开关电源模块并联供电系统(A)1.pdf

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1、2011年全国大学生电子设计竞赛开关电源模块并联供电系统（A题）【本科组】2011年9月3日摘要I目录II开关电源模块并联供电系统（A题）【本科组】1系统方案本系统主要由DC-DC模块、均流控制模块、过流保护模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1DC-DC模块的论证与选择方案一间接直流变流电路：结构如图1-1所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。图1间接直流变流电路方案二Buck降压斩波电路：拓扑结构如图2所示。图中V为全控型器件，开关的开通和关断受

2、外部PWM信号控制，D为续流二极管。当V处于通态时，电源Ui向负载供电，UD=Ui。当V处于断态时，负载电流经二极管D续流，电压UD近似为零，至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一周期的过程。负载电压的平均值为：ttononU=U=U=aUoiiit+tTonoff式中ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=ton/T)。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为Ui，若减小占空比α，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。++CE+L1GUiVDUDC1RUo---方案三：LM259

3、6电压调节电路：LM2596-ADJ是3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）。1综合以上三种方案，选择方案三。1.2均流控制模块的论证与选择方案一：基于SG3525的自主均流

4、实现。SG3525是一种脉宽调制信号芯片。这种芯片主要特点包括两路互补的开关信号、6V基准电压以及脉宽调制锁存等功能。SG3525芯片里的电压误差放大器部分是均流的实现环节。电流检测采用了分流器，电流取样信号经高精度测量放大器进行放大。过高的放大倍数可能引起振荡。均流误差放大器采用了差动输入，尽量提高了系统的控制精度。均流误差放大器输出作为SG3525参考信号的调整值，从而实现自主均流。PWM模拟分流器放大器均流误差放大器SG3525均流母线PWM模拟分流器放大器均流误差放大器SG3525方案二：外部电路控制法。每一个单元加一个输出电流检测电路来检测它的电流，产生的反馈信号调节每个

5、单元的电流，从而达到各单元间输出均流的目的。在这种情况下，每个单元间应有公共总线。这种控制方法均流效果较好，但是每个单元需附加一个电流控制电路，成为控制环路的一部分，需满足环路的总体要求，否则会降低单元的技术指标及工作稳定性，降低系统的动态响应特性。由于每个单元都需要一个控制电路，所以整个扩流系统连线较多。方案三：自动均流法。XXXX综合以上三种方案，选择方案三。2系统理论分析与计算2.1LM2596电压调节电路的分析2.1.1输出电压值的计算（即图1中的R1和R2）利用以下的公式来选择适当的电阻值，R2Vout=Vref(+1)R12这里的Vref=1.23V，在240Ω和1.5

6、KΩ之间为R1选择一个适当的阻值。低阻值使敏感的反馈脚的噪声容限降到最小（选用精度为1%金属膜电阻，可以使温度系数降低，随时间的稳定度最好）。VoutR2=R1(—1)Vref这里取R1=1K（精度为1%），R2取10K电位器。2.1.2电感的选择（L1）A.可以通过以下的公式计算电感电压与微秒的乘积E·TVout+Vd1000E·T=(Vin-Vout-Vsat)··（V·us）Vin-Vsat+Vd150KHz其中VSAT为内部开关饱和电压，且Vsat=1.16VVD为二极管正向压降，Vd=0.5V。取47uH的电感。2.1.3输出电容的选择A.在大多数的使用中，使用82μF～

7、820μF之间的低等效电阻（LowESR）的电解电容或固态钽电容效果最好，电容要靠近IC，管脚要短，连接的铜线要短。不要使用大于820μF的电容。B.电容的耐压至少应是输出电压的1.5倍，有时，为了得到纹波低的输出电压需要更高的电容耐压值。2.1.4前馈电容（CFF，见图1）当输出电压大于10V时，就需要一个补偿电容，这个电容的典型值在100pF～33nF之间，同时，与输出电压设置电阻R2并联。对于高输出电压、低输入-输出电压时和/或低等效电阻的输出电容等情况，这个电