采用MSP430單片機的開關穩壓電源設計

電壓采集 因為采樣信號要輸入單片機MSP430內部，其內部采樣基準電壓選為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驅動電路的設計

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

由于單片機為弱電系統，為保證安全需要與強電側隔離，防止強電側的電壓回流，燒壞MSP430，先用開關光耦進行光電隔離，再經三極管到MOSFET的驅動電路IR2101。MSP430產生的PWM波，經過光耦及后面的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 保護電路的設計

過電流保護是一種電源負載保護功能，以避免發生包括輸出端子上的短路在內的過負載輸出電流對電源和負載的損壞。當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，實現自動恢復電路工作的功能。如圖5所示：

4 軟件設計

MSP430單片機內部具有高、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模塊能夠實現12位精度的模數轉換、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帶有內部LCD驅動模塊，直接將液晶顯示屏連接在芯片的驅動端口即可，電路結構極為簡單。本設計的軟件采用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：通過鍵盤可實現電壓參考值的設定，電壓電流的切換顯示。通過LED實現參考電壓的設定與顯示，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轉換模塊，對系統輸出的電壓值和負載電流進行采集。

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

PWM波發生模塊：利用MSP430單片機的TimerB定時器的比較功能，產生驅動MOSFET的信號。