2011电子设计大赛A题开关电源模块并联供电系统技术报告

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1、开关电源模块并联供电系统（A题）摘要本系统对效率要求非常高，所以尽量减少电路的损耗为设计的基本要求，便设计了模拟数字相组合的系统。模拟部分为BUCK降压斩波电路，数字电路部分以C8051F340单片机系统为核心，采用其内置的10位A/D，PWM信号发生器。通过AD检测到的电压和电流反馈信号来调整PWM信号的占空比，使电压稳定输出和电流按比例输出。经测试得系统的效率达到70%，电压基本稳定在8V，4A电流下测试，电路工作正常，满足系统要求。系统的最大亮点在于：由于C8051F340内部PWM发生器的精度和频率太低，会大大影响BUCK电路的性能，我们便将控制器的PWM输

2、出信号经过D/A输出，将此直流信号和由ICL8038产生的高频100K的三角波经高速比较器LM361来产生高频高精度的PWM信号。电路测试结果表明，这大大提高了系统的性能.一、系统方案的比较与选择1.1：系统方案的比较与选择方案1：斩波电路模块部分采用集成芯片如MC34063、UC3842外加IR2111或者IR2104实现，由控制核心产生控制信号调节输出电压和电流。该方案能完成题目的设计要求，但电路设计调试比较复杂，控制过程也比较难。方案2：使用可编程逻辑器件（CPLD、FPGA、ARM等）作为控制系统核心，产生占空比可变PWM驱动MOS管，电源斩波部分。该系统能

3、产生高频率高精度的PWM信号，但是运用太多集成电路，性价比太低方案3：控制系统选用自带PWM信号发生器的单片机系统，方便对开关管的控制，能大大简化电路，控制方便简单。显然，方案3比方案1简洁，新颖，且性价比比方案2优越，能大大降低系统成本。1.2：选用的系统方案本系统采用BUCK降压斩波电路和单片机C8051F340控制系统实现。基本的BUCK电路简单，控制容易，且性能稳定，选用的单片机系统C8051F340具有丰富的资源：10位精度的ADC、5路PWM输出，IC调试接口等。第18页另外考虑到C8051F340的PWM信号的精度和频率太低，会大大影响系统的性能，甚至

4、基本要求都达不到，我们便将控制器的PWM输出信号经过D/A输出，将此直流信号和由ICL8038产生的高频100K的三角波经高速比较器LM361来产生高频高精度的PWM信号。电路测试结果表明，这大大提高了系统的性能.二、详细系统描述2.1：系统原理框图按键PWM占空比调节DC-DC模块MOS驱动电路C8051F340单片机系统显示反馈信号的采集图2.1-1原理框图2.2：系统各模块电路2.2.1：电源模块：+5V电源图2.2.1-1+5V电源第18页：+12V电源图2.2.1-2+12V电源：-5V电源图2.2.1-3-5V电源由于系统设计要求不能用

5、线性电源和现成的DC-DC模块，所以本系统使用LM2576模块来制作系统需要的电源。对于产生正电压的公式为：Vout=1.23*（1+R2/R1）。本电源模块性能稳定，效率很高，功率大，满足本系统对电源的要求。第18页2.2.2：AD620电流采样模块图2.2.2-1电流采样电路本系统使用精密运算放大器AD620作为检测信号的放大，AD620的突出优点为精度高，温漂小，仅使用一个精密电阻就能精确确定放大倍数，其增益公式为Av=（4.94K/Rg）+1。故而用此电路来实现检测的电流信号的放大。2.2.3：高频高精度PWM信号产生模块：ICL8038产生三角波第1

6、8页图2.2.3-1高频三角波产生电路：单片机PWM输出过D/A，后产生正负直流电压信号模块图2.2.3-2D/A后正负直流电压信号：高频高精度PWM信号产生图2.2.3-3高频PWM生成电路本模块为我们这个设计的亮点部分，用于产生高频高精度的PWM信号，以便更好地稳定输出电压，使得电路更加的稳定，性能好。第18页2.2.4：MOS管驱动电路图2.2.4-1MOS管驱动电路本系统的开关管选用MOS管，而控制MOS管的关断与开通需要高电压，故而需用MOS管驱动芯片，供电选用12V。2.3：系统核心模块，BUCk降压斩波电路2.3.1：BUCK电路原理图图2

7、.3.1-1BUCK降压斩波电路第18页2.3.2：基于BUCK斩波的DC-DC模块图2.2.3-1完整DC-DC模块2.3.3:电路器件的选择以及参数的计算:选用导通电阻小的IRF3205低损耗MOS管作为开关管，肖特基二极管选用最大电流可以通过3A电流，并且恢复时间短的SR360。：电感参数的计算：<1>：电感值的计算：其中，是占空比，开关频率=40kHz,输出电压为36V，功率为16W,求得=10.7，取11。<2>：电感线径的计算：最大电流IL为2.5A，电流密度J取4A/mm2，线径为d,则由得d=0.892mm,工作频率为40kHz,需考