MSP430單片機(jī)在電力系統(tǒng)中對開關(guān)電源控制的設(shè)計

1 引言

MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器. 由于其超低功耗、強(qiáng)大的處理能力、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、方便高效的開發(fā)環(huán)境得到廣大用戶的高度評價。本文采用MSP430單片機(jī)控制開關(guān)電源時期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用MSP430F155型號單片機(jī)實現(xiàn)對開關(guān)電源的穩(wěn)定控制，主要包括如下幾個部分：MSP430核心部分、反饋信號處理部分、信號輸出給定部分、控制電路部分、通訊部分及CPU外圍電路。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3 硬件部分設(shè)計

3.1 MSP430核心部分

MSP430F155單片機(jī)具有非常豐富的片內(nèi)資源，因此，最小系統(tǒng)無需配置過多的外圍接口芯片就可滿足本系統(tǒng)要求，其最小系統(tǒng)組成如圖2所示。

本系統(tǒng)基礎(chǔ)時鐘LFXT1振蕩器工作在低頻模式，外接低速晶振，作為內(nèi)部時鐘源。LFXT2振蕩器外接8M晶振，工作于高頻模式，作為其他外圍模塊的時鐘源。

圖2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.2反饋信號處理部分

反饋信號處理部分主要完成強(qiáng)電信號與弱電信號之間的隔離和變換，該電路包括電壓信號分壓電路、電流信號放大電路、電平提升電路和濾波電路等。

3.2.1 電壓信號轉(zhuǎn)換電路

采集電壓范圍不適合MSP430F155的要求，應(yīng)對其信號進(jìn)行縮小處理。用分壓電阻將分壓降至MSP430F155所需要的幅值VSE+。VSE+電壓幅值用運(yùn)放搭建的跟隨器輸出OUT-V，直接給單片機(jī)使用。圖3中的電位器微調(diào)，用于調(diào)整單片機(jī)系數(shù)。

圖3 電壓信號轉(zhuǎn)換電路

3.2.2 電流信號放大電路

高頻開關(guān)電源輸出電流也隨著負(fù)荷變化，在幾安培到三十安培之間變化。模塊采用30A/75mV的分流器，將輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并通過放大電路把電壓信號升高到MSP430F155允許的幅值。運(yùn)算放大器視精度要求使用，使用性能較好的運(yùn)算放大器較容易達(dá)到較高的精度和較好的穩(wěn)定性。此處選用BB公司的高精度運(yùn)放OPA177。ISE-通過分流器采樣的毫幅級電壓值，經(jīng)過調(diào)節(jié)反饋電位器VR3和R28的阻值得到IOC，再通過跟隨器及電位器VR2微調(diào)，以符合單片機(jī)采樣信號是電壓信號的要求。由于分流器的輸出和運(yùn)放的地連在一起，減小了共模干擾。

圖4 電流信號放大電路

3.3 信號輸出給定部分

單片機(jī)通過D/A給定兩個電壓值分別控制輸出電壓的電壓環(huán)和限流的電流環(huán)，以達(dá)到控制輸出的目的.

由于MSP430F155系列的單片機(jī)D/A電壓輸出的最大幅值為VCC，達(dá)不到控制電壓環(huán)和電流環(huán)所需要的幅值，從而采用圖5所示的運(yùn)算放大電路，V_DW所接的是電位器，它的位置是在前面板上，通過調(diào)節(jié)電位器改變電壓參數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。

圖5 運(yùn)算放大電路