基于NMOS管的高效双DCDC开关电源智能平衡供电系统(最终版) .pdfVIP

基于NMOS管的高效双DC/DC开关电源智能平衡供电系统

摘要：本设计突破传统PMOS开关管DC方案，采用导通电

阻极小（4毫欧IRF1404）NMOS管作为功率开关管，同时续流二极

管也采用NMOS管，这样极大提升了DC转换的效率，一度接近90%。

IR2110芯片悬浮驱动NMOS技术在该方案中起到关键作用。开关振

荡器采用施密特触发器实现，电路非常简单，该电路完全自主设

计。电流平衡控制的关键是精确测量电流，电流检测选择MAX4372

传感器高位测量，从而实现全系统单一共地，使得系统简单可靠。

核心智能控制选择AVR单片机ATMEGA8，在充分利用MCU片内资源

上下足了功夫，多通道ADC实现电流测量和平衡比例设定输入，

PWM输出微量调节DC电压从而实现电流分配，同时还实现LCD显

示。该系统完全实现了题目要求的各项指标，器件选择恰到好处。

关键词：NMOSDC/DCIR2110MAX4372平衡供电

一、方案设计与论证

分析设计题目的各项要求，DC模块的设计是本题重点，两个DC模块输出电流的配比

和输出电压的稳定是本题的重点，也是难点。对此，做以下方案的论证与选择。

DC-DC

电流取样1

模块1

24V输入PWM_DACMCU负载

DC-DC

电流取样2

模块2

图1开关电源系统框图

1.1DC/DC模块

DC/DC转换器含有升压式和降压式。升压式通常采用NMOS功率管作为开关管，因为

NMOS工作是由于栅极电压高于源极电压，在升压系统中容易实现，如图2降压式通常

。

采用PMOS功率管作为开关管，因为PMOS工作是由于栅压低于源电压,在降压系统中容

易实现，如图3。分析题目要求，需要降压式DC/DC转换器。

图2升压式简单原理图图3降压式简单原理图

方案一：用PMOS管做开关管，搭建降压式DC/DC模块供电系统。

方案二：采用LM2596降压开关型稳压芯片，构建外围电路，通过单片机以及DA转

换构建闭环反馈系统，使输出电压满足题目设定要求。如图4所示。

图4基于LM2596的DC/DC方案

方案三：通过方案比较，考虑到前两种方案供电系统的效率都不高，选用NMOS管代

替方案一中的PMOS管，因为在相同尺寸条件下,IRF3205这种型号的NMOS管的导通电阻大

约只有6.5mΩ，而同类型PMOS管中较小的导通电阻也有0.2Ω。NMOS管具有较小的导通

电阻，而且技术比PMOS管更成熟,从而提高DC/DC转换的效率，降低功耗。

但是如果功率开关管选用NMOS,由于栅极电压必须高于源极电压才能使NMOS管工

作,最小的压差是开启电压V，而且NMOS管的源极处于悬浮的状态，所以NMOS的驱动是

T

一个难点。芯片IR2110较好的解决了NMOS管自举驱动的问题，本方案正是采用这种自举

驱动电路。

1.2电流分配

方案一：由单片机产生2路PWM—DA输出电压分别微调2个DC/DC模块的输出电压，

从而调整两个DC/DC模块输出的电流比。

方案二：一个DC/DC模块由自身模块反馈稳定到8V，另一个DC/DC模块由单片机产

生1路PWM—DA输出电压干扰DC/DC电路的反馈系统，达到微调其中一个DC/DC的输出

电压，从而调整两个DC/DC