基于MSP430的高效率开关稳压电源设计_张孝宇

开发案例

文章编号：1007-1423（2014）22-0028-03DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2014.22.008

基于MSP430的高效率开关稳压电源设计

张孝宇，李亚品

（江苏师范大学电气工程及自动化学院，徐州221116）

摘要：

开关稳压电源系统采用LM5118芯片设计AC-DC电路模块，MSP430F169单片机监控输出电压、输出电流。通过电压反馈和电流反馈的双闭环控制保证系统输出电压、电流的稳定，得到输出电压36V、输出电流2A。该系统具有过流保护、实时测量和液晶实时显示的功能，电路转换效率高达96%。关键词：

AC-DC电路；LM5118；MSP430F169；过流保护

0引言

电力电子技术和通信行业的发展和创新，带动了

开关电源技术的进步和开关电源产业的迅猛发展。与传统的线性电源相比，开关电源具有效率高、功率密度高、电压调整率高、体积小、重量轻等诸多优势，因此得到广泛应用[1]。本文设计的高效率开关稳压电源，能实现可靠的双闭环控制，电路转换效率高达96.15%。

1系统方案设计

系统是由AC-DC电路，MSP430F169最小系统，

图1系统框图

12864液晶显示电路，电压、电流采样电路以及过流保护电路等五大模块组成。系统电路的总框图如图1所示。220V交流电通过变压、整流、滤波后，接入以

2硬件电路设计

本设计的主电路以开关电源芯片LM5118为核

2.1主电路设计

心。LM5118是美国国家半导体公司推出的宽输入电压范围、高性能、低成本、降压-升压稳压器控制器,采用

LM5118为核心的Buck-Boost变换电路中。采样系统通过康铜采样电阻分别采集AC-DC电路输出电流信号和电压信号送至单片机，实现输出电流、电压的检测。当单片机检测到输出电流大于2.5A时，单片机I/O口输出低电平，光耦导通，从而驱动继电器工作，切断主电路，实现过流保护功能。当电路重新启动后检测到输出电流正常时，电路恢复，完成过流保护。液晶用来显示被检测量的值和一些关键参数，辅助进行系统调试。

20引脚TSSOP-20EP封装,当输出电压高于或者低于输入电压时,保证输出电压高度稳定[2]。LM5118内含高端降压MOSFET和低端升压MOSFET驱动器，能够提供2A的峰值电流，仅需要非常少量的外部元件，就可以构建降压（Buck）或降压-升压（Buck-Boost）开关稳压电源拓扑结构，在很宽的输入电压范围内保持最佳的转换效率，尤其适合在汽车中应用。

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2.2主控电路设计

本开关稳压电源以MSP430F169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满足系统效率高的要求,且其ADC12是高精度的12位A/D转换模块,有高速、通用的特点[3]。本文利用MSP430完成电压电流反馈调节、电压电流显示、过流保护等功能。

2.3采样电路设计

采样电路对AC-DC电路输出端采样电阻的电压进行A/D采样，从而确定输出端电压及电流大小。采样电阻采用精密的康铜电阻，阻值稳定可靠。电流采样采用LT17891芯片，对采样电阻两端电压进行10倍的放大经过100欧的电阻输入单片机的A/D采样端。电压采样采用MCP602将采样电压进行放大。单片机对采样得到的电压和电流进行处理，从单片机D/A输出反馈，对输入电压进行补偿，起到稳定输出端电压及电流的作用。

2.4过流保护电路设计

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[4]。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[5]。

图2软件流程图

电压调整率相关公式为：

3软件设计

系统软件设计主要包括输出检测及显示、反馈稳

SU=

U-U×100%36

（1）

其中U01为Us=20V的直流输出电压，U02为Us=

压控制和过流保护，软件设计流程如图2所示。

30V的直流输出电压。

4实验结果

4.2负载调整率测试

表2负载调整率

4.1电压调整率测试

表1电压调整率

负载调整率相关公式为：

SI=

U-U×100%36

（2）

2014.08上

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其中U01为Is=0.2A的直流输出电压，U02为Is=2A的直流输出电压。

5结语

本文在分析LM5118工作原理及主要参数设计的

4.3AC-DC变换电路效率测试

表3变换电路测试

基础上，设计了一种电压调整率为0.3%，负载调整率为0.27%，电路变换效率高达96.15%的开关稳压电源，

该电源输入交流220V，输出直流电压稳定在36V，输出电流稳定在2A。LM5118设计的开关电源功能强大，

具有应用简单，保护功能强，驱动能力强，调试简单等

由上表可根据以下公式求得AC-DC电路效率

优点，是一种非常优秀的开关电源芯片。在系统测试过程中发现此方案稳定可靠，有效避免了外接电路对电流的影响。

η=P0s

其中P0=U0I0，Ps=UsIs

参考文献：

（3）

[1]（美）RaymondA.Mack,Jr著.开关电源入门[M].谢运祥译.北京：人民邮电出版社，2007，9[2]李元哲,江秀聪.LM5118宽电压高性能降压-升压控制器[J].电子世界，2008，10：8~10

[3]JiangYin-ping.IntelligentFlowTotalizerBasedonMSP430MixedSingleMicroController[J].IEEESensorsApplicationsSymposium,2007（2）:1~6

[4]王晓雷等.基于MSP430单片机的开关稳压电源设计[J].现代电子技术，2008,12（3）：186~188[5]刘陵顺,鲁芳.一种高精度开关稳压电源的设计[J].仪表技术，2001，29（4）:45~46

作者简介：

张孝宇（1992-），男，江苏徐州人，本科，研究方向为现代电力电子与计算机控制李亚品（1977-），女，河北衡水人，硕士研究生，研究方向为单片机技术及应用收稿日期：2014-07-08

修稿日期：2014-07-16

DesignofaHighEfficiencySwitchingPowerSupplyBasedonMSP430

ZHANGXiao-yu，LIYa-pin

（SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，JiangsuNormalUniversity，Xuzhou221116）

Abstract:

DesignstheAC-DCcircuitmodulebasedontheswitchingpowersupplychipLM5118.TheMSP430F16SMCUisusedtomonitoroutputvoltageandoutputcurrent.Thedesignmakestheoutputvoltageandcurrentbasicallystable,throughthedoubleclosedloopcontrolofvoltagefeedbackandcurrentfeedback,whichachievesoutput36Vandoutput2Aobtained.Thesystemhasthefunctionofoverloadpro-tectionanddisplayofreal-timevalue,andtheefficiencyofthecircuitcanreachupto96%.Keywords:

AC-DCCircuit;LM5118;MSP430F169;OverloadProtection

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