开关电源模块并联供电系统
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开关电源模块并联供电系统摘要:在模块化分布电源系统中,为了实现完全稳定可靠的供电系统,模块化电源的并联技术则显得尤为的重要,通过多路开关电源并联使得输出大功率技术得以迅速的发展。
采用DC/DC芯片TPS5430DDA设计并制作了两路均流电源,均流的实质是通过均流控制电路,调整个模块的输出电压,从而调整输出电流,以达到电流均分目的。
再通过一定电流放大的电路控制两个模块的电流按1:2的比例自动分配。
关键词:DC/DC转换器TPS5430DDA 均流电流按比例分配引言电源并联运行是电源系统的发展方向之一,因为分布式供电相对集中,供电具有容量易扩充、可靠性高、使用灵活、便于维护等优点。
而实现开关电源并联运行的核心就是均流技术。
一般的开关电源是一个电压型控制的闭环系统,均流的基本思想是采样各自的输出电流信号,并把信号引入控制环路中,来参与调整输出电压。
选择不同的电流信号的注入点,可以直接调节系统的基准电压、反馈电压、或者反馈电流误差,形成多种均流方案,以满足不同的稳态性能和动态响应。
目前常用的均流方法主要有输出阻抗法、主从设置法、平均电流法、最大电流法等,这些均流方法多数采用的是模拟量控制。
一.设计方案论证1. DC/DC芯片选择方案一:采用UC3842是一种型性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。
该调制器单端输出,能直接驱动双极型的功率管或场效应管。
其主要优点是其管脚效应少,外围电路简单,电压调整率可达0.01%,工作频率高达500KHz,启动电流小于1mA,正常工作电流为5mA,并可利用高频变压器实现与电网的隔离。
该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。
但它的大电流推挽输出只达1A。
方案二:采用TPS5430采用DC/DC芯片TPS5430DDA,它的输入电压10—35V,最大输出电流达到3A,效率可以达到90%,内部集成了驱动电路和1.221V基准源,固定的工作频率500KHz。
开关电源模块并联供电系统设计【摘要】选用开关电源芯片LM2596和load sharing芯片UCC29002,并选用两片load sharing芯片UCC29002的配合使用,通过调节上路电路中连接在UCC29002电位器,使上下两路对称,实现自动均流。
并由单片机监控调节,确保电路安全,灵活变换。
【关键词】LM2596;UCC29002;反馈1 系统整体设计方案系统整体如图1所示。
图 1 系统整体框图2 主要模块设计方案2.1 供电系统桥式整流电路的工作原理如图2:e2为正半周时,对D1、D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。
电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
图 22.2 DC模块的选择电源芯片采用美国国家半导体的LM2596—ADJ它是一款降压型的PWM调节方式的开关稳压电源的芯片,内部振荡源频率为150KHZ,最大输出电流3A,最大输出电压40V,基本可以满足题目要求。
它通常被作为恒压电源应用,此时其通过电压取样电压反馈稳压方式达到稳定电压的目的。
2.3 输出电流比例实现方案输出电流比例实现有两种方案。
一是通过单片机控制ucc29002来实现电流比例,但电路极其复杂。
二是调节内部参数使DC-DC模块输出电流1:2。
当电流需要1:1的时候,通过检测,单片机识别选通,让均流模块电路ucc9002工作,实现电流1:1。
UCC29002采用一个高增益、高精度的放大器,能检测到外面的输入的微小的电压变化量,放大倍数的大小可以通过改变外电路的参数获得。
UCC29002中的电流检测放大器的输入偏置电压极低,使得它可以精确的检测到一个阻值很小的电流采样电阻上的微小电流变化量。
电子设计大赛作品创意书基于C8051F340的开关电源模块并联供电系统1、摘要该作品由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统,使其在额定输出功率下,输出指定直流电压,并且供电系统效率不低于60%,两模块间电流能根据负载的调整而自动分配。
系统以C8051F340单片机为控制核心,通过对输出电压和电流采样计算,改变单片机PWM占空比输出,控制MOS管的通断,实现了两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块并联供电。
关键词:开关电源并联供电C8051F340 DC/DC模块2、绪论2.1设计任务:该作品由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统,其结构图如图1所示。
调整负载电阻,保持输出电压Uo=8.0±0.4V,使两个模块输出电流之和Io=1.0A,且按I1:I2=1:2两种模式自动分配电流,每个模块的输出电流的相对误差值不大于5%,使两个模块输出电流之和Io=4.0A,且按I1:I2=1:1模式自动分配电流,每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于2%。
额定输出功率状态下,供电系统的效率不低于60%,要求系统具有负载短路保护及自动恢复功能,保护阀值电流为4.5A。
图1.DC/DC模块并联供电系统主电路2.2发展现状自20世纪50年代,美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来,在半个多世纪的发展中,开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源,并广泛应用于电子整机设备中。
其中DC/DC电源模块成为我国小功率模块电源的发展主力。
未来开关电源将朝着小型化、薄型化、轻量化、高频化、高可靠性、低噪声、采用计算机辅助设计和控制的方向发展。
大功率电源系统需要多个开关电源并联来提供,它能避免单个大功率电源制造成本高、稳定性差的缺点,并且具备了大容量、高效率、高可靠性、冗余特性、模块化个成本低的优点。
3、系统方案3.1 该系统所包含的模块并联供电系统主要有控制器模块、DC/DC变换稳压模块、电流检测模块以及输出电压采样模块组成。
开关电源模块并联供电系统摘要:本系统以推挽电路为主电路、以集成PWM芯片SG3525为控制核心,实现24V输入、额定输出8V、满载16W的DC/DC变换。
通过SG3525的闭环调整,两路DC/DC变换器实现并联输出,且两路输出电流可按指定比例调整。
以单片机DSPIC30F2012为主控芯片,实现对DC/DC变换的电流采样、基准给定及系统的控制管理。
实验结果表明:DC/DC变换器在全负载范围内稳压精度大于99%,系统满载效率大于80%;按指定模式并联输出时,各DC/DC变换器的输出电流相对误差绝对值小于2%,且电路能精确实现过流保护。
Abstract:A push-pull circuit of the system is the main circuit, The SG3525 PWM chip integration for the control of the core, to achieve 24V input, depending on the output 8V, loaded with 16W of DC / DC converter. SG3525 through closed-loop adjustment, two DC / DC converters to achieve parallel output, and two output currents can be specified scaling. As the master chip to chip DSPIC30F2012, to achieve the DC / DC converter of the current sampling, the benchmark for a given system control and management.The results show that: DC / DC converter at full load regulation accuracy within 99% full load efficiency is more than 80%; parallel output mode specified when the DC / DC converter output current relative absolute error less than 2%, and the over-current protection circuit accurately.关键字:开关电源;推挽式变换电路;SG3525、1.方案论证与选择1.1主电路的选择方案方案一:主电路部分采用推挽式变换电路。
2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告开关电源模块并联供电系统(A题)2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告开关电源模块并联供电系统(A题)摘要本次设计的开关电源模块并联供电系统由两个LM2596进行DC/DC变换,用8051单片机作主控芯片。
输入DC 24V,输出DC 8.0V,额定输出功率为32W,采用对等互补均流方式进行电流自动分配输出,具有过流和短路保护功能,系统转换效率达到70%以上。
关键词:DC/DC变换,并联供电系统,开关电源AbstractThe design of the switching power supply module consists of two LM2596 in parallel power supply system for DC / DC converter, with 8051 as main chip. Input DC 24V, output DC 8.0V, the rated output power of 32W, the application of the complementary stream are automatically assigned to the current output, with over-current and short circuit protection, system conversion efficiency of 70%.Keywords: DC / DC converter, parallel power supply systems, power目录1 方案论证与比较 (3)方案一恒流控制法 (3)方案二外部电路控制法 (3)方案三对等互补分流法 (3)2 系统设计与分析 (4)2.1总体框架分析 (4)2.2 单元电路设计 (4)2.2.1 降压电路设计 (4)2.2.2采样放大电路设计 (5)2.2.3 A/D转换模块设计 (5)2.2.4 控制模块设计 (5)2.2.5 负电压产生电路设计 (5)3 理论分析与计算 (5)3.1 DC/DC 变换器稳压 (6)3.2 电流电压检测 (6)3.3 均流方法 (6)3.4 过流保护 (6)4 软件设计 (6)5 系统测试 (7)5.1 测试仪器 (7)5.2 测试方法 (7)5.3 测试数据 (7)6 结论 (9)参考文献 (10)附录 (11)1 方案论证与比较方案一恒流控制法图1 恒流控制示意图系统由第二个LM2596接收到10K的电位器的反馈电压,实现恒流输出,不足的功率由第一个LM2596互补输出,实现电流分配。
并联开关电源供电系统设计【摘要】针对电源并联供电的要求,采用主从控制法自动分配两路电源的输出电流,通过选用精密电阻采样控制,实现了分配电流的高精度输出。
DC-DC 模块采用非隔离式BUCK拓扑结构,具有拓扑简洁、使用元器件少、效率高等优点,应用高集成度脉宽调制(PWM)芯片MP1593作为DC-DC模块的主控芯片,极大程度地降低了损耗,达到了小型化、高效率的目标。
【关键词】并联供电;主从控制;均流1 总体方案设计并联供电系统主要由DC-DC变换器、并联电流分配模块、电流采样放大模块以及总控制器等构成。
系统框图如图1所示。
图1 系统框图1.1 DC-DC变换器的设计方案一:正激式BUCK拓扑正激式变换器具有拓扑简洁、输入输出电气隔离、电压降范围宽、使用元器件少等优点。
如图2所示,PWM控制器通过控制加载到正激式变压器一次侧绕组上的PWM波的占空比实现稳压输出。
但是,正激变换器必须附加复位电路来实现功率开关截止期间变压器铁心磁复位,以避免变压器饱和,效率很大程度上依赖于脉冲变压器的转换效率。
图2 单端正激式变换器结构图方案二:非隔离式BUCK拓扑非隔离式DC-DC变换器使用元器件少,且损耗只包括开关导通损耗和续流二极管的损耗。
如图3所示,开关管导通时,对电感进行充电;开关管断开时,通过续流二极管向负载供电。
电路通过控制开关器件的占空比来控制输出电压。
图3 非隔离式DC/DC器结构图方案二,电路结构简单,工作稳定可靠,控制灵活方便,损耗较小,效率较高,在负载调整率、电源效率方面较方案一均有改善。
因此,选择方案二实现DC-DC变换。
1.2 均流控制方法方案一:最大电流均流法(自主均流法)采用负载共享控制器实现均流控制。
在DC-DC模块正常工作时,将两路控制器的均流母线连接,自动选出电流最大的一路,并将此路电源作为主电源。
均流母线上的电压由主电源的输出电流决定,控制器从电源的接收到母线上的信号后,会控制该路DC-DC模块调整输出电压。
开关电源模块并联供电系统A题Word版开关电源模块并联供电系统摘要:本设计以微控制器TMS320F28044为控制核⼼,基于开关电源同步降压原理,使⽤双相并联控制技术,实现了⼀个开关电源模块并联供电系统。
本供电系统对输出电流、电压进⾏采样,采⽤软件补偿⽹络和数字PID算法实现电压反馈环和电流反馈环,达到输出恒压和成⽐例分流的⽬的。
最终使电源输出电压值稳定在8V,误差⼩于0.25V,当输出电流在1.5~3.5A内变化时,两个电源模块的输出电流⽐可在0.5~2之间调节。
该并联供电系统外围电路简单,具有精度⾼、反应灵敏、稳定性好、输出范围宽的特点,且供电系统还具备输出电流电压显⽰的功能,控制⽅便,⼈机交互界⾯友好。
关键字:双相并联;同步降压;软件补偿;分流;PID闭环控制⽅案论证1.1 系统总⽅案系统由开关电源、反馈回路、控制部分、保护电路和供电电路组成。
系统框图如图1.1所⽰。
主回路为两个同步降压模块;反馈回路主要为两路电流检测和电压检测电路;控制部分以TMS320F28044为核⼼,利⽤了其⾃带的ADC 和PWM 波产⽣模块;保护电路主要对过流和短路进⾏保护,并在排除故障后⾃动恢复正常⼯作。
整个系统以微控制器为控制核⼼,合成软件补偿⽹络,进⾏PID 数字闭环调节,输出电压稳定,输出电流⽐例可精确控制,抗⼲扰能⼒强。
1.2 开关电源拓扑选择⽅案⼀: 降压斩波电路(BUCK)。
降压电路见附图1,它由MOSFET 开关管Q 、肖特基⼆极管D 、LC 低通滤波器组成。
当Q 导通时,D 截⽌,MOSFET 漏极电流通过LC 滤波器向负载供电,同时LC ⾃⾝储存⼀定能量;当Q 截⽌时,其漏极电流为零,电感L 上的感应电动势极性为左负右正,D 导通,电感和电容中存储的能量对负载继续供电。
⽅案⼆:同步降压电路(Synchronous BUCK)。
电路如图1.2所⽰,同步降压与传统降压的主要区别在于前者将肖特基⼆极管换成了开关管,从⽽⾼边Q1低边Q2同时⼯作,⽤两路互补的PWM 波对Q1、Q2控制,再经过LC 滤波输出。
2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告开关电源模块并联供电系统(A题)摘要:本供电系统采用开关电源芯片TPS5430 为核心制作的两路DC-DC开关电源,由ATmega16作为系统的主控制电器。
利用MAX531加电压放大器接入TPS5430的电压反馈端口,通过单片机控制MAX531改变电路的反馈端,自动控制调节稳定输出电压。
进而改变电流,使电流实现自动分配。
该系统电路简洁,输出电压稳定,输出电流可调且稳定可靠,纹波小,高效率,具有输出过流保护功能等特点。
在实际应用中能解决电流自动分配的问题,具有一定的实用价值。
关键词:DC-DC TPS5430 自动分配电流高效率一、系统的案论证1.电源变换拓扑案论证案一、采用单片机PWM控制采用单片机产生PWM波,控制N-MOSFET 的导通与截止。
根据A/D采样反馈电压程控改变占空比,使输出电压稳定在设定值。
负载电流在金属壳电阻上取样经A/D后输入单片机,当该电压达到一定值时关闭开关管,形成过流保护。
该案主要由软件实现,控制算法比较复杂,速度慢,而且输出电压不稳定实现起来比较困难。
案二、采用脉宽调制控制器TL494该芯片可推挽或单端输出,最高工作频率为300KHz,输出电压可达40V,有5V的电压基准,输出级的拉、灌电流可达200mA,驱动能力较强。
芯片部有两个误差比较器,能实现电流模式控制,便做过流保护。
但由于BUCK 型拓扑的MOS 管驱动需外加上管驱动芯片IR2110,而IR2110 会有0.2W 左右的功耗,会降低系统的效率。
案三、采用TPS5430采用TI公司的BUCK 型DC/DC 芯片TPS5430,其最大输出电流3A,部集成有驱动电路和1.221V 基准源,固定工作频率500KHz,效率高达95%。
用TPS5430 可使电路结构简单,只需要配合少外部元件便可精确、稳定地得到输出电压,可靠性高,且在高的工作频率减小了对电容和电感的要求。
综合比较,为了能使系统具有较高的效率和可靠性,所以我们采用更为可靠、稳定的TPS5430 芯片作为DC-DC 模块的主器件。
2011年全国大学生电子设计竞赛开关电源模块并联供电系统(A题)2011年9月3日摘要本系统以ATmega128为主要控制核心,系统主要由DC/DC变换电路、恒流源控制电路、D/A数模转换模块、电流电压测量模块、电源模块、显示模块、过流过压保护模块等,DC/DC变换采用简单的Buck变换电路,恒流源控制系统采用集成运算放大器构成的具有深度负反馈的数字可控直流源。
关键词:Buck电路电流控制 D/A 开关电源并联AbstractThis system take ATmega128 as the primary control core, the system mainly by the DC/DC transfer network, the constant current control circuit, the isolation module, the D/A digital-analog conversion module, the electric current voltage measurement module, the power source module, the display module, the overflow overvoltage protection module and so on, the DC/DC transformation uses the single end to stir up-like the transfer network, the constant current control system uses the integration operational amplifier to constitute has the depth negative feedback digital controllable cocurrent source.一、方案比较与论证整个系统可以划分为控制模块、DC/DC降压模块、电流控制模块、电压控制模块、隔离模块、电源模块、显示模块、D/A转换模块、电压电流测量模块、过压过流保护模块等辅助模块。
摘要本系统以STM32单片机为主控制器,以TL494为核心,设计并实现一开关电源并联供电系统。
系统由稳压模块、PWM驱动模块和同步BUCK斩波电路构成的DC-DC模块单片机显示控制模块四部分组成。
在AD采集到由电流互感器CSM006NPT的感应电压后,单片机通过TL494的PWM波控制两个恒流源实现了输出电压恒定以及对输出电流任意比的控制。
本系统通过场效应管IRF3205代替续流二极管减小损耗从而提高电源效率,并且利用TL494死区引脚实现过流关断,有效的保护了电路,经测试,系统能够实现基础部分所有要求。
关键词:TL494;并联供电;同步BUCK斩波;恒流源;恒压一、方案设计1、方案比较与论证(1) DC/DC拓扑结构方案一:采用传统降压拓扑结构LM2596输出电压1.2V~37V可调,输出最高电流可达3A,输出线性好负载可调,系统效率高,可以用仅80μA的待机电流,实现外部断电,具有过流保护功能,经调节后完全可实现题目的基本要求。
但是LM2596内部电阻导通电阻相对较大,同时续流二极管的损耗较大,只能作为开关电源稳压模块,不满足系统对DC-DC模块高效率高效率的要求。
方案二:采用同步整流BUCK结构采用具有同步整流的BUCK结构,利用MOS管IRF3205代替二极管续流,IRF3205是具有极低阻抗(开态电阻为8mΩ),电压典型值为55V,电流续流连续110A,175℃运行温度,具有快速转换速率,无铅环保等优点。
考虑到系统MOS 管导通电阻低,效率比传统BUCK高,为了满足扩展部分效率尽可能高的要求,本作品选用同步BUCK拓扑结构。
(2)均流控制方案方案一:主从法在并联运行的电源模块单元中,选定一个工作于电压源方式电源模块单元作为主电源模块,另一个工作于电流源方式电源模块作为从流电源模块。
主模块直接调整电压,从电源模块设置电流分配。
但是在这种方式下,一旦主模块失效,则整个系统崩溃,不具备冗余功能。
DC—DC开关电源模块并联供电技术方案作者:方倪陈强军李丹凤张越李雪枫胡安正来源:《科技创新与应用》2016年第30期摘要:随着科技快速发展,开关电源应用越来越广泛,目前采用单一集中式电源供电较多,多种输出参数难以满足要求。
文章提出了一种DC-DC开关电源模块并联供电系统技术方案。
两路DC-DC变化器采用BUCK结构,MOS管代替二极管续流,采样模块实时监测输出电压电流,PID算法、闭环控制实现均流,该方案具有体积小、供电效率高、抗干扰能力强等优点,可推广应用。
关键词:DC-DC;同步整流;BUCK结构;续流;均流技术1 系统方案整体结构该系统方案主要由两个BUCK变换器构成的DC-DC降压式电路、主控电路、采样电路、驱动电路以及PWM模块组成。
主控芯片通过采样得到的电压电流参数来控制输出PWM波的占空比,进而控制开关管的开关频率,闭环控制电流电压,使其稳定输出。
提高了供电的效率和稳定性。
系统方案框图如图1所示。
2 各模块的设计与实现2.1 DC-DC模块系统方案的DC-DC模块采用是两个相同的BUCK拓扑结构,并且使电感始终工作在电流连续状态,否则闭环稳压时易振荡。
另外,为了降低电路损耗,本系统方案选用导通电阻较低的开关管IRF3205(额定电流110A,耐压达55V,导通电阻小于8毫欧)。
对于BUCK电路滤波电感L1的计算如下:为使输出电流连续且稳定,本设计选择L1=800uh。
为了避免电感饱和,且更好地实现电感的储能功能,本设计选用外径为4.8cm的铁粉磁环绕制电感。
由于电流可高达2-3A,为了降低电感线圈的发热损耗,选用2股直径为0.64mm的漆包线绕制。
2.2 MOS管驱动电路设计如图3所示,MOS管驱动电路选用具有波形互补的可编程芯片IR2104,PWM波从2脚输入,HO和LO输出两路反相的PWM分别控制两个MOS管的开断。
D5和C1/C2为自举二极管和自举电容,两者串联起到电流配合的作用实现电压自举,抬高VS的电位,使输出的PWM更稳定,同时二极管起到防止电流倒灌的作用。
题目名称:开关电源模块并联供电系统(A题)摘要开关电源模块并联供电系统是采用8位Atmega88的开关电源,主电路采用LM2576和LM2596作为两块并联的开关电源。
LM2576作为恒压源,LM2596作为恒流源。
该两块开关电源保证系统的效率,电流电压调整率和输出精度要求。
系统具有限流保护功能,HD7279键盘输入输出等多种功能。
该系统主要采用硬件反馈调节,调整能力强,使单片机负载小。
本系统功能完善,在支路在0.5-2A输出范围内,干路电流输出范围使1-4A其分压比由外界输入。
由AD采用,读出干路电流,经数字电位器调整恒流源工作状态,使其自调整实现固定分压比,并且电流精度满足在百分之五以内。
关机或过流保护收后,具有可以记忆参数、自恢复功能。
AbstractSwitching power supply modules in parallel power supply system is the use of 8-bit Atmega88 switching power supply, the main circuit LM2576 and LM2596 as two parallel switching power supply. LM2576 as the voltage source, LM2596 as a constant current source. The two switching power supply to ensure efficiency of the system, current and output voltage regulation accuracy requirements. System has a current limit protection,HD7279 keyboard input and output functions. The system uses hardware feedback regulation, adjust the ability to make a small single-chip load.The system is functional, the branch in the output range of 0.5-2A, distributors current output range 1-4A the partial pressure than by the external input. Used by the AD, to read out the current trunk, the digital potentiometer to adjust the current source working condition, to self-adjust to achieve a fixed partial pressure ratio, and accuracy to meet the current five percent or less. After closing down or over-current protection, with memory parameters can be, since the recovery.1 方案论证与比较 (3)1.1系统方案论证 ..................................................................... 错误!未定义书签。
题目:开关电源并联模块电流分配方案(电力线载波)摘要该单片机系统可将所要传输的信息叠加到电力线路上进行远距离可靠、高效的输送,避免了信号传输线(例如网线)的铺设,实现数据通讯,经济、便利,有利于电力部门资产管理,具有投资短、见效快,与电网建设同步等优点。
1. 系统方案系统由两片并联的DC/DC控制芯片TPS5430组成,通过引入电压反馈环路来调节两个模块的电流比和负载电压。
系统的主控制器采用超低功耗的MSP430G2231单片机。
采用TI的低功耗的电流采样芯片INA168对分支电流进行检测,通过16位数模转换芯片AD7705采集分支电流和DC/DC输出电压,使用256级的数字电位器MC4100,配比DC/DC反馈网络,进而控制和稳定分支电流比和负载输出电压。
2. 系统硬件设计详细介绍系统各个模块的硬件实现过程,说明采用关键器件的理由及关键部分的原理图(不得大量复制原理图,更多用框图的方式示意,仅对能体现工作量和创新的部分提供原理图,评委有权对滥用原理图的论文扣分)3. 系统软件设计利用两台LaunchPad G2231的UART接口实现电力线上的半双工通信,LaunchPad A先发一个信号,LaunchPad B 接收到该信号后延时一段时间(65ms)再回复一个,然后再延时一段时间(65ms),A接收到信号以后再延时一段时间,然后再发一个信号,循环往复。
LaunchPad A流程图NYLaunchPad B流程图N Y4. 系统创新系统的创新之处在于使用了电力线载波技术,实现两个并联模块的通信。
使用MSP430F2121产生一个1.1MHZ的方波,将单片机的UART_TX端口通过或门74LVQ32、与门74LVQ14、三极管Si2302DS将UART_TX信号进行调制成峰峰值为200mv~800mv的载波。
接收端通过OPA2365和BAT54CLT1对已调制的信号进行检波放大整形,接收端连接MSP430G2231单片机的UART_RX 。
开关电源模块并联供电系统(A题)设计报告摘要:此开关电源模块并联供电系统采用MC34063为主控制器,构成输出电压可调的DC-DC变换器。
由MC34063构成DC-DC模块,由MC34063与外部功率开关构成它激式单管降压型DC-DC变换器应用电路。
经过滤分流控制电路额定输出电压值。
一、方案设计与论证方案1:主模块采用自激型推挽式直流变换器,调整初、次级线圈绕组,从而得到要求输出电压值。
方案2:由MC34063构成DC-DC模块,由MC34063与外部功率开关构成它激式单管降压型DC-DC变换器应用电路。
论证:理想状态方案1 在低输出电压情况下转换效率较低,而且电路易产生不平衡。
选用方案2可以通过两个外部电阻组成分压器来调节,输出电压由2%精度。
MC34063内部的输出级含有一个中功率的开关管,所以不需要外加功率管就能直接构成中功率的DC-DC变换器。
大大简化电路的设计。
选定:方案2二、电路设计1. DC-DC单元电路设计如图,R6为采样电阻,参考电压为 1.25V。
要使输出电压为8V,只需满足1.25/(8-1.25)=R6/R5.2.过流、和分设计在输出端回路上串联一个0.1欧姆的电阻,用放大器采集其对地电压,单电流等于1.5A 时,采样电阻上的电压为0.0.15V,放大到放大到74573的高电平后输出高电平,控制模块2分流电路上的开关管,从而起到分流作用。
当0.1欧姆上电阻上的电流为4.5A时。
压降为0.45V,放大为高电平后接到反相器7404上使其输出低电平,后控制快关管关闭,当电流低于405A时,反相器输出高电平,电路自动恢复工作状态,从而起到过载保护作。
三、测试方法与测试结果对模块一和模块二进行电压测试,两模块输出点压为8.0+-0.1,四、讨论通过使用MC34063,充分了解其性能及特性,利用其构成的主控制电路可很好地完成任务的基本要求。
在电路设计、制作过程中也产生诸多错误,有些没能很好得以解决,以致在电路测试过程中任务要求存在些偏差。
摘要本设计以单片机作为核心,辅以Buck电路、数字电位器作电流采集、光耦电路等电路,实现了一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的开关电源模块并联供电系统的设计。
系统输出电压8V稳定,两个模块电流可以按固定比例输出,供电系统效率达到60%以上。
期间,我们解决了输出电压稳定问题、双路开关电源并联均流及非均流问题、通过单片机对电流及电压进行AD采样问题等问题。
本系统具有调整速度高、精度高、散热性好等特点,保证了系统稳定性。
关键词:开关电源并联供电AbstractThis design is based on the MCU as the core, supplemented by Buck circuit, digital potentiometer for current collection, optocoupler circuit, has achieved a two rating output power is 16W 8V DC / DC module switching power supply module parallel power supply system design. The output voltage of 8V stability, two current module can be fixed scale output, power supply system efficiency can reach above 60%. During the period, we solve the output voltage stability problem, dual switching power supply parallel current equalization and non-uniform flow problem, through the single-chip microcomputer to current and voltage of the AD sampling and other problems. The system has a high tuning speed, high precision, good heat dissipation characteristics, to ensure the stability of the system.Keyword:Switch Power supply Parallel connection Power supply目录摘要 1一、方案论证 31.方案比较与选择 3(1) DC/DC模块 3(2)控制方式设计 32.系统总体方案描述 4二、理论分析与参数计算 51.DC/DC变换器稳压方法 52.电流电压检测 63.均流方法 64.过流保护 6三、单元模块设计 61.DC供电模块设计 62.电压电流反馈电路设计 63.单片机控制电路设计74.控制算法设计75.主要器件介绍 7四、系统测试及结果分析81.测试方法与仪器82.测试结果分析83.产生偏差原因 94.改进方法9五、总结9 参考文献9附录10一、 方案论证1. 方案比较与选择根据题目要求,调整负载电阻至额定输出功率状态,供电系统保持输出电压0U =8.0±0.4V ,保证供电效率不低于60%,使两个模块输出电流之和0I =1A 且按I1:I2= 1:1 模式和0I =1.5A 、5.1:1:21 I I 自动分配电流。
对此,我们考虑以下几种方案:(1) DC/DC 模块:在大功率DC /DC 开关电源中,为了获得更大的功率,特别是为了得到大电流时,经常采用N 个单元并联的方法。
多个单元并联具有高可靠性,并能实现电路模块标准化等优点。
方案一:电流源并联模式。
由两路可控电流源并联,通过开关控制其给系统供电。
方案二:纯BUCK 电路并联模式。
由两路独立的BUCK 电路并联控制系统输出,给系统供电。
方案三:BUCK 电路加防环流设计。
BUCK 电路可以方便地用单片机控制电压输出,并联供电也没有电流源的互相干扰输出的情况。
结合防环流设计的BUCK 电路能很好地实现非均分电流输出。
在这里,我们选择方案三。
(2) 控制方式设计:方案一:利用PWM 专用芯片产生PWM 控制信号。
此法较易实现,工作较稳定,但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。
方案二:采用单片机产生PWM 控制信号。
让单片机根据反馈信号对PWM 信号做出相应调整以实现稳压输出。
这种方案实现起来较为灵活,可以通过调试针对本身系统做出配套的优化,有利于提高精度。
综合比较,我们选择方案二。
2.系统总体方案描述本系统采用单片机作为数据处理和控制核心,辅以Buck电路、数字电位器作电流采集、光耦电路等电路,系统输出电压8V稳定,两个模块电流可以按固定比例输出,供电系统效率达到60%以上。
将设计任务划分为DC/DC供电模块设计、电压电流反馈电路设计、单片机控制电路设计、控制算法设计。
系统整体框图如下:二、 理论分析与计算稳压原理:输出电压通过电阻分压于基准电压ref V 比较,其差值通过误差放大器放大为E V ,通过PWM 波调整,从而稳定电压。
电流测量:电流检测采用在主电路中串接1欧电阻然后通过AD采样测量电阻两端电压实现,为了能检测两路电流,采用固态继电器切换AD采样电路。
电压检测由于目标电压为8V,故加装减法器降低被采样电压再输入到单片机。
均流方法:要控制电流比例关系,就要求电路中必须对各自输出的电流进行采样,通过数字电位器放大,当要实现1:1的输出电流比例关系时,两路电源的该环节放大倍数一样,当要实现其他比例关系时,则将两路电源的该环节放大倍数进行调整,同时可监测输出电流确定。
过流保护:是电流超过设定值(包括输出短路)的时候,保护电路工作,变换器工作中止。
三、单元模块设计1.DC供电模块设计在输入电压和效率已确定时,使得该DC/DC模块必须要用开关电源方式实现,由于没有限制一定要隔离输出,所以考虑使用BUCK结构实现。
同时采用IRF840电源芯片,通过光耦隔离与单片机PWM输出端相连。
为了防止环流产生,在并联输出端接一个大电容,从而实现了控制最大2A电流输出。
2.电压电流反馈电路设计电流检测采用在主电路中串接1欧电阻然后通过AD采样测量电阻两端电压实现,为了能检测两路电流,采用固态继电器切换AD采样电路。
电压检测由于目标电压为8V,故加装减法器降低被采样电压再输入到单片机。
3.单片机控制电路设计假设1:1均流工作,加入1路输出电流偏大一点,由于1路和2路放大倍数电位器设定一样,则比较环节运放1输出高电压将其FB拉高,其开关电源输出要相应降低,则其输出电流也要相应降低。
同时由于2路电流输出相对来说教小,运放B的输出电压较低将模块2的FB拉低,从而导致其PWM占空比加大,输出电压抬升,自然其电流也就抬升了。
4.控制算法设计本系统控制算法采用增量式控制,其主要思路为:(1)信号检测,获得I1、I2、U(2)所获信号和8V电压对比,按设定比例同时增减U1和U2(3)根据当前I1、I2的比值和目标比值对比,相应增减U1或者U2(4)重复第一步。
5.主要器件介绍AT89S51单片机的功能特点:AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4kBytes 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点:40个引脚;4k BytesFlash 片内程序存储器;128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM );32个外部双向输入/输出(I/O )口;5个中断优先级2层中断嵌套中断;2个16位可编程定时计数器;2个全双工串行通信口;看门狗(WDT )电路;片内时钟振荡器。
四、 系统测试1. 调试方法与仪器 调试仪器: Xxxx 示波器 Xxxx 万用表 调试方法:(1)基于万用表检测的数据修正AD 采样电压值。
(2)测试输入电压和电流,d U ,d I 和o1U ,o1I 效率odP P η=,其中 o o1o1P U I =⋅,d d d P U I =⋅。
软件调试:本程序较大,因此采用C51语言编写。
采用自下而上的调试方法,先调试功能电路,再调试整个系统。
在调试过程中与硬件的调试相结合,从而提高了调试效率。
2. 测试结果及分析 条件:V U IN 24=数据分析:由实验结果可以看出基本指标达到题目设计要求,系统稳定可靠。
3.产生偏差的原因(1)采用的器件参数的是典型值,但实际器件的参数具有明显的离散性,电路性能很可能因此无法达到理论分析值。
(2)电路的制作工艺并非理想的,会增加电路中的损耗。
4. 改进方法(1)使用性能更好的器件,减小产生的偏差(2)改善电路制作工艺,提高效率。
五、总结本电路结构合理,功能齐全,性能优良,除个别指标外均达到了题目要求。
由于时间紧张,任务较为繁重,本电路尚有不足之处。
这也是我们以后努力改进的方向。
开关电源模块并联供电系统设计已接近尾声, 在整个设计过程中所出现的一系列问题,使我受益颇丰。
在硬件的做板过程中,由于理论与实践知识水平都有限,所以出现了元件布局不恰当。
焊接时制作工艺较粗糙,经常出现问题,排除起来比较麻烦。
在调试过程中,硬件电路出现很多的问题,特别是对各种芯片的不熟悉,造成芯片的连接发生错误。
在此期间,我们付出了很多,也收获了不少,从最初的连Protel这个最基本的制板工具都不会到现在的可以很熟练的做出自己满意的PCB,再到对51单片机深入的了解,使自己对电子制作积累了一定的基础,通过自己的动手,更是加深了以前对专业知识的学习与理解。
希望以后在这方面还有更深入的发展。
参考文献[1] 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计.北京:电子工业出版社.2011[2] 张占松.开关电源的原理与设计.北京:电子工业出版社.2004[3] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作.北京:北京航天航空大学出版社.2011.附录一元器件清单AT89S51单片机一片,另外AD620、电阻、电容、电感等器件若干。
附录二系统原理图1.采样2.系统原理图11。