1、德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）18 伏稳定开关电源模块的设计摘要：本系统以超低功耗单片机 MSP430 为控制核心，利用 MOS 管和电感构成 DC/DC（Buck）变换单元，实现系统由 24V 降到恒定 8V 的功能要求；利用 MSP430 调整 PWM 波的占空比来实现电流自动分配为 1:1、1：2 或者任意比例输出的目的；利用独立键盘来控制系统的电源开关、电流比例自动调整、自设比例等的要求。此外还有按键、显示、报警等功能。本设计除了完成基本功能和发挥部分以外，还进行了创新发挥，液晶显示显示输入电流和电压
2、，并在短路保护时进行语音播报和显示。关键词：MSP430；关电源；PWM；电流自动分配1 引言1.1 选题的目的和意义电源是各种电子设备的必不可少的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标。目前采用的有两种：线性电源，开关电源两大类。主要优点：体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的 2030%） 、效率高（为 6070%，而线性电源只有 3040%） 、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化，稳压范围宽等优点。但存在严重的开关干扰，开关稳压电源中，功率调整开关晶体管 V 工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进
3、行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。因此对于开关电源的研究就有重要意义。另外，暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦，本系统以超低功耗单片机 MSP430 为控制核心，利用 MOS 管和电感构成DC/DC（Buck）变换单元，利用 MSP430 调整 PWM 波的占空比来实现电流自动分配为1:1、1：2 或者任意比例输出的目的；利用独立键盘来控制系统的电源开关、电流比例自动调整、自设比例等的要求。此外还有按键、显示、报警等功能。这个设计结构简单，维修方便，耗能少1.2 开关电源的电流自动分配问题开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的
4、时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制控制 IC 和 MOSFET 构成。开关电源，就是把市电整流过后得到的直流电压，利用开关的导通和关断，将该电压截成矩形波(当然，实际的波形并非完美的矩形波，而是会有过冲)，这样做的意义就是把德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）2高能量切割成无数个低能量，传递到输出端去，输出端会通过输出电压高低，对输入端进行反馈(调整切割的频率，以及切割的宽度大小占空比)，达到稳定输出电压的目的。2 系统总体方案及结构框图本系统主要由 MSP430，降压模块，键盘模块，
5、DC_DC 电压转换、电流转换模块组成。系统结构框图如下：采样P W M电源M S P 4 3 0键盘显示报警两路并联D C _ DC 模块降压模块图 1 系统结构框图3 开关电源的硬件设计3.1 系统硬件的整体组成部分 系统硬件整体主要分为电压转换电路和电流采样分配两部分，24V 电源对并联 DC-DC模块进行供电，输出恒定的 8v 直流电压，经过电流的采样和比例自动调整得到不同比例的电流比，电流值通过液晶进行显示；控制器通过采样适时调整 pwm 的占空比，控制输出电压为稳定的 8v；控制器通过调整 pwm 占空比调整电流，当整体的电流值大于 4.5A 时，控制器进行过流保护，并能够自动恢复
6、。整个系统的供电和电流比例的 1:2 调整通过键盘进行通断与设置。整个系统经过测试，单元电路能够很好的协调工作。系统整体电路图如下图 2 所示：德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）3图 2 系统总硬件电路图3.2 控制器工作电路设计 MSP430 单片机内部有 MSP430 的时钟、低功耗、各种端口、定时器、LCD、硬件乘法器、12 位 AD 转换。在低功耗方面，其处理其功耗（1.83.6V,0.1400uA，250UA/MPS）和口线输入漏电流在世界都是最低。MSP430 的 RAM 数据保持模式下耗电仅为 0.
7、1uA，活动模式耗电 250uA/MIPS，I/O 输入端口的漏电流最大仅为 50nA。在 4kHZ，2.2V 条件下单片机电流为 2.5uA，在 1MHZ，2.2V 条件下单片机电流为 280uA。在本系统中考虑到功耗低、所用 I/O 较多的要求，采用它是极为方便的。电路图如下：德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）4.3.3 DC_DC 模块设计该部分的设计采用单片机 MSP430 控制占空比，输出 PWM 波，利用 PWM 波控制 mos 管P60NF06 的通断，鉴于单片机输出的电平较小，在 mos 管的控制
8、级加一个放大三极管。由于 mos 管本身的功耗，我们采用两个 mos 管并联，以减小 mos 管的内阻，降低压降损耗。后级采用 BUCK 降压电路，对 24V 电压进行降压处理，得到稳定的 8V 电压。DC_DC 模块电路图如图 4 所示：图 3 MSP 控制器及简单外围电路P15/TA076829CLKINOURoscDSEMXBVF+e-utHxYG德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）53.4 过流保护及自动恢复电路的设计本电路采用温度漂移小的康铜锰铜丝作为采样电阻，其电阻率为 1.3/m,考虑到单片机的识别能
9、力及功耗问题，经反复测试，选用电阻值为 0.1，可以精确采样到其两端电压，经过公式：RUI计算输出电流值，当其输出总电流达到 4.5A 时，单片机进行过流动作保护。当电流故障排除后，电源输出自动恢复。3.5 均流分配电路设计本系统的 DC_DC 恒压后，为达到均流和电流比例自动分配，我们通过单片机控制输出PWM 波控制 MOS 管的通断，两路电流分别进行电流取样输入单片机，单片机分析控制各自支路的 PWM 占空比控制电流，从而达到均流的目的，具体电路图如下图 5 所示：3.6 蜂鸣器电路设计为了保护系统，我们设计了蜂鸣器电路与单片机相连，当负载短路时进行保护。具体电路图如下图 6 所示：图 4
10、 并联 DC_DC 模块电路70pFC1.2mHLDSG3QKBENP8WMAVeadr德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）63.7 键盘模块电路设计考虑到本系统的设计要求，键盘只需要如右图所示即可满足要求。电路图 7 所示：4 系统的软件设计图4为系统主程序流程图。系统初始化后，当复位键按下后，系统进入额定功率输出状态，通过按键控制电流比例输出，并输出的电压、电流显示在显示屏上；MSP430单片机在电流比的预设值下，通过AD采样控制PWM波达到合适的频率和占空比，来控制输出电压和稳定的电流比。当系统输出电流达到4
11、.5A,系统自动断开输出，进行保护动作，并且在排除过流保护后，电源自动恢复正常。主程序#include 图 5 电流采样RLQ12PWM30.KGNDAC8V图 6 报警器BelI/o图 7 键盘模块HadrS-_德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）7#include “AD.h“#include “PWM.h“#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid cor_ya(uint yazhi0,uint yazhi1);void displays(
12、);uint DISPLAY1; /数码管显示数uint DISPLAY2;uint DISPLAY3;uint DISPLAY4;uint display0; /AD转换存储值uint display1;uint display2;uint display3;uchar count=0;static uchar adc_flag=0; int results4=0; float AD0=0,AD1=0,AD2=0,AD3=0;int main( void )WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /关闭看门狗int_clk(); /初始化时钟int_adc(); /初始化AD转换
13、PWM_INT(); /初始化PWM int_shuma_io(); /初始化数码管int_timer(); /定时器A初始化 _EINT();while(1)displays(); # pragma vector=TIMERA1_VECTOR_interrupt void Timer_A(void)switch(TAIV)case 2:break;case 4:break;case 10:if(adc_flag=0)ADC12CTL0 |= ADC12SC;德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）8ADC12CTL0
14、 ;break;default: break; #pragma vector=ADC_VECTOR_interrupt void ADC12ISR(void)while(ADC12CTL1/等待转换完成adc_flag=1;results0 =ADC12MEM0; /读取转换值0 results1 =ADC12MEM1; /读取转换值1 results2 =ADC12MEM2; /读取转换值2 results3 =ADC12MEM3; /读取转换值3 void displays(void)while(adc_flag)AD0+=results0;AD1+=results1;AD2+=resul
15、ts2;AD3+=results3;count+;if(count=100)/AD=AD/100本来是要除 100，但是为了取的 ADC小数的后两位的BCD码还要在乘于100，所以就除10AD0=(AD0*2.5)/3100; AD1=(AD1*2.5)/3100;AD2=(AD2*2.5)/3100;AD3=(AD3*2.5)/3100;display0=AD0; /保持采样值0display1=AD1; /保持采样值1display2=AD2; /保持采样值2display3=AD3; /保持采样值3count=0;results0=0;results1=0;results2=0;resu
16、lts3=0; AD0=0;AD0=1;AD0=2;AD0=3; adc_flag=0;DISPLAY1=display0/1000%10;/计算电压的十位数据德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）9DISPLAY2=display0/100%10;/计算电压的个位数据DISPLAY3=display0/10%10;/得到小数的后一位DISPLAY4=display0%10;/得到小数的后两位cor_ya(display0,display1);show(DISPLAY1,4);show(DISPLAY2,5);sho
17、w(DISPLAY3,6);show(DISPLAY4,7); void cor_ya(uint yazhi0,uint yazhi1)uint biao_pin=104; uint biao_ya1=52;uint biao_ya2=52;uint zhi0,zhi1,lastzhi0;int m,n;m = yazhi0-biao_ya1;n = yazhi1-biao_ya2;zhi0 = yazhi0;zhi1 = yazhi1;lastzhi0=zhi0;if(m2000)|(m+2000)2000)|(n+2000)0)|(n0)if(m=1000)zhi0=zhi0-5;elsezhi0=zhi0-3;德 州 学 院 机 电 工 程 系 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 专 业 毕 业 论 文 （设 计 ）10if(n=1000)zhi1=zhi1-5;elsezhi1=zhi1-3;PWM_CON_A(biao_pin,zhi0,zhi1); if(m0)|(n=1000)zhi0=zhi0-5;elsezhi0=zhi0-3;if(m-1000)0)if(m+1000)=1000)zhi1=zhi1-5;
