2021年电子设计竞赛设计报告(A题)

1、 4/42021年电子设计竞赛设计报告(A题) 2011年全国大学生电子设计竞赛 设计报告 开关电源模块并联供电系统（A题） 2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告 开关电源模块并联供电系统（A题） 目录 1 方案论证与比较 (3) 方案一恒流控制法 (3) 方案二外部电路控制法 (3) 方案三对等互补分流法 (3) 2 系统设计与分析 (4) 2.1总体框架分析 (4) 2.2 单元电路设计 (4) 2.2.1 降压电路设计 (4) 2.2.2采样放大电路设计 (5) 2.2.3 A/D转换模块设计 (5) 2.2.4 控制模块设计 (5) 2.2.5 负电压产生电路设计 (5) 3 理论

2、分析与计算 (5) 3.1 DC/DC 变换器稳压 (6) 3.2 电流电压检测 (6) 3.3 均流方法 (6) 3.4 过流保护 (6) 4 软件设计 (6) 5 系统测试 (7) 5.1 测试仪器 (7) 5.2 测试方法 (7) 5.3 测试数据 (7) 6 结论 (9) 1 方案论证与比较 方案一恒流控制法 图1 恒流控制示意图 系统由第二个LM2596接收到10K的电位器的反馈电压，实现恒流输出，不足的功率由第一个LM2596互补输出，实现电流分配。 优点：电路简单，稳定。 缺点：电流比例不稳定。 结论：只能完成基本部份，方案不可取。 方案二外部电路控制法 采用两个DC/DC电源模

3、块组成，在每一个输出模块加一个电流检测电路，产生反馈信号来调节每个模块的电流，从而达到均流的目的，该方案均流效果好，但是每个单元需附加一个电流控制电路，成为控制环路的一部分，需满足环路的总体要求，否则会降低单元的技术指标及工作稳定性，降低系统的动态响应特性。 优点：均流效果好。 缺点：电路复杂，稳定性较差。 结论：从稳定性上考虑，方案不可取。 方案三对等互补分流法 系统由恒压输出模块和电流互补模块组成，让两个模块的输出电流分别流经两个0.1?水泥电阻，然后采样水泥电阻两端的电压，经过运算放大器放大电压后，使用A/D 模块（ADC0804）将模拟信号转换为数字信号传输给单片机，经过单片机运算后转

4、换成电流，单片机根据收到的两个模块输出电流之和来判断输出电流之比，再通过电子开关控制运放来反馈给电流互补模块来实现电流互补，并按比例输出。 优点：输出稳定，代码执行效率高，调试简单，能够进行电流自动分配。 缺点：电路复杂，运放放大器需要负电压供电。 结论：综合考虑，该方案能实现题目要求，方案可行。 2 系统设计与分析 2.1总体框架分析 IN 过流保护 图2 总体原理框图 系统由恒压输出模块和电流互补模块组成，让两个模块的输出电流分别流经两个0.1?水泥电阻，然后采样水泥电阻两端的电压，经过运算放大器放大电压后，使用A/D 模块（ADC0804）将模拟信号转换为数字信号传输给单片机，经过单片机

5、运算后转换成电流，单片机根据收到的两个模块输出电流之和来判断输出电流之比，再通过电子开关控制运放来反馈给电流互补模块来实现电流互补，并按比例输出。 2.2 单元电路设计 2.2.1 降压电路设计 降压电路部分采用LM2596芯片实现，为后续电路工作提供所需的电源。如图3所示。LM2596具有很好的线性和负载调节特性。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，极大地简化了开关电源电路的设计。而且具有自我保护电路，输出电压在1.2V37V 可调，输出电流可高达3A ，输入电压可达40V 。本系统中LM2596输入DC 24V 电源，输出 ? ? ?+=121R R V V REF OUT

6、 ? ?+=K K V REF 2.16.618.0V （REF V =1.23V ） 图3 LM2596降压电路示意图 2.2.2采样放大电路设计 让两个DC/DC模块的输出电流分别流经两个0.1?水泥电阻，然后采样水泥电阻两端的电压，经过运算放大器放大，实现电压采样。 2.2.3 A/D转换模块设计 A/D转换模块使用ADC0804实现，ADC0804从采样电路得到信号后将其转换为数字信号并提供给51单片。 图4 ADC0804数据转换电路示意图 2.2.4 控制模块设计 控制部分使用51单片与CD4066结合实现电路的自动控制。51单片接受到来自ADC0804的信号后，单片机根据收到的两

7、个模块输出电流之和来判断输出电流之比，再通过电子开关控制运放来反馈给电流互补模块来实现电流互补，并按比例输出。详细控制图见系统总原理图。 2.2.5 负电压产生电路设计 负电压产生电路使用LM2596完成，产生一个-5V电源给运算放大器供电。 3 理论分析与计算 3.1 DC/DC 变换器稳压 DC/DC变换器稳压模块选用的芯片是LM2596，它是一款降压型开关电源芯片，内部集成PWM控制电路，通过接收到第四引脚的反馈来调节占空比，输出端由电感和电容虑波，从而输出稳定的DC-8V电源。 3.2 电流电压检测 电流检测是由电流经过0.1欧的水泥时电阻两端产生的压降U=I*0.1 ，然后再经过运放

8、来进行放大20倍，最后经过电压跟随器出来的电压虑波后输给AD0804读取电流值。 3.3 均流方法 ADC0804将模拟信号转换为数字信号并传输给单片机，经单片机运算后转换成电流，单片机根据收到的两个模块输出电流之和来判断输出电流之比，再通过电子开关控制运放来实现电流调节，实现按比例输出，在电流1A以下，可自动调整为1:1电流输出；在1A1.5A之间实现1:2电流输出；在1.5A3A之间，可以手动调节使电路输出电流为任意比；在3.5A4.5A时，在控制下自动恢复到自动控制模式，并以1:1输出电流；当电流大于4.5A时，单片会控制相应开关断开电路，起到自动过流保护。 3.4 过流保护 过流保护以

9、51单片为核心，通过采样输出电流给A/D变换电路，然后将变换得到的数据传输给51单片，由51单片计算、判断输出电流的值，若大于4.5A则给LM2596的EN端一个高电平信号，使其停止输出，达到过流保护的目的，当系统检测到电流小于4.5A时恢复输出。如图5所示。 传输转换判断控制 图5 过流保护原理图 4 软件设计 程序流程图如图5所示。 图5 程序流程图 5 系统测试 5.1 测试仪器 测试使用的仪器设备如表1所示。 表1 测试使用仪器与设备 5.2 接入负载（变阻箱）后接通电源，调节负载至需要阻值，用万用表测试输入电流、电压与输出电流、电压，并计算系统效率，具体数值见测试数据。 5.3 测试数据 a.基本要求： （1）调整负载电阻在2欧姆，输出总电流是4A，I 1=2A,I 2 =2A （2）效率测量 （3）调整负载，输出电流总和I =1.0A （4）调整负载，输出电流总和I =1.5A b.发挥部分 （1）调整负载电阻，输出电压U =8.00.4