开关电源模拟并联供电系统论文.docVIP

开关电源模块并联控制供电系统 设计报告 曲阜师范大学 物理工程学院 2011.09.03 摘要 开关电源模块并联供电系统主要由DC/DC开关电源和电流分配电路模块和过流保护电路模块构成。开关电源的关键是DC/DC转换系统，它包含了开关器件、脉冲变压器，录波器等所有功率器件和控制模块，并且控制模块的设计是DC/DC的核心，我们用PWM调制的专用芯片UC3842来实现DC/DC变换系统的控制模块，由保护电路和驱动电路；电流分配电路模块由大功率CMOS管和NPN三极管组成的电子开关、STC12C5A32S2单片机、1602液晶显示器构成。电流分配的关键是控制每个支路电流流过负载的比例，我们根据CMOS管的开关特性利用单片机编程控制两个电子开关的通断时间以此来控制并联模块的输出电流在负载上的分配比例；过流保护电路由稳压管来实现。整个系统成本低、干扰小、性能稳定，满足设计要求。 关键字：脉冲变压器 PWM调制 DC/DC变换器 电子开关 目 录 1 系统设计方案 2 1.1 题目解析 2 1.2 模块设计 3 1.2.1 电源模块设计方案 3 1.2.2 电流分配模块设计方案 3 1.3 过流保护电路模块 4 2 理论分析与计算 5 2.1 DC/DC变换器稳压方法 5 2.1.1 UC3842内部引脚功能介绍 5 2.1.2 UC3842外围电路功能介绍 5 2.1.3 输出稳压反馈电路 6 2.1.4 AP法选取磁芯 6 2.2 电压电流检测 7 2.3 均流方法 7 2.4 过流保护 7 3 电路设计 8 3.1 主电路设计 8 3.2 测控电路原理图 8 4 测试结果及分析 9 4.1 测试数据 9 4.2 数据分析 9 参考文献 10 1 系统设计方案 1.1 题目解析 根据题目要求设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联系统。 基本性能指标有：（1）调整负载电阻至额定输出功率状态，供电系统的直流输出电压U0=8.0±0.4V。（2）额定工作状态下，供电系统的效率不低于60%。（3）调整负载电阻,保持输出电压U0=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和I0=1.0A且按I1:I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。（4）调整负载电阻，保持输出电压U0=8.0±0.4V，是两个模块输出电流之和I0=1.5A且按I1:I2=1：2模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。 1.2 模块设计 整个系统的设计分为电源模块、电流分配模块、过流保护模块。 1.2.1 电源模块设计方案 方案一：单片机来实现整个系统的控制。布线简单，硬件设计节省时间；但是控制软件编程工作量大、难度大；所有的控制都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高，这是单片机难于实现的。 方案二：DC-DC主回路降压模式（如图1），使用单开关，控制容易，电路较为简洁，但在功率较高的情况下，对电感的要求较高，不容易操作。采用集成开关电源控制芯片UC3842，外围器件少，PWM波形精确，性能好。 图1 综合考虑，UC3842是高性能固定频率电流模式控制器，转为直流至直流变换器应用而设计，具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制，扩展能力强，与单片机搭配，对系统的控制更为方便。故本次设计采用第二种方案。 1.2.2 电流分配模块设计方案 方案一：平均电流法(自动均流)，它是将并联工作的每个模块电流取平均值后，将平均电流值送给每个模块，各模块都以这个平均电流值为目标自动调节自己的输出电流，从而达到均流的目的（如下图）。均流效果较好，易实现准确均流；但是，当均流母线短路或某个模块不工作时母线电压下降，将促使每个模块电压下调，甚至达到下限，造成故障；并且它只能做均流使用，不能自动调节每个支路的输出电流比例。 图 2 方案二：用NPN三极管和CMOS管组成两个并联的电子开关，一端分别和并联的两个电源串联，另一端都接到负载电阻上。由单片机编程控制每个电子开关的通断，通过调节每个电子开关的通断时间比例，来控制每个支路输出电路在负载上的比例，通断时间的比例由手动按键调整，并将I1与I2比例显示在液晶屏上。但是由于电路导通时在电子开关CMOS管上会存在压降，使得负载两端分得的电压会偏离电源的额定输出电压。 图3 综合考虑，STC12C5A32S2单片机控制稳定，可通过按键任意改变每个支路的电流比，并且编程简单易操作，能够满足题目对电流的大小和分配比例的要求。所以我们选择了第二个方案。 1.3 过流保护电路模块 方案一：如图所示，功率管VT3的导通电流在电流取样电阻R1两端产生压降。该电压通过R3加到IClB的反相输入端，IClB的同相输入端由基准电压利用电阻R4、R5分