开关电源模块并联供电系统(A题).doc

开关电源模块并联供电系统（A 题）摘要系统以 AVR ATmega32 单片机为主控制器，设计了一个由两路开关电源模块 构成的并联供电系统该系统主电路采用 Buck 电路实现 DC/DC 变换，由 IR2110 驱动两路 MOS 管，MAX471 芯片检测两路输出电流，并通过 1602 液晶显 示单片机实时检测输出电压及两路输出电流，并根据要求调整 PWM 占空比 实现 8V 稳压输出及各路电流按比例分配，电流比例系数的设定可以通过键盘输 入实现辅助电源采用 LM2575 芯片提供 5V 和 12V 电压系统具有负载短路保 护及自启动功能实测结果表明，该系统设计满足各项指标要求，电路设计简 单可靠，性价比高 AbstractThe system use AVR ATmega32 MCU as the main controller, we design a two parallel power supply system which consists of switching power supply module. The system’s main circuit adopts the Buck circuit to realize DC/DC conversion. Two MOSFET are driven by IR2110, two output current are detected by MAX471 chip and it displays by 1602 LCD, Single chip microcomputer can detect the output voltage and two output current promptly. And according to the requirements ,it can also adjust the proportion of the PWM ,so as to realize 8V stable voltage output and current distribution in proportion. The setting of the current ratio’s coefficient can be achieved through the keyboard. Auxiliary power supply adopts LM2575 chip output 5V and12V DC stable voltage. The system has a load short-circuit protection and automatic start function. The measured results show that the system design meets the requirements of various indexes. And its design is simple、reliable and cost-effective.一、一、方案论证方案论证 1.1. DC-DC 模块主电路 方案一：Buck 电路。

采用 Buck 电路实现 DC/DC 变换；电路结构简单，使 用器件少；无需电源变压器，体积小；成本低，可靠性好；降压比小时，转换 效率高不足是电容的充放电使输出存在纹波；采用单片机控制时软件算法相 对复杂 Buck 电路可采用分立器件或成品 DC/DC对分立器件控制较复杂，技术难 度大成品 DC/DC 电路不符合题目要求，且成本稍高，且需要数字电位器控制 Buck 的反馈端 方案二：反激电路电路结构简单，功率驱动电路简单但是隔离变压器 以磁通存储-释放形式传递能量，变压器单向励磁，当超过最大磁感应强度时， 会使变压器达到饱和，使原边绕组的电流迅速增大，造成功率开关的损坏；有 开关噪声；且变压器体积较大，反激电路采用高端开关，需要单独电源供电 根据以上分析，采用方案一 2.控制电路选择由于系统对控制器快速性要求较高，同时需要 3 路 AD 采样，设计选择内部 自带 10 位 8 通道 AD 转换的 AVR 系列单片机 ATmaga32 作为最小系统控制器 它具有 8 位精简指令集，拥有丰富的定时器，32K 字节系统内存可编 Flash，1024 字节的 EEPROM，且有宽电压，低功耗等特点。

3.辅助电源电路 辅助电源用于给单片机电路和驱动电路供电，需要+5V 和+12V 两路电源 方案一：采用反激电路实现一路反激电路可以同时输出+5V 和+12V，但 反激电路结构复杂，需要变压器，效率较低 方案二：基于单片开关电源 LM2576 降压电路方案此方案每路电源只能 有一路输出，因此要同时提供+5V 和+12V，需要两路辅助电源电路但基于 LM2576 的降压电路外围器件很少，无需变压器和独立的开关管驱动电路，结构 非常简单，调试方便 综合考虑，选择方案二 4.4.总体功能框图总体功能框图系统由 Buck 电路完成 DC/DC 变换，单片机通过 AD 转换对两路电流和输出 电压进行采样，根据指标要求实时调整 PWM 占空比， 通过 MOS 管驱动电路控制 Buck 电路实现稳压输出，辅助电源将所给电压变换后对单片机及 MOS 管驱动电 路供电，通过键盘实现人机交互，输入两路电路比例实现电流调整，由液晶来 进行显示两路电流和输出电压及总电流电电流流I1采采样样ATtmega32 单单片片机机MOS管管驱驱动动电电路路Ι辅辅助助电电源源MOS管管驱驱动动电电路路ΠDC/DC电电路路Ι （（Buck电电路路））负负 载载电电流流I2采采样样液液晶晶显显示示键键盘盘控控制制输输 出出 电电 压压 采采 样样DC/DC电电路路Π （（Buck电电路路））PWMPWM图 1-1 系统总体功能框图 二、二、理论分析与计算理论分析与计算 1. DC/DC 变换器稳压方法 对输出端并联电阻进行分压采样，采样信号经 AD 转换提供给单片机， 由单片机控制 PWM 波的占空比，形成反馈闭环，实现输出电压的稳定。

2.电流电压检测 电流检测：电路的电流检测通过 MAX471 进行电流检测在正常工作范围内， 此芯片采样精度为 2%，它的输入电流与输出电压之比为 1：1，采样信号可以直接反馈给单片机，不需要经过运放，从而减小了功耗；集成度高，体 积小，采样方便 电压检测：通过在负载两端并联一变位器分压来提取电压反馈R1R2RL信信信信图 2-1 分压式采样电压电路 2. 均流方法 由电流检测模块对两路输出电流实时进行采样，采样信号通过单片机对 其进行比较当两电流不等且和不等于 1A 时，通过 PWM 信号控制占空 比来调整电流的大小，使两路电流相等，检测输出电压是否为 8V，在 同向同一方向调整两占空比； 3. 过流保护 通过电流检测模块对输出总电流进行检测，当总电流大于阈值电流 4.5A 时，单片机通过 PWM 信号就进行关断处理，防止器件因过流而烧 坏或长期大电流下而烧坏 三、三、 电路设计电路设计 1.1. DC/DCDC/DC 主回路与器件选择主回路与器件选择 1 1）） 主回路的结构主回路的结构 两并联供电系统的 DC/DC 变换器都采用 Buck 电路，输入电压为 24V470uFC1Q1N10TD1NF0526470uFC2L1RLGND+24信信信信图 3-1 Buck 电路 2.2. BuckBuck 电路器件参数电路器件参数 为使 Buck 电路输出稳定的电压，本电路电感工作在电流连续工作模式， 平均输出电压与占空比成正比，输出电压与输出电压的关系为，电路的开关工作周期1100Tusf由输出电压和输出电流可得负载的阻抗为1~8lR 电路的占空比D=0.1~0.33要使电感连续，必须有1 2LLD R T因此，负载的阻抗越大，电路的开关占空比越小，使电路工作于电感电 流连续工作模式时要求的电感量就越大，故电路中电流连续的临界电L感量为(1)3302LD R TLuH考虑到输出纹波的影响，留取的余量，实际取的电感量为L2mH2(1)40.68OOUDCuFL U f实际取的电容量为 2200uFC3.3.驱动电路方案驱动电路方案 方案一：用 IR2110 芯片对 MOS 管驱动。

由单片机对反馈信号进行比较 后，通过 PWM 信号控制驱动芯片 IR2110 的输出，来对 MOS 管进行控制 IR2110 具有自举浮动电源，内部具有两个彼此独立的低端和高端驱动通道， 驱动电路非常简单驱动电路如图 3 所示1234567141312111098P1IR211010KR15.1KR2Q1 S8050+12GNDD1MUR110020R3QGND GND+5图 3-2 IR2110 驱动电路 4.4.电流电压检测方案电流电压检测方案 电流检测：电流检测通过 MAX471 进行电流检测此芯片采样精度较高，输 入电流与输出电压之比为 1：1，采样信号可直接反馈给单片机，不需要经 过外部运放，从而减小了功耗；集成度高，体积小，采样方便3V-36VGND2KRS+RS+RS-RS-SHDNGNDOUTSIGNMAX471图 3-3 MAX471 连接方法1 2 3 48 7 6 5P1MAX471SHDN RS+ RS+ GNDOUT RS-SIGNRS-图 3-4 MAX471 引脚说明电流检测：通过霍尔元件 TBC06DS 进行电流检测，由于此元件电流、电压提 取之比值为 10，若直接作为单片机输入，会造成误差较大，需要通过运放 来进行放大，耗损较大，使效率降低，故不予采用。

4. 辅助电源电路 采用 LM2576 芯片使电路输出+5V 和+12VL1100uHD116 IN58225VGND3OUT2VIN1 FB4ON/OFF5U1LM2576T-ADJ +C2 100u/20VINU 24VR1 10KR2 1K图 3-5 辅助电源电路 四、四、测试方案与测量结果测试方案与测量结果 1. 主要测量仪器 直流稳压电源：KXN-6010 60MHz 数字示波器：LDS20610D数字万用表：FLUKE 17B 2. 测量方法 电压电流测量：用数字万用表直接测量 功率、效率测量：输入功率可以用测得输入电压、电流有效值直接相乘 得到输出可用电阻值及电流值计算效率由输入功率及两路输出功率 和之比得到 基本要求 3. 基本要求测试数据输入电压电流： V 24inU1.57inIA输出电压电流： V 7.78outU4.03outIA效率： 83%表 1 测试数据（oIA）（oUV）要求1I值（A）要求2I值 （A）测试1I值 （A）测试2I值（A）相对1I误差 （%）相对2I误差 （%）18.040.50.50.5150.49632.81.57.990.510.4871.02332.3表 2 发挥部分测试数据oU（V）oI（A）12II：要1I求值 （A）要2I求值 （A）测1I试值 （A）测2I试值 （A）相1I对误差 （%）相对2I误差 （%）7.981.871.81.200.671.210.660.81.47.961.8810.940.940.90.940.30.57.961.891.51.130.761.140.750.81.37.941.8621.240.621.230.630.81.67.931.850.80.821.030.821.030.20.247.931.840.60.691.150.701.141.40.83.测试结果分析 （1）输出电压精度达到 8.0±0.2V,优于题目要求； （2）供电效率大于 84%，优于题目要求； （3）两输出电流之和为 1A，比值为 1:1 时，误差绝对值为 3%，达到题目要求；（4）两输出电流。