电子设计大赛报告.doc

开关电源模块并联供电系统摘 要开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。系统以相同LM2576模块电路并联达到稳定供电，其中以芯片LM2576高效率可调低纹波电路为核心，以芯片LM2576为主控制器，以芯片LM2576内部自带元件为PWM信号发生器，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现输出电压高效可靠连续可调。同时系统具有输出过流保护和输入欠压保护功能，且可以实现对输入电压、输出电压和输出电流的测量和检测。关键词：LM2576、闭环控制、欠压保护、信号反馈目 录第 1 章 方案论证与原理设计11.1题目解析11.2 系统总体方案设计.11.3 DC/DC稳压模块方案11.3.1参数优化设计.21.4 负载短路保护方案31.5 整体方案框图3第 2 章 电路设计与参数论证42.1 电源模块并联系统42.1.1 原理电路52.1.2 电路元件参数设定52.2 负载短路保护模块52.2.1 原理电路6第 3 章 功能及性能测试63.1测试条件63.2 测试数据完整性73.3 测试结果分析7附录8参考文献.8第 1 章 方案论证与原理设计1.1题目解析根据命题要求，设计并制作一个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。主要性能指标有：（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%。1.2 系统总体方案设计根据题目要求，设计需要两部分组成：一、DC/DC降压模块。二、负载短路保护模块。1.3 DC/DC稳压模块方案DC/DC稳压模块是开关电源模块并联供电系统的核心部分，是决定各项设计指标的关键性因素。方案一、MC34063降压电路MC34063是一种开关型高效DC/DC变换集成电路，在开关电源中有着广泛的应用。此芯片电路频率可以根据实际需要进行设置，纹波电流小。但经实际搭接电路（如图1-1）其效率不够高，功耗高，抗辐射干扰弱，稳定性不够，不易满足本题要求。 图1-1方案二、LM2576可调降压电路LM2576-ADJ是单片降压式开关稳压器,由振荡器、取样放大器、比较器、PWM 调制器、功率开关等部分组成。其仅有5只管脚，大大简化了电路，且除具有线性电源范围宽连续可调的优点外,同时使电源效率得到了大幅度提高,在负载较轻时,不加散热器也能正常工作,又使整机的重量和体积有所减少，稳定性和精度都得到很大的提升。为更好达到题目所要求，由LM2576组成的降压电路将成为本题首选方案。1.3.1参数优化设计由于本题要求输出电压稳定，系统效率高，对两个电源模块并联共同输出要求误差小。因此我们必须考虑保证这些质量参数的优化方案。提高输出电压稳定性输出电压依题目应达到8V，为提高其稳定性，减小纹波，在设计时要充分考虑输入输出电容值得设定。提高电路带负载能力由于负载的接入，会引起输出电压的变化。为减小其变化需要找到匹配的电感值，不仅通过计算找到理论值还需要进行实际检测找到实际匹配值。电路效率的提升电源效率对于开关电路是一个重要的衡量指标，为提高功效率，除电感匹配外，还要考虑到焊接排版，需要紧凑合理。1.4 负载短路保护方案依题目要求电路具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有0.2A 的偏差）。由于开关电源模块的并接，通过分别在每个模块输出端串接一个0.02欧小电阻作为信号采样电阻，通过运放作为放大电路将采样信号放大后，利用加法器将两个电源模块放大后的采样信号进行叠加，此时将叠加的信号与基准进行比较，该基准通过预先计算，当输出电流达到4.5A时，每个模块的电流在采样电阻所产生的电压信号经放大叠加后的电压即为基准电压，通过与该基准比较，当大于等于该基准时，向芯片2576的5管脚输出一个大于1.3V的电压信号，使芯片的自身保护启动，让它自动关断，而当电流降低于4.5A时，芯片重新自动开通则完成负载短路保护及自动恢复功能。1.5 整体方案框图由以上分析我们可得出整机电路的基本结构方案框图如图1-2所示。电源24VLM2576电源模块LM2576电源模块取样电阻取样电阻负载信号放大、比较输出信号放大、比较输出反馈反馈图1-2第 2 章 电路设计与参数论证通过前一章的分析，我们要想获得一个高性能的DC/DC开关电源模块并联供电系统，主要是设计好LM2576电源模块，负载短路保护电路。本章详细的介绍了各部分功能电路的设计思想和原理。2.1 电源模块并联系统上一章分析了影响电源模块输出的各种不稳定因素和电路基本功能方案，因此应通过适当地选择元器件、合理地布线，使各种不利因素的影响尽量减小，从而提高电源模块的整体性能。2.1.1 原理电路图2-12.1.2 电路元件参数设定输入端电容的选择原则可按IOM1000uF/A 经验公式进行估算,即每输出1A电流就对应于1000uF 的电容量,耐压为63V 即可。续流二极管的选择,正向额定电流必须大于负载电流,耐压值必须大于输入电压。 贮能电感的计算,按如下公式计算。L=Vo/(f*Iomin)*(1-Vo/Vi)其中Vi为LM2576-ADJ输入不稳定的直流,Iomin为开关稳定器输出电流的最小值,f 开关管工作频率。 输出端滤波电容的计算, 按如下公式计算。其中Vo 为开关稳定器输出电压纹波分量。 C=Vo/(8Lf*f*Vo)（1-Vo/Vi）2.2 负载短路保护模块负载短路保护模块通过运放将采集得到的信号放大，叠加，比较后反馈到LM2576芯片五角处，当负载电流超过4.5A时，芯片关断。2.2.1 原理电路图2-2第 3 章 功能及性能测试3.1测试条件测试环境竞赛实验室，常温常湿常压。测试仪器BM9205 万用表、WYJ302B2型晶体管直流稳压电源。测试方法用万用表接于电源输出，调整出一个24V直流电后关断，将电源输出端与电路输入端相接，将万用表调至20V档位，接于电路输出端，在确定接线无误后，将电源打开供电，此时记录万用表示数和稳定性；当空载测定完毕后，再分别在DC/DC各个模块输出端接电流表，电流表为万用表调至直流10A档位，测定输出电压的万用表不变，此时依次接8欧负载，4欧负载，3欧负载，并依次记录万用表示数。以上测完后，接一个能产生大于或等于4.5A负载电流的负载电阻，接通看其是否自行关断后自动回复。3.2 测试数据完整性负载电阻R（）843输出电压U（V）输出电流I1（A）输出电流I2（A）输出电流I0（A）输入电流I（A）过流保护电流是否关断3.3 测试结果分析本系统以芯片2576为控制核心部件，利用此芯片实现DC/DC降压电源电路，并保证了开关电源的高效率及稳定性，通过模块等同输出确保电源模块并联后能稳定输出；利用LM2576的5脚电压高于1.3V时芯片关断，即通过在开关模块输出端接采样电阻进行信号采样，通过LM324组成的信号放大、信号叠加和与基准比较将过流信号输给LM2576的5脚，来控制其关断。通过最终的测试基本实现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，并把效率提升至86%左右，双模块电源输出电流在误差允许的范围内实现I1:I2=1:1 模式自动分配电流，且保证负载电流达到4.5A时进行关断保护。虽然系统不够完美，但基本能实现各项参数指标，部分性能优越稳定可靠。参考文献：1清华大学电子学教研组. 模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2006.5.2刘树林 程红丽. 低频电子线路. 北京：机械工业出版社，2007.8.3康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999.4韦建英. 模拟电子技术. 北京:中国人民大学出版社，2000.5高吉祥. 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程. 北京：电子工业出版社，2007.5.6黄智伟. 全国大