基于MP430单片机的数字式Boost电路.doc

基于MP430单片机的数字式BOOST变换器  摘要：本系统DC-DC模块采用BOOST变换拓扑，以作MSP430单片机为控制核心， 采用PWM控制技术实现开关电源的稳压本开关稳压电源是以MSP430F149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ADC12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完成电压反馈的调节，PWM波产生，实现基准电压设定，电压电流显示。经过测试，在负载电流为1A以下，输入为5V时，输出为5V到15V可调的直流稳压电源，最大输出功率为7.5W，电压调节的最大误差在之内的直流稳压电源。 关键字：开关电源，BOOST变换拓扑，MSP430单片机，检测电路，限压保护 设计任务与要求 在负载电流为1A以下，输入为5V时，输出为5V到15V可调的直流稳压电源，最大输出功率为7.5W，电压调节的最大误差在之内的直流稳压电源。 方案论证 2.1 DC-DC主回路拓扑 方案一：同步BOOST升压斩波电路 同步BOOST电路（如图1所示），可通过调整开关器件S的PWM占空比来实现输出电压稳压或稳流等性能，具有效率高，损耗低的特点。但同步BOOST电路结构复杂，外围控制电路控制复杂。 图1 同步 BOOST升压斩波拓扑电路图 方案二：BOOST升压斩波电路： BOOST电路（如图2所示），可通过调整开关器件S的PWM占空比来实现输出电压稳压或稳流等性能。BOOST电路具有结构简单，工作稳定，控制相对方便，效率较高等优点。 图2 BOOST升压斩波拓扑电路图 综上所述：此系统的DC-DC主回路拓扑采用方案二BOOST变换器拓扑。 2.2 稳压控制方案 方案一：采用单片机数字控制 单片机可实时采集多路电压，与内部设定的参考电压进行比较，采用PI算法等可输出PWM波，从而控制DC/DC各模块的工作状态，实现灵活的高精度控制，更重要的是硬件电路简单，控制方便。 方案二：采用集成PWM输出芯片控制 UC3842自带电流反馈的内环，且反馈环路的调解特性可任意配置，但是外围器件较多，电路较为复杂，反馈环路易受外界干扰。利用PWM 专用芯片产生PWM 控制信号。此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定及显示和步进调整。 综合考虑以上两个方案，为便于实现DC/DC，本系统采用方案一进行输出稳压。 2.2 系统总体设计 本开关稳压电源是以MSP430F149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，实现基准电压设定，电压电流显示。系统框图如图3所示。 图3 系统原理框图 三、硬件系统设计与参数计算 3.1 BOOST升压电路 本开关稳压电源是以MSP430F149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完成电压反馈的调节；PWM波产生，基准电压设定；电压电流显示等。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主回采用BOOST升压斩波电路。主电路如图4所示。 图4 BOOST升压主电路 3.2 MOSFET驱动电路的设计 驱动电路：电力MOSFET驱动需要5-10V的电压，430最大输出3.3V，不能满足要求，采用IR2101半桥驱动芯片，该芯片输入与3.3V兼容，可满足要求。MSP430产生的PWM波，经过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10～20V。驱动电路图如图5所示。 图5 MOSFET驱动电路图 3.3 反馈采样电路 采样电路：采样电为电压采集与电流采集电，采样电路图如图6所示。其中反馈信号通过一个电压跟随器，和稳压管，即达到反馈信号的采集，也可以保护单片机的AD采集口。 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2.5V， 图6采样电路图 因此要将输入的采样电压在2.5V之下，当输出电压为15V时，采样电压为： 符合要求。 电流采集用采样电阻进行采集。首先考虑效率问题，采样电阻不能选择过