XX年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽A開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告封面作品編號(hào)：作品編號(hào)：（由組委會(huì)填寫）（由組委會(huì)填寫）學(xué)校編號(hào)參賽隊(duì)編號(hào)（參賽學(xué)校填寫）組（隊(duì)）編號(hào)選題編號(hào)說(shuō)明1.為保證本次競(jìng)賽評(píng)選的公平、公平，將對(duì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告采納二次編碼；2.本頁(yè)作為競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告的封面和設(shè)計(jì)報(bào)告一同裝訂；3.“作品編號(hào)”由組委會(huì)統(tǒng)一編制，參賽學(xué)校請(qǐng)勿填寫；4.“參賽隊(duì)編號(hào)”由參賽學(xué)校編寫，其中“學(xué)校編號(hào)”應(yīng)按照巡視員提供的組委會(huì)印制編號(hào)填寫，“組（隊(duì)）編號(hào)”由參賽學(xué)校依照本校參賽隊(duì)數(shù)按順序編排，“選題編號(hào)”由參賽隊(duì)員依照所選試題編號(hào)填寫，例如：“0105B”或“3367F”。5.本頁(yè)承諾各參賽學(xué)校復(fù)印。開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告摘要：本設(shè)計(jì)是針對(duì)2011年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽A題，電路的設(shè)計(jì)是基于BUCK拓?fù)涞拈_關(guān)穩(wěn)壓電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以美國(guó)NSC的LM2576為功率輸出核心，提出一種基于并聯(lián)Buck變換器的自主均流操縱方法，該方法基于并聯(lián)Buck變換器狀態(tài)方程，設(shè)計(jì)了由操縱電路、愛護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路組成的自主均流的開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)關(guān)鍵詞：并聯(lián)型自主均流操縱一．系統(tǒng)方案1方案比較與選擇2。系統(tǒng)框圖依照題目的要求，我們分析得出系統(tǒng)的要緊模塊有24V轉(zhuǎn)8VDC-DC電路，電源電路，過(guò)流愛護(hù)電路，MSP430最小系統(tǒng)以及顯示部分，如下圖所示。(1)操縱芯片電路方案一：采納STC89C51單片機(jī)，51系列單片機(jī)為8位入門級(jí)單片機(jī)，價(jià)格廉價(jià)，操縱簡(jiǎn)單，但指令周期長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢，片內(nèi)資源單一。方案二：采納AVR系列單片機(jī)，作為51單片機(jī)的升級(jí)版，在執(zhí)行速度上大大提升，并集成了專門多新的功能，下載方便。方案三：采納TI公司的MSP430F169單片機(jī)，其運(yùn)算速度快，超低功耗，片內(nèi)資源較豐富，內(nèi)置多個(gè)中斷源，112位ADC，以及12位DA轉(zhuǎn)換，將不同功能的模擬電路，數(shù)字電路模塊以及微處理器集成在同一個(gè)芯片上。鑒于MSP430的強(qiáng)大功能，本系統(tǒng)操縱芯片采納MSP430。(2)DA數(shù)據(jù)輸出電路方案一：采取MSP430內(nèi)部自帶的DA轉(zhuǎn)換器，此種方案可降低硬件成本，但專門產(chǎn)生DA結(jié)果不穩(wěn)固。方案二：采取片外12位的TLV5617DA轉(zhuǎn)換器，此種方案硬件成本提高，但比較穩(wěn)固。方案三：采納MSP430片內(nèi)12位DA轉(zhuǎn)換器，但使用外部基準(zhǔn)源REF191穩(wěn)固輸出。比較以上方案，我們采納方案三，不僅節(jié)約硬件成本，易于操縱，而且能大大提高DA轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)固性和精確度。(3)DC-DC模塊電路：方案一：隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，通常采納變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于變壓器具有變壓的功能，因此有利于擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)用范疇，也便于實(shí)現(xiàn)不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出；并有效地實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離，但對(duì)變壓器的要求較高。方案二：非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。由于變壓器存在漏磁和損耗，會(huì)造成效率低下，故采納非隔離型，題目要求是將24V直流電壓轉(zhuǎn)換為8V，為降壓電路，因此buck型非隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器。(4)操縱方法方案一：電壓型操縱方法，開關(guān)變換器輸出的電壓VEB與參考電壓比較并放大，得到誤差信號(hào)VE，VE又與PMW比較器和鋸齒波信號(hào)相比較，從而輸出一系列脈沖，這些脈沖的寬度隨誤差信號(hào)VE的變化而變化。此方法夫人單環(huán)回路容易設(shè)計(jì)和分析，鋸齒波幅度比較大，抗干擾能力比較強(qiáng)，但輸入或輸出的變化只能在輸出改變時(shí)才能操縱并反饋進(jìn)行修正，響應(yīng)速度慢，電壓型操縱對(duì)負(fù)載電流沒(méi)有限制，因而需要額外電路限制輸出電流。方案二：電流型操縱方法，實(shí)在傳統(tǒng)的電壓型操縱基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)內(nèi)環(huán)（電流反饋環(huán)），使其成為一個(gè)雙環(huán)路操縱系統(tǒng)。此電路中回路穩(wěn)固性好，負(fù)載響應(yīng)快，具有過(guò)流愛護(hù)和可并聯(lián)性。雙反饋回路使得電路分析變得比較復(fù)雜，由于操縱回路需要電感電流操縱信息，操縱電路的存在增加了整個(gè)變換器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)也會(huì)阻礙變換器的效應(yīng)。綜合以上分析，本系統(tǒng)采納電流型操縱電路。(5)電源電路由于提供24V直流電，采納78XX系列穩(wěn)壓以及LM1117逐級(jí)降壓為MSP430提供3.3V供電電壓。采納ICL766產(chǎn)生負(fù)極性的電壓供給外表放大器AD620.。二．理論分析1DC-DC變換器穩(wěn)壓方法利用無(wú)源磁性元件和電容電路元件的能量?jī)?chǔ)備特性，從輸入電壓獵取分離的能量，臨時(shí)地把能量以磁場(chǎng)形式儲(chǔ)備在電感器中，或以電場(chǎng)形式儲(chǔ)備在電容器中，然后將能量轉(zhuǎn)換到負(fù)載，實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。其中采納PWM技術(shù)，從輸入電源提取能量隨脈寬變化，在一個(gè)固定周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)平均能量轉(zhuǎn)換。最終達(dá)到將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓。2電流電壓的檢測(cè)使用與電感串聯(lián)電阻來(lái)檢測(cè)電流，操縱信號(hào)和補(bǔ)償斜坡通過(guò)比較器與誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，從而進(jìn)行脈寬調(diào)制。3均流的方法在兩個(gè)并聯(lián)的模塊中，以輸出最大電流的模塊為主模塊，其余為從模塊，利用二極管的單向?qū)ㄐ?，只有電流最大的模塊，才能領(lǐng)先導(dǎo)通。正常情形下，各模塊分配的電流均衡，若其中某一路電流突然變大，成為并聯(lián)模塊中電流最大的主模塊，從模塊以均流母線上的電流信號(hào)作為本模塊的電流基準(zhǔn)，跟蹤基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)調(diào)整變換器輸出電壓，達(dá)到均流目的。4過(guò)流愛護(hù)若電路中DA輸出的瞬時(shí)電流過(guò)大，進(jìn)入系統(tǒng)后，由于系統(tǒng)本身的自主均流作用，會(huì)將輸出電壓堅(jiān)持在一個(gè)比較穩(wěn)固狀態(tài)，從而達(dá)到過(guò)流愛護(hù)的作用。三．開關(guān)電源電路的電路設(shè)計(jì)1、單元模塊電路電流采樣電路由低噪聲、高增益的高精度差分放大器AD620組成的高端采樣電路，如下圖所示。AD620采樣電路DC-DC要緊功能實(shí)現(xiàn)模塊DC-DC電路是本次開關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，通過(guò)再三考慮，決定采納NS公司的LM2576，有優(yōu)質(zhì)的線性和負(fù)載調(diào)劑能力，在指定輸入電壓和輸出負(fù)載條件下保證輸出電壓4%的誤差，完全滿足題目輸入固定24V和輸出8V條件下輸出電壓4%的誤差。LM258含有2個(gè)高增益，獨(dú)立內(nèi)部補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，其適用于單電源供電的特性可減小專門為運(yùn)放供電的電路。一級(jí)運(yùn)放組成電壓比較器，對(duì)DA輸出電壓進(jìn)行放大后與輸出電壓進(jìn)行電壓比較；二級(jí)運(yùn)放組成電壓跟隨器，分別由二極管IN4148選通到LM2576的反饋端，從而調(diào)劑輸出。電流采樣電路調(diào)理電路2電源電路采納三端穩(wěn)壓器件7812將輸入的24V轉(zhuǎn)換為12V，再用7805將電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)固的5V直流電壓。給AD620供電產(chǎn)生-9V電源電路3MSP430操縱電路操縱和顯示電路采納TI公司的MSP430單片機(jī)操縱與顯示，顯示采納高辨論率12864液晶，用以顯示輸出的兩路電流之比和總的電流輸出。4PCB設(shè)計(jì)（1）由于主模塊DC-DC中存在電感，快速切換電流會(huì)引起電壓瞬變，因此在PCB的制作開始就考慮了電感和接地回路最小，并盡可能的單點(diǎn)接地。此模塊要緊為模擬電路，采納大面積鋪地。（2）開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷都存在一個(gè)電流環(huán)路，次環(huán)路差不多上高頻，大電流的環(huán)路，布線和布局時(shí)都要將此二環(huán)路面積設(shè)計(jì)的最小。（3）注意芯片和開關(guān)管得散熱，電容的引線不能太長(zhǎng)，專門是高頻旁路不能有引線。四．系統(tǒng)測(cè)試1測(cè)試儀器直流穩(wěn)壓電源四位半數(shù)字萬(wàn)用表2測(cè)試結(jié)果總電流0.981.011.512.001.982.472.434.12(A)I1(A)I2(A)電流比例1:1誤差的絕0%對(duì)值(%)0.490.490.500.511:10.501.001:21.001.001:10.481.481:31.231.221:10.581.831:32.062.031:11%0%0%2%0.5%2%1.5%效（%）率8281757372727068實(shí)測(cè)過(guò)流愛護(hù)值為4.4A。五．實(shí)驗(yàn)總結(jié)綜合上述各部分的測(cè)試結(jié)果：本設(shè)計(jì)圓滿完成了題目的差不多要求部分和發(fā)揮部分，通過(guò)反復(fù)的調(diào)試和理論驗(yàn)證，保證了開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的穩(wěn)固工作，使直流輸出電壓穩(wěn)固在8V,當(dāng)調(diào)整負(fù)載電阻并保證輸出電壓時(shí)，不管是1:1模式1A依舊1:2模式1.5