开关电源并联供电

题目: 开关电源模块并联供电系统

目录

摘要： (1)

一、系统方案

1．DC/DC模块主电路 (2)

2.开关管驱动电路 (2)

3.辅助电源电路 (2)

4.系统总体方案 (3)

二、理论分析与计算 (3)

1.DC/DC变换器稳压方法 (3)

2.电流、电压检测 (5)

3.均流方法 (6)

4.过流保护 (6)

三、硬件电路与软件设计 (6)

1.硬件电路设计 (6)

2.软件设计 (7)

四、测试条件与结果 (9)

1．测试仪器设备 (9)

2．基本要求测试数据 (9)

3．发挥部分测试数据 (10)

4、结果分析 (11)

五、参考文献 (11)

开关电源模块并联供电系统

摘要：本设计以Atmage16L-8PU单片机为控制器，由DC/DC模块电路、开关管驱动电路、辅助电源电路、电流采样电路、单片机电路、键盘电路和显示电路组成。其中，DC/DC 模块采用BUCK电路实现，开关管驱动电路采用IR2110芯片完成，辅助电源由单片开关电源芯片LM2576产生，并增加后置线性稳压环节。单片机实现闭环控制功能，稳定输出电压，并实现两路电源自动或按指定比例分流。测试结果表明，系统各项指标均达到题目要求。

Abstract:In the design, MCU Atmage16L-8PU is used as a controller. The system is composed of DC/DC modules, switch drive circuits, auxiliary power suppliers, current and voltage detection circuits, MCU system, display and keyboard control circuits. DC/DC module is based on BUCK circuit. Switch MOSFET is drived by IR2110 chips. Auxiliary power suppliers are generated by the switch mode power supply chip LM2576 with a linear post regulator. Closed-loop control is realized by MCU, so the output voltage is stabled and the currents of the two DC/DC modules are decided automatically or by the specified proportion. Test results show that the system has definitely met the design demand.

1．DC/DC模块主电路

方案一：采用反激式变换器。反激式变换器适合小功率输出，输入电压大范围波动时，仍可有较稳定的输出，并且可以实现带隔离的DC/DC变换，但其反激式变压器设计比较复杂，且整体效率较低。

方案二：采用BUCK变换器。BUCK是一种降压斩波电路，该拓扑效率高，电路结构结构简单，参数设计也比较简单。

综合比较，电压有24V变换到8V，为降压模式，且不要求隔离功能，为提高系统的效率，且方便电路的设计，本设计采用方案二。

2. 开关管驱动电路

方案一：由开关电源驱动电路芯片GT3525产生驱动信号。通过单片机控制GT3525芯片的基准电压调整PWM信号的占空比，从而控制主电路的输出。

方案二：由单片机直接产生PWM信号，经过IR2110芯片进行电平变换后，驱动开关管。通过检测输出电压和电流，由单片机直接调整PWM信号的脉宽，从而调整主电路的输出。

方案二省去了开关电源驱动电路芯片，通过单片机直接控制脉宽，设计灵活，控制简单。综合考虑，选择方案二。

3. 辅助电源电路

辅助电源用于给单片机电路和驱动电路供电，需要+5V和+15V两路电源。

方案一：采用反激电路实现。一路反激电路可以同时输出+5V和+15V，但反激电路结构复杂，需要变压器，效率较低。

方案二：基于单片开关电源LM2576的降压电路方案。此方案每路电源只能有一路输出，因此要同时提供+5V和+15V，需要两路辅助电源电路。但基于LM2576的降压电路外围器件很少，无需变压器和独立的开关管驱动电路，结构非常简单，调试方便。

综合考虑，选择方案二。

系统总体方案，包括DC/DC模块主电路、开关管驱动电路、辅助电源电路、电流采样电路、电压采样电路、单片机电路、键盘电路和显示电路，系统总体框图如图1所示。

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图 1 系统总体框图

二、理论分析与计算

1. DC/DC变换器稳压方法

DC/DC变换器采用BUCK电路结构，由单片机产生PWM信号驱动功率开关管，从而实现稳压和稳流功能，电路如图2所示。电路主要由功率开关管、输出整流二极管和滤波电路等组成。

图2 DC/DC 主电路

DC/DC 变换器输入电压为24VDC ，输出为8VDC 。我们选择占空比为0.5，根据反激电路工作原理，开关管两端最大电压为V D V V 485

.01241in Q =-=-=。我们选择功率开关MOS 管IXTH200N10T ，该MOS 管耐压为100V ，电流为200A ，导通电阻只有5.5m Ω，耐压值留有足够的余量，而且由于导通电阻小，能有效的减小损耗。

由于反激电路在开关管关断时产生很大的电压尖峰，会损坏开关管，因此需要在变压器原边增加钳位电路。我们选择RCD 钳位电路，选择电阻为2.2k Ω/2 w ，二极管型号为MUR1100，电容为300pF ，钳位效果良好。

为提高效率，减少干扰，我们选择整流二极管为超快恢复整流二极管MBR1060，平均整流电流为10A ，反向击穿电压为60V ，反向电流的恢复时间非常短，满足本设计要求。

反激电路通常使用由一个二极管和一个电容组成的半波整流滤波电路。本设计中负载电流最高可达2A ，常规的半波整流会产生很大的电流纹波，给电流检测和控制带来困难。我们选择两个电容和一个电感构成的π型滤波电路，使输出电压纹波和电容纹波均较小。滤波电容均选择2200μH/50V 的电解电容，电感选择自行绕制的1mH/3A 电感。

主变压器是反激电路最关键的器件，设计如下：

参考现有的磁芯规格，选择磁芯有效截面积e A =1322mm ，所选磁芯饱和磁通密度0.3s B T =。本系统选择开关电源工作频率f=10kHz ，频率较低，单片机较容易实现，并可减