2011 A开关电源模块并联供电系统设计报告

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1、2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告参赛题目：开关电源模块并联供电系统题目编号：A参赛队员：韩洪健吴鹏鑫张帅参赛单位：黑龙江科技学院日期：二〇一一年九月四日摘要：本系统通过双管正激方式构成基本的DC/DC模块，实现输入24V直流电压时模块输出电压UO=8.0±0.4V。然后通过采样电阻以及均流技术控制2个DC模块的输出电流按规定方式输出。本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小等优点。关键词：双管正激电路；均流技术；开关电源。一、方案论证与

2、比较1.1DC-DC主回路拓扑的方案选择DC-DC变换有隔离和非隔离两种。由于输入输出隔离的方式安全，所以选择非隔离方式，具体有以下几种方案：方案一：反激开关电路形式。24V直流电经过变压器的原边，用单个开关电压恒定。根据占空比和负载，可以工作在完全或不完全能量转换方式。方案二：BUCK电路形式。BUCK调整器中的FET1﹑L1和D1将输入电压降低，并供给推挽DC变压器的FET2、FET3和T1。DC变换器的主输出到BUCK调整器形成闭环控制以恒定输出，因此其他的辅助输出近似不变。方案三：双管正激变

3、换电路形式。双管正激变换器使用两个开关管，从而使每个管尽承受一倍直流输入电压，且关短时也不出现漏感尖峰因此双管正激变换器更可靠。故选择方案三。1.2控制方法的方案选择方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。该方案主要由软件实现，控制算法比较复杂。速度慢，输出电压稳定性不好，若想实现自动恢复，实现起来比较复杂。方案二：采用恒频脉宽调制控

4、制器TL494，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为1--300KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA，驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。鉴于以上论述，选用方案二。1.3电流工作模式的方案选择方案一：电流连续模式。电流连续工作状态，在下一周期到来时，电感中的电流还未减小到零，电容的电流能够得倒及时的补充，输出电流的峰值较小，输出纹波电压小。

5、方案二：电流断续模式。断续模式下，电感能量释放完时，下一周期尚未到来，电容能量得不到及时补充，二极管的峰值电流非常大，对开关管和二极管的要求就非常高，二极管的损耗非常大，而且由于电流是断续的，输出电流交流成分比较大，会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输出，断续工作模式的峰值电流要高很多，而且输出直流电压的纹波也会增加，损耗大。鉴于上面分析，本设计采用方案二。1.4提高效率的方案选择影响效率的因素主要包括单片机及外围电路功耗，单片机及外围电路供电电路的效率和DC—DC变换器的效率。二、理论分析

6、与计算2.1DC/DC变换器稳压方式：　ＤＣ－ＤＣ主回路原理图①Pin=Po／η=8V*2A=16/0.9=17.777②设Dmax=0.45ΔBm=0.2T③计算NpN=Vin*Dmax/A*ΔBm*f=24*0.45/1.28**0.2*45*10³=9.375④Ns==9*9.375/(24*0.45)=7.8145Ns/Np=7.8145/9.375=8/NpNp=10Ns=8⑤原副边电流的有效值：Is=Io=2=1.341A横截面积：As=Is/J=1.341A/4.32=0.3104线径

7、：Ds===0.6288mmIprms=2*0.8=1.0728Asp=1.0728/4.32=0.2483Dp===0.562449mm⑥集肤效应Δ==0.3535mm线径D=0.47mm　2.2电流电压检测　　 通过反馈电路提供一个参考电压，与输出电压的反馈分压进行比较，电压误差放大器产生一个高或低电平，控制脉宽变化，来达到调整输出电压的变化，反复调整后使输出达到设定得值为止。参考电压输出后电压的反馈调节是自动调节的，调节速度快。由于本设计对效率的要求比较高，所以在设计时尽量不用单片机，这样可以

8、尽可能的提高效率。2．3均流方法：同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC/DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。 2.4过流保护：采用恒流型电流限制时，在短路条件下线性调整器会产生大量的内功耗，从而降低电源的性能。因此采用折返输出电流限制，电路在过载情况下减小电流，从而减少线性调整晶体管的功耗。三﹑电路设计3