开关电源并联供电

1、开关电源模块并联供电系统（A 题）摘要：本系统由PWM专用芯片SG3525生成PWM调制波，以推挽变换器构成DC/DC降压电路，用LM339电压比较器进行恒流与稳压控制电路结合的双环控制。供电系统的直流输出电压能稳定在要求的变化范围内，并实现了自动分配电流，系统效率能达到76.7%以上。系统特色：（1）稳压与恒流的双环控制系统；（2）规定范围内电流可按任意比例自由分配，无极可调；（3）具有完善可靠的过流保护功能，过流故障排除后能自动恢复正常状态。关键字：SG3525，推挽变换，双环控制Numerical Controlled Constant-Current SourceAbstract: T

2、he system is composed of PWM special chip SG3525 PWM waves generated by the push-pull, a DC/DC converter with LM339 voltage circuit, buck is compared with constant current voltage control circuit of the combination of the double loop control. The dc power supply system output voltage can be stable i

3、n the requirements change scope, and has realized automatic allocation efficiency of the system can achieve current, more than 76.7%.System features: (1) the constant current and voltage double loop control system; (2) the specified scope current can press any free allocation proportion, infinitely

4、adjustable; (3) has the perfect and reliable over-current protection function, flow troubleshooting can be back to normal after the state. Key words: SG3525, the push-pull transform and 2-ring control目 录1. 系统设计31.1 总体设计方案31.2 提高效率的方法及实现方案42. 电路设计与参数计算42.1 PWM控制电路设计42.2 推挽变换器电路设计52.3稳压恒流电路设计53. 系统测试6

5、3.1 测试使用的仪器73.2 测试方法和测试结果73.3 结论84. 优化建议9参考文献9附录1 整体电路实物图101. 系统设计1.1 总体设计方案 根据设计要求，系统可以分为PWM波控制电路，DC/DC降压电路，电流分配控制电路与稳压电路三部分。（1）PWM调制波产生电路方案方案一：利用MSP430单片机产生PWM控制信号。由单片机定时器编程产生PWM波，根据反馈信号对PWM信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。但是由于单片机需要耗电，会降低电源系统效率，增加了系统成本，且系统调试比较复杂。 方案二：利用PWM专用芯片U3525

6、产生PWM控制信号。采用恒频脉宽调制控制方式，电压反馈信号由输出电压经分压电路获取,再经差分误差放大电路进行反馈，从而可以精确地控制占空比调节输出电压，提高了稳压精度。基于以上分析，选择方案二。（2）DC-DC降压电路方案方案一：采用MC34063开关电源芯片制作降压电路。MC34063是单片双极型开关电源集成电路，可用于构建BUCK、BUCK-BOOST、BOOST等多种结构的DC-DC变换器，由于其内部集成有功率开关管，使用很简单的外围电路就能构成BUCK电路。但考虑到其输出开关电流为1.5A，不能满足该系统额定电流2A的要求，故不采用此方案。方案二：采用带有隔离变压器的推挽变换器拓扑。推

7、挽式电路最大的优点是两个开关管可以有共同的驱动参考端，可有多个输出，输出和输入之间不共地，输出电压可高于或低于直流输入电压，其整流滤波电路灵活多变，易于调试。基于以上分析，选择方案二。（3）电流分配控制方案 方案一 ：单片机提供两路反相的PWM波，调节PWM波的占空比来分配电流。原理框图如图1所示。此方案对单片机AD采样方法，PWM波控制算法等要求较高，调试算法过程较复杂。 图1 单片机PWM波控制电流分配框图 方案二：由LM339电压比较器进行恒流与稳压电路结合的双环控制。原理框图如图2。图2 恒流与稳压双环控制电流分配框图 MOS管工作于可变电阻区，由差分电路构成误差放大器，可以精确对输出

8、进行稳压。用小电阻对电流进行采样与基准电压比较，控制后级MOS管的工作状态在导通和截止间微调，当负载加重，采样电压增大，工作状态转向截止，无输出电流，使采样电压下降，MOS管又向导通状态调整，可见能实现自动恒流。此方案电路结构较为简单，成本、损耗较小，效率较高。基于以上分析，选择方案二。1.2提高效率的方法及实现方案（1）稳压恒流电路中开关管的选取：考虑到输出额定电流有2A，为使MOS管上压降尽量小，选用IRF064，其导通电阻仅有0.008欧姆，其VDSS为55V，ID达到98A,满足系统要求。（2）推挽电路开关工作频率的选取：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应

9、在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为25kHz。（3）整流电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降仅为0.4V，恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。（4）取样电阻的选取：取样电阻串联在电路中，必然造成电路损耗，为降低其功耗，其压降又能与基准电压相比，选用0.11欧姆电阻。2.电路设计与参数计算2.1 PWM控制电路设计在这个电路中采用的是以SG3525芯片为核心的控制电路，通过调节PWM波占空比就能改变变压器二次侧整

10、流输出平均电压Vo。开关管断态时承受的峰值电压均为Vi -VDS(SET) 。芯片的脚5 和脚7 间串联一个电阻Rd 就可以在较大范围内调节死区时间。其输出的频率由引脚端5外接的电容CT值和引脚端6外接的电阻RT值所决定，PWM调制波的频率为 为了得到很好的输出电流的质量，将频率设定在25kHZ左右，因为频率太高会使IRF460的开关损耗增大，容易发烫，取CT=0.01uF,RT=3K。调整PWM波占空比为45%左右，以提高效率。图3 SG3525的控制电路2.2 推挽变换器电路设计本推挽变换电路实现基本降压功能，IRF460作为开关管，输出整流器选择全波整流电路结构，节省了整流二极管数量，导

11、通时仅有一个二极管的导通压降，但整流二极管承受的最大反向电压有。根据，其中Vm为输出平均电压，D为PWM占空比。送后级的Vm约为9V，D=45%,计算得NpNpNmNmu2u2图4 推挽变换器电路2.3 稳压恒流电路设计2.3.1 均流方法此恒流源与恒压源的双环控制，调节一路模块的R11电阻值使其工作于恒流源，另一路工作于恒压源，巧妙地实现了电流分配和稳压控制双重效果。IRF064MOS管工作于可变电阻区，由差分电路构成误差放大器，可以精确对输出进行稳压。恒流源部分的基准电压由R2和R8、R11分压而来，取样电阻R1提供对比电压，通过LM339电压比较输出来微调IRF064的工作状态，C1，C

12、6为滤除噪声的电容，防止外界干扰影响IRF064的工作状态。调节基准电压可使此电路工作于临界状态，当电流大于临界值，表现为恒流源，小于临界值时，表现为恒压源。 图5 恒流控制电路 图6 LM339内部电路图7 稳压控制电路2.3.2 过流保护 当负载两端短接时，R1采样电流很大,LM339的输出使Q1管的VCE小于0.5V，从而IRF064截止程度加深，则输出电压几乎为0，但仍恒流；过流故障排除后，电流减小，IRF064向导通状态调整，恢复正常输出。3. 系统测试3.1 测试使用的仪器测试使用的仪器设备如表1所示。表1 测试使用的仪器设备序号名称、型号、规格数量备注1LPS3010 直流稳压稳

13、流电源1285C1电流表表头2量程3A344C2电流表表头1量程5A4VICTOR VC980+ 数字万用表1位3.2 测试方法和测试结果3.2.1测试方法 （连接如图8所示）图8 测试电路3.2.2测试数据与设计指标的比较 （如表2所示）表2测试数据测试项目测试数据输入电压UI(V)24V输入电流AI(A)0.53O.710.931.081.66输出电压UO(V)8.287.857.87.657.648.35模块1电流I1(A)0.50.50.522模块2电流I2(A)0.51.01.50.52输出总电流IO(A)1.01.522.540输入功率PI(W)12.7217.0422.3225.

14、9239.84输出功率PO(W)8.2811.7615.619.1330.56效率n(%)65.1%69.0%69.9%73.8%76.7%3.2.3测试结果分析经过对系统的电流和电压输出测试，本设计达到以下要求：（1） 调整负载电阻，供电系统的直流输出电压UO=80.36V。（2） 额定输出功率工作状态下，系统效率达到76.7%。（3） 可按任意比例自由分配电流，读到的电流值完全可以达到发挥部分的分配比要求。（4） 具有负载短路保护及自动恢复功能。4. 优化建议 本电路结构简洁，功能齐全，性能优良，保护电路完善，各项指标均满足题目要求且获得了更高的性能。为了进一步提高系统效率，走线要尽可能短，大电流导线选用短粗铜芯导线。实际工程中，考虑到资源的更高利用率，可以使用一个变压器，原边输入，两个副边输