基于MSP430的可变恒压恒流源
2017-12-19李锡伟
李锡伟
摘要：直流电主要应用于各种电子仪器、电解、电镀、直流电力拖动等方面。该电源拥有两端口，分别对应恒压和恒流两种模式。对于恒压模式，输出恒定的电压，电流随负载的变化而变化。对于恒流模式，输出恒定的电流，电压随负载的变化而变化。根据需要人为需要调整输出，适应不同的低压电子设备。在恒压模式下，能够实现5V、7V、9V恒定电压输出；在恒流模式下，能够实现1A、1。5A、2A恒定电流输出。
电源输入220V/50HZ交流电，经220V/15V 50-60HZ变压器、整流桥后，得到脉动的直流电压。再经过滤波，得到平滑的直流电压。将该电压输入以TPS5430芯片为核心的稳压电路，通过MSP430单片机控制继电器来改变TPS5430电路中的指定电阻，实现输出电压可调。TPS5430芯片的稳压效果极佳，满足恒压要求。而对于恒流模式，将滤波之后的电压输入以多个LM317芯片为主的恒流电路。同样，用MSP430单片机控制继电器来改变恒流电路中的指定电阻，实现输出电流可调。
除了普通的用途，后期打算在将该电源向移动充电桩方向靠拢，将其更普遍的应用到日常生活中。
关键字：直流，MSP430，可控
单片机简介
MSP430是德州公司新开发的一类具有16位总线的带FLASH 的单片机，由于其性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐。它采用16位的总线，外设和内存统一编址，寻址范围可达64K，还可以外扩展存储器。具有统一的中断管理，具有丰富的片上外围模块，片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、一个看门狗、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8M 的时钟。由于为FLASH型，则可以在线对单片机进行调试和下载，且JTAG口直接和FET（FLASH EMULATION TOOL）的相连，不须另外的仿真工具，方便实用，而且，可以在超低功耗模式下工作对环境和人体的辐射小，测量结果为100mw左右的功耗（电流为14mA左右），可靠性能好，加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境。
由于MSP430 I/O口输出电流太小，不能驱动继电器，所以需要接三极管放大电流来驱动继电器。
恒压模块
恒压模块部分用TPS5430芯片作为核心。TPS5430是TI（美国德州仪器公司）推出的一款性能优越的DC/DC开关电源转换芯片。TPS5430具有良好的特性，其各项性能及主要参数如下：高电流输出：3A（峰值4A）宽电压输入范围：515～36V；高转换效率：最佳状况可达95%宽电压输出范围：最低可以调整降到1.12V；内部补偿最小化了外部器件数量；固定500kHz转换速率；有过流保护及热关断功能；具有开关使能脚，关状态仅有17uA静止电流；内部软启动。与其他同类型直流开关电源转换芯片相比，TPS5430的高转换效率特别值得关注。
经典电路图如上图所示，改变右侧分压电阻即可改变输出电压。通过MSP430单片机的I/O口控制继电器通断即可改变相应的分压电阻，从而改变输出电压。也可以通过改变电位器来调整电压。
恒流模块
恒流模块部分用LM317芯片作为核心。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。
经典电路如上图所示，改变R2即能改变Vout。Vout接铝壳电阻，即输出电流。由于输出电流较大，所以采用铝壳电阻。铝壳电阻，外壳采用铝合金（黄金铝壳）制造，表面具有散热沟槽，体积小功率大，耐高温，过载能力强具有耐气候性、高精度，标准低感应电阻，高稳定，强架构，其变通性佳多重组合选择，利于机械保护，方便安装使用。
由于LM317在输出1A以上电流发热严重，所以采用四片LM317并联工作，每片输出0.5A，减少发热。
程序代碼
程序采用主函数、循环子程序、串口中断等组成。首先由按键决定工作模式是手动模式，还是蓝牙模式。电压和电流模式切换时需要通过停机键切断输出再进行切换，减少意外的发生。主函数程序如下：
void main（void）
{
WDT_Init（）； //看门狗初始化
Clock_Init（）； //时钟初始化
Port_Init（）； //端口初始化，用于控制IO口输入或输出
LCD_init（）； //液晶参数初始化设置
LCD_clear（）； //清屏
LCD_Desk（）；
UART_Init（）；
while（1）
{
Key_Event（）；
keyscan（）；
if（flag_1==1） //如果是按键模式，则进行相应操作
{
P6OUT=0X00；
if（k==0）
{
flag_3++；
if（flag_3==1）
{
DisplayCgrom（0x95，"停机"）；
DisplayCgrom（0x8d，"000"）；
delay_ms（4）；
P2OUT = 0x00；
}
}
if（k==2）
{
if（flag_b==1||flag_3==1）
{
DisplayCgrom（0x95，"恒压"）；
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）；
}
}
}
結束语
基于MSP430的可变恒压恒流源能够完成预定操作，能够用按键及蓝牙完成控制，稳定输出电压，但是恒流模式不稳定，受电阻温度影响太大。由于其输出可以通过改变电位器的电阻来人为控制，所以拥有高适应性，可以应用于各种需要直流电源的场合。
下一步将改进电流部分的功能，同时争取联网，通过网络控制其工作，完成与计算机等的通信功能。
参考文献：
[1]王兆安.刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2009
[2]洪利.章扬.李世宝. MSP430单片机原理与应用实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2010
[3]童诗白.华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2006
[4]闫石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2016
