2011年全国大学生电子设计竞赛获奖论文——并联直流供电电源

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1、摘要本系统设计了低功耗高效率的开关电源并联供电系统，以集成降压电压转换芯片TPS5450为DC/DC控制模块核心，以超低导通电压的新型二极管LTC4352作为保护二极管，以超低功耗的高速单片机MSP430F2816为控制系统核心。采用数字和模拟两种反馈调节的方法，实现了两路电流在0.5A--1A的范围内以任意比例分配，两路输出的相对误差绝对值小于1%，并且通过负反馈调节使输出电压稳定在8V0.1V，整体系统以低功耗高效率为设计标准，供电系统的效率在80%以上。关键词开关电源并联供电电流均流低功耗DC/DC模块反馈调

2、节18目录绪论1第1章方案论证与设计11.1DC/DC控制模块11.2电压电流控制及均流1第2章电路设计与参数计算42.1系统主控电路42.2DC/DC控制模块电路52.3电压电流控制及均流电路7第3章系统功能与软件设计73.1系统功能设计73.2主控软件结构93.8调试14第4章系统测试与分析144.1系统参数测试144.2系统功能测试164.3测试结果分析17第5章技术总结与展望17参考资料18附录19附录一测试仪器清单19附录二元器件清单19附录三原理电路图19附录五源程序1918绪论问题的提出随着功率电子技

3、术的发展，开关电源在各个领域得到了广泛的应用。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制PWM控制和场效应管构成。在大功率DC／DC开关电源中，为了获得更大的功率，特别是为了得到大电流时，经常采用多个单元并联的方法。多个单元并联具有高可靠性，并能实现电路模块标准化。然而在并联中遇到的主要问题就是电流不均，特别在加重负载时，会引起较为严重的后果，因此采用均流就显得十分重要，它能把电流按一定的比例适当非配到各个单元，既能增加供电的安全性，又能提

4、高供电的效率。保证系统在不断电的情况下更换系统的失效模块，提高了系统的可维护性。分布式的电源系统具有很好的灵活性，可以将模块的开关频率进一步提高，从而提高模块的功率密度，使电源的体积，重量下降。系统的单个模块的电流应力减小，提高了系统的可靠性。另外，开关电源的效率高，功耗低，这为开关电源提供了广阔的发展空间。设计开关电源模块并联供电系统涉及到DC/DC稳压变换模块、电流电压检测和均流等内容，下面简单介绍其基本原理。DC/DC稳压变换模块是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，上述控制获得加速平稳、快速响应的性

5、能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。DC/DC变换是将原直流电通过调整其PWM（占空比）来控制输出的有效电压的大小。电流电压检测和均流在大功率DC／DC开关电源中，为了获得更大的功率，特别是为了得到大电流时，经常采用多个单元并联的方法。然而在并联中遇到的主要问题就是电流不均，特别在加重负载时，会引起较为严重的后果，因此采用均流就显得十分重要，它能把电流按一定的比例适当非配到各个单元，既能增加供电

6、的安全性，又能提高供电的效率。在本系统中我们采用两个开关电源单元并联的方案。18第1章方案论证与原理设计1.1开关电源模块并联供电系统结构框图要求设计制作一个有两路额定功率均为16W的8V的DC/DC模块构成的并联供电系统，在本系统中我们采用两个开关电源单元并联的方案。保证输出电压为8V,并且能按预置的比例在适当的范围内自动分配电流，达到均流的目的。图1-1两个DC/DC模块并联供电系统结构示意图1.2DC/DC控制模块方案方案一：降压开关型集成稳压芯片LM2596LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成

7、电路，具有很好的线性和负载调节特性。输出电压可调范围是1.2V--37V，误差范围为4%，能够输出最大3A的驱动电流。功耗低，关断电流仅为80uA，具备过压保护和过热保护功能。方案二：降压转换器TPS5450由集成电压转换器芯片TPS5450作为电压转换芯片，TPS5450是一款低功耗的降压型集成稳压芯片，输出电压范围是5.5V—36V，误差范围是百分比是1.5%。最大输出电流为5A。关断电流仅为18uA，具备过压保护和过热保护功能。工作温度范围是-40—125。+24V电源经过降压稳压后输出要求的电压8V。基于低

8、功耗和简化设计的考虑，题目要求发挥的输出电流范围为1.5V—3.5V，输出电压范围要求为8.0V+0.4V，误差范围为5%，而TPS5450最大输出电流为5A，误差范围仅为1.5%，而且关断电流18uA远远小于LM2596的80uA的关断电流，所以我们选择以集成电压转换器芯片TPS5450为核心的DC/DC控制模块方案。181.3电流反向保护模块方案因为存在