基于MSP430过压保护直流电子负载设计

马 欣,王云章,文 震（西南石油大学 理学院,成都 610500）

基于MSP430过压保护直流电子负载设计

马 欣,王云章,文 震
（西南石油大学 理学院,成都 610500）

摘要：本设计以MSP430为核心，结合数模、模数转换、恒流源以及过压保护等模块，实现对直流电子负载的输出控制，在保证功率输出的基础上，实现闭环控制，达到对输出电流、电压的精准控制。

关键词：MSP430;过压保护;恒流源;电子负载

0 引言

负载在电子产品的测试中具有举足轻重的作用，而传统负载功率低、形式单一，无法满足负载测试，因此电子负载应运而生[1]。但是，电子负载在使用过程中又存在过压损害的缺点，该设计就是以MSP430单片机基础上，由程序自动控制MOS管通断，同时嵌入过压保护电路，进而实现电子负载精准应用与各类电子测试。

1 总体方案设计

该设计以MSP430单片机为控制核心，通过D/A数模转换模块将设置电压、电流数据转换为模拟量，驱动功率模块达到电子负载有效输出。另外，在负载输入和输出接口，对电压、电流量应用A/ D模数转换模块进行采样，反馈回控制单元，形成闭环控制，进而提高控制精度。系统总体设计方案如图1。

2 系统硬件设计

电子负载系统硬件设计主要包括主控单元、恒流单元、D/A数模转换单元、电流采样和电压采样单元以及过压保护单元。

2.1 主控单元

MSP430 系列单片机集成了较丰富的应用资源。具有较多的I/O端口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便[2]。

2.2 恒流单元

选用运放OPA2227，采用负反馈电路，在反馈电路中加入可调电阻，使得取样电阻上的电流可以微调，实现输出电流与理论值相同，大大提高了输出电流的精度；由于运放的同相输入端的信号来自与数模转换模块的运放输出，稳定度很高。恒流单元仿真电路如图2所示，图中输出端取样电阻为0.05欧大功率电阻。

2.3 D/A转换单元

该部分电路使用TI公司TLV5616DA转换芯片，通过MSP430单片机输出数字量，运用D/A转换将数字量参数转换为所需要的模拟电压量控制后面的恒流源电路。其中，TL431输出2.495V的电压，作为D/A转换器的基准源。电路原理如图3所示。

2.4 电流采样与电压采样单元

电流采样是运用集成运放OPA2227对取样电阻前端电压进行放大后，将放大的模拟电压送入MSP430的A/D转换端口，进行电压采集，利用取样电阻阻值变化小的特点，进行运算得到，负载回路的电流值，进而测得电流[3]。

运用大阻值精密电阻形成电阻网络，对被测电源电压进行分压，经过运算，可将电阻网络分得的电压值直接送入MSP430单片机的内部A/D转换端口，采集到该点电压值，根据电阻网络分配的比例值，算出电源电压。

2.5 过压保护单元

经过电压采集后，根据分压网络的比例分配运算，得出电源电压值，在软件程序中予以判断，是否达到动作电压值，达到后，输出控制信号将驱动三极管完全导通，使得常闭继电器断开，实现过压保护。过压保护电路如图4所示。

3 软件流程设计

首先对整个系统进行初始化，循环显示当前状态，当检测到按键输入值时，将输入值转换为数值进行解算后向D/A 转换单元输出，得到需要输出的电压电流值[4]；当从反馈网络采样到电压电流值，与设置值进行比对，进而实现闭环控制，使实际输出值尽可能与设置值相同。程序流程如图5 所示

4 结论

本设计通过以MSP430单片机为核心的控制单元，在传统直流电子负载的基础上添加过压保护电路以及负反馈电路实现了闭环控制下直流电子负载的有效输出。

参考文献：

[1]刘志刚,和敬涵.基于电流型PWM整流器的电子模拟负载系统研究[J].电工技术学报,2004,19(06):74-77.

[2]曹磊.MSP430单片机C程序设计与实践[M].北京航空航天大学出版社,2007.

[3]王超,刘志刚,沈茂盛.模块化电子模拟功率负载系统的设计[J].电子应用,2005,24(09):54-57.

[4]丁锐霞,马秀坤.基于ATmega16的智能电子负载设计[J].山西师范大学学报（自然科学版）,2008,22(02):24-27.