覃智廣 陳洪容 串俊剛

【摘要】本系統(tǒng)采用精密低功耗儀表運放INA118和DC-DC變換器及低功耗單片機MSP430F149結(jié)合，實現(xiàn)了數(shù)控恒流電源的設計，其輸出電流變化范圍在200mA～2000mA，電壓輸出值小于10V，輸出噪聲紋波電流小于等于30mA，整機效率達到70%以上。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控恒流電源；MSP430F149；DC/DC變換電路

一、系統(tǒng)總體方案

該高效數(shù)控恒流電源由電源電路、整流濾波電路、DC/DC轉(zhuǎn)換電路、采樣電路、放大電路、負載電路、鍵盤、液晶顯示、單片機控制電路等組成。其系統(tǒng)框圖如圖1示。

二、系統(tǒng)設計

（一）主控芯片

本系統(tǒng)中采用了超低功耗單片機MSP430做主控芯片，其集成度高、體積小、功能強大、可靠性高、兼容性好、性價比高，并且具有較高的數(shù)據(jù)處理和運算能力，系統(tǒng)最高時鐘頻率為8MHz，一個時鐘周期為一個機器周期，運算速度快。內(nèi)部集成12位A/D，指令精簡，代碼轉(zhuǎn)換效率高，有利于提高電源系統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)換效率。

（二）整流濾波電路

電源整流濾波電路由電源變壓器電路、整流電路、濾波電路組成。電源變壓器將交流電網(wǎng)220V的電壓降壓變?yōu)?V，然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，最后通過濾波電路得到平滑的直流電壓。

（三）DC/DC變換電路

本設計由TPS5450及外圍電路構(gòu)成DC/DC變換電路。開關(guān)電源芯片TPS5450要求的輸入電壓范圍很大，為5.5V～36V，工作電壓范圍在500KHz。并且能夠在-40攝氏度到-125攝氏度溫度范圍內(nèi)正常工作。芯片的4腳VSENSE的電壓值（相對于6腳GND）能夠穩(wěn)定在1.221V，因而可以為整個系統(tǒng)提供精確的電壓參考信號。

（四）采樣電路的設計

由低噪聲高精度滿量程運放INA118芯片與精密低功耗儀表放大器TLC2202組成。它的內(nèi)部集成了輸入保護電路，其增益可由外部可調(diào)增益電阻Rg進行調(diào)節(jié)。它具有精度高，功耗低，共模抑制比高和工作頻帶寬等優(yōu)點。INA118由三個運算放大器組成差分放大結(jié)構(gòu)，INA118獨特的電流反饋結(jié)構(gòu)使得它在較高的增益下也能保持很寬的頻帶寬度。因為采樣信號要輸入單片機MSP430，其內(nèi)部采樣基準電壓為2.5V，因此要將輸入的采樣電壓限制在2.5V之下，考慮到安全裕量，故將輸入電壓限制在2V以下。當輸入電壓為36V時，采樣電壓為12/（12+200）×36=2.01，符合要求。

（五）MSP430內(nèi)部A/D與外部D/A轉(zhuǎn)換電路

MSP430F149的內(nèi)部有12位的AD，共16個轉(zhuǎn)換通道，4種轉(zhuǎn)換模式，只要對相關(guān)的寄存器進行初始化操作就能完成A/D的轉(zhuǎn)換。這樣能有效地利用單片機的內(nèi)部資源，所有轉(zhuǎn)換任務能在低功耗模式下進行，同時又降低了功耗。本設計用到P6.2和P6.3兩個端口。

D/A轉(zhuǎn)換電路采用8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC5571，P1.1作時鐘控制，P1.0作數(shù)據(jù)輸入控制。當選擇內(nèi)部參考源的時候，內(nèi)部參考源電壓既能給A/D轉(zhuǎn)換芯片供電，又能給DAC5571供電，這樣更節(jié)約資源。

（六）鍵盤控制電路的設計

由于本設計需用按鍵設置電流的步進控制和電流值，按鍵數(shù)量比較少，只有4個按鍵，故采用獨立式按鍵接線方式。K1是控制電壓值加，K2是控制電壓值減，其中步進電流為10mA，鍵盤K3、K4設置電流分別為200mA、1500mA、2000mA。

（七）液晶顯示的設計

液晶顯示（12864）漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16×16點陣）、128個字符（8×16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM），可顯示內(nèi)容：128列×64行。其可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強，調(diào)用方便簡單，而且可以節(jié)省軟件中斷資源。

三、結(jié)語

根據(jù)系統(tǒng)要求，制作出硬件實物，編寫單片機程序，經(jīng)過實際調(diào)試測試，作品的輸出負載調(diào)整率和輸出紋波都已經(jīng)達到了預期的目標，電源的輸出總效率與理論分析的結(jié)果基本吻合，達到設計效果。

參考文獻

[1]沈建華，楊艷琴.MSP43系列16位超低功耗單片機原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2014.

[2]趙亮，侯國銳.單片機C語言編程與實例[M].北京：人民郵電出版社，2004.

作者簡介：覃智廣（1978.04—），男，壯族，四川宜賓人，碩士，宜賓職業(yè)技術(shù)學院機電教研室，講師，研究方向：機電一體化、自動控制方向的教學科研；陳洪容（1975.05—），女，漢族，四川宜賓人，碩士，宜賓職業(yè)技術(shù)學院機電教研室，講師，研究方向：機電一體化方向的教學科研；串俊剛（1986.08—），男，漢族，四川宜賓人，碩士，宜賓職業(yè)技術(shù)學院機電教研室，講師，研究方向：機電一體化、自動控制方向的教學科研。