XX年全国大学生电子设计大赛A开关电源模块并联供电系统

XX年全国大学生电子设计大赛A开关电源模块并联供电系统竞赛设计报告封面作品编号：作品编号：（由组委会填写）（由组委会填写）学校编号参赛队编号（参赛学校填写）组（队）编号选题编号说明1.为保证本次竞赛评选的公平、公平，将对竞赛设计报告采纳二次编码；2.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；3.“作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写；4.“参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组委会印制编号填写，“组（队）编号”由参赛学校依照本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员依照所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。5.本页承诺各参赛学校复印。开关电源模块并联供电系统设计与总结报告摘要：本设计是针对2011年全国电子设计大赛A题，电路的设计是基于BUCK拓扑的开关稳压电路的拓扑结构，以美国NSC的LM2576为功率输出核心，提出一种基于并联Buck变换器的自主均流操纵方法，该方法基于并联Buck变换器状态方程，设计了由操纵电路、爱护电路和驱动电路组成的自主均流的开关电源模块并联供电系统关键词：并联型自主均流操纵一．系统方案1方案比较与选择2。系统框图依照题目的要求，我们分析得出系统的要紧模块有24V转8VDC-DC电路，电源电路，过流爱护电路，MSP430最小系统以及显示部分，如下图所示。(1)操纵芯片电路方案一：采纳STC89C51单片机，51系列单片机为8位入门级单片机，价格廉价，操纵简单，但指令周期长，执行速度慢，片内资源单一。方案二：采纳AVR系列单片机，作为51单片机的升级版，在执行速度上大大提升，并集成了专门多新的功能，下载方便。方案三：采纳TI公司的MSP430F169单片机，其运算速度快，超低功耗，片内资源较丰富，内置多个中断源，112位ADC，以及12位DA转换，将不同功能的模拟电路，数字电路模块以及微处理器集成在同一个芯片上。鉴于MSP430的强大功能，本系统操纵芯片采纳MSP430。(2)DA数据输出电路方案一：采取MSP430内部自带的DA转换器，此种方案可降低硬件成本，但专门产生DA结果不稳固。方案二：采取片外12位的TLV5617DA转换器，此种方案硬件成本提高，但比较稳固。方案三：采纳MSP430片内12位DA转换器，但使用外部基准源REF191稳固输出。比较以上方案，我们采纳方案三，不仅节约硬件成本，易于操纵，而且能大大提高DA转换器的稳固性和精确度。(3)DC-DC模块电路：方案一：隔离式DC/DC转换器，通常采纳变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，因此有利于扩大转换器的输出应用范畴，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出；并有效地实现实现输出与输入电气隔离，但对变压器的要求较高。方案二：非隔离式DC/DC转换器。由于变压器存在漏磁和损耗，会造成效率低下，故采纳非隔离型，题目要求是将24V直流电压转换为8V，为降压电路，因此buck型非隔离式DC-DC转换器。(4)操纵方法方案一：电压型操纵方法，开关变换器输出的电压VEB与参考电压比较并放大，得到误差信号VE，VE又与PMW比较器和锯齿波信号相比较，从而输出一系列脉冲，这些脉冲的宽度随误差信号VE的变化而变化。此方法夫人单环回路容易设计和分析，锯齿波幅度比较大，抗干扰能力比较强，但输入或输出的变化只能在输出改变时才能操纵并反馈进行修正，响应速度慢，电压型操纵对负载电流没有限制，因而需要额外电路限制输出电流。方案二：电流型操纵方法，实在传统的电压型操纵基础上，增加了一个内环（电流反馈环），使其成为一个双环路操纵系统。此电路中回路稳固性好，负载响应快，具有过流爱护和可并联性。双反馈回路使得电路分析变得比较复杂，由于操纵回路需要电感电流操纵信息，操纵电路的存在增加了整个变换器设计的复杂性，同时也会阻碍变换器的效应。综合以上分析，本系统采纳电流型操纵电路。(5)电源电路由于提供24V直流电，采纳78XX系列稳压以及LM1117逐级降压为MSP430提供3.3V供电电压。采纳ICL766产生负极性的电压供给外表放大器AD620.。二．理论分析1DC-DC变换器稳压方法利用无源磁性元件和电容电路元件的能量储备特性，从输入电压猎取分离的能量，临时地把能量以磁场形式储备在电感器中，或以电场形式储备在电容器中，然后将能量转换到负载，实现DC-DC转换。其中采纳PWM技术，从输入电源提取能量随脉宽变化，在一个固定周期内实现平均能量转换。最终达到将固定的直流电压变换成可变的直流电压。2电流电压的检测使用与电感串联电阻来检测电流，操纵信号和补偿斜坡通过比较器与误差放大器的输出进行比较，从而进行脉宽调制。3均流的方法在两个并联的模块中，以输出最大电流的模块为主模块，其余为从模块，利用二极管的单向导通性，只有电流最大的模块，才能领先导通。正常情形下，各模块分配的电流均衡，若其中某一路电流突然变大，成为并联模块中电流最大的主模块，从模块以均流母线上的电流信号作为本模块的电流基准，跟踪基准信号，同时调整变换器输出电压，达到均流目的。4过流爱护若电路中DA输出的瞬时电流过大，进入系统后，由于系统本身的自主均流作用，会将输出电压坚持在一个比较稳固状态，从而达到过流爱护的作用。三．开关电源电路的电路设计1、单元模块电路电流采样电路由低噪声、高增益的高精度差分放大器AD620组成的高端采样电路，如下图所示。AD620采样电路DC-DC要紧功能实现模块DC-DC电路是本次开关电源设计的关键部分，通过再三考虑，决定采纳NS公司的LM2576，有优质的线性和负载调剂能力，在指定输入电压和输出负载条件下保证输出电压4%的误差，完全满足题目输入固定24V和输出8V条件下输出电压4%的误差。LM258含有2个高增益，独立内部补偿的双运放，其适用于单电源供电的特性可减小专门为运放供电的电路。一级运放组成电压比较器，对DA输出电压进行放大后与输出电压进行电压比较；二级运放组成电压跟随器，分别由二极管IN4148选通到LM2576的反馈端，从而调剂输出。电流采样电路调理电路2电源电路采纳三端稳压器件7812将输入的24V转换为12V，再用7805将电压转换为稳固的5V直流电压。给AD620供电产生-9V电源电路3MSP430操纵电路操纵和显示电路采纳TI公司的MSP430单片机操纵与显示，显示采纳高辨论率12864液晶，用以显示输出的两路电流之比和总的电流输出。4PCB设计（1）由于主模块DC-DC中存在电感，快速切换电流会引起电压瞬变，因此在PCB的制作开始就考虑了电感和接地回路最小，并尽可能的单点接地。此模块要紧为模拟电路，采纳大面积铺地。（2）开关导通和关断都存在一个电流环路，次环路差不多上高频，大电流的环路，布线和布局时都要将此二环路面积设计的最小。（3）注意芯片和开关管得散热，电容的引线不能太长，专门是高频旁路不能有引线。四．系统测试1测试仪器直流稳压电源四位半数字万用表2测试结果总电流0.981.011.512.001.982.472.434.12(A)I1(A)I2(A)电流比例1:1误差的绝0%对值(%)0.490.490.500.511:10.501.001:21.001.001:10.481.481:31.231.221:10.581.831:32.062.031:11%0%0%2%0.5%2%1.5%效（%）率8281757372727068实测过流爱护值为4.4A。五．实验总结综合上述各部分的测试结果：本设计圆满完成了题目的差不多要求部分和发挥部分，通过反复的调试和理论验证，保证了开关电源并联供电系统的稳固工作，使直流输出电压稳固在8V,当调整负载电阻并保证输出电压时，不管是1:1模式1A依旧1:2模式1.5