本文介紹了一種基於微控制器控制的數控開關電源，以89C51微控制器作為控制核心，對開關變換電路進行脈寬調製，構成一個智慧閉環控制系統。微控制器控制的開關電源具備更加完善的功能，更人性化、智慧化，便於實時監控。其功能主要包括對開關電源輸出電壓進行檢測，並顯示實時電壓值；通過按鍵進行程式設計預置期望輸出的電壓；通過A/D轉換器取樣輸出電壓，根據PID演算法計算控制量修改佔空比,以得到期望的輸出電壓，並通過PID演算法控制輸出電壓穩定在設定的電壓值上；擁有可靠的過流保護功能以及輔助電源可同時作為電源輸入和給微控制器提供工作電壓，並可以通過鍵盤不斷改變PID引數，可以進行實時調整。

假設基準電壓為5v，由於電網波動導致輸入電壓減小，那麼輸出電壓也將會減少，此時，所取樣的電壓將減小，假設為4.9v，誤差為0.1v，經過比較放大後，脈衝調製電路根據這個誤差，提高佔空比使輸出電壓增大，同理，當由於電網波動導致輸出電壓增大時，脈衝調製電路降低佔空比使輸出電壓減小，以此來控制輸出電壓的穩定。

市電經過整流濾波後，一路電壓經過7805穩壓得到一個+5v電壓，該電壓作為微控制器的工作電源，另外一路電壓直接作為開關變換電路的輸入電壓。微控制器根據鍵盤輸入值和取樣值之間的差值，修改脈衝佔空比，並輸出控制功率開關管，以便得到期望的輸出電壓值，並根據模/數轉換器所取樣的電壓和鍵盤輸入比較，根據差值呼叫PID演算法再次修改脈寬使輸出電壓穩定。

開關變換器採用磁鐵心電感作為儲能元件，在功率開關管導通時，電感儲能，在開關管截止時，電感釋放能量給負載。微控制器定時取樣輸出端的電壓，通過ADC0832送進微控制器進行處理，微控制器根據處理結果輸出更新的控制訊號，經過光電耦合器濾除干擾後輸出控制訊號控制功率開關管工作狀態。

在本系統中，使用者可以根據需要從鍵盤輸入期望的電壓，微控制器會根據鍵盤輸入與取樣電壓的差值，更新脈寬，使電源輸出相應電壓，更新脈寬後，微控制器會馬上呼叫PID控制演算法，對輸出電壓進行穩定控制。

閉環時，電源自動進行脈寬調製，當系統讀取到鍵盤預置的電壓變化時，先將鍵盤輸入值和從輸出端的取樣值相比較，假設當前鍵盤輸入為10v，從輸出端取樣的值為6v，差值為4v，則系統會根據這個差值，更新脈寬使得輸出端電壓上升為10v；同樣，當鍵盤輸入為6v，輸出端取樣值為10v，差值為-4v，系統會根據演算法，將佔空比減小以使輸出電壓變小，這就是系統脈寬調製過程。

同時，電源可以自動穩壓，假定在某一正常狀態下，輸出為V0，反饋電壓問Vf（Vf=V0），使用者設定電壓為Vs，當V0=Vs時，偏差為0，微控制器不進行脈寬更新，當電網波動導致輸出增加時，即V0>Vs時,微控制器取樣的電壓也增加，微控制器根據偏差修改佔空比使導通時間變小，從而使電壓下降，同樣當電網波動使輸出電壓下降時，即V0<Vs時，微控制器修改脈寬使導通時間變長，從而使輸出電壓上升，如此迴圈來進行穩壓。

1.整流濾波電路

市電經過變壓器降壓後，變為12v，對該電壓整流後一部分電壓直接作為開關變換電路的輸入電壓，另外將其通過7805得到5v的電壓，給開關電源控制電路部分的微控制器提供工作電源。

電路中採用發光二極體作為電源指示燈，交流220v降壓後經過整流橋整流輸出直流電壓作為開關變換電路的輸入電壓，7805穩壓輸出5v給微控制器提供電源。

2.開關變換電路

功率開關管採用達林頓管，由於它採用兩個三極體進行級聯，其放大倍數是兩個管子放大倍數的乘積，因而具有很高的放大倍數，通過級聯，可獲取大的電流輸出，對於提高電源的輸出功率，有一定的作用。該開關管選擇為PNP型，當控制脈衝的低電平時，開關導通，電感儲存能量，開關把電路的輸入電壓變成高頻脈衝，當控制脈衝為高電平時，開關截止，電感把所儲存的能量釋放給負載。為了確保電感電流能在開關轉換過程中保持連續，選用肖特基二極體作為續流二極體選用，這種二極體具有較快的導通截止恢復時間，在開關導通變為截止時，能夠很快的由截止轉換到導通，所以能夠確保電感電流連續。

3.保護電路

在電源輸出端，設定負載電流檢測電阻R0，通過R0將負載電流Io變成過流檢測電壓,三極體作為過流控制管，當開關電源負載電流時，過流控制三極體導通，電源輸出電壓由過流控制管集電極輸出，觸發閘流體導通，將開關電源負載短路，實現保護。該電路有自鎖功能，一旦負載電流增大的持續時間超過C1的充電時間，電路觸發後，即使負載電流恢復正常，也不能解除保護狀態，必須關斷電源，排除過流因素，閘流體才能復位。電路中Ro阻值的選擇根據負載電流保護閾值而定，一般Ro取電阻值極小，在開關電源正常負載電流時其壓降不足0.3v。R1和C1構成保護啟動延時電路，以免開機瞬間負載電流衝擊造成誤動作。下圖中，電感和輸出端電容之間的部分是保護電路。

4. 軟體設計思想

系統掃描鍵盤輸入，當鍵盤有輸入，系統立即會做出響應，根據取樣電壓與鍵盤輸入之間的差值，更新脈寬，輸出使用者期望的電壓，隨後系統仍掃描鍵盤，當沒有再次輸入時，系統呼叫PID控制演算法，控制輸出電壓穩定。電源額定電壓為12v，初始化把設定值設為12.00v，系統掃描鍵盤時，若與該電壓相等，系統呼叫PID演算法，在系統每次呼叫PID控制演算法前，若有鍵盤輸入，系統優先響應鍵盤輸入，更新脈寬。

軟體子程式包括：（1）鍵盤和數碼管掃描子程式，（2）ADC0832轉換子程式，（3）定時器0中斷產生方波子程式，（4）PID控制子程式，（5）定時器1中斷修改佔空比、進行PID控制、數碼顯示子程式。

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