2016 年 全 国 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛2016 年 7 月 28 日II摘 要 本设计以 TI 公司的 MSP430G2553 单片机作为控制核心，设计制作了一种降压型开关稳压电源。该电源主电路为同步整流 BUCK 电路，通过 LM5117 驱动 CSD18532KCS MOS 场效应管实现稳压输出， 电流检测电路使用 TI 的高精度检流芯片 INA282 实现对电路的保护，系统效率可达到 89%。达到了设计要求中的各项指标。关键词：LM5117 同步整流 BUCK 电路 MSP430G2553 INA282III目 录一、系统方案 .41.1 DC-DC 驱动模块的比较与选择 .41.2 主控制器的比较与选择 .41.3 过流保护方案的比较与选择 .41.4 单片机供电模块的比较与选择 .5二、系统理论分析与计算 .52.1 主要器件参数选择及计算 .52.1.1 定值电阻 RT 的计算 .52.1.2 输出电感 L0的选取 .52.1.3 电流检测电阻 的选取 .52.1.4 输出电容 Co的选取 .52.1.5 过流保护电路中检流电阻的选取 .62.2 提高效率的方法 .62.3 降低纹波的方法 .62.4 DC-DC 变换方法 .62.5 稳压控制方法 .7三、电路与程序设计 .73.1 主回路与器件的选择 .73.1.1 电路主回路 .73.1.2 电路器件选择 .73.2 控制电路及程序 .83.2.1 控制电路 .83.2.2 主程序流程图 .83.2.3 部分源程序代码 .8四、系统测试 .84.1 测试方案及条件 .84.1.1 测试仪器 .84.1.2 测试方法 .84.2 测试过程及结果 .84.3 测试结果分析 .9附录 1：程序流程图 .10附录 2：部分源代码 .124VIN一、系统方案本设计采用 BUCK 电流斩波电路，单片机控制输出两路 PWM 信号经过 TI 芯片IR2110 驱动高端和低端 N 沟道 MOSFET，通过控制 PWM 的占空比来控制两个 MOSFET 导通和关断的时间进而调节输出电压。当高端 MOSFET 导通时，低端 MOSFET 断开；同理当低端 MOSFET 导通时，高端 MOSFET 断开，从而实现了同步整流效果。ADPWM 识别图 1.1 系统设计方案总体框图1.1 DC-DC 驱动模块的比较与选择方案一：采用 TI 芯片 IR2110 直接驱动 MOSFET，它属于自举升压原理的驱动。单片机控制输出两路 PWM 信号经过 IR2110 驱动高端和低端 N 沟道 MOSFET，通过控制 PWM的占空比来控制两个 MOSFET 导通和关断的时间进而调节输出电压。方案二：采用TI公司生产的LM5117同步降压控制器，它具有5.5V-65V宽电压工作范围，工作频率可以在50kHz到750kHz范围内设定。包含几个大电流 NMOS 驱动器和一个相关的高边电平转换器，可自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS功率开关管。经比较，LM5117Z控制器集成了高边和低边NMOS驱动器可以自适应死区时间，LM5117自带同步整流功能，更易于提高效率。故采用方案二，使用TI公司的LM5117作为DC-DC驱动控制模块。1.2 主控制器的比较与选择方案一：采用通用的 MCS-51 系列单片机，由于不带 A/D 和 D/A 转换器且运算速度较慢，外围电路使得整个系统硬件电路变得复杂，同时 51 单片机获得 PWM 较为复杂，使得系统的性价比偏低。方案二：采用德州仪器（TI）的 MSP430G2553 为主控制器。MSP430 拥有丰富的片内资源，内置 16 位定时器具有捕获和比较功能，内置 10 位的数模转换器，可以输出PWM 信号。430 独特的超低功耗设计，可以显著降低系统功耗提高效率。经比较，MSP430 单片机可以满足系统控制的要求，并且其具有超低功耗的特点可以显著降低电源损耗提高系统效率。所以选用 MSP430G2553 单片机作为系统的主控制器。 降压稳压直流电源负载 RLMCU单片机供电模块阻抗 R51.3 过流保护方案的比较与选择方案一：采用 AD620 运放，AD620 是一个低成本、高精度的仪表放大器，使用方便。但输入共模电压范围太小且静态功耗较大，无法满足题目要求中的电压及功耗要求。方案二：采用专用 TI 检流芯片 INA282 进行电流检测，INA282 是 TI 的电流分流模拟输出型电流感应放大器，其电压增益为 50 倍，共模抑制比较高，测量准确。利用INA282 实现检流功能，电路简单，且静态功耗较小。经比较，由于 AD620 的电压范围不能满足题目要求，故采用方案