ一定の距離があります。

ただし、{{0}} ビットの解像度は、このサイクルで電力管の導通 - オフは 512 の部分に分割でき、オン導通のみでは、デューティ サイクルが 0.5 であると仮定すると、256 の部分にしか分割できないことを意味することに注意してください。パルス幅と電源出力の関係が直線的ではないことを考慮すると、少なくとも別の割引が必要です。つまり、電源出力は最大 1/128 にしか制御できず、負荷が変化しても、ネットワーク電源電圧が変化しても、制御の程度はこの点までしかできません。

また、上で説明した PWM 波は 1 つしかなく、シングルエンドであることにも注意してください。プッシュプル動作 (ハーフブリッジを含む) を行う場合は、2 つの PWM 波が必要になり、上記の制御精度は半分になり、バッテリーなどの高レベルの充電を必要としない電源の約 1/64 にしか制御できず、使用要件を満たすことができますが、電源の出力精度がより高い要件には不十分です。