开关电源并联供电系统-暑期电子设计竞赛培训结题报告

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1、编号暑期电子竞赛培训结题报告申请题目开关电源模块并联供电系统培训队员所在院系指导教师实验场所联系方式学生电子科技创新中心二〇一三年八月摘要本设计以AVRATmega16单片机为主控模块，结合IR2102驱动芯片制作两个降压式DC/DC开关电源模块构成并联供电系统，稳定输出8V电压，各路的转换效率可达84%。同时采用强迫均流控制法，能实现较高精度、比例可调的均流功能，均流相对误差可达5%。通过键盘设定均流比例，液晶实时显示输出电压、电流，人机界面良好，操作简便。具有过流保护功能，各模块工作稳定，基本达到了题目要求。一、方案论证与比较1.主电路拓扑的选择（1）B

2、uck型电路。只能降压不能升压，输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简单。但是纹波电压较大，效率不高。（2）Buck-Boost型电路。既能降压也能升压，输出与输入极性相反，输入输出电流脉动大，结构简单。输出空载时，会产生很高的电压造成电路中元器件的损坏，故不能空载工作。（3）Cuk、Sepic和Zeta型电路。这三种基本电路使用电容作为能量传递元件，均属于升降压变换器。这三种电路结构都比较复杂，且不能空载工作。其中Cuk型电路输出与输入极性相反，Sepic和Zeta型电路输出与输入极性相同。（4）单端反激型电路。该方案可以防止电流倒灌，同

3、时有较好的电压调整率，成本低，可靠性高，驱动电路简单。但是输出的电压纹波较大，外特性差，适用于相对固定的负载。综合本题的设计要求（输出电压小于输入电压）以及成本、电路复杂性等，选择方案（1）。2.整流电路的选择（1）二极管整流。二极管无需控制和驱动，电路结构简单可靠，成本较低。但当电路的输出电压较低时，整流二极管压降的限制会使效率难以提高。（2）同步整流。采用通态电阻非常小的MOSFET代替二极管，以降低通态压降，可以显著降低整流电路的导通损耗，从而达到较高的效率。但是这种电路的缺点是需要对MOSFET的通断进行控制，使控制电路更复杂。本题中对效率的要求并不

4、是很高，为简化电路设计选择方案（1）。3.处理器的选择（1）采用STC12C5A16S2单片机。STC12C5A16S2单片机是台湾宏晶公司2010年推出的新一代抗干扰，高速，高可靠性，低功耗的微控制器，其编程语言完全兼容传统8051单片机。（2）采用ATmega16单片机。ATmega16单片机是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。片内具有16K可编程Flash，8路10位ADC，四通道PWM，功能强大，开发成本低。在同样的晶振频率下，方案（2）有更高的性能和更低的功耗，因此可以降低运行频率以减少对电路的电磁干扰。因此选用方案（2）。

5、4.均流方法的选择（1）主从方式均流。在系统中设置一个主控制器或选择某一个电源作为主控电源，该主控制器或主控电源完成电压调节控制，其电压调节器的输出信号为电流参考信号，用来控制其他电源的输出电流，这时，其他电源按照电流源的特性运行。由于每个电源的电流参考信号都相等，因此输出电流也相等。这种方式均流精度很高，可达0.5%以内，但是一旦主控模块故障，整个系统就无法运行，系统可靠性不高。（2）最大电流自动均流法。在并联的模块中，输出电流最大的模块将自动成为主模块，其余的模块为从模块。各从模块以主模块的电流值作为指令进行调整，从而实现均流。（3）自动选主的主从均流方

6、法。在自动选主的主从均流方式中，各电源的电压调节器都处于工作状态，其输出通过均流母线仲裁出最大值。这种方式均流和稳压精度高，并且在主电源失效后，剩余的电源能自动仲裁出新的主电源，不影响系统正常工作。但是其需要硬件电路实现，比较复杂。（4）强迫均流（电压内环，均流外环）控制法。采用软件控制，通过软件计算，比较电源单元电流与系统平均电流，然后再调整电源单元输出电压，使其电流与平均电流相等。软件方式设计灵活、易于实现、均流控制精度高，可以通过微调PWM芯片的输出电压实现两路任意比例的电流分配。综合考虑，选择方案（4）。5.控制方案的选择（1）采用单片机自带的PWM

7、波发生功能驱动主电路。采用具有PWM波发生功能的单片机，利用软件编程控制其产生PWM波。该方案硬件开销少，但是若想同时实现对电流的采样，对单片机的性能要求较高。（2）采用专用集成PWM控制电路芯片SG3525。该方案反应迅速，采样实时。SG3525具有振荡器，利用改变RT与CT之值，就可以设定PWM的切换频率；此外尚有两组PWM输出、软启动及完全截止的功能，因此在电路设计上可大大降低硬件电路。SG3525采用电压模式控制方法。占空比为0-100%，考虑到死区时间，最大占空比通常为90-95%。其采用分频器，可以得到两路互补的占空比分别为0-50%的PWM信号

8、，同样，考虑到死区时间的存在，最大占空比通常为45%