導(dǎo)語：微芯片電源電路設(shè)計論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

經(jīng)查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻，在基于ZigBee技術(shù)的太陽能光伏電池組件遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集電路通常由獨立的DC－DC電源模塊供電．DC－DC電源模塊負責(zé)把光伏電池組件輸出的電能轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集電路需要的電源［1－3］．但是采用獨立的DC/DC模塊進行供電具有一定的弊端，首先它會增大了電路板的尺寸，其次會增加研發(fā)成本，最后諧波的干擾也會增大很多［4］．鑒于上述問題，本文研究了基于太陽能光伏電池模塊的微芯片電源電路．該電路巧妙利用CC2530芯片中A/D變換采集的電壓、電流數(shù)據(jù)，通過芯片中MCU分析比較產(chǎn)生PWM波，通過PWM控制電路中的VMOS調(diào)整管，使其輸出為5V左右的電壓，然后再通過AMS1117穩(wěn)壓芯片得到3．3V穩(wěn)定工作電壓．本文提出的供電電路設(shè)計有自適應(yīng)和寬動態(tài)特性．因為太陽能光伏組件輸出的直流電壓在一天中變化很大，如果用多級穩(wěn)壓模塊級聯(lián)，則電源電路的效率低、能耗大，該電源電路通過脈寬調(diào)制和模擬穩(wěn)壓混合模式實現(xiàn)了對寬動態(tài)范圍輸入電壓的自適應(yīng)穩(wěn)壓，并具有能耗低、效率高的優(yōu)點［5－6］．

1硬件部分

1．1CC2530參數(shù)CC2530集ZigBeeRF前端、微控制器和內(nèi)存為一體，CC2530采用8位MCU(8051)，256kB可編程閃存和8kBRAM，并包括A/D轉(zhuǎn)換器，AES－128協(xié)同處理器，定時器，32kHz晶振的睡眠模式定時器，掉電檢測電路，上電復(fù)位電路和21個I/O端口，功能可以滿足大部分的研發(fā)需求［7］．CC2530框圖如圖1所示．CC2530芯片用0．18μmCMOS的制作工藝，CC2530在接收以及發(fā)送模式時，電流消耗都小于30mA和40mA，工作電流為20mA，是一款功耗低、集成度非常大的芯片［8］．1．2電路結(jié)構(gòu)及工作原理基于光伏太陽能電池組件的微芯片電源電路結(jié)構(gòu)，如圖2所示，電源電路大體用微處理器CC2530，光電耦合器，VMOS開關(guān)管T1，電阻R1、R2組成的電壓采樣電路，電阻R3以及電容C1構(gòu)成的延時電路，3．3V穩(wěn)壓模塊AMS1117等部分構(gòu)成．額定輸出電壓24V的太陽能光伏電池組件，在太陽輻射能量最小可以接近0V輸出，最大可以高于24V．由于AMS1117穩(wěn)壓模塊的輸入電壓不能超過15V，承受不住超過15V的太陽能光伏組件直接供電．為了保證電路板的安全，在此設(shè)計中通過使用VMOS管(T1)來調(diào)整太高的直流電壓，以確保AMS1117穩(wěn)壓模塊的輸入電壓可以在設(shè)定范圍內(nèi)改變，保證AMS1117穩(wěn)壓模塊安全穩(wěn)定的工作．本設(shè)計中VMOS管T1一定要在開關(guān)狀態(tài)下工作［9］．同時為了提高電路的效率，通過設(shè)置VMOS管T1的輸出電壓為5V，從而最大限度地降低了AMS1117穩(wěn)壓模塊的輸入電壓，從而減少了全部電源電路的直流能耗，使整個裝置的發(fā)熱也減少了很多．如圖2，由R1和R2組成的分壓電路連接著太陽能光伏組件輸出端，用于電壓采樣．假設(shè)太陽能光伏組件的輸出電壓為US，由R1、R2組成的分壓電路的輸入電壓設(shè)為Ui．由于Ui=US，則分壓電路的輸出電壓Uof為:Uof=R2R1+R2Ui=R2R1+R2US(1)考慮到CC2530的A/D變換器，它的輸入電壓為0～1V，此設(shè)計中取樣電路分壓比設(shè)置為:Uof=US/30(2)由CC2530的A/D通道采集電壓數(shù)據(jù)后，發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，該數(shù)據(jù)同時也是控制PWM占空比的依據(jù)．CC2530通過內(nèi)部定時器生成PWM波然后由P0．4輸出信號驅(qū)動光耦器件．因為在電路中T1的三個電極工作時的電壓都高于CC2530的安全電壓，所以CC2530的P0．4端口與VMOS管T1的柵極直接相連．如圖2，本電路中CC2530通過光耦隔離連接到T1柵極．PWM信號通過光耦驅(qū)動VMOS管T1，在太陽能電源輸出電壓發(fā)生波動時，PWM信號占空比會發(fā)生變化，可以通過這個變化來調(diào)整AMS1117輸入電壓，包括調(diào)整VMOS管T1的輸出電壓，以確保AMS1117輸入電壓在設(shè)定的范圍內(nèi)變化［10］．太陽能光伏電池組件突然對電路供電時，考慮到CC2530初始化要一定時間，不能立即產(chǎn)生PWM信號，AMS1117穩(wěn)壓模塊突然通過太高的電壓，有可能發(fā)生危險，所以增加設(shè)計了RC延時電路，以及電源電路輸入端加裝保險絲來減少芯片發(fā)生故障時的損失，同時CC2530在獨自復(fù)位時，可能會有危險，所以在此設(shè)計中采用CC2530與RC延時電路聯(lián)動復(fù)位機制．

2軟件設(shè)計

本電路設(shè)計中CC2530芯片既承擔(dān)了數(shù)據(jù)通信及組網(wǎng)的任務(wù)，還承擔(dān)了控制電源輸出電壓的任務(wù)，程序設(shè)計十分關(guān)鍵．筆者在ZigBee協(xié)議的研究基礎(chǔ)上，對CC2530通信應(yīng)用程序模塊、組網(wǎng)程序模塊、電源控制模塊等進行統(tǒng)籌設(shè)計，使通信、組網(wǎng)、電源管理等程序模塊協(xié)同工作．鑒于此，在電源控制程序模塊設(shè)計中，控制PWM的時用定時器來進行中斷，就是用定時器的中斷服務(wù)來生成PWM信號，保證PWM波不受其它程序的干擾．在選擇CC2530定時器時，由于Time2是Mac定時器，Time1、Time3、Time4可以用，Time2不能用．此設(shè)計中用Time1定時器來產(chǎn)生PWM波，通過設(shè)置T1CTL0寄存器、T1CTL2寄存器、T1CTL寄存器、T1CC0H和T1CC0L寄存器、T1CC2H和T1CC2L寄存器，即可輸出PWM波．在T1控制寄存器里，對應(yīng)選項要設(shè)定成輸出對照方式，T1CC0H和T1CC0L設(shè)定成適合的固定的數(shù)值，T1CC2L與T1CC2H的數(shù)值就由A/D變換器得出的值來確定，以上過程流程如圖3．由圖3可知，PWM波占空比是通過A/D變換得出的結(jié)果來調(diào)節(jié)的．此設(shè)計中，PWM波的周期是通過T1CC0確定的，T1CC2來確定占空比．

3實驗結(jié)果分析

基于太陽能光伏組件的微芯片電源電路，其輸入的直流電源來源于太陽能光伏電源組件，當太陽能光伏電源組件輸出直流電壓US發(fā)生變化時，這個電源電路各主要測試點的電壓波動情況從圖4可看出．當太陽能光伏電池組件輸出電壓US較大幅度變化時，電源電路VMOS管T1的源極測試點電壓Uo變化幅度明顯減小，特別是當US大于10V以上時，Uo升高的幅度較小，且US與Uo之間的電壓差會變得越來越大，而CC2530的電源正極電壓U3．3非常穩(wěn)定，但是當US降低到低于8V時，Uo明顯下降，US與Uo之間的電壓差越來越小，同時CC2530正極電源電壓U3．3開始下降，低于3．3V，CC2530芯片工作狀態(tài)受到影響，工作出現(xiàn)不穩(wěn)定．由此可見，太陽能光伏電源組件的直流輸出電壓不能低于8V．

4結(jié)語

本文中CC2530的功能被充分的使用了，外圍元器件減少了很多，使得成本大大降低，而且效率提高了．分析實驗所得的數(shù)據(jù)可知，實驗結(jié)論基本可以滿足設(shè)定的指標的和功能的需求．但是，在實驗中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，PWM功能啟用會對CC2530轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)有些許影響，但由于該設(shè)計是專采集和轉(zhuǎn)發(fā)太陽能光伏電源組件相關(guān)參數(shù)的，對芯片的工作速度需求不是很高，因此該設(shè)計的目的完全能夠達到．另外在其它領(lǐng)域，只要對采集數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的效率要求不是很高，都是可以應(yīng)用的．

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作者:鐘萬熊 徐鵬飛 朱 黎 堯志偉 黃定懿 單位:1.湖北民族學(xué)院 2.國網(wǎng)利川市供電公司團堡供電所