开关电源模块并联供电系统的设计报告.doc

开关电源模块并联供电系统摘要基于电路设计的基本要求，开关电源模块并联供电系统电路主要由两个并联DC/DC模块（额定功率16W、输出电压8V）、稳压二极管、负载电阻等电路模块组成。该系统选择由以LM2576集成块为主要部件的 DC/DC模块来实现DC/DC变换稳压，外围元件极少，转换效率高，选用小导通电阻，选用快速恢复二极管进行整流，降低损耗，防止反向电流导通造成短路从而烧毁供电系统。通过试验验证，本电路实现了设计要求的全部基本指标，并且该DC/DC转换效率可达到75%。但因时间仓促，本电路设计还有诸多不足，各项设计指标有待进一步提高。一、系统方案设计与论证1. 设计思路基于题目的要求，可以采用图1所示的方案。该系统主要由以LM2576集成块为中心组成的16W的8V DC/DC变换器，负载电阻等电路模块组成。DC/DC变换模块实现24V DC变压为8V DC，该模块同时实现了输出电流过流保护功能；同时，通过对负载电阻的调节可以逐步实现该系统的设计要求和功能要求。图1 系统方案图2. 方案的论证2.1 DC/DC变换模块本模块的设计要求是进行降压变换，因此该模块采用由LM2576以集成块为中心组成的16W的8V DC/DC模块进行降压变换 。该降压变换电路结构简单，由电容，电感，二极管，电阻等元件组成，便于进行电路设计。而且该降压变换电路稳压性能好，并且转换效率高。其原理图如图2所示：图2 变换器原理图该变换器最高输入电压为50V，输出电压汇范围为5.1-40.0V连续可调，额定电流为2.5A，变换效率为90%，脉冲占空比可以在0-100%内调整。2.2控制方法及实现方案本小组为该系统设计两种方案:方案一：单片机来实现整个系统的功能。该方案的优点：布线简单，硬件设计时间短；该方案的缺点：（1）软件的编程工作量大，难度大；（2）所有的功能都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高，加之硬件筹备比较困难；（3） 该设计要求对DC/DC变换器实现PWM控制的开关频率至少要为100HZ，在单片机上难于实现；方案二：由DC/DC变换器和负载的调制共同实现整个系统的功能。 该方案的优点：（1）控制系统的实现无需软件编程，难度不大；（2）用调节负载的方式实现整个系统的设计要求相对容易，且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好；(3)系统中没有单片机控制的任务，因此我们不用筹备要求很高的单片机硬件资源，从而减少资金的投入，提高性价比。该方案的缺点：（2）电路板的布线焊接工作量较大。（3）对负载有一定的要求。经过方案比较与论证，本小组最终选择方案二DC/DC变换器和负载的调制共同实现整个系统的功能。整个系统的组成框图如图3所示，直流电压的降压变换直接由DC/DC变换模块来实现，各路电流的比值直接由负载电阻的调制来实现，同时为了防止直流电源并联供电时可能产生回流从而缩短元件寿命，我们在电源1和电源2上分别串联一个二极管（IN5822）。图3 系统的组成框图二、理论分析与参数计算根据设计要求，DC/DC变换器的输入电压Vs=24V，输出电压Vo=8V，由此分别计算电感，电容，二极管的参数：（1）实现I1:I2=1:1，I0=1.0A；调节U1使输出电压为8.4V；调节U2使输出电压为7.6V，由基尔霍夫定律得： 8.4=0.5R1+R2 （1） 7.6=R2 （2）得到 R1=1.6；R2=7.6；将所需负载接入电路则可实现。（2）实现I1:I2=1:2，I0= I1+I2 =1.5A；调节U1使输出电压为8.4V；调节U2使输出电压为7.6V。由基尔霍夫定律得： 8.4=0.5R1+1.5R2 （3） 7.6=1.5R2 （4）得到负载 R1=1.6；R2=5.1；将所需负载接入电路则可实现。（3）实现I1:I2=1:1, I0= I1+I2=4A。调节U1使输出电压为8.4V；调节U2使输出电压为7.6V，由基尔霍夫定律得到： 8.4=2R1+4R2 （5） 7.6=4R2 （6）得到负载 R1=0.4；R2=1.9；将所需负载接入电路则可以实现。三、系统电路设计1. 模块功能的简介该模块（如图2所示）采用了以LM2576集成块为中心组成的16W的8V DC/DC模块进行降压变换。该降压变换电路结构简单，由电容，电感，二极管，电阻等元件组成，便于进行电路设计。该模块实现了24V DC变压为8V DC，而且该降压变换电路稳压性能好，转换效率高，并且该模块还具有自动限流保护功能，当电路中通过的电流超过该电路所能承受的最大电流时，该电路会自动进行过流保护。2. 电路设计基于题目的要求，该系统主要由两个以LM2576集成块为中心组成的16W的8V DC/DC变换器、稳压二极管、负载电阻等电路模块组成。16W的8V DC/DC变换模块实现24V DC变压为8V DC, 稳压二极管实现了输出电流过流保护功能；同时，通过对负载电阻的调节可以逐步实现该系统的设计要求和功能要求。具体电路图如图五所示：图5 系统具体调节电路图上图中U1为16W的8V DC/DC变换模块一的输出电压，U2为16W的8V DC/DC变换模块二的输出电压。3. 功能器件（LM2576）简介 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1k（可调-ADJ时开路），R2分别为1.7k（3.3V）、3.1k（5V）、8.84k（12V）、11.3 k（15V）和0（-ADJ），上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。四、测试方案与测试结果1. 测试方法测试所用主要仪器有：能提供24V的稳压电源，电流表（2个），电压表（2个），滑动变阻器（2个），定值电阻（1个），导线若干，将所制成的电路装置按要求接在24V的稳压电源上，并调节滑动变阻器使电路中各支路的电流满足题中的要求。则说明测试成功，电路能达到要求；反之则制作失败。2. 测试结果 本次实验设计测试结果如表1所示：表1 实验测试结果I0(A) 11.54I1 (A)0.50.52.0I2(A)0.51.02.0R1 () 1.61.60.4R2()7.65.11.95、 报告总结 通过参加本次设计制作，使小组各成员积累了许多电路设计的思路、熟悉并掌握了很多制作电路的技巧，对电子设计制作有了新的认识。但由于所学知识有限，小组成员对电路的分析不够透彻，对电路的制作不够熟练，