電源設計人員經(jīng)常面臨種種互相對立的要求。一方面要縮小體積、降低成本,另一方面又要提供更多功能并提高輸出功率。受原理上的限制,模擬電源本身的功能有限,而模擬電源控制器的設計更是越來越復雜。由于這一原因,有些設計人員轉向了純數(shù)字電源設計。然而,對于許多設計人員來說,如此快速地轉向不熟悉的領域并不容易。比較可行的一種折衷方法是采用傳統(tǒng)模擬電源,但增加數(shù)字單片機做為前端。

    這種設計的優(yōu)點在于電源本身的控制仍然使用模擬技術來實現(xiàn)。因此電源設計人員不需要從頭重新開始全數(shù)字設計就可以為現(xiàn)有設計增加新的功能。采用這種方法,設計中仍然使用熟悉的誤差放大器、電流檢測以及電壓檢測電路。當然,盡管有些設計單元（如補償網(wǎng)絡）仍然采用分立器件實現(xiàn),但其余部分則由單片機來控制。

    單片機能夠帶來的功能可分為四類：控制、監(jiān)測、判斷性功能及通信。下面我們將詳細討論這幾類功能。

    第一類控制功能與單片機和電源之間的硬件接口有關。在模擬設計中,非常重要的是要為連接單片機留有接口。有些電源控制器在內部生成控制信號（如參考電壓）。這樣的控制器為單片機提供的外部連接點很少。Microchip公司MCP1630電源控制器在設計上為單片機提供了豐富的連接點。就本文來說,我們假定電源控制器提供兩個控制點--關斷輸入以及設置參考電壓的能力,如圖1所示。盡管這樣兩個連接點看起來并不多,但已經(jīng)能夠提供功能非常強大的控制功能和復雜功能。 

    目前,單片機在許多電源設計中的作用主要是監(jiān)測。許多單片機都有片上模數(shù)轉換器（ADC）和模擬比較器。因此,單片機在監(jiān)測輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電壓和溫度等信號方面是理想之選。

    單片機能夠監(jiān)測范圍如此廣泛的信號,就可以完成更多功能,如智能故障檢測。單片機的多功能源于其可編程能力,可以方便地進行定制來滿足設計要求。這樣,對于故障情況就可以分類進行處理。短暫的過流以及其他非關鍵故障可能只需要設置一個標志就可以了。而過熱這樣的故障則可能需要關閉電源,直到故障排除。需要重新啟動電源的故障也可以進行更嚴格的控制。在某個時間段內如果有太多的故障,單片機就可以永久關斷電源。

    單片機強大的處理能力還可以實現(xiàn)復雜的計算測量,如功率的實時計算。在模擬系統(tǒng)中確定功率值需要進行復雜的模擬計算。但對于單片機來說,只是小事一樁。輸入功率、輸出功率、效率以及功率損失等參數(shù)都可以計算。

    最后,單片機的監(jiān)測功能還可以支持更高級功能,如故障預測。將工作電流實時與歷史數(shù)據(jù)進行比較,電源設計人員便可判斷導致電源故障的條件。電源本身具備預測自己故障的能力可以節(jié)約成本并提供更高的可靠性。

    監(jiān)測數(shù)據(jù)并不僅僅是為了故障檢測。根據(jù)這些數(shù)據(jù)還可采取許多其他操作。這些任務就歸入判斷性功能的范疇。判斷性功能允許電源設計人員為設計增加更大的靈活性、更多功能和保護能力。讓我們來考慮一下軟啟動或欠壓鎖定的情況。利用單片機來完成這些任務,鎖定電壓和軟啟動斜坡速率都是可編程的,并且不依賴于模擬器件。

    判斷性功能還可以執(zhí)行更復雜的任務。比如上電順序?？梢跃幊套岆娫幢O(jiān)測另一個電壓,直到被監(jiān)測的電壓達到設定值時再啟動。可能還會有這樣的情況,兩個電壓必須成比例上升,或者彼此跟隨變化。所有這些功能只需修改軟件就可以實現(xiàn),而不必對硬件作更改。

    判斷性功能的另一種可能應用是根據(jù)溫度來調整電流限制。這樣電源設計人員可以利用器件的溫度降額參數(shù)來保證可靠運行。

    利用判斷性功能還可以實現(xiàn)器件補償,從而提高其精度。許多數(shù)據(jù)手冊都給出了參數(shù)隨溫度的變化情況。這種情況下,單片機可以用來實現(xiàn)溫度補償。這樣,設計人員可以使用成本更低的器件,并根據(jù)溫度對結果進行補償。Microchip應用筆記AN1001(DS01001)就描述了如何通過補償利用一個±6℃的溫度傳感器來實現(xiàn)±0.1℃的溫度傳感精度。

    單片機的判斷性功能還可以用于自校準電源,使其在輸出端提供已知的電壓,輸出電壓通過電壓反饋電路進行檢測并存儲。采用這種方法,可以消除電壓反饋電阻的任何誤差,從而可以使用低成本電阻,卻不會影響精度。而且,5V和3.3V電源的硬件都是一樣的,不同的僅僅是校正過程。

    此處列舉的僅是單片機判斷性功能應用的一部分例子。舉出這些例子僅僅是為了展示單片機的強大功能。由此可知,大量電源參數(shù)都可以通過小型廉價的單片機進行監(jiān)測和控制。但我們還沒有討論信息的存儲和獲取。這也正體現(xiàn)了電源通信的重要性。

    有多種電源通信的方式,從最簡單的跳線或開關設置,直到復雜協(xié)議（如以太網(wǎng)）。簡單的通信方式可用于設置參數(shù),如輸出電壓或工作模式。較復雜的協(xié)議則可支持對電源進行更復雜更全面的控制和監(jiān)測。

    真正的價值則在于遠程通信。對于位于遠程的電信和服務器電源,這一點極為重要。這一遠程監(jiān)控能力還允許操作員提高系統(tǒng)的可靠性。

    此外,遠程通信還允許操作員根據(jù)預計的負載情況調整電壓和電流限制。與此同時,使用冗余電源可進一步提高可靠性和正常工作時間。一旦電源接收到表示故障發(fā)生的信號,就可以通知操作員,關斷故障電源并激活備用電源。這一過程也可以進行自動化操作,出現(xiàn)故障的電源可以根據(jù)設定的條件自動激活并切換到備用電源。

    電源通信并不僅僅用于監(jiān)測和設置工作參數(shù)。許多單片機都有片上EEPROM來存儲生產(chǎn)信息等數(shù)據(jù)。一旦器件故障發(fā)生,設備操作員可容易地判斷影響到哪些電源。同時,還可以存儲維修歷史。這樣就可以保證電源的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、維修歷史以及運行信息始終都在手邊,保存最新信息。

    對于前面列出的可利用單片機實現(xiàn)的豐富任務,目前普遍存在一種誤解。設計人員可能認為這些任務必須使用高端單片機或數(shù)字信號處理器才能實現(xiàn)。實際上,本文中所描述的所有任務都可以方便地利用低成本8位單片機實現(xiàn)。此外,采用單片機的這種設計并非是要取代現(xiàn)有模擬功能,而是作為模擬系統(tǒng)的一種補充,為整個電源系統(tǒng)提供只有數(shù)字單片機才能提供的靈活性和處理能力。