2011年全国大学生电子设计大赛a题报告(开关电源模块并联供电系统)

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1、开关电源模块并联供电系统(A题)学校：西安电子科技大学作者：邵明绪孙永强杨福荣指导教师：谢楷摘要：本作品以MP430单片机以及TL494控制器为核心，采用电流内环•电压外环的双环路控制方式实现高精度、任意比例的均流功能，采用了同步Buck拓扑结构提升DC-DC转换效率至95拓右，利用数字校准技术及PID控制算法使得输出电压误差小于30nV,均流误差小于0.2%完成了任务要求的所有功能，各项指标均超出了任务要求，并且扩展了双电源冗余热备份、输出电压设置功能。关键词：开关电源，均流，同步降压，PID算法Ab

2、stract:AcurrentsharingsystembasedonMSP430(MCU)andTL494(PWMcontroller)ispresentedinthismanuscript.Thefunctionofcurrentsharingwithhighaccuracyandarbitraryproportionsetupisaccomplishedbymeansofdual-loopcontroltechnology,whichadoptsaninternalcurrentfeedbackl

3、oopandanexternalvoltagefeedbackloop・ThesynchronousbucktopologicalstructureisemployedtoreducethelossofDC-DC,whichresultsatotalefficiencyupto95%.AttributetothedigitalcalibrationandPIDcontrolalgorithm,theerrorofoutputvoltageislessthan20mVandtheaccuracyofcur

4、rent-sharingissuperiorto0.2%.Thesystemdescribedinthisarticleexceedsalltheexpectedtechnicalrequirements.Inaddition,theextendedfunctionsofhotstandbyredundantandoutputvoltagesettingarealsoimplementedKeyword:Switchingpowersupply,Currentsharing,Synchronousbuc

5、k,PIDalgorithm一、方案论证与比较1.1DC/DC拓扑结构方案：方案1：根据题意，DC/DC的输出电压低于输入电压因此采丿IJ降压拓扑(Buck)结构。若采用传统Buck结构，优点是电路简单，缺点是续流环路屮含有一只二极管，即使选用低压降的肖特基二极管，在大电流下仍然会发热损耗导致效率下降。通常，传统Buck型拓扑的效率很难超过90%。方案2：采用具有同步整流的Buck结构，利用M0S管替代二极管续流，虽然控制电路较复杂，但因M0S管导通电阻极低，效率比传统Buck高。为满足扩展部分效率尽可

6、能高的要求，木作品选用同步Buck拓扑结构。1.2均流控制方案选择：方案1：输出阻抗法，也称为下垂法、斜率法。各模块均工作于恒压模式，利用反馈或其他手段调整各模块的输出阻抗使其输出特性斜率趋于一致实现均流。该方法是实现均流最粗略的简易方法，控制精度很低。方案2：主从模式法。主模块为稳压源，按照电压控制规律工作；从模块为稳流源，按照电流控制规律工作。该方案优点是主从模块可独立控制：主模块氏接决定输出电压，从模块负责调整电流分配额。缺点是各模块不具备互换性，一旦主模块故障会导致整个系统瘫痪。方案3：最大电流

7、法。利用一•条均流母线连接各电源模块，电流最大的模块自动成为主模块，其余模块以它为参照进行均流调整。优点是各模块对等，可以实现兀余热备份功能，有成熟产品（如UC3907均流控制器）。缺点是均流母线上电压相等，均流比固定为1：1,调整比例很困难。方案4：双层环路法。各路电源模块配直为恒流模式（内环）直接并联，再通过电压控制环路稳定输出电压（外环）。因为电流源允许直接并联，总电流即为各路电流之和,因此可以实现直接指定各路电流比例。缺点是大坏调整速度较慢，且容易振荡，环路稳定性需要特别仔细调整。根据题冃各项指

8、标分析，首先排除方案1。方案3是目前主流的方法，但因均流母线并联的限制，实现流比口由设定的技术难度较大，故排除。方案2能够直接达到基本部分的所有要求，也可通过控制算法实现任意可设比例的要求，技术难度较低，可与考虑。方案4虽然存在缺点，但在本题屮对输出电流比例的精度要求较高（2%）；对输出电压稳定时间（5秒）及电压精度（5%）要求较低，恰好能发挥其电流精度高、可任意设置的优点，避开电压调整速度慢和电压环路误差大等缺点，R各模块对等可实现兀余热