馬 欣,王云章,文 震（西南石油大學(xué) 理學(xué)院,成都 610500）

基于MSP430過壓保護(hù)直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)

馬 欣,王云章,文 震
（西南石油大學(xué) 理學(xué)院,成都 610500）

摘要：本設(shè)計(jì)以MSP430為核心，結(jié)合數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換、恒流源以及過壓保護(hù)等模塊，實(shí)現(xiàn)對直流電子負(fù)載的輸出控制，在保證功率輸出的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，達(dá)到對輸出電流、電壓的精準(zhǔn)控制。

關(guān)鍵詞：MSP430;過壓保護(hù);恒流源;電子負(fù)載

0 引言

負(fù)載在電子產(chǎn)品的測試中具有舉足輕重的作用，而傳統(tǒng)負(fù)載功率低、形式單一，無法滿足負(fù)載測試，因此電子負(fù)載應(yīng)運(yùn)而生[1]。但是，電子負(fù)載在使用過程中又存在過壓損害的缺點(diǎn)，該設(shè)計(jì)就是以MSP430單片機(jī)基礎(chǔ)上，由程序自動控制MOS管通斷，同時嵌入過壓保護(hù)電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電子負(fù)載精準(zhǔn)應(yīng)用與各類電子測試。

1 總體方案設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)為控制核心，通過D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將設(shè)置電壓、電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量，驅(qū)動功率模塊達(dá)到電子負(fù)載有效輸出。另外，在負(fù)載輸入和輸出接口，對電壓、電流量應(yīng)用A/ D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行采樣，反饋回控制單元，形成閉環(huán)控制，進(jìn)而提高控制精度。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電子負(fù)載系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括主控單元、恒流單元、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、電流采樣和電壓采樣單元以及過壓保護(hù)單元。

2.1 主控單元

MSP430 系列單片機(jī)集成了較豐富的應(yīng)用資源。具有較多的I/O端口，P0、P1、P2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)200kbps，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達(dá)160段；實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換；硬件I2C串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430 系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便[2]。

2.2 恒流單元

選用運(yùn)放OPA2227，采用負(fù)反饋電路，在反饋電路中加入可調(diào)電阻，使得取樣電阻上的電流可以微調(diào)，實(shí)現(xiàn)輸出電流與理論值相同，大大提高了輸出電流的精度；由于運(yùn)放的同相輸入端的信號來自與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的運(yùn)放輸出，穩(wěn)定度很高。恒流單元仿真電路如圖2所示，圖中輸出端取樣電阻為0.05歐大功率電阻。

2.3 D/A轉(zhuǎn)換單元

該部分電路使用TI公司TLV5616DA轉(zhuǎn)換芯片，通過MSP430單片機(jī)輸出數(shù)字量，運(yùn)用D/A轉(zhuǎn)換將數(shù)字量參數(shù)轉(zhuǎn)換為所需要的模擬電壓量控制后面的恒流源電路。其中，TL431輸出2.495V的電壓，作為D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源。電路原理如圖3所示。

2.4 電流采樣與電壓采樣單元

電流采樣是運(yùn)用集成運(yùn)放OPA2227對取樣電阻前端電壓進(jìn)行放大后，將放大的模擬電壓送入MSP430的A/D轉(zhuǎn)換端口，進(jìn)行電壓采集，利用取樣電阻阻值變化小的特點(diǎn)，進(jìn)行運(yùn)算得到，負(fù)載回路的電流值，進(jìn)而測得電流[3]。

運(yùn)用大阻值精密電阻形成電阻網(wǎng)絡(luò)，對被測電源電壓進(jìn)行分壓，經(jīng)過運(yùn)算，可將電阻網(wǎng)絡(luò)分得的電壓值直接送入MSP430單片機(jī)的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換端口，采集到該點(diǎn)電壓值，根據(jù)電阻網(wǎng)絡(luò)分配的比例值，算出電源電壓。

2.5 過壓保護(hù)單元

經(jīng)過電壓采集后，根據(jù)分壓網(wǎng)絡(luò)的比例分配運(yùn)算，得出電源電壓值，在軟件程序中予以判斷，是否達(dá)到動作電壓值，達(dá)到后，輸出控制信號將驅(qū)動三極管完全導(dǎo)通，使得常閉繼電器斷開，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。過壓保護(hù)電路如圖4所示。

3 軟件流程設(shè)計(jì)

首先對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，循環(huán)顯示當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)檢測到按鍵輸入值時，將輸入值轉(zhuǎn)換為數(shù)值進(jìn)行解算后向D/A 轉(zhuǎn)換單元輸出，得到需要輸出的電壓電流值[4]；當(dāng)從反饋網(wǎng)絡(luò)采樣到電壓電流值，與設(shè)置值進(jìn)行比對，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使實(shí)際輸出值盡可能與設(shè)置值相同。程序流程如圖5 所示

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過以MSP430單片機(jī)為核心的控制單元，在傳統(tǒng)直流電子負(fù)載的基礎(chǔ)上添加過壓保護(hù)電路以及負(fù)反饋電路實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制下直流電子負(fù)載的有效輸出。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志剛,和敬涵.基于電流型PWM整流器的電子模擬負(fù)載系統(tǒng)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2004,19(06):74-77.

[2]曹磊.MSP430單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

[3]王超,劉志剛,沈茂盛.模塊化電子模擬功率負(fù)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子應(yīng)用,2005,24(09):54-57.

[4]丁銳霞,馬秀坤.基于ATmega16的智能電子負(fù)載設(shè)計(jì)[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2008,22(02):24-27.