開關電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)主要參考技術報告實物有改動

1、-Hefei University電力電子技術綜合實驗 工程名稱：開關穩(wěn)壓電源設計 毛燦成 1105022044 杰 1105022039 榮敏 1105031002 指導教師：為堂 完成時間： 摘要本作品以ATmega128單片機以及TL494控制器為核心，采用兩個電流反應和一個電壓外反應的方式實現(xiàn)高精度，任意比例的均流功能；采用雙MOS管同步Buck降壓電路使DC/DC的轉換效率到達80%左右；利用軟件的控制算法使得輸出電壓誤差小于30mV，均流誤差小于0.25%，根本完成任務要求的所有功能。本供電系統(tǒng)高效、低功耗、制作簡便等優(yōu)點。關鍵詞：開關電源；PWM波；降壓；均流；電壓電流反應一、系

2、統(tǒng)總體設計設計要求制作一個由兩個額定輸出功率均為16W 的8V DC/DC模塊 構成的并聯(lián)供電系統(tǒng)，根據(jù)題目要求將兩個開關電源并聯(lián)保證輸出電壓是 8V,還可以通過預置電流比實現(xiàn)在一點圍電流的自動分配。系統(tǒng)原理框 圖如下。圖1 系統(tǒng)原理框圖2、 系統(tǒng)方案論證與比擬對于本系統(tǒng)來說難點在于DC/DC的拓撲構造的選擇以及怎么實現(xiàn)電流的自動分配。因此接下來將著重分析這兩個難點。2.1 DC/DC的控制模塊 DC/DC的拓撲構造選擇根據(jù)題意，DC/DC的輸出電壓小于輸入電壓，因此我們采用降壓拓撲Buck構造。 方案一：采用傳統(tǒng)的Buck電路，其具有制作簡單，方便的優(yōu)點，但電路中含有一個二極管，二極管需要消

3、耗能量，特別是在此題這種大電流的環(huán)境下，其本身會消耗較多能量，使得電路的轉換效率降低。 方案二：在傳統(tǒng)的Buck電路的根底上將二極管換成MOS管，組成雙MOS管同步Buck降壓電路，雖然電路較傳統(tǒng)電路復雜，但是能有效的減低電路自身消耗的能量，是的電路的轉換效率提高。 綜上所述，我們選用方案二，以提高電路的轉換效率。 MOS管的選擇方案一：選用IRF540，它是大電流30A、較高耐壓100V、低導通電阻0.077的N溝道場效應管。 方案二：選用IRF3205，IRF3205采用先進的工藝技術制造，具有快速的轉換速率，鞏固耐用。最重的是它有比IRF540更低的導通電阻。 由于此題對供電系統(tǒng)的效率要

4、求比擬高，綜合各種因素，最終MOS管選用IRF3205。 2.2 均流的方案選擇由于題目中要求本并聯(lián)供電系統(tǒng)實現(xiàn)在一定圍電流的自動分配，因此需要均流控制。 方案一：輸出阻抗法即Droop(下垂，傾斜)法，調(diào)節(jié)開關變換器的外特性傾斜度(即調(diào)節(jié)輸出阻抗)，以到達并聯(lián)模塊接近均流的日的。這種方法是一種簡單的大致均流的方法，精度比擬低。 方案二：最大電流法，每路電流通過一個二極管連到一條公共母線上。這種方法其實質(zhì)是一種"均流方法，電流最大的那個模塊自動成為主模塊，其他模塊為從模塊，以它為參照進展均流調(diào)整，從而"自動主從控制。但均流母線上的電壓相等，自由設定電流比技術難度較大。方案三

5、：雙層環(huán)路法，單個開關電源模塊實質(zhì)為電流源，因為電流源可以直接并聯(lián)，并聯(lián)之后電壓穩(wěn)定，且總電流即兩支路電流之和。故可直接設定兩支路的電流比。綜上三種方法，結合題目對各項指標的要求，首先不用方案一，因為其精度較低，達不到題目提要求；方案二實現(xiàn)電流比自由設定有較大難度；應選擇方案三，即雙層環(huán)路法。3、 理論分析和參數(shù)計算本系統(tǒng)中主要的參數(shù)計算在DC/DC模塊的并聯(lián)，因此在理論分析和參數(shù)計算這局部將圍繞電源并聯(lián)展開。電源并聯(lián)原理圖如下圖2 電源并聯(lián)原理圖如上圖所示根據(jù)基爾霍夫定律可知1 234假設設 即可得： (5)6當時 (7)當時 8 (9)根據(jù)上述分析，系統(tǒng)由兩個DC/DC模塊并聯(lián)而成，每一路

6、都相當于電流源，通過控制各自的輸出電壓使得輸出電流產(chǎn)生相應變化。故通過控制DC/DC模塊的輸出電壓可實現(xiàn)電流按任意比例自動分配。4、 電路與軟件設計3.1 硬件設計主電路設計本系統(tǒng)主要是由兩個一樣的DC/DC模塊并聯(lián)而成，每一路DC/DC模塊均相當于一個電流源，通過自身反應穩(wěn)定輸出電流，外部電壓反應穩(wěn)定輸出電壓。其電路圖如下。從電路圖中可知，該電路主要由ATmega128單片機，電壓控制芯片TL494，開關管IRF3205及其驅動器IR2109組成。圖3 主體電路 電流采樣電路設計本開關電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)中各個電路的電流及電流比例依賴于對輸出電流的準確反應和測量，所以本次需要電流采樣，此次利

7、用霍爾傳感器進展電流采樣，霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器 ，它具有精度高、線性度好、寬帶寬、可以測量任意波形的電流和電壓等優(yōu)點。本設計中選擇的型號為TBC06DS，其部構造圖和伏安特性曲線如下列圖所示圖4 部構造圖圖5 伏安特性曲線 從上圖可知，當電流在一定圍時，TBC06DS的輸出電壓與采樣電流有如下關系：(10)通過這種轉化可以將電流反應給單片機。 系統(tǒng)供電電路設計根據(jù)題目要求，不允許使用線性電源，且供電系統(tǒng)含測控電路均由提供，因此我們需要一個可以提供不同電壓的供電系統(tǒng)，根據(jù)所學和自身條件，選用了LM2596這種芯片，LM2596是一個可以提供各種降壓調(diào)節(jié)功能的單片集成電路，

8、能夠輸出3A的驅動電流，同時，有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。可以輸出3.3V、5V、12V的固定電壓和可調(diào)節(jié)的小于40V的各種電壓。供電系統(tǒng)電路如下所示：圖6 供電系統(tǒng) 3.2 軟件設計 設計思路本系統(tǒng)軟件局部主要是單片機對采集回來的電流電壓值進展數(shù)據(jù)處理，并作出相應的處理，使得的輸出電壓穩(wěn)定在8V；同時當電路中電流過大時，自動斷開電路起到保護電路的作用，并在一段時間后自動恢復。 軟件流程圖圖7 軟件流程圖5、 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)分析5.1測試儀器數(shù)控電源24V給系統(tǒng)供電，室溫環(huán)境下。表1測試工具序號名稱、型號、規(guī)格 數(shù)量 備注 出廠編號1數(shù)字示波器 1泰克科技中國 011502092 模擬示波器

9、1 507176S03數(shù)字萬用表 5 四位半，六位半萬用表4 直流穩(wěn)壓電源 1 080100825.2 測試方法與測試結果測試方法：在DC/DC模塊輸入端并聯(lián)一個電壓表和串聯(lián)一個電流表以測量輸入電壓和輸入電流，在兩路DC/DC模塊輸出端以及負載端分別串聯(lián)一個電流表測量電流和、，在負載兩端并聯(lián)一電壓表測量輸出電壓。（1） 輸出電壓和電源效率測量調(diào)節(jié)滑動變阻器，記錄下、。表2 測試結果1效率 (2) 輸出電流相對誤差測量調(diào)節(jié)滑動變阻器分別使得，；記錄下、 、。時，比例為;表3 測試結果2誤差1誤差2誤差3時，比例為；表4 測試結果3誤差1誤差2誤差3時，比例為;表5 測試結果4誤差1誤差2誤差3（

10、3） 負載電流IO 在1.53.5A之間變化，輸出電流相對誤差測量調(diào)節(jié)滑動變阻器使得；記錄下、 、。表6 測試結果5比例誤差1誤差2誤差31:11:21:34:3六、總結本次的課題是制作開關穩(wěn)壓電源，這對我們來說是個很大的考驗，之前沒有接觸過類似的題目，我只能從頭開場，我們通過翻閱資料，查看獲獎報告慢慢打牢根底，通過實踐慢慢積累經(jīng)歷。通過我們組一周的不懈努力，終于取得了一定成果本作品以ATemga128單片機以及TL494控制器為核心，采用兩個電流反應和一個電壓外反應的方式實現(xiàn)高精度，任意比例的均流功能；采用雙MOS管同步Buck降壓電路使DC/DC的轉換效率到達80%左右；利用軟件的控制算法

11、使得輸出電壓誤差小于30mV，均流誤差小于0.5%。但我們還有許多缺乏，通過此次培訓我們更加認識到自身的缺乏，我們將更加努力，更加堅韌。我相信我們組會越來越好的。參考文獻1銀花.電子線路設計指導 (第五版)M.:航空航天大學.2005.62朱力恒.電子技術實驗教程.(第五版)M.:電子工業(yè).2003.73康華光. 電子技術根底.(第五版)M.:高等教育.2003.44王志綱. 現(xiàn)代電子線路.(第五版)M.:清華大學.2003.7附錄附錄1 實物圖圖8 實物圖附錄2 電路原理圖圖9 單路DC/DC模塊 圖10 PWM控制電路 圖11 BUCK驅動電路附錄3 局部程序主程序*include<

12、iom128v.h> *include"delayms.h"*include"12864.h"*include"keyscan.h"*include"adda.h"*define uint unsigned int*define uchar unsigned chare*tern uchar key; /外部調(diào)用鍵盤值 擴展作用域void init() DDRA=0*00; /A口定義全部輸入用于矩陣鍵盤 PORTA=0*ff; /初始值賦值 1111 1111 DDRB |=0*E7; /1110 0111

13、 高三位用于DA2低三位用于DA用于支配2DC的電流 PORTB |= 0*E7; DDRE=BIT(0)|BIT(1); /E端口用于12864定義讀寫使能等信號端 init_12864(); /12864的初始化 DA1_conver(2550); /12位DA 04096這里取參考電壓4.096V ，每進1，電壓增加0.001V ，初始值給0.5A的1:1的電流 DA2_conver(2550); /根據(jù)霍爾電流傳感器的公式：Uout=0.1I+2.5 V 初始值給0.5A Uout為2.55V /故給DA 2550 就可以使DA輸出2.55V的電壓電流為0.5A display_string(0, 1," 開關電源 "); disp