1、 1 8 8 伏稳定开关电源模块的设计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，并在短路保护时进行语音播报和 显示。 关键词：MSP430；关电源；
2、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行抑 制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作
3、。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时间比率，维持稳定输出电 压
4、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 2 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，DC_DC 电压转换、电流转换模块组成。系 统结构框图如下： 采样 PWM 电源 MSP430 键盘 显示 报警 两路 并联
5、 DC_D C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。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
6、调工作。 系统整体电路图如下图 2 所示： 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 0.1uA，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： 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
