微芯片电源电路设计论文.doc

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1、微芯片电源电路设计论文经查阅国内外相关文献，在基于ZigBee技术的太阳能光伏电池组件远程监控系统中，数据的采集电路通常由独立的DC－DC电源模块供电．DC－DC电源模块负责把光伏电池组件输出的电能转化为数据采集电路需要的电源［1－3］．但是采用独立的DC/DC模块进行供电具有一定的弊端，首先它会增大了电路板的尺寸，其次会增加研发成本，最后谐波的干扰也会增大很多［4］．鉴于上述问题，本文研究了基于太阳能光伏电池模块的微芯片电源电路．该电路巧妙利用CC2530芯片中A/D变换采集的电压、电流数据，通过芯片中MCU分析比较产生PWM波，通

2、过PWM控制电路中的VMOS调整管，使其输出为5V左右的电压，然后再通过AMS1117稳压芯片得到3．3V稳定工作电压．本文提出的供电电路设计有自适应和宽动态特性．因为太阳能光伏组件输出的直流电压在一天中变化很大，如果用多级稳压模块级联，则电源电路的效率低、能耗大，该电源电路通过脉宽调制和模拟稳压混合模式实现了对宽动态范围输入电压的自适应稳压，并具有能耗低、效率高的优点［5－6］．1硬件部分4学海无涯1．1CC2530参数CC2530集ZigBeeＲF前端、微控制器和内存为一体，CC2530采用8位MCU(8051)，256kB可编程

3、闪存和8kBＲAM，并包括A/D转换器，AES－128协同处理器，定时器，32kHz晶振的睡眠模式定时器，掉电检测电路，上电复位电路和21个I/O端口，功能可以满足大部分的研发需求［7］．CC2530框图如图1所示．CC2530芯片用0．18μmCMOS的制作工艺，CC2530在接收以及发送模式时，电流消耗都小于30mA和40mA，工作电流为20mA，是一款功耗低、集成度非常大的芯片［8］．1．2电路结构及工作原理基于光伏太阳能电池组件的微芯片电源电路结构，如图2所示，电源电路大体用微处理器CC2530，光电耦合器，VMOS开关管T1

4、，电阻Ｒ1、Ｒ2组成的电压采样电路，电阻Ｒ3以及电容C1构成的延时电路，3．3V稳压模块AMS1117等部分构成．额定输出电压24V的太阳能光伏电池组件，在太阳辐射能量最小可以接近0V输出，最大可以高于24V．由于AMS1117稳压模块的输入电压不能超过15V，承受不住超过15V的太阳能光伏组件直接供电．为了保证电路板的安全，在此设计中通过使用VMOS管(T1)来调整太高的直流电压，以确保AMS1117稳压模块的输入电压可以在设定范围内改变，保证AMS1117稳压模块安全稳定的工作．本设计中VMOS管T1一定要在开关状态下工作［9］．

5、同时为了提高电路的效率，通过设置VMOS管T1的输出电压为5V，从而最大限度地降低了AMS1117稳压模块的输入电压，从而减少了全部电源电路的直流能耗，使整个装置的发热也减少了很多．如图2，由Ｒ1和Ｒ2组成的分压电路连接着太阳能光伏组件输出端，用于电压采样．假设太阳能光伏组件的输出电压为US，由Ｒ1、Ｒ2组成的分压电路的输入电压设为Ui．由于Ui=US，则分压电路的输出电压Uof为:Uof=Ｒ2Ｒ1+Ｒ2Ui=Ｒ2Ｒ1+Ｒ2US(1)考虑到CC2530的A/D变换器，它的输入电压为0～1V，此设计中取样电路分压比设置为:Uof=US/

6、30(2)由CC2530的A/D通道采集电压数据后，发送至网络协调器，该数据同时也是控制PWM占空比的依据．CC2530通过内部定时器生成PWM波然后由P0．4输出信号驱动光耦器件．因为在电路中T1的三个电极工作时的电压都高于CC2530的安全电压，所以CC2530的P0．4端口与VMOS管T1的栅极直接相连．如图2，本电路中CC2530通过光耦隔离连接到T1栅极．PWM信号通过光耦驱动VMOS管T1，在太阳能电源输出电压发生波动时，PWM信号占空比会发生变化，可以通过这个变化来调整AMS1117输入电压，包括调整VMOS管T1的输出

7、电压，以确保AMS1117输入电压在设定的范围内变化［10］．太阳能光伏电池组件突然对电路供电时，考虑到CC2530初始化要一定时间，不能立即产生PWM信号，AMS1117稳压模块突然通过太高的电压，有可能发生危险，所以增加设计了ＲC延时电路，以及电源电路输入端加装保险丝来减少芯片发生故障时的损失，同时CC2530在独自复位时，可能会有危险，所以在此设计中采用CC2530与ＲC延时电路联动复位机制．2软件设计本电路设计中CC2530芯片既承担了数据通信及组网的任务，还承担了控制电源输出电压的任务，程序设计十分关键．笔者在ZigBee协

8、议的研究基础上，对CC2530通信应用程序模块、组网程序模块、电源控制模块等进行统筹设计，使通信、组网、电源管理等程序模块协同工作．鉴于此，在电源控制程序模块4学海无涯设计中，控制PWM的时用定时器来进行中断，就是用定时