开关电源模块并联供电系统20120711.pptVIP

…/A题解析/… 开关电源模块并联供电系统 -2011年全国大学生电子设计竞赛A题 赛题解析 赛题回顾 要点分析 实现方案 测试数据 总 结 开关电源模块并联供电系统 任务： 设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W 的8V DC/DC 模块构成的并关联供电系统（如图1）。 两个DC/DC 模块并联供电系统主电路示意图 开关电源模块并联供电系统 基本要求： （1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压UO=8.0±0.4V。 （2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60% 。 （3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO =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UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO =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%。 开关电源模块并联供电系统 发挥部分： （1）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使负载电流IO 在1.5~3.5A之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5~2.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。 （2）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO =4.0A 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的绝对值不大于2%。 （3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。 （4）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有±0.2A 的偏差）。 （5）其他。 开关电源模块并联供电系统 说明： （1）不允许使用线性电源及成品的DC/DC 模块。 （2）供电系统含测控电路并由UIN 供电，其能耗纳入系统效率计算。 （3）除负载电阻为手动调整以及发挥部分（1）由手动设定电流比例外，其他功能的测试过程均不允许手动干预。 （4）供电系统应留出UIN、UO、IIN 、IO、I1、I2 参数的测试端子，供测试时使用。 （5）每项测量须在5 秒钟内给出稳定读数。 （6）设计制作时，应充分考虑系统散热问题，保证测试过程中系统能连续安全工作。 I1 I2 Io Uo=8.0V UIN=24V DC/DC 模块一 DC/DC 模块二 R1 R2 RL V1 V2 R1、R2---线缆等效电阻 题目分析 对I2的分析与I1类似 当线缆等效电阻R1和R2都较小时，V1和V2的微小变化将引起I1和I2较大的变化，甚至导致系统动态性能下降。 对V1和V2调整的步进要足够小，以保证I1和I2最小变化量足够小。 题目分析 效率要求： 选择转换效率较高的DC/DC变换器，选用耗能低的功率器件。 选用耗能低的测控电路。供电系统含测控电路都是由UIN 供电，测控电路的能耗纳入系统效率计算，要求设计转换效率较高的供电电路和测控电路。 均流、稳压： 每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有±0.2A 的偏差），输出电压UO=8.0±0.4V，为减小输出电流、电压的误差需要保证对电流电压采样的有较高精度。 调整时间： 每项测量须在5 秒钟内给出稳定读数，需选用较优的控制方法，以减少系统调节时间。 设计需求 一、降压斩波（Buck）电路 电路结构简单，性能稳定。 二、同步整流降压（Synchronous Buck）电路 用Mosfet代替Buck电路的续流二极管，有利于提高转换效率。 三、单端反激（Flyback） 输入输出隔离，可实现降压或者升压。 Buck电路 同步降压电路 单端反激电路 变换器方案 参数 型号 RDS(on) VDSS IRF3205 8mΩ 55V IRF3805 3.3mΩ 55V IRF540 50~77mΩ 100V 电流增大肖特基二极管正向压降随着增大，压降数值10e-1数量级。导通损耗：P(on)=I*V(on)=2.5A×0.5V=1.25W。 选用低导通电阻功率Mosfet代替肖特基续流二极管，导通损耗为：P(on)=RDS(on)I2=8mΩ×2.52=0.05W 可见选择低导通电阻的Mosfet代替肖特基二极管作为续流管有利于提高转换效率，即同步整流降压电路在效率上优于Buck电路。 变换器设计方案比较 I1 I2 Io Uo=8.0V UIN=24V DC/DC 模块一 DC/DC 模块二 R1 R2