采用MSP430單片機的開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計

電壓采集 因為采樣信號要輸入單片機MSP430內(nèi)部，其內(nèi)部采樣基準(zhǔn)電壓選為2.5 V，因此要將輸入的采樣電壓限制在2.5 V之下，考慮安全裕量則將輸入電壓限制在2 V以下，當(dāng)輸入電壓為36 V時，采樣電壓為：12／(12+200)×36=2.04 V，符合要求。

電流采集 采用康銅絲進行采集。首先考慮效率問題，康銅絲不能選擇過大，同時MSP430基準(zhǔn)電壓為2.5 V，且所需康銅絲需自制。考慮以上方面在康銅絲阻值選取上約為0.1 Ω。

3.3 PWM驅(qū)動電路的設(shè)計

電力MOSFET驅(qū)動功率小，采用三極管驅(qū)動即可滿足要求，驅(qū)動電路如圖4所示。

由于單片機為弱電系統(tǒng)，為保證安全需要與強電側(cè)隔離，防止強電側(cè)的電壓回流，燒壞MSP430，先用開關(guān)光耦進行光電隔離，再經(jīng)三極管到MOSFET的驅(qū)動電路IR2101。MSP430產(chǎn)生的PWM波，經(jīng)過光耦及后面的IR2101芯片，在芯片的5管腳輸出的PWM波接到MOSFET的門極G端，使其工作。IR2101是專門用來驅(qū)動耐高壓高頻率的N溝道MOSFET和IGBT的。它是一個8管腳的芯片，其具有高低側(cè)的輸出參考電平。門極提供的電壓范圍是10～20 V。

3.4 保護電路的設(shè)計

過電流保護是一種電源負載保護功能，以避免發(fā)生包括輸出端子上的短路在內(nèi)的過負載輸出電流對電源和負載的損壞。當(dāng)電流大于限定值的時候，使用繼電器常閉觸點斷開進行保護。用MSP430單片機控制繼電器的常開常閉的吸合，實現(xiàn)自動恢復(fù)電路工作的功能。如圖5所示：

4 軟件設(shè)計

MSP430單片機內(nèi)部具有高、中、低速多個時鐘源，可以靈活地配置給各模塊使用以及工作于多種低功耗模式，大大降低控制電路的功耗提高整體效率；430F449有ADC12模塊能夠?qū)崿F(xiàn)12位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換、硬件乘法器以及帶有PWM輸出功能的TIMERA和TIMRB定時器，使得整個電路不需要任何擴展就能完成對電源輸出電壓、電流的實時采集、PI控制、PWM輸出；同時MSP430F449帶有內(nèi)部LCD驅(qū)動模塊，直接將液晶顯示屏連接在芯片的驅(qū)動端口即可，電路結(jié)構(gòu)極為簡單。本設(shè)計的軟件采用C語言編寫，整個程序包括的子模塊有：鍵盤控制模塊、A／D電壓和電流采集模塊、PI控制模塊和PWM波發(fā)生模塊等幾個部分，軟件流程圖如圖6所示。

鍵盤控制和顯示模塊：通過鍵盤可實現(xiàn)電壓參考值的設(shè)定，電壓電流的切換顯示。通過LED實現(xiàn)參考電壓的設(shè)定與顯示，通過LCD顯示電壓和電流的采集值。

AD電壓和電流采集模塊：通過MSP430單片機的12位A／D轉(zhuǎn)換模塊，對系統(tǒng)輸出的電壓值和負載電流進行采集。

PI控制模塊：此模塊用來對系統(tǒng)輸出電壓進行控制，使輸出電壓穩(wěn)定。其控制原理如圖7所示。

PWM波發(fā)生模塊：利用MSP430單片機的TimerB定時器的比較功能，產(chǎn)生驅(qū)動MOSFET的信號。