8伏稳定开关电源模块的设计_毕业论文设计.doc

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） PAGE 13 8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；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20～30%）、效率高（为60～70%，而线性电源只有30～40%）、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。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： 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调工作。 系统整体电路图如下图2所示： 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（1.8—3.6V,0.1—400uA，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： 图3 MSP控制器及简单外围电路 . 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，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4 图4并联DC_DC模块电路 3.4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1.3Ω/m,考虑到