开关电源模块并联供电系统-文献综述

开题报告（文献综述）1.引言随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济各行各业。各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，开关电源向更大功率方向发展。研制各种各样的大功率、高性能的开关电源成为趋势。但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的最大输出功率只有几千瓦，但实际应用中往往需用几百千瓦以上的开关电源为系统供电。因此，大功率电源系统需要用若干台开关电源并联运行，以满足负载功率的要求。而且，社会发展越来越迅速，新能源被广泛应用，最典型的有风力发电、太阳能等。光伏产业也发展迅速，就拿太阳能发电来说，由于技术上的原因，太阳能的转化效率还是很低，因此每个电池板的能量很小，因此单个的电源往往不能满足人们的各种需求。因此，采用多个电源模块并联供电，不但可以提供所需电流，而且还可以形成Nm冗余结构，提高了系统的稳定性，可谓一举两得2。但是，在电源模块并联运行时，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻。这将使系统的稳定性降低，会给我们的生产和生活带来严重的后果，而且电源模块自身的寿命也会大大缩短。国外有资料表明，电子元器件在工作环境温度超过50时的寿命是在常温（25）时的1/6。因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题。因为对于电子产品而言，系统的稳定性往往是一个很重要的因素。对于并联电源而言，要提高系统的稳定性，使各并联电源模块的输出电流平均分配是一个必须要解决的问题3。在本次设计中，电子测量技术、单片机原理及应用，以及模拟/数字信号处理等的多种学科技术知识的综合运用1。通过本设计，提高本专业各学科综合知识的实际运用能力，与此同时也提高自身的分析能力与实际动手能力，增强自身对设计的科学性、系统性、及全面性的理解。通过此次设计，能较好的掌握硬件电路的设计的工作流程，进一步体会汇编语言与C语言编写程序的优缺点5。2.正文2.1课题发展与展望目前我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐被淘汰。国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型磁性材料和新型变压器的开发、新型电容器和EMI滤波器技术的进步以及专用集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了EMC性能。微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，适应了市场对其智能化的要求3。总之，回顾开关电源技术的发展过程，可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大势所趋，也是今后的发展方向。而开关并联供电这几年也随着光伏产业以及电子产品的发展，也迅速发展并被广泛应用到各个领域。像电动自行车、逆变焊机、电镀金等和一些大功率供电场合，都用到了这项技术。而单片机也是未来发展的一个方向，本次设计中用单片机进行控制，与其他类似的设计相比就有了很多的优点8。对于电子产品而言，系统的稳定性往往是一个很重要的因素。对于并联电源而言，要提高系统的稳定性，使各并联电源模块的输出电流平均分配是一个必须要解决的问题。目前，国内外有几种比较传统的并联均流方案，像下垂法、主从电源法、自动均流法和最大电流法、外部控制器法等等。但目前国家级上使用较多的是主从控制法，而美国Unitrode公司以最大电流法为基础开发出的UC3907系列芯片，由于其简单的结构，强大的功能，也获得了广泛的应用。随着单片机及DSP技术的迅速发展，现在可以用它们来控制并联的电源模块均流，效果很好。不过由于芯片造价较高，而且自身A/D及D/A精度不够，若想得到理想的参数，还须外加专门的A/D及D/A芯片，所以还没有广泛普及。2.2本课题的设计任务、基本要求与指标、设计思路一、设计任务设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统，其组成框图如图1所示。图1两个DC/DC模块并联供电系统组成框图二、基本要求与指标（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压UO=8.00.4V。（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60%。（3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.0A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绝对值不大于5%。（4）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.5A且按I1:I2=1:2模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。（5）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使负载电流IO在1.53.5A之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.52.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。（6）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，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%。三、设计思路题目要求制作两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统，输出额定电压不变，两个模块的电流能根据负载的不同进行自动分配，且不能使用线性电源及产品的DC/DC模块。LM2596是一个集成的开关电压调节器，外部电路简单，合理的选择外部电容电感等原件，就能实现输出额定功率16W电压为8V的DC/DC模块。由于输出电流要实现自动分配，仅仅通过简单的并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。所以必须对电流电压检测后使用均流方法对两个模块的电流进行均流调控7。本次设计采用模块儿划分的方法进行设计，将整个系统分为以下几个模块儿：DCDC模块、单片机控制电路模块、电压电流检测模块和显示模块。本系统采用STC12C5A60S2作为主控制器,由LCD1602显示。采用开关电源LM2596芯片作为开关管对输入电压进行降压控制。同时单片机控制AD芯片对充电电流回路里取样，经AD转换后显示相关的电压电流值。系统框图如图2所示：DC/DC辅助电源DC/DC控制器STC12C5A60S2电流控制模块电流控制模块输出LCD液晶显示按键图2整体系统框图系统的整体结构如图2所示。24v直流直接经并联的DC-DC开关电源模块降压到8v给负载供电。单片机控制系统利用AD转换芯片对两路的电流和负载的电压进行采样，并采用合适的分流算法去改变两路开关电源的输出电流。当输出电流大于保护设定值产生过流保护信号切断主电路，然后延时通电并过流检测，直到电路恢复正常为止。2.3课题设计分析一切用电设备都离不开电源，而用电设备对供电电源的要求随着科学技术的发展不断提高。供电电源总体上分为交流电源和直流电源两大类。从发电厂生产的交流电源经变压器升压后，有交流和直流两种高压输电方式。交流输电方式是直接将升压后的交流电通过三相三线传输，终端通过变压器降压后供给用户；直流输电方式是将升压后的高压经过整流（AC-DC变换）变成直流电压，通过正负两线传输，终端再将直流逆变成交流电压（DC-AC变换），通过变压器降压后供给用户。直流输电的优点是节约输电成本，减小无功损耗。直流输电方式就是电源变换的实际应用之一。无论是交流输电还是直流输电，在用户终端都是交流电源6。参考文献1.张凌云.模拟电子技术.西安电子科技大学出版社，20082.张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计.电子工业出版社,2002年3.张占松.开关电源的原理与设计.电子工业出版社,2004-09-014.曹磊.单片机