基于MSP430過壓保護直流電子負載設計

馬 欣,王云章,文 震（西南石油大學 理學院,成都 610500）

基于MSP430過壓保護直流電子負載設計

馬 欣,王云章,文 震
（西南石油大學 理學院,成都 610500）

摘要：本設計以MSP430為核心，結合數模、模數轉換、恒流源以及過壓保護等模塊，實現對直流電子負載的輸出控制，在保證功率輸出的基礎上，實現閉環控制，達到對輸出電流、電壓的精準控制。

關鍵詞：MSP430;過壓保護;恒流源;電子負載

0 引言

負載在電子產品的測試中具有舉足輕重的作用，而傳統負載功率低、形式單一，無法滿足負載測試，因此電子負載應運而生[1]。但是，電子負載在使用過程中又存在過壓損害的缺點，該設計就是以MSP430單片機基礎上，由程序自動控制MOS管通斷，同時嵌入過壓保護電路，進而實現電子負載精準應用與各類電子測試。

1 總體方案設計

該設計以MSP430單片機為控制核心，通過D/A數模轉換模塊將設置電壓、電流數據轉換為模擬量，驅動功率模塊達到電子負載有效輸出。另外，在負載輸入和輸出接口，對電壓、電流量應用A/ D模數轉換模塊進行采樣，反饋回控制單元，形成閉環控制，進而提高控制精度。系統總體設計方案如圖1。

2 系統硬件設計

電子負載系統硬件設計主要包括主控單元、恒流單元、D/A數模轉換單元、電流采樣和電壓采樣單元以及過壓保護單元。

2.1 主控單元

MSP430 系列單片機集成了較豐富的應用資源。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轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kbps，能夠滿足大多數數據采集應用；能直接驅動液晶多達160段；實現兩路的12位D/A轉換；硬件I2C串行總線接口實現存儲器串行擴展；以及為了增加數據傳輸速度，而采用的DMA模塊。MSP430 系列單片機的這些片內外設為系統的單片解決方案提供了極大的方便[2]。

2.2 恒流單元

選用運放OPA2227，采用負反饋電路，在反饋電路中加入可調電阻，使得取樣電阻上的電流可以微調，實現輸出電流與理論值相同，大大提高了輸出電流的精度；由于運放的同相輸入端的信號來自與數模轉換模塊的運放輸出，穩定度很高。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轉換單元

該部分電路使用TI公司TLV5616DA轉換芯片，通過MSP430單片機輸出數字量，運用D/A轉換將數字量參數轉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轉換器的基準源。電路原理如圖3所示。

2.4 電流采樣與電壓采樣單元

電流采樣是運用集成運放OPA2227對取樣電阻前端電壓進行放大后，將放大的模擬電壓送入MSP430的A/D轉換端口，進行電壓采集，利用取樣電阻阻值變化小的特點，進行運算得到，負載回路的電流值，進而測得電流[3]。

運用大阻值精密電阻形成電阻網絡，對被測電源電壓進行分壓，經過運算，可將電阻網絡分得的電壓值直接送入MSP430單片機的內部A/D轉換端口，采集到該點電壓值，根據電阻網絡分配的比例值，算出電源電壓。

2.5 過壓保護單元

經過電壓采集后，根據分壓網絡的比例分配運算，得出電源電壓值，在軟件程序中予以判斷，是否達到動作電壓值，達到后，輸出控制信號將驅動三極管完全導通，使得常閉繼電器斷開，實現過壓保護。過壓保護電路如圖4所示。

3 軟件流程設計

首先對整個系統進行初始化，循環顯示當前狀態，當檢測到按鍵輸入值時，將輸入值轉換為數值進行解算后向D/A 轉換單元輸出，得到需要輸出的電壓電流值[4]；當從反饋網絡采樣到電壓電流值，與設置值進行比對，進而實現閉環控制，使實際輸出值盡可能與設置值相同。程序流程如圖5 所示

4 結論

本設計通過以MSP430單片機為核心的控制單元，在傳統直流電子負載的基礎上添加過壓保護電路以及負反饋電路實現了閉環控制下直流電子負載的有效輸出。

參考文獻：

[1]劉志剛,和敬涵.基于電流型PWM整流器的電子模擬負載系統研究[J].電工技術學報,2004,19(06):74-77.

[2]曹磊.MSP430單片機C程序設計與實踐[M].北京航空航天大學出版社,2007.

[3]王超,劉志剛,沈茂盛.模塊化電子模擬功率負載系統的設計[J].電子應用,2005,24(09):54-57.

[4]丁銳霞,馬秀坤.基于ATmega16的智能電子負載設計[J].山西師范大學學報（自然科學版）,2008,22(02):24-27.