开关电源模块并联供电系统(A题).doc

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1、开关电源模块并联供电系统（A题）摘要系统以AVR ATmega32单片机为主控制器，设计了一个由两路开关电源模块构成的并联供电系统。该系统主电路采用Buck电路实现DC/DC变换，由IR2110驱动两路MOS管，MAX471芯片检测两路输出电流，并通过1602液晶显示。单片机实时检测输出电压及两路输出电流，并根据要求调整PWM占空比实现8V稳压输出及各路电流按比例分配，电流比例系数的设定可以通过键盘输入实现。辅助电源采用LM2575芯片提供5V和12V电压。系统具有负载短路保护及自启动功能。实测结果表明，该系统设计满足各项指标要求，电路设计简单可靠，性价比高。 AbstractThe syst

2、em use AVR ATmega32 MCU as the main controller, we design a two parallel power supply system which consists of switching power supply module. The systems main circuit adopts the Buck circuit to realize DC/DC conversion. Two MOSFET are driven by IR2110, two output current are detected by MAX471 chip

3、and it displays by 1602 LCD, Single chip microcomputer can detect the output voltage and two output current promptly. And according to the requirements ,it can also adjust the proportion of the PWM ,so as to realize 8V stable voltage output and current distribution in proportion. The setting of the

4、current ratios coefficient can be achieved through the keyboard. Auxiliary power supply adopts LM2575 chip output 5V and12V DC stable voltage. The system has a load short-circuit protection and automatic start function. The measured results show that the system design meets the requirements of vario

5、us indexes. And its design is simple、reliable and cost-effective.一、 方案论证1. DC-DC模块主电路方案一：Buck电路。采用Buck电路实现DC/DC变换；电路结构简单，使用器件少；无需电源变压器，体积小；成本低，可靠性好；降压比小时，转换效率高。不足是电容的充放电使输出存在纹波；采用单片机控制时软件算法相对复杂。Buck电路可采用分立器件或成品DC/DC。对分立器件控制较复杂，技术难度大。成品DC/DC电路不符合题目要求，且成本稍高，且需要数字电位器控制Buck的反馈端。方案二：反激电路。电路结构简单，功率驱动电路简单。

6、但是隔离变压器以磁通存储-释放形式传递能量，变压器单向励磁，当超过最大磁感应强度时，会使变压器达到饱和，使原边绕组的电流迅速增大，造成功率开关的损坏；有开关噪声；且变压器体积较大，反激电路采用高端开关，需要单独电源供电。根据以上分析，采用方案一。2.控制电路选择由于系统对控制器快速性要求较高，同时需要3路AD采样，设计选择内部自带10位8通道AD转换的AVR系列单片机ATmaga32作为最小系统控制器。它具有8位精简指令集，拥有丰富的定时器，32K字节系统内存可编Flash，1024字节的EEPROM，且有宽电压，低功耗等特点。3.辅助电源电路辅助电源用于给单片机电路和驱动电路供电，需要+5V

7、和+12V两路电源。方案一：采用反激电路实现。一路反激电路可以同时输出+5V和+12V，但反激电路结构复杂，需要变压器，效率较低。方案二：基于单片开关电源LM2576降压电路方案。此方案每路电源只能有一路输出，因此要同时提供+5V和+12V，需要两路辅助电源电路。但基于LM2576的降压电路外围器件很少，无需变压器和独立的开关管驱动电路，结构非常简单，调试方便。综合考虑，选择方案二。4.总体功能框图 系统由Buck电路完成DC/DC变换，单片机通过AD转换对两路电流和输出电压进行采样，根据指标要求实时调整PWM占空比， 通过MOS管驱动电路控制Buck电路实现稳压输出，辅助电源将所给电压变换后

8、对单片机及MOS管驱动电路供电，通过键盘实现人机交互，输入两路电路比例实现电流调整，由液晶来进行显示两路电流和输出电压及总电流。图1-1 系统总体功能框图二、 理论分析与计算1. DC/DC变换器稳压方法对输出端并联电阻进行分压采样，采样信号经AD转换提供给单片机，由单片机控制PWM波的占空比，形成反馈闭环，实现输出电压的稳定。2.电流电压检测电流检测：电路的电流检测通过MAX471进行电流检测。在正常工作范围内，此芯片采样精度为2%，它的输入电流与输出电压之比为1：1，采样信号可以直接反馈给单片机，不需要经过运放，从而减小了功耗；集成度高，体积小，采样方便。电压检测：通过在负载两端并联一变位

9、器分压来提取电压反馈。图2-1 分压式采样电压电路2. 均流方法由电流检测模块对两路输出电流实时进行采样，采样信号通过单片机对其进行比较。当两电流不等且和不等于1A时，通过PWM信号控制占空比来调整电流的大小，使两路电流相等，检测输出电压是否为8V，在同向同一方向调整两占空比；3. 过流保护通过电流检测模块对输出总电流进行检测，当总电流大于阈值电流4.5A时，单片机通过PWM信号就进行关断处理，防止器件因过流而烧坏或长期大电流下而烧坏。三、 电路设计1. DC/DC主回路与器件选择1） 主回路的结构两并联供电系统的DC/DC变换器都采用Buck电路，输入电压为24V。 图3-1 Buck电路2

10、. Buck电路器件参数为使Buck电路输出稳定的电压，本电路电感工作在电流连续工作模式，平均输出电压与占空比成正比，输出电压与输出电压的关系为，电路的开关工作周期由输出电压和输出电流可得负载的阻抗为电路的占空比要使电感连续，必须有因此，负载的阻抗越大，电路的开关占空比越小，使电路工作于电感电流连续工作模式时要求的电感量就越大，故电路中电流连续的临界电感量为考虑到输出纹波的影响，留取的余量，实际取的电感量为实际取的电容量为2200uF3.驱动电路方案方案一：用IR2110芯片对MOS管驱动。由单片机对反馈信号进行比较后，通过PWM信号控制驱动芯片IR2110的输出，来对MOS管进行控制。IR2

11、110具有自举浮动电源，内部具有两个彼此独立的低端和高端驱动通道，驱动电路非常简单。驱动电路如图3所示。图3-2 IR2110驱动电路4.电流电压检测方案电流检测：电流检测通过MAX471进行电流检测。此芯片采样精度较高，输入电流与输出电压之比为1：1，采样信号可直接反馈给单片机，不需要经过外部运放，从而减小了功耗；集成度高，体积小，采样方便。图3-3 MAX471连接方法图3-4 MAX471引脚说明电流检测：通过霍尔元件TBC06DS进行电流检测，由于此元件电流、电压提取之比值为10，若直接作为单片机输入，会造成误差较大，需要通过运放来进行放大，耗损较大，使效率降低，故不予采用。4. 辅助

12、电源电路采用LM2576芯片使电路输出+5V和+12V。图3-5 辅助电源电路四、 测试方案与测量结果1. 主要测量仪器直流稳压电源：KXN-601060MHz数字示波器：LDS20610D数字万用表：FLUKE 17B2. 测量方法电压电流测量：用数字万用表直接测量。功率、效率测量：输入功率可以用测得输入电压、电流有效值直接相乘得到。输出可用电阻值及电流值计算。效率由输入功率及两路输出功率和之比得到。基本要求3. 基本要求测试数据输入电压电流： V 输出电压电流： V 效率：表1 测试数据（A）（V）要求值（A）要求值（A）测试值（A）测试值（A）相对误差（%）相对误差（%）18.040.5

13、0.50.5150.49632.81.57.990.510.4871.02332.3表2 发挥部分测试数据（V）（A）要求值（A）要求值（A）测试值（A）测试值（A）相对误差（%）相对误差（%）7.981.871.81.200.671.210.660.81.47.961.8810.940.940.90.940.30.57.961.891.51.130.761.140.750.81.37.941.8621.240.621.230.630.81.67.931.850.80.821.030.821.030.20.247.931.840.60.691.150.701.141.40.83.测试结果分析（1）输出电压精度达到8.00.2V,优于题目要求；（2）供电效率大于84%，优于题目要求；（3）两输出电流之和为1A，比值为1:1时，误差绝对值为3%，达到题目要求；（4）两输出电流之和为1.5A时，两路绝对误差均小于4%，达到题目要求；（5）两输出电流按指定比例自动分配时，相对误差不大于2%，达到题目要求；（6）额定输出功率工作状态下，系统效率在84%以上，提高较大；（7）具有负载短路保护范围满足要求，并具有自动恢复功能。