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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 1 引 言采纳 MSP430 单片机的开关稳压电源设计MSP430 系列单片机是美国TI 公司生产的新一代16 位单片机,是一种超低功耗的混合信号处理器 MixedSignal Processor,它具有低电压、超低功耗、强大的处理才能、系统工作稳固、丰富的片内外设、便利开发等优点,具有很高的性价比,在工程掌握等领域有着极其广泛的应用范畴；开关Boost 稳压电源利用开关器件掌握、无源磁性元件及电容元件的能量储备特性,从输入电压源猎取分别的能量,临时把能量以磁场的形式储备在电感器中,或以电场的形式储备在电容器中,然后将能量转换到负载；对 Boo
2、st 升压斩波电路；2 系统结构和总设计方案DC-DC 主回路采纳本开关稳压电源是以 MSP430F449 为主掌握器件,它是 TI 公司生产的 16 位超低功耗特性的功能强大的单片机,其低功耗的优点有利于系统效率高的要求,且其 ADC12 是高精度的 12 位 A D 转换模块,有高速、通用的特点；这里使用 MSP430 完成电压反馈的 PI 调节； PWM 波产生,基准电压设定；电压电流显示；过电流爱护等；系统框图如图 1 所示；3 硬件电路设计3.1 DC DC 转换电路设计系统主硬件电路由电源部分、整流滤波电路、DC DC 转换电路、驱动电路、MSP430 单片机等部分组成；沟通输入电
3、压经整流滤波电路后经过 DC DC 变换器,采纳 Boost 升压斩波电路 DC DC 变换,如图 2 所示：1 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据升压斩波电路的工作原理一个周期内电感L 积蓄的能量与释放的能量相等,即：式1 中 I1 为输出电流,电感储能的大小通过的电流与电感值有关；在实际电路中电感的 参数就与选取开关频率与输入输出电压要求,依据实际电路的要求选用合适的电感值,且要留意其内阻不应过大,以免其损耗过大减小效率采样电路；对于电容的运算,在指定 纹波电压限制下,它的大小的选取主要依据式 2 ：
4、式2 中： C 为电容的值； D1 为占空比； TS 为 MOSFET 的开关周期； I0 为负载电流； V为输出电压纹波；3.2 采样电路采样电路为电压采集与电流采集电路,采样电路如图3 所示；其中P6.0 ,P6.1 为MSP430 芯片的采样通道,P6.0 为电压采集, P6.1 为电流采集；2 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电压采集 由于采样信号要输入单片机MSP430 内部,其内部采样基准电压选为2.5 V ,因此要将输入的采样电压限制在 2.5 V 之下,考虑安全裕量就将输入电压限制在 2 V
5、 以下,当输入电压为 36 V 时,采样电压为：12 12+200 36=2.04 V ,符合要求；电流采集 采纳康铜丝进行采集；第一考虑效率问题,康铜丝不能挑选过大,同时 MSP430基准电压为 2.5 V ,且所需康铜丝需自制；考虑以上方面在康铜丝阻值选取上约为 0.1 ；3.3 PWM 驱动电路的设计电力 MOSFET 驱动功率小,采纳三极管驱动即可满意要求,驱动电路如图 4 所示；由于单片机为弱电系统,为保证安全需要与强电侧隔离,防止强电侧的电压回流,烧坏MSP430 ,先用开关光耦进行光电隔离,再经三极管到 MOSFET 的驱动电路 IR2101 ；MSP430 产生的 PWM 波,
6、经过光耦及后面的 IR2101 芯片,在芯片的 5 管脚输出的 PWM波接到 MOSFET 的门极 G 端,使其工作；IR2101 是特地用来驱动耐高压高频率的 N 沟道MOSFET 和 IGBT 的；它是一个 的电压范畴是 10 20 V ；3.4 爱护电路的设计8 管脚的芯片,其具有高低侧的输出参考电平；门极供应过电流爱护是一种电源负载爱护功能,以防止发生包括输出端子上的短路在内的过负载输 出电流对电源和负载的损坏；当电流大于限定值的时候,使用继电器常闭触点断开进行保3 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - -
7、护；用 MSP430 单片机掌握继电器的常开常闭的吸合,实现自动复原电路工作的功能；如图 5 所示：4 软件设计MSP430 单片机内部具有高、中、低速多个时钟源,可以敏捷地配置给各模块使用以及工作于多种低功耗模式,大大降低掌握电路的功耗提高整体效率；430F449 有 ADC12 模块能够实现 12 位精度的模数转换、硬件乘法器以及带有PWM 输出功能的TIMERA 和TIMRB 定时器,使得整个电路不需要任何扩展就能完成对电源输出电压、电流的实时采集、 PI 掌握、 PWM 输出；同时 MSP430F449 带有内部 LCD 驱动模块,直接将液晶显示屏连接在芯片的驱动端口即可,电路结构极为
8、简洁；本设计的软件采纳 C 语言编写,整个程序包括的子模块有：键盘掌握模块、AD 电压和电流采集模块、PI 掌握模块和 PWM波发生模块等几个部分,软件流程图如图 6 所示；键盘掌握和显示模块：通过键盘可实现电压参考值的设定,电压电流的切换显示；通过LED 实现参考电压的设定与显示,通过LCD 显示电压和电流的采集值；AD 电压和电流采集模块：通过 MSP430 单片机的 12 位 A D 转换模块,对系统输出的电压值和负载电流进行采集；PI 掌握模块：此模块用来对系统输出电压进行掌握,使输出电压稳固；其掌握原理如图 7所示；PWM 波发生模块：利用 MSP430 单片机的 TimerB 定时
9、器的比较功能,产生驱动MOSFET 的信号；5 试验结果分析通过单片机 MSP430 软件设计,对 PI 调剂选定合理参数及开关频率,能达到稳压的效果,使以上前 3 个指标能达到良好的成效；而能否对纹波电压限制,主要在于整流滤波电路中电容,因此高耐压的支撑电解电容的选取是重要的；4 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在选定开关元件之后,效率主要受开关频率的影响、储能电感的内阻以及线路中其他器件损耗影响,因此在器件选取上要留意其损耗的高低；对此系统的进行综合测试,结果如表1 所示；6 结 语本开关稳压电源设计采纳低功耗的 TI 公司的 16 位单片机 MSP430F449 片机最小系统板为掌握核心,以 PWM 掌握技术,闭环 PI 调剂,高精度的 12 位 AD 转换为基础,完成了5 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 采样值显示与设置电压值的功能和参数指标；试验结果说明：通过单片机 MSP430 软件设计,对 PI 调剂选定合理参数及开关频率,能达到稳压的成效；6 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页