基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

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、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设、方便开发等优点，具有很高的性价比，在工程控制等领域有着极其广泛的应用范围。开关Boost稳压电源利用开关器件控制、无源磁性元件及电容元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时把能量以磁场的形式存储在电感器中，或以电场的形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载。对DC—DC主回路采用Boost升压斩波电路。

2 系统结构和总设计方案

本开关稳压电源是以MSP430F449为主控制器件，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ADCl2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；过电流保护等。

系统框图如图1所示。

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

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。交流输入电压经整流滤波电路后经过DC／DC变换器，采用Boost升压斩波电路DC／DC变换，如图2所示：

根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：

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

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．O，P6．1为MSP430芯片的采样通道，P6．O为电压采集，P6．1为电流采集。

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

电压采集因为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，考虑安全裕量则将输入电压限制在2 V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。

电流采集采用康铜丝进行采集。首先考虑效率问题，康铜丝不能选择过大，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O．1Ω。

3．3 PWM驱动电路的设计

电力MOSFET驱动功率小，采用三极管驱动即可满足要求，驱动电路如图4所示。

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

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IR210l。MSP430产生的PWM波，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MOS—FET的门极G端，使其工作。IR2101是专门用来驱动耐高压高频率的N沟道MOSFET和IGBT的。它是一个8管脚的芯片，其具有高低侧的输出参考电平。门极提供的电压范围是10～20 V。

3．4 保护电路的设计

过电流保护是一种电源负载保护功能，以避免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护。用MSP430单片机控制继电器的常开常闭的吸合，实现自动恢复电路工作的功能。如图5所示：

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

4 软件设计

MSP430单片机内部具有高、中、低速多个时钟源，可以灵活地配置给各模块使用以及工作于多种低功耗模式，大大降低控制电路的功耗提高整体效率；430F449有ADCl2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控制、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，电路结构极为简单。本设计的软件采用C语言编写，整个程序包括的子模块有：键盘控制模块、A／D电压和电流采集模块、PI控制模块和PWM波发生模块等几个部分，软件流程图如图6所示。

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

键盘控制和显示模块：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控制模块：此模块用来对系统输出电压进行控制，使输出电压稳定。其控制原理如图7所示。

PWM波发生模块：利用MSP430单片机的TimerB定时器的比较功能，产生驱动MOSFET的信号。

5 实验结果分析

通过单片机MSP430软件设计，对PI调节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效果。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。

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注重其损耗的高低。对此系统的进行综合测试，结果如表1所示。

基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

6 结语

本开关稳压电源设计采用低功耗的TI公司的膈位单片机MSP430F449片机最小系统板为控制核心，以PWM控制技术，闭环PI调节，高精度的12位A／D转换为基础，完成了采样值显示与设置电压值的功能和参数指标。实验结果表明：通过单片机MSP430软件设计，对PI调节选定合理参数及开关频率，能达到稳压的效果。

关键字：MSP430 开关电源 6位单片机引用地址：基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

上一篇：基于MSP430F5438A的SPI通信来进行SD卡初始化
下一篇：一种便携式多参数环境监测仪的设计

推荐阅读

2018年09月15日 | 联想杨元庆：为什么还要坚持做手机

据澎湃新闻报道，在美国纽约举行的联想Transform 2.0大会间隙，联想集团董事长兼首席执行官杨元庆接受了媒体采访，他表示：“联想最困难的时期，打基础的阶段已经过去了，正在进入高速恢复高速增长期。”杨元庆还称，“我觉得外界有些错误的理解，认为我们只会并购，但我觉得并购是一门大学问，对于管理的要求，可能比你自己去成长还要难。”“一方...

2020年09月15日 | Moto E7 Plus曝光：4800万双摄+5000mAh电池

摩托罗拉今天在巴西市场推出智能手机新品——Moto E7 Plus，该机搭载水滴屏设计，后置双摄模组，定位于入门级产品，售价为 1499 雷亚尔（约 1925.1 元）。　　配置方面，Moto E7 Plus 搭载骁龙 460 处理器，辅以 4GB RAM+64GB ROM，并支持 microSD 卡扩展。　　其他方面，内置 5000 毫安时电池，支持 10W 充电；运行 Androi...

2021年09月15日 | WaveSense更名为GPR 并发布下一代雷达Aegis

据外媒报道，可以精确定位车辆的地面定位雷达（Ground Positioning Radar™）供应商WaveSens宣布发布其下一代雷达Aegis，并将其公司名称更改为GPR。新名称表明Ground Positioning Radar™将逐渐成为行业标准，通过提供适用于所有条件的车辆定位来重新定义ADAS和AV的可能性。（图片来源：GPR）Aegis是GPR专有雷达的第三代，并已由汽车制造商试行批量生...

史海拾趣

问答坊 | AI 解惑

求助关于一些题目 2.you are communicating with an external device over an I2C bus. The I2C address of the device is 0x40. list the steps you would take to write a 1 in bit 7 of a register at address 02 in the external device without affect ...… 查看全部问答∨	TMS320C6205数据手册 TMS320C6205的数据手册，不要钱，哈哈！… 查看全部问答∨
求助运放各位大侠，能否帮在下分析下这个电路？小弟能力有限，实在是搞不清楚他的功能。谢谢啦。[qq]20436023[/qq] 文件在附件中。… 查看全部问答∨	==请教USB DEVICE 驱动中，接收CBW错误后的处理方法== 刚接触USb对其中的流程还不熟悉，在调试一驱动程序时，发现如下现象： 24 CDB 2a 00 00 00 28 0c 00 00 80 00 &n ...… 查看全部问答∨
求救各位大虾：http服务器关于页面失效的处理方法请问各位大虾，我知道在asp中关于处理页面失效可以通过设置session的值来实现，但我目前在做路由器的网页失效的功能，以前没做过网页，请问怎么处理呢？或者发点http服务器的资料到我邮箱：mftrans@tom.com感激万分… 查看全部问答∨	关于事件管理器B 指向事件管理器B时,是不是用ldp #0EA就行呢? 为什么我向EVB中的T3CNT和T3PR都写不进数呢? 用了splk #1000 T3CNT,然后查看一下,寄存器的值没有变化阿。 .TEXT _c_int0 SETC INTM &nb ...… 查看全部问答∨
使用Altium Designer进行多通道设计上传了两份技术文档，讲述了如何使用AD经行多通道设计，以及分层设计的结构和方法。… 查看全部问答∨	串口实验波特率 sopc builder中设置波特率是9600，串口工具设置9600，发送36时，接收是FB,串口调试工具设置19200，则收到的是36，这是什么问题啊 QQ截图20120323203513.png (28.18 K) 2012-3-23 20:36:10#include \"system.h\"#include \"unistd.h\"#includ ...… 查看全部问答∨
我们老师让我们用LM324N芯片做测温我们老师让我们用LM324N芯片做测温，但是我不知道测温的程序的流程是怎么样的，哪位大虾能告诉我下啊… 查看全部问答∨	ZigBee四种绑定方式在Z-Stack中的应用（转）本文是作者根据TI Z-Stack开发文档，ZigBee Specification-2007，《Zigbee Wireless Networking》等英文资料整合和翻译而成，采用中英双语对照方便读者理解，文中翻译不当之处，望广大同行不吝赐教。推广ZigBee技术，提高国内电子行业的国际影响力 ...… 查看全部问答∨

小广播

对于新手学习单片机入门，请给一个学习大纲当你开始学习单片机时，建议按照以下学习大纲逐步学习：1. 单片机基础知识了解单片机：掌握单片机的基本概念、结构和工作原理，包括中央处理器、存储器、输入输出等基本组成部分。选择单片机：了解不同类型的单片机，如基于8051、AVR、PIC等不同架 ...… 查看全部问答∨	我想52单片机入门，应该怎么做呢？学习52单片机入门可以按照以下步骤进行：准备工作：了解基本的数字电子学知识和微处理器原理，这将有助于你更好地理解单片机的工作原理和应用。选购学习资料：选择一些权威的教材、在线课程或视频教程作为学习的主要资源。确保资源内容全面、系统 ...… 查看全部问答∨
初学机器学习用什么gpu 作为电子领域资深人士，初学机器学习时，选择合适的 GPU 可以加速模型训练和实验过程，提高工作效率。以下是一些常见的 GPU 选择建议：NVIDIA GeForce GTX/RTX 系列：NVIDIA 的 GeForce GTX/RTX 系列显卡是性价比较高的选择，适合初学者和个人用户 ...… 查看全部问答∨	对于深度网络学习入门，请给一个学习大纲以下是深度网络学习入门的学习大纲：第一阶段：基础知识Python编程基础：学习Python的基本语法、数据类型和控制流结构。掌握Python常用的数据处理库，如NumPy和Pandas。机器学习基础：了解机器学习的基本概念和常用术语。学习监督学习、无监督学习 ...… 查看全部问答∨
我想r机器学习入门，应该怎么做呢？入门 R 机器学习，你可以按照以下步骤进行：学习 R 语言基础： R 是一种流行的数据分析和统计建模语言，掌握其基础语法、数据结构、函数和数据处理技巧是学习机器学习的前提。了解机器学习基础知识：学习机器学习的基本概念、常用算法和应用场景， ...… 查看全部问答∨	对于深度学习机器学习入门，请给一个学习大纲以下是深度学习机器学习入门的学习大纲：机器学习基础：学习机器学习的基本概念、分类和应用领域。理解监督学习、无监督学习和强化学习等不同类型的机器学习算法。深度学习基础：理解深度学习的基本原理，包括神经网络结构、激活函数、优化算法等。 ...… 查看全部问答∨
如何深度学习入门作为电子领域的资深人士，你已经具备了坚实的数学和编程基础，这对深度学习的学习非常有帮助。以下是一个详细的入门指南，帮助你更系统地学习深度学习：1. 基础知识的巩固虽然你可能已经掌握了一些基础，但在开始深度学习之前，确保你对以下内容非 ...… 查看全部问答∨	请问能否详细地讲解fpga 编译原理呢？ FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可编程的集成电路，它允许用户根据需要配置逻辑电路。FPGA编译是一个复杂的过程，涉及到多个阶段，主要包括以下几个步骤：设计输入：用户首先使用硬件描述语言（HDL），如VHDL或 ...… 查看全部问答∨
我想pic 单片机快速入门，应该怎么做呢？快速入门 PIC 单片机可以按照以下步骤进行：了解基础知识：在开始之前，建议先了解一些基本的数字电子学知识，例如数字逻辑、微处理器和微控制器的基本原理等。选择合适的 PIC 单片机型号： PIC 单片机有多个系列和型号，每个型号都有不同的特性和 ...… 查看全部问答∨	我想pcb绘制入门，应该怎么做呢？要入门 PCB 绘制，您可以按照以下步骤进行：了解 PCB 设计的基本概念：学习 PCB 的基本术语和概念，例如 PCB 板层、导线、焊盘、孔径、丝印等。选择合适的 PCB 设计工具：选择一款适合您需求的 PCB 设计软件，例如 Altium Designer、Cadence Allegr ...… 查看全部问答∨

2020年09月15日 | 基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

2 系统结构和总设计方案

3 硬件电路设计

4 软件设计

5 实验结果分析

6 结语

设计资源培训开发板精华推荐

2020年09月15日 | 基于MSP430的开关电源的系统设计方案和实验结果分析

2 系统结构和总设计方案

3 硬件电路设计

4 软件设计

5 实验结果分析

6 结 语

设计资源 培训 开发板 精华推荐

6 结语

设计资源培训开发板精华推荐