MSP430单片机在电力系统中的应用设计

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

采集电压范围不适合MSP430F155的要求，应对其信号进行缩小处理。用分压电阻将分压降至MSP430F155所需要的幅值VSE+。VSE+电压幅值用运放搭建的跟随器输出OUT-V，直接给单片机使用。图3中的电位器微调，用于调整单片机系数。

图3 电压信号转换电路

3.2.2 电流信号放大电路

高频开关电源输出电流也随着负荷变化，在几安培到三十安培之间变化。模块采用30A/75mV的分流器，将输出的电流信号转换为电压信号，并通过放大电路把电压信号升高到MSP430F155允许的幅值。运算放大器视精度要求使用，使用性能较好的运算放大器较容易达到较高的精度和较好的稳定性。此处选用BB公司的高精度运放OPA177。ISE-通过分流器采样的毫幅级电压值，经过调节反馈电位器VR3和R28的阻值得到IOC，再通过跟随器及电位器VR2微调，以符合单片机采样信号是电压信号的要求。由于分流器的输出和运放的地连在一起，减小了共模干扰。

图4 电流信号放大电路

3.3 信号输出给定部分

单片机通过D/A给定两个电压值分别控制输出电压的电压环和限流的电流环，以达到控制输出的目的.

由于MSP430F155系列的单片机D/A电压输出的最大幅值为VCC，达不到控制电压环和电流环所需要的幅值，从而采用图5所示的运算放大电路，V_DW所接的是电位器，它的位置是在前面板上，通过调节电位器改变电压参数，达到调节输出电压的目的。

图5 运算放大电路