开关电源模块并联供电系统论

1、开关电源模块并联供电系统摘 要随着电力电子技术的飞速发展，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，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输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求，而且如今光伏产业也迅猛发展，而单个电源的效率能量都很低。因此，电源模块并联供电系统就应运而生了。本系统由并联稳压电源和检测控制系统组成。稳压电源使用电压调节器LM2596实现降压，监测控制电路我们采用STC12C5A32S2单片机作为控制核心，配合使用小信号放大器AD620放大采集到的信号；采用比较器LM393比较两路采集的信号，并采用主从均流的方法，对采集到的两路电流信号，通过算法分配误差值，自动调整每一路的电流大小，并通过单片机驱动液晶屏将采集到的数据显示在LCD1602上。并设计有过流保护电路，当系统的负载电流超过设定值时，启动保护电路切断电源并延时一定时间后自动恢复供电。经测试，本次设计的供电系统能够较好的实现两路电流分配，效率可以达到80%以上，每路电流的相对误差3%左右。关键词：LM2596，开关电源，并联供电，单片机，均流Swit

2、ching Power Supply Module Parallel Power Supply SystemABSTRACTNow, with the development of power electronics technology, the variety of electronic devices on the electrical power requirements higher and higher, the current requirements is also growing, but by the performance of power semiconductor devices constitute the power supply module, and magnetic materials impact of a single switching power supply module output parameters (such as voltage, current, power) often can not meet the requiremen

3、ts and todays PV industry is the rapid development of the efficiency of the energy of a single power supply is very low. Therefore, the power supply module parallel power supply system is adopted.The system consists of the shunt regulator power supply and measurement and control system. Power supply voltage regulator LM2596 to achieve blood pressure, monitoring and control circuit with STC12C5A32S2 SCM as the control unit, used in conjunction with the small-signal amplifier AD620 to enlarge the

4、acquisition of signal; comparator LM393 two acquisition signal, and using the master and slave are flow method, the two current signals collected by the algorithm assign error to automatically adjust the current size of each road, and collected data through the microcontroller drive the LCD screen will display in the LCD1602. And the design of the overcurrent protection circuit, when the system load current exceeds the set value, start automatically after the restoration of electricity protectio

5、n circuit to cut off the power and a certain time delay. Been tested, the design of the power supply system can better achieve the two current distribution, the efficiency can reach more than 80%, the relative error of each current is about 3%.KEY WORDS：LM2596,Switch power supply,Parallel power supply,Single-chip microcomputer,Current sharing目 录前 言1第1章 绪论31.1 选题的意义及目的31.2 国内外同类设计的现状41.3 设计任务5第2章 设计方案62.1 设计思路62.2 方案论证72.2.1 DC-DC电路设计方案选择7 分流方案选择8 过流保护电路方案选择9 辅助电源电路方案选择9第3章 硬件电路设计113.1 DC-DC模块设计1

6、13.2 电流检测模块设计123.3 系统控制模块设计133.4 辅助电源模块设计143.5 显示模块设计15第4章 软件设计164.1 Keil C51集成开发环境介绍164.1.1 Keil C51集成开发平台16 并口下载软件使用174.2 程序流程图18第5章 系统测试205.1 测试仪器清单205.2 功能测试20 负载调整额定功率测试20 系统效率测试20 均流测试21 过流保护及自动自恢复功能215.3 误差分析21结论23参考文献24致谢26附录27前 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

7、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。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。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Unitro

8、de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，而本次设计就将采用这种方法来实现。本次设计我们将采用单片机STC12C5A32S2来进行控制，配合使用小信号放大器AD620放大采集到的信号；采用比较器LM393比较两路采集的信号，并采用主从均流的方法，对采集到的两路电流信号，通过算法分配误差值，自动调整每一路的电流大小，并通过单片机驱动液晶屏将采集到的数据显示在LCD1602上。我们利用模块划分的方法进行设计，把一个复杂的系统划分为几个小模块，简单明了。主要可分为几个模块：单片机控制电路模块、DC/DC模块、电压电流检测模块和显示模块。最后将各个模块结合起来，最终实现系统所要求的各种功能。第1章 绪论1.1 选题的意义及目的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

9、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1。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。同时考虑分布式与集中式电源系统相比所具有的优点,具体采用分布式电源系统供电。这样每个变换器只处理较小功率，降低了应力，还可以应用冗余技术，提高了系统的整体稳定性，并且使用场合不受限制，根据需要组合，方便灵活。其容量可以任意扩展。同时可将模块的开关频率提高到兆赫级，从而提高模块的功率密度使电源系统的体积、重量得到下降。可谓一举多得。由于大功率电源负载需求的增加以及分布式电源系统的发展开关电源并联技术的重要性也日益突出。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。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2。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

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