基于MSP430开关电源设计
基于单片机MSP430F247稳压开关电源供电管理系统
本科毕业设计（论文）资料湖南工业大学教务处2012届本科毕业设计（论文）资料第一部分毕业论文本科毕业设计（论文）2012年6月摘要在电源的实际使用过程中，各种负载对于供电的可靠性要求不同，当单台电源不能提供负载的全部容量的时，就需要多个电源模块并联使用，以提高电源的容量和运行的可靠性。
在实际的使用过程并不是简单的把各个电源并联使用就可以让电源平均承担功率。
这是由于电源各自参数的分散性，使得每个电源的开路电压和内阻均会存在差异，通常开关电源的内阻都非常小，因此开路电压很小的差异就会导致各电源的输出电流有较大的差异，这种状态会导致各个电源的寿命衰减不一致，达不到电源的可靠性和稳定性的要求，这就要求在电源并联使用过程中使用均流技术。
本设计采用超低功耗单片机MSP430F247为主要控制核心部件，应用同步BUCK拓扑结构作为高效率的DC-DC变换；设计并制作了开关电源模块并联供电系统。
应用AMSCS 原理和ECM控制模式实现动态均流控制；使用电流并联监视器件INA194作为电流检测；使用高效率TPS5430芯片设计辅助电源。
实现了系统在500mA-4A范围内可自动分配或者手动任意预制两路DC-DC模块的电流比大小并显示相关参数。
系统元件少，性价比高、系统效率高达85%以上、很好的完成了基本部分和发挥部分的要求。
关键字：MSP430F247，AMSCS，ECM，动态均流，效率ABSTRACTThis design uses the low power consumption MCU, MSP430F247 ,as the main control the core part and uses the application of synchronous BUCK topology structure as high efficiency of the DC-DC transform .The design is made up of the switch power supply module parallel power supply system and uses AMSCS principle and ECM control model to achieve dynamic all flow control. The design uses current parallel surveillance devices,INA194, as electric current detection and successfully uses a high efficiency chip, TPS5430, to design auxiliary power supply. Finally the design realized that current can be set range from 500 mA to 4 A automatically or manually arbitrary distribution prefabricated a DC-DC module of the current size ,and can display related parameters. The system is consist of less component, higher performance price ratio, especially the system efficiency is as high as 85% above. So the system accomplished the basic part and the expression part successfully.Key word:MSP430F247; AMSCS; ECM; Dynamic all flow; Efficiency目录摘要.......................................................... I I ABSTRACT ..................................................... I II 第一章绪论. (6)1.1选题意义及目的 (6)1.2设计任务 (6)1.3设计要求 (7)1.3.1基本要求 (7)1.3.2 发挥部分要求 (7)第二章本系统总体方案设计 (8)2.1.系统方案设计与论证 (8)2.1.1 DC-DC变换器方案论证 (8)2.1.2均流控制方法及实现方案 (8)2.1.3 系统整体框图 (9)2.2.理论分析与参数计算 (9)2.2.1 DC-DC变换器稳压方法 (9)2.2.2 电流电压检测分析与计算 (10)2.2.2.1 电压检测 (10)2.2.2.2 电流检测 (10)2.2.3 均流方法的分析 (11)2.2.4 过流保护及自恢复分析 (11)第三章硬件电路设计 (12)3.1DC-DC电路设计 (12)3.2电流采集电路设计 (13)3.3辅助供电模块设计 (13)第四章软件设计部分 (14)4.1IAR FOR430简介 (14)4.2软件流程图 (14)第五章系统测试 (16)5.1主要元器件 (16)5.2测试方法 (16)5.3测试仪器清单 (16)5.4负载调整额定功率测试 (16)5.5系统效率测试 (17)5.64A均流测试 (17)5.7任意比分流点测试 (17)5.8过流保护及自动自恢复功能 (18)5.9其它功能测试 (18)5.10误差分析 (18)第六章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)控制程序 (22)第一章绪论1.1选题意义及目的随着电力电子技术的发展,电源技术被广泛应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域,涉及到国民经济各行各业。
基于MSP430电池供电系统的电源管理设计
基于MSP430便携式仪表系统的电源管理设计关键字：MSP430F149, 比较器A，超级电容，电源管理1 引言随着仪器仪表技术的迅猛发展，它们的体积越来越小，可便携的能力也越来越强。
用于现场测量的仪器仪表很多都采用电池供电。
有的采用干电池供电，有的采用可充电的锂电池供电。
在电池欠压，或更换电池时，要有相应的电源管理机制告知处理器进行欠压报警，或掉电保护。
而以往的电源管理机制的缺点是电源管理电路复杂，功耗过大。
即增加成本，又不利于降低整机功耗。
仪器仪表系统几乎都是要求低功耗的。
美国德州仪器生产的MSP430系列的单片机因其丰富的片上资源，极低的功耗，使得它在便携式电池供电仪器仪表等测量系统上得到广泛的应用。
本设计利用MSP430F149片上集成的比较器A，和法拉电容来实现电池供电系统的电源管理。
2 MSP430F149介绍MSP430F149是TI公司生产的一款超低功耗单片机，能够在1.8V~3.6V电压，1MHZ的时钟条件下运行，具有5种节电模式，耗电流为0.1uA~400uA，能够在数据检测时充分节电，满足电池供电下的节能要求；具有强大的处理能力（RISC结构，8MHZ晶体，驱动指令周期125ns）和丰富的片内外设（60KB+256B Flash,2KB RAM,12位A/D转换，2个串口/SPI接口，48个I/O口，模拟比较器A等）。
MSP430F11X1、MSP430F12XX、MSP430F13／14／15／16X、MSP430F4XX都含有比较器A(Comparator_A)，它是为精确地比较测量而设计的，如电池电压监测、产生外部模拟信号、测量电流、电容和电阻，结合其他模块还可实现精确的AD模数转换功能。
比较器A是工业仪表、手持式仪表等产品设计中的理想选择。
3 电源管理系统硬件设计整个电源管理系统电路包括16位的单片机MSP430F149、稳压电源模块（TPS76933）、电池电压处理模块、超级电容电路模块、单片机复位电路模块、晶体振荡器电路模块（32768HZ 钟表晶振）。
MSP430单片机在电力系统中对开关电源控制的设计
MSP430单片机在电力系统中对开关电源控制的设计
1 引言
MSP430 系列单片机是美国德州仪器（TI）1996 年开始推向市场的一种16 位超低功耗的混合信号处理器. 由于其超低功耗、强大的处理能力、高性能模拟技术及丰富的片上外围模块、系统工作稳定、方便高效的开发环境得到广大用户的高度评价。
本文采用MSP430 单片机控制开关电源时期稳定运行。
2 系统设计
本系统采用MSP430F155 型号单片机实现对开关电源的稳定控制，主要包括如下几个部分：MSP430 核心部分、反馈信号处理部分、信号输出给定部分、控制电路部分、通讯部分及CPU 外围电路。
系统总体结构如图1 所示:
图1 系统总体结构
3 硬件部分设计
3.1 MSP430 核心部分
MSP430F155 单片机具有非常丰富的片内资源，因此，最小系统无需配置过多的外围接口芯片就可满足本系统要求，其最小系统组成如图2 所示。
本系统基础时钟LFXT1 振荡器工作在低频模式，外接低速晶振，作为内部时钟源。
LFXT2 振荡器外接8M 晶振，工作于高频模式，作为其他外围模块的时钟源。
图2 系统整体结构
3.2 反馈信号处理部分
反馈信号处理部分主要完成强电信号与弱电信号之间的隔离和变换，该电路包括电压信号分压电路、电流信号放大电路、电平提升电路和滤波电路等。
3.2.1 电压信号转换电路。
基于MSP430开关电源设计
单片机实现开关电源的设计2011-10-31 12:08:53 来源:互联网关键字：单片机开关电源1 引言MSP430系列单片机是美国TI公司生产的新一代16位单片。
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。
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：式(1)中I1为输出电流，电感储能的大小通过的电流与电感值有关。
在实际电路中电感的参数则与选取开关频率与输入／输出电压要求，根据实际电路的要求选用合适的电感值，且要注意其内阻不应过大，以免其损耗过大减小效率采样电路。
对于电容的计算，在指定纹波电压限制下，它的大小的选取主要依据式(2)：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。
一款基于MSP430的高功率因数电源电路设计方案
一款基于MSP430的高功率因数电源电路设计方案在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。
这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分转换为有功功率，从而提高电能输送的效率。
提高功率因数必须从相位校正技术和谐波消除技术两个方面考虑，无功分量基本上为高次谐波，谐波电流在输电线路阻抗上的压降会使电网电压发生畸变，影响供电系统的供电质量，谐波会增加电网电路的损耗。
解决用电设备谐波污染的主要途径有两种： 一是增设电网补偿设备(有源滤波器和无源滤波器)以补偿电力电子设备、装置产生的谐波;二是改进电力电子装置本身，使之不产生或产生很小的谐波，如采用功率因数校正技术。
两者相比较前者是消极的方法，即在装置产生谐波后，进行集中补偿;后者是积极的方法，也是谐波抑制的重要方法。
减小谐波污染、提高功率因数，对于提高电网电质量和用电效率、缓解我国的能源短缺问题等都具有重要的现实意义。
本系统基于MSP430 的高功率因数电源对功率因数校正进行了一定的研究，MSP430 是低功耗单片机，将低功耗单片机与功率因数校正相结合具有深层次的研发意义。
系统总体方案设计及实现方框图 系统主要包括整流、功率因数校正、Boost 升压等几个部分。
电源变压器将较高的市电电压降低到符合整流电路所需要的交流电压，经整流电路后得到直流电。
将得到的直流电送入Boost 升压电路进行升压，Boost 电路的输出电压极性与输入电压极性相同，但总高于输入电压，输入电流连续、输出电压与负载电流无关，输出阻抗非常低，通过控制开关管通断的占空比来控制输出电压。
PFC 控制部分采用有源PFC(也称主动式PFC) 功率因数校正可。
MSP430实现的多路电源开关控制器
基于MSP430G2211实现的多路电源开关控制器第一章作品概述 (2)第一节基本情况 (2)第二节软硬件总体设计方案 (2)第二章作品硬件系统设计 (4)第一节MSP430G2系列Launchpad开发板组成及硬件资源情况介绍 (4)第二节关键器件选型以及性能指标参数 (4)第三节单元电路介绍 (5)第五节PCB板设计要求和注意事项 (9)第六节安装调试注意事项 (12)第三章作品软件系统设计 (14)第一节程序流程图介绍 (14)第二节CCS设计与调试方法介绍 (19)第四章总结与思考 (23)第一章作品概述第一节基本情况本作品使用MSP430G2211单片机实现了通过按键对四路功率继电器进行选择控制，达到对四路交流电源加电/断电的控制要求，由于是对220V市电进行控制，所以作品中尽可能的考虑了使用安全问题，使用了隔离电路以及在每一路上都有功率限制。
第二节软硬件总体设计方案系统总体设计框图如下图1.1 系统总体设计框图为了实现安全的控制220V的交流电，本作品使用隔离控制大功率继电器的方式实现。
220V交流电引入系统后，经过继电器和保险管后再经过四路插座输出。
在控制继电器的方式上，为了安全起见，控制信号通过光耦隔离之后控制继电器。
本作品可以实现4路220W 的功率输出控制。
各个模块之间的具体工作关系如下，用户通过键盘像MSP430处理器发送命令，MSP430G2211处理器在检测到案件后，会对相应的继电器控制I/O置位，注意此时的控制信号是隔离之前的信号；此信号经过隔离模块之后交给控制模块，用来控制相应的继电器动作，从而使得不同的通道导通。
第二章作品硬件系统设计第一节MSP430G2系列Launchpad开发板组成及硬件资源情况介绍MSP430G2系列Launchpad是TI推出的一款低成本的开发平台。
它适用于适用于TI 最新MSP430G2xx 系列产品其基于USB 的集成型仿真器可提供为全系列MSP430G2xx 器件开发应用所必需的所有软、硬件。
基于msp430f149的Boost型开关电源设计
经整流滤波 电路 后经过 ＤＣ ／ ＤＣ 变换器， 采用 Ｂｏ ｏ ｓ ｔ升 压斩 波电
路 ＤＣ ／ ＤＣ 变换【 ： ］ ， 如 图 ２ 所示：
图 ２ 升压斩波 电路
３ ． ２ 采 样 电路 ５ 小 结
图 ４ 软 件 流 程 图
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 Ｐ ６ ． ０， Ｐ ６ ． １ 为 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ 芯片 的采样通道， Ｐ ６ ． ０ 为电 压 采集， Ｐ ６ ． １为 电流采集 。
通过计， 对 Ｐ Ｉ调节 选定合理参数及开关频率， 能达到稳压 的
效果， 使 以上指标 能达到 良好的效果 。
６ 结 语
本开关稳压 电源设计采用 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９以Ｐ ＷＭ 控制技术， 闭环 Ｐ Ｉ调节 ， 高精度 的 １ ２ 位 Ｄ 转换为基础， 完成 了采样值显
三 极 管 到 ＭＯＳ Ｆ ＥＴ 。Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０产生的 Ｐ ＷＭ 波 经 过 光 耦 输 出
此开关 电源用 ｍｓ ｐ ４ ３ ０ ｆ １ ４ ９控制 Ｐ １ ｌ ｊ 『 Ｍ 驱动 电路 ， 包括 ＤＣ — Ｄ Ｃ
主 回 路 ，采 用 Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ升 压 斩波 电 路 、过 流 保 护 电路 和 Ａ ／Ｄ电 路 。
～ 基 于 ｍｓ ｐ ４ ３ ０ ｆ １ ４ ９的 Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ 型 开 关 电源设计
王 宇
（ 长江大学工程技 术学 院 ） 摘 要 ：ｍ ｓ ｐ ４ ３ ０ ｆ １ ４ ９的开关 电源硬件 电路 由整流滤波 电路 、升压 斩波电路 、Ｐ Ｗ Ｍ 驱动 电路及保护 电路组成 。包括 Ｐ Ｗ Ｍ 驱动 电路 、
１ ２位 高精度 Ａ ／Ｄ 采集 、过流保护等模决 的设计 ， 同时具有键盘设 定、液晶显 示实时等功能。
基于 MSP430的开关电源软硬件系统设计
基于 MSP430的开关电源软硬件系统设计
裴素萍
【期刊名称】《科技风》
【年(卷),期】2012(000)012
【摘要】直流模块并联运行时必须确保每个模块分担相应的负载且输出电压相等，否则，并联的每个模块将分别运行于轻载、重载甚至过载的情况，这样输出电压低的模块将成为输出电压高的模块的负载。
本设计研制了由 MSP430作为控制器的
具有并联功能的开关电源系统，它具有恒压、恒流两种模式，两种模式可自动切换，克服了采用主从法分流一旦主控电源出现故障，整个系统将完全失控的可能性。
该电源模块由主电路、检测电路、调理电路、驱动电路和保护电路等部分组成。
系统采用双闭环 PWM 策略使其具有恒压、恒流功能，实验结果表明该系统能实现并
联的要求。
【总页数】2页(P93-93,101)
【作者】裴素萍
【作者单位】中原工学院电子信息学院,河南郑州 450007
【正文语种】中文
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基于MSP430开关电源设计
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单片机实现开关电源的设计
2011-10-31 12:08:53 来源:互联网
关键字：单片机开关电源
1 引言MSP430系列单片机是美国TI公司生产的新一代16位单片。
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。
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：式(1)中I1为输出电流，电感储能的大小通过的电流与电感值有关。
在实际电路中电感的参数则与选取开关频率与输入／输出电压要求，根据实际电路的要求选用合适的电感值，且要注意其内阻不应过大，以免其损耗过大减小效率采样电路。
对于电容的计算，在指定纹波电压限制下，它的大小的选取主要依据式(2)：
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。
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。
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：
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。
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。
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。
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(本文转自电子工程世界：
/mndz/2011/1031/article_12763.html)。