采用MSP430單片機的開關穩(wěn)壓電源設計

1 引 言

MSP430系列單片機是美國TI公司生產的新一代16位單片機，是一種超低功耗的混合信號處理器(MixedSignal Processor)，它具有低電壓、超低功耗、強大的處理能力、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、豐富的片內外設、方便開發(fā)等優(yōu)點，具有很高的性價比，在工程控制等領域有著極其廣泛的應用范圍。開關Boost穩(wěn)壓電源利用開關器件控制、無源磁性元件及電容元件的能量存儲特性，從輸入電壓源獲取分離的能量，暫時把能量以磁場的形式存儲在電感器中，或以電場的形式存儲在電容器中，然后將能量轉換到負載。對DC-DC主回路采用Boost升壓斬波電路。

2 系統(tǒng)結構和總設計方案

本開關穩(wěn)壓電源是以MSP430F449為主控制器件，它是TI公司生產的16位超低功耗特性的功能強大的單片機，其低功耗的優(yōu)點有利于系統(tǒng)效率高的要求，且其ADC12是高精度的12位A／D轉換模塊，有高速、通用的特點。這里使用MSP430完成電壓反饋的PI調節(jié)；PWM波產生，基準電壓設定；電壓電流顯示；過電流保護等。

系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 硬件電路設計

3.1 DC／DC轉換電路設計

系統(tǒng)主硬件電路由電源部分、整流濾波電路、DC／DC轉換電路、驅動電路、MSP430單片機等部分組成。交流輸入電壓經整流濾波電路后經過DC／DC變換器，采用Boost升壓斬波電路DC／DC變換，如圖2所示：

根據升壓斬波電路的工作原理一個周期內電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即：

式(1)中I1為輸出電流，電感儲能的大小通過的電流與電感值有關。在實際電路中電感的參數(shù)則與選取開關頻率與輸入／輸出電壓要求，根據實際電路的要求選用合適的電感值，且要注意其內阻不應過大，以免其損耗過大減小效率采樣電路。對于電容的計算，在指定紋波電壓限制下，它的大小的選取主要依據式(2)：

式(2)中：C為電容的值；D1為占空比；TS為MOSFET的開關周期；I0為負載電流；V′為輸出電壓紋波。

3.2 采樣電路

采樣電路為電壓采集與電流采集電路，采樣電路如圖3所示。其中P6.0，P6.1為MSP430芯片的采樣通道，P6.0為電壓采集，P6.1為電流采集。