开关电源模块并联供电系统

1、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莫块构成的开 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

2、, 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 sc

3、ale 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 an

4、d 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 supply1目录9102910#摘要一、 方案论证1. 方案比较与选择(1) DC/DC 模块( 2 ) 控制方式设计2. 系统总体方案描述二、理论分析与参数计算1. DC/DC变换器稳压方法2

5、. 电流电压检测3. 均流方法4. 过流保护三、单元模块设计1. DC供电模块设计2 电压电流反馈电路设计3. 单片机控制电路设计4. 控制算法设计5. 主要器件介绍四、系统测试及结果分析1. 测试方法与仪器2. 测试结果分析3. 产生偏差原因4. 改进方法五、总结 参考文献 附录13333455666666777888999910#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U 0=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I0=1A且按11:12=1:1模式和l0=1.5A、1/12 =1:1.5自

6、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!路并联模式。由两路独立的BUCK!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。BUCKt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!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

7、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言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

8、控制电路设计、控制算法设计。系统整体框图如下：圏1两个DQDC模块并联供电系统丄电路示意图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 Vyf比较，其差值通过误差放大器放大为Ve,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

9、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

10、，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 、

11、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AT89S5单片机的功能特点：AT89S5是一个低功耗，高性能CMOS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ATME公司的高 密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-5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ISPFIash存储单元，功能强 大的微型计算机的AT89S5可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S5具有如

12、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,Ud，Id和Uo1，Io1效率=P，其中PdP =Uo1 Io1， Fd =Ud Id。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

13、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：Uin =24V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

14、。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。