开关电源并联供电系统-暑期电子设计竞赛培训结题报告.docx

编号 暑期电子竞赛培训 结题报告 申请题目 开关电源模块并联供电系统 培训队员 所在院系 指导教师 实验场所 联系方式 学生电子科技创新中心 二〇一三年 八 月 摘要 本设计以AVR ATmega 16单片机为主控模块，结合IR 2102驱动芯片制作两个降压式DC/DC开关电源模块构成并联供电系统，稳定输出8 V电压，各路的转换效率可达84%。同时采用强迫均流控制法，能实现较高精度、比例可调的均流功能，均流相对误差可达5%。通过键盘设定均流比例，液晶实时显示输出电压、电流，人机界面良好，操作简便。具有过流保护功能，各模块工作稳定，基本达到了题目要求。 一、方案论证与比较 1. 主电路拓扑的选择 （1）Buck型电路。只能降压不能升压，输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出???流脉动小，结构简单。但是纹波电压较大，效率不高。 （2）Buck-Boost型电路。既能降压也能升压，输出与输入极性相反，输入输出电流脉动大，结构简单。输出空载时，会产生很高的电压造成电路中元器件的损坏，故不能空载工作。 （3）Cuk、Sepic和Zeta型电路。这三种基本电路使用电容作为能量传递元件，均属于升降压变换器。这三种电路结构都比较复杂，且不能空载工作。其中Cuk型电路输出与输入极性相反，Sepic和Zeta型电路输出与输入极性相同。 （4）单端反激型电路。该方案可以防止电流倒灌，同时有较好的电压调整率，成本低，可靠性高，驱动电路简单。但是输出的电压纹波较大，外特性差，适用于相对固定的负载。 综合本题的设计要求（输出电压小于输入电压）以及成本、电路复杂性等，选择方案（1）。 2. 整流电路的选择 （1）二极管整流。二极管无需控制和驱动，电路结构简单可靠，成本较低。但当电路的输出电压较低时，整流二极管压降的限制会使效率难以提高。 （2）同步整流。采用通态电阻非常小的MOSFET代替二极管，以降低通态压降，可以显著降低整流电路的导通损耗，从而达到较高的效率。但是这种电路的缺点是需要对MOSFET的通断进行控制，使控制电路更复杂。 本题中对效率的要求并不是很高，为简化电路设计选择方案（1）。 3. 处理器的选择 （1）采用STC 12C5A16S2单片机。STC 12C5A16S2单片机是台湾宏晶公司2010年推出的新一代抗干扰，高速，高可靠性，低功耗的微控制器，其编程语言完全兼容传统8051单片机。 （2）采用ATmega16单片机。ATmega16单片机是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。片内具有16K可编程Flash，8路10位ADC，四通道PWM，功能强大，开发成本低。 在同样的晶振频率下，方案（2）有更高的性能和更低的功耗，因此可以降低运行频率以减少对电路的电磁干扰。因此选用方案（2）。 4. 均流方法的选择 （1）主从方式均流。在系统中设置一个主控制器或选择某一个电源作为主控电源，该主控制器或主控电源完成电压调节控制，其电压调节器的输出信号为电流参考信号，用来控制其他电源的输出电流，这时，其他电源按照电流源的特性运行。由于每个电源的电流参考信号都相等，因此输出电流也相等。这种方式均流精度很高，可达0.5%以内，但是一旦主控模块故障，整个系统就无法运行，系统可靠性不高。 （2）最大电流自动均流法。在并联的模块中，输出电流最大的模块将自动成为主模块，其余的模块为从模块。各从模块以主模块的电流值作为指令进行调整，从而实现均流。 （3）自动选主的主从均流方法。在自动选主的主从均流方式中，各电源的电压调节器都处于工作状态，其输出通过均流母线仲裁出最大值。这种方式均流和稳压精度高，并且在主电源失效后，剩余的电源能自动仲裁出新的主电源，不影响系统正常工作。但是其需要硬件电路实现，比较复杂。 （4）强迫均流（电压内环，均流外环）控制法。采用软件控制，通过软件计算，比较电源单元电流与系统平均电流，然后再调整电源单元输出电压，使其电流与平均电流相等。软件方式设计灵活、易于实现、均流控制精度高，可以通过微调PWM芯片的输出电压实现两路任意比例的电流分配。 综合考虑，选择方案（4）。 5. 控制方案的选择 （1）采用单片机自带的PWM波发生功能驱动主电路。采用具有PWM波发生功能的单片机，利用软件编程控制其产生PWM波。该方案硬件开销少，但是若想同时实现对电流的采样，对单片机的性能要求较高。 （2）采用专用集成PWM控制电路芯片SG3525。该方案反应迅速，采样实时