开关电源模块并联供电系统主要参考技术报告实物有改动

1、-Hefei University电力电子技术综合实验 工程名称：开关稳压电源设计 毛灿成 1105022044 杰 1105022039 荣敏 1105031002 指导教师：为堂 完成时间： 摘要本作品以ATmega128单片机以及TL494控制器为核心，采用两个电流反应和一个电压外反应的方式实现高精度，任意比例的均流功能；采用双MOS管同步Buck降压电路使DC/DC的转换效率到达80%左右；利用软件的控制算法使得输出电压误差小于30mV，均流误差小于0.25%，根本完成任务要求的所有功能。本供电系统高效、低功耗、制作简便等优点。关键词：开关电源；PWM波；降压；均流；电压电流反应一、系

2、统总体设计设计要求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，根据题目要求将两个开关电源并联保证输出电压是 8V,还可以通过预置电流比实现在一点围电流的自动分配。系统原理框 图如下。图1 系统原理框图2、 系统方案论证与比拟对于本系统来说难点在于DC/DC的拓扑构造的选择以及怎么实现电流的自动分配。因此接下来将着重分析这两个难点。2.1 DC/DC的控制模块 DC/DC的拓扑构造选择根据题意，DC/DC的输出电压小于输入电压，因此我们采用降压拓扑Buck构造。 方案一：采用传统的Buck电路，其具有制作简单，方便的优点，但电路中含有一个二极管，二极管需要消

3、耗能量，特别是在此题这种大电流的环境下，其本身会消耗较多能量，使得电路的转换效率降低。 方案二：在传统的Buck电路的根底上将二极管换成MOS管，组成双MOS管同步Buck降压电路，虽然电路较传统电路复杂，但是能有效的减低电路自身消耗的能量，是的电路的转换效率提高。 综上所述，我们选用方案二，以提高电路的转换效率。 MOS管的选择方案一：选用IRF540，它是大电流30A、较高耐压100V、低导通电阻0.077的N沟道场效应管。 方案二：选用IRF3205，IRF3205采用先进的工艺技术制造，具有快速的转换速率，巩固耐用。最重的是它有比IRF540更低的导通电阻。 由于此题对供电系统的效率要

4、求比拟高，综合各种因素，最终MOS管选用IRF3205。 2.2 均流的方案选择由于题目中要求本并联供电系统实现在一定围电流的自动分配，因此需要均流控制。 方案一：输出阻抗法即Droop(下垂，倾斜)法，调节开关变换器的外特性倾斜度(即调节输出阻抗)，以到达并联模块接近均流的日的。这种方法是一种简单的大致均流的方法，精度比拟低。 方案二：最大电流法，每路电流通过一个二极管连到一条公共母线上。这种方法其实质是一种"均流方法，电流最大的那个模块自动成为主模块，其他模块为从模块，以它为参照进展均流调整，从而"自动主从控制。但均流母线上的电压相等，自由设定电流比技术难度较大。方案三

5、：双层环路法，单个开关电源模块实质为电流源，因为电流源可以直接并联，并联之后电压稳定，且总电流即两支路电流之和。故可直接设定两支路的电流比。综上三种方法，结合题目对各项指标的要求，首先不用方案一，因为其精度较低，达不到题目提要求；方案二实现电流比自由设定有较大难度；应选择方案三，即双层环路法。3、 理论分析和参数计算本系统中主要的参数计算在DC/DC模块的并联，因此在理论分析和参数计算这局部将围绕电源并联展开。电源并联原理图如下图2 电源并联原理图如上图所示根据基尔霍夫定律可知1 234假设设 即可得： (5)6当时 (7)当时 8 (9)根据上述分析，系统由两个DC/DC模块并联而成，每一路

6、都相当于电流源，通过控制各自的输出电压使得输出电流产生相应变化。故通过控制DC/DC模块的输出电压可实现电流按任意比例自动分配。4、 电路与软件设计3.1 硬件设计主电路设计本系统主要是由两个一样的DC/DC模块并联而成，每一路DC/DC模块均相当于一个电流源，通过自身反应稳定输出电流，外部电压反应稳定输出电压。其电路图如下。从电路图中可知，该电路主要由ATmega128单片机，电压控制芯片TL494，开关管IRF3205及其驱动器IR2109组成。图3 主体电路 电流采样电路设计本开关电源模块并联供电系统中各个电路的电流及电流比例依赖于对输出电流的准确反应和测量，所以本次需要电流采样，此次利

7、用霍尔传感器进展电流采样，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器 ，它具有精度高、线性度好、宽带宽、可以测量任意波形的电流和电压等优点。本设计中选择的型号为TBC06DS，其部构造图和伏安特性曲线如下列图所示图4 部构造图图5 伏安特性曲线 从上图可知，当电流在一定围时，TBC06DS的输出电压与采样电流有如下关系：(10)通过这种转化可以将电流反应给单片机。 系统供电电路设计根据题目要求，不允许使用线性电源，且供电系统含测控电路均由提供，因此我们需要一个可以提供不同电压的供电系统，根据所学和自身条件，选用了LM2596这种芯片，LM2596是一个可以提供各种降压调节功能的单片集成电路，

8、能够输出3A的驱动电流，同时，有很好的线性和负载调节特性。可以输出3.3V、5V、12V的固定电压和可调节的小于40V的各种电压。供电系统电路如下所示：图6 供电系统 3.2 软件设计 设计思路本系统软件局部主要是单片机对采集回来的电流电压值进展数据处理，并作出相应的处理，使得的输出电压稳定在8V；同时当电路中电流过大时，自动断开电路起到保护电路的作用，并在一段时间后自动恢复。 软件流程图图7 软件流程图5、 系统测试及数据分析5.1测试仪器数控电源24V给系统供电，室温环境下。表1测试工具序号名称、型号、规格 数量 备注 出厂编号1数字示波器 1泰克科技中国 011502092 模拟示波器

9、1 507176S03数字万用表 5 四位半，六位半万用表4 直流稳压电源 1 080100825.2 测试方法与测试结果测试方法：在DC/DC模块输入端并联一个电压表和串联一个电流表以测量输入电压和输入电流，在两路DC/DC模块输出端以及负载端分别串联一个电流表测量电流和、，在负载两端并联一电压表测量输出电压。（1） 输出电压和电源效率测量调节滑动变阻器，记录下、。表2 测试结果1效率 (2) 输出电流相对误差测量调节滑动变阻器分别使得，；记录下、 、。时，比例为;表3 测试结果2误差1误差2误差3时，比例为；表4 测试结果3误差1误差2误差3时，比例为;表5 测试结果4误差1误差2误差3（

10、3） 负载电流IO 在1.53.5A之间变化，输出电流相对误差测量调节滑动变阻器使得；记录下、 、。表6 测试结果5比例误差1误差2误差31:11:21:34:3六、总结本次的课题是制作开关稳压电源，这对我们来说是个很大的考验，之前没有接触过类似的题目，我只能从头开场，我们通过翻阅资料，查看获奖报告慢慢打牢根底，通过实践慢慢积累经历。通过我们组一周的不懈努力，终于取得了一定成果本作品以ATemga128单片机以及TL494控制器为核心，采用两个电流反应和一个电压外反应的方式实现高精度，任意比例的均流功能；采用双MOS管同步Buck降压电路使DC/DC的转换效率到达80%左右；利用软件的控制算法

11、使得输出电压误差小于30mV，均流误差小于0.5%。但我们还有许多缺乏，通过此次培训我们更加认识到自身的缺乏，我们将更加努力，更加坚韧。我相信我们组会越来越好的。参考文献1银花.电子线路设计指导 (第五版)M.:航空航天大学.2005.62朱力恒.电子技术实验教程.(第五版)M.:电子工业.2003.73康华光. 电子技术根底.(第五版)M.:高等教育.2003.44王志纲. 现代电子线路.(第五版)M.:清华大学.2003.7附录附录1 实物图图8 实物图附录2 电路原理图图9 单路DC/DC模块 图10 PWM控制电路 图11 BUCK驱动电路附录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; /外部调用键盘值 扩展作用域void init() DDRA=0*00; /A口定义全部输入用于矩阵键盘 PORTA=0*ff; /初始值赋值 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的电流 PORTB |= 0*E7; DDRE=BIT(0)|BIT(1); /E端口用于12864定义读写使能等信号端 init_12864(); /12864的初始化 DA1_conver(2550); /12位DA 04096这里取参考电压4.096V ，每进1，电压增加0.001V ，初始值给0.5A的1:1的电流 DA2_conver(2550); /根据霍尔电流传感器的公式：Uout=0.1I+2.5 V 初始值给0.5A Uout为2.55V /故给DA 2550 就可以使DA输出2.55V的电压电流为0.5A display_string(0, 1," 开关电源 "); disp