基于MSP430的可變恒壓恒流源

李錫偉

摘要：直流電主要應用于各種電子儀器、電解、電鍍、直流電力拖動等方面。該電源擁有兩端口，分別對應恒壓和恒流兩種模式。對于恒壓模式，輸出恒定的電壓，電流隨負載的變化而變化。對于恒流模式，輸出恒定的電流，電壓隨負載的變化而變化。根據需要人為需要調整輸出，適應不同的低壓電子設備。在恒壓模式下，能夠實現5V、7V、9V恒定電壓輸出；在恒流模式下，能夠實現1A、1。5A、2A恒定電流輸出。

電源輸入220V/50HZ交流電，經220V/15V 50-60HZ變壓器、整流橋后，得到脈動的直流電壓。再經過濾波，得到平滑的直流電壓。將該電壓輸入以TPS5430芯片為核心的穩壓電路，通過MSP430單片機控制繼電器來改變TPS5430電路中的指定電阻，實現輸出電壓可調。TPS5430芯片的穩壓效果極佳，滿足恒壓要求。而對于恒流模式，將濾波之后的電壓輸入以多個LM317芯片為主的恒流電路。同樣，用MSP430單片機控制繼電器來改變恒流電路中的指定電阻，實現輸出電流可調。

除了普通的用途，后期打算在將該電源向移動充電樁方向靠攏，將其更普遍的應用到日常生活中。

關鍵字：直流，MSP430，可控

單片機簡介

MSP430是德州公司新開發的一類具有16位總線的帶FLASH 的單片機，由于其性價比和集成度高，受到廣大技術開發人員的青睞。它采用16位的總線，外設和內存統一編址，尋址范圍可達64K，還可以外擴展存儲器。具有統一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內有精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個14路的12位的模數轉換器、一個看門狗、6路P口、兩路USART通信端口、一個比較器、一個DCO內部振蕩器和兩個外部時鐘，支持8M 的時鐘。由于為FLASH型，則可以在線對單片機進行調試和下載，且JTAG口直接和FET（FLASH EMULATION TOOL）的相連，不須另外的仿真工具，方便實用，而且，可以在超低功耗模式下工作對環境和人體的輻射小，測量結果為100mw左右的功耗（電流為14mA左右），可靠性能好，加強電干擾運行不受影響，適應工業級的運行環境。

由于MSP430 I/O口輸出電流太小，不能驅動繼電器，所以需要接三極管放大電流來驅動繼電器。

恒壓模塊

恒壓模塊部分用TPS5430芯片作為核心。TPS5430是TI（美國德州儀器公司）推出的一款性能優越的DC/DC開關電源轉換芯片。TPS5430具有良好的特性，其各項性能及主要參數如下：高電流輸出：3A（峰值4A）寬電壓輸入范圍：515～36V；高轉換效率：最佳狀況可達95%寬電壓輸出范圍：最低可以調整降到1.12V；內部補償最小化了外部器件數量；固定500kHz轉換速率；有過流保護及熱關斷功能；具有開關使能腳，關狀態僅有17uA靜止電流；內部軟啟動。與其他同類型直流開關電源轉換芯片相比，TPS5430的高轉換效率特別值得關注。

經典電路圖如上圖所示，改變右側分壓電阻即可改變輸出電壓。通過MSP430單片機的I/O口控制繼電器通斷即可改變相應的分壓電阻，從而改變輸出電壓。也可以通過改變電位器來調整電壓。

恒流模塊

恒流模塊部分用LM317芯片作為核心。LM317是應用最為廣泛的電源集成電路之一，它不僅具有固定式三端穩壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調的特點。此外，還具有調壓范圍寬、穩壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優點。LM317是可調節3端正電壓穩壓器，在輸出電壓范圍1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩壓器非常易于使用。

經典電路如上圖所示，改變R2即能改變Vout。Vout接鋁殼電阻，即輸出電流。由于輸出電流較大，所以采用鋁殼電阻。鋁殼電阻，外殼采用鋁合金（黃金鋁殼）制造，表面具有散熱溝槽，體積小功率大，耐高溫，過載能力強具有耐氣候性、高精度，標準低感應電阻，高穩定，強架構，其變通性佳多重組合選擇，利于機械保護，方便安裝使用。

由于LM317在輸出1A以上電流發熱嚴重，所以采用四片LM317并聯工作，每片輸出0.5A，減少發熱。

程序代碼

程序采用主函數、循環子程序、串口中斷等組成。首先由按鍵決定工作模式是手動模式，還是藍牙模式。電壓和電流模式切換時需要通過停機鍵切斷輸出再進行切換，減少意外的發生。主函數程序如下：

void main（void）

{

WDT_Init（）； //看門狗初始化

Clock_Init（）； //時鐘初始化

Port_Init（）； //端口初始化，用于控制IO口輸入或輸出

LCD_init（）； //液晶參數初始化設置

LCD_clear（）； //清屏

LCD_Desk（）；

UART_Init（）；

while（1）

{

Key_Event（）；

keyscan（）；

if（flag_1==1） //如果是按鍵模式，則進行相應操作

{

P6OUT=0X00；

if（k==0）

{

flag_3++；

if（flag_3==1）

{

DisplayCgrom（0x95，"停機"）；

DisplayCgrom（0x8d，"000"）；

delay_ms（4）；

P2OUT = 0x00；

}

}

if（k==2）

{

if（flag_b==1||flag_3==1）

{

DisplayCgrom（0x95，"恒壓"）；

delay_ms（4）；

flag_2=1；

}

flag_b=0；

flag_3=0；

}

if（k==3）

{

if（flag_b==1||flag_3==1）

{

DisplayCgrom（0x95，"恒流"）；

delay_ms（4）；

flag_2=2；

}

flag_b=0；

flag_3=0；

}

if（k==4）

{

if（flag_2==1）

{

DisplayCgrom（0x8d，"5 V"）；

delay_ms（4）；

P2OUT = 0x03；

}

if（flag_2==2）

{

DisplayCgrom（0x8D，"1.0A"）；

delay_ms（4）；

P2OUT = 0x30；

}

}

…………

…………

}

if（flag_1==0）

{

flag3=0；

flagb=1；

_BIS_SR（GIE）；

}

}

}

結束語

基于MSP430的可變恒壓恒流源能夠完成預定操作，能夠用按鍵及藍牙完成控制，穩定輸出電壓，但是恒流模式不穩定，受電阻溫度影響太大。由于其輸出可以通過改變電位器的電阻來人為控制，所以擁有高適應性，可以應用于各種需要直流電源的場合。

下一步將改進電流部分的功能，同時爭取聯網，通過網絡控制其工作，完成與計算機等的通信功能。

參考文獻：

[1]王兆安.劉進軍.電力電子技術.北京：機械工業出版社，2009

[2]洪利.章揚.李世寶. MSP430單片機原理與應用實例詳解.北京：北京航空航天大學出版社，2010

[3]童詩白.華成英.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，2006

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