基于MSP430的高功率因數電源
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采用相位差測量法。利用電壓電流互感器分別對電壓、電流信號進(jìn)行提取， 然后用精密儀表放大器INA118 對電壓電流進(jìn)行放大至飽和，經(jīng)TLC372 整形后，測出相位差，相位差Φ 的計算原理是利用輸入2 路信號過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差，以及信號的頻率來(lái)計算2 路信號的相位差，首先測量單路輸入信號頻率，方法是記錄1 路方波信號2 次連續上升沿觸發(fā)的定時(shí)器計數值N1和N2,計算出2 次上升沿計數器差值ΔN1=N1-N2, 以定時(shí)器工作頻率fclk為參考， 求出輸入信號的頻率為Fin= fclk ΔN1 .運用TI 低功耗單片機MSP430F449 的捕獲功能，捕獲2 路信號的過(guò)零點(diǎn)，記錄定時(shí)器這一時(shí)刻的計算值，計算出它們之間的時(shí)間差。TI 公司的所有的FLASH 型單片機都含有Timer_B,它是程序的核心，Timer_B 由1 個(gè)16 位定時(shí)器和多路比較/ 捕獲通道組成，2 路信號的相位差，Δ=360°×Δt Ti其中
，ΔN2為2 路信號的上升沿分別觸發(fā)計數器的差值；Ti為輸入信號的周期。由相位差的計算可簡(jiǎn)化為：ΔΦ=360°×Δt ΔN1 =360°×ΔN2 ΔN1×fclk , 為防止計數器溢出，參考時(shí)鐘設置為1 MHz,測相時(shí)最大計數值為1000 000/50=20 0002∧16-1=65 535;且每次測相前都對計數器B 清零。最后經(jīng)余弦運算即可測得功率因數。負載端輸出電壓、電流經(jīng)采樣可算出系統視在功率。根據公式P=S×cosθ，Q=
分別計算出電源的有功功率、無(wú)功功率。該方法操作簡(jiǎn)單、可達到很高的精度。電路如圖3 所示。
圖3 功率因數測量
2.4 過(guò)流保護電路的設計
通過(guò)單片機實(shí)時(shí)采樣輸出電流，當電流過(guò)大時(shí)單片機控制繼電器模塊使其斷開(kāi)，系統斷電；當故障排除后測得電流值小于預設定值時(shí)單片機再次發(fā)指令使繼電器閉合。電路重新正常工作。電路如圖4 所示。
圖4 過(guò)流保護
3 系統軟件設計
本系統選用MSP430F449 低功耗單片機， 負責電壓電流的相位檢測、功率因數及電壓電流峰值的顯示、以及相應外部請求對電壓值進(jìn)行調整。相位檢測用MSP430 定時(shí)器的捕獲功能實(shí)現。首先對一路電壓信號測頻，外部信號的上升沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)中斷，記錄當前定時(shí)器計數器的數值，由兩次定時(shí)器數值的差值，計算出信號的頻率。然后測兩路信號相位差，開(kāi)始啟動(dòng)電壓信號的捕獲功能；當捕獲到該路信號的上升沿并進(jìn)入中斷后，立刻啟動(dòng)定時(shí)器計數，開(kāi)啟電流信號的捕獲功能，禁能電壓信號的捕獲功能。當捕獲到電流信號的上升沿并進(jìn)入中斷后，記錄當前定時(shí)器計數器的數值，由此便可計算出電壓、電流的相位差，從而算出功率因數。程序中，TimerA 的外部引腳用于按鍵檢測，故用TimerB 的捕獲比較器實(shí)現[6].用MSP430 自帶的AD 對電壓、電流信號采樣，采樣模式為序列通道多次轉換， 以便實(shí)時(shí)顯示當前的電壓、電流值。當檢測到輸出電流超過(guò)2.5 A 時(shí)，控制繼電器的關(guān)斷和電路的復位。流程如圖5 所示。
圖5 軟件流程圖
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