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

开关电源模块并联供电系统（A题）

【本科组】

队员:谭海龙冯力方张超洋

指导老师:甘德成

学校:宜宾学院

2011年9月3日

开关电源模块并联供电系统（A题）

摘要：本设计采用超低功耗单片机MSP430F247为主要控制核心部件，应用同步BUCK拓扑结构作为高效率的DC-DC变换；设计并制作了开关电源模块并联供电系统。应用AMSCS原理和ECM控制模式实现动态均流控制；使用电流并联监视器件INA194作为电流检测；使用高效率TPS5430芯片设计辅助电源。实现了系统在500mA-4A范围内可自动分配或者手动任意预制两路DC-DC模块的电流比大小并显示相关参数。系统元件少，性价比高、系统效率高达85%以上、很好的完成了基本部分和发挥部分的要求。

关键字：MSP430F247；AMSCS；ECM；动态均流；效率；

Abstract

This design uses the low power consumption MCU, MSP430F247 ,as the main control the core part and uses the application of synchronous BUCK topology structure as high efficiency of the DC-DC transform .The design is made up of the switch power supply module parallel power supply system and uses AMSCS principle and ECM control model to achieve dynamic all flow control. The design uses current parallel surveillance devices, INA194, as electric current detection and successfully uses a high efficiency chip, TPS5430, to design auxiliary power supply. Finally the design realized that current can be set range from 500 mA to 4 A automatically or manually arbitrary distribution prefabricated a DC-DC module of the current

size ,and can display related parameters. The system is consist of less component, higher performance price ratio, especially the system efficiency is as high as 85% above. So the system accomplished the basic part and the expression part successfully.

Key word: MSP430F247; AMSCS; ECM; Dynamic all flow; Efficiency;

目录

1.系统方案设计与论证 (2)

1.1 DC-DC变换器方案论证 (2)

1.2 均流控制方法及实现方案 (2)

1.3 系统整体框图 (3)

2.理论分析与参数计算 (3)

2.1 DC-DC变换器稳压方法 (3)

2.2 电流电压检测分析与计算 (4)

2.2.1 电压检测 (4)

2.2.2 电流检测 (4)

2.3 均流方法的分析 (5)

2.4 过流保护及自恢复分析 (5)

3.电路与程序设计 (5)

3.1 电路设计部分 (5)

3.1.1 DC-DC电路设计 (5)

3.1.2 电流采集电路设计 (6)

3.1.3 辅助供电模块设计 (6)

3.2 程序的设计 (7)

4.系统测试 (8)

4.1 测试方法 (8)

4.2 测试仪器清单 (8)

4.3负载调整额定功率测试 (8)

4.4系统效率测试 (9)

4.5 4A均流测试 (9)

4.6 任意比分流点测试 (9)

4.7过流保护及自动自恢复功能 (10)

4.8其它功能测试 (10)

4.9 误差分析 (10)

5．总体结论 (10)

6．参考文献 (11)

附录 (12)

1.系统方案设计与论证

1.1 DC-DC变换器方案论证

【方案一】：采用异步BUCK变换器，该拓朴结构简单，只需对一个开关管进行控制，因此控制思路非常简单。但由于在大电流时，异步BUCK电路中的续流二极和开关管的功耗增加，成为电路中的主要功耗，这会使电路工作在大电流时的效率降低,故不采用此种结构。

【方案二】：采用正激式变换器，该变换器为隔离型电路，通过变压器将输出与输入进行电气隔离，其控制方法与方案一类似。但由于变压器绕制过程复杂且会使电路系统效率降低。对于输出为8V的电压的电源系统，隔离问题并不是设计中的主要问题，因而变压器的优点在该系统中并未充分的体现，还会大大增加系统设计的成本，故也未采用此方案。

【方案三】：采用同步BUCK变换器，由于采用MOS代替异步BUCK电路中的续流二极管，因此在低压大电流中的其效率非常高。此电路虽要控制两个MOS 管，但采用一片浮栅驱动就可以当作一个管子来控制，所以控制也很简单。

根据上述的比较以及结合设计的实际需要，我们选用方案三。

1.2 均流控制方法及实现方案

【方案一】：并联强迫均流。利用监控模块实现均流，由监控模块获得所有并联模块的平均电流值，再通过软件计算，用并联平均电流值与模块电流值进行比较，比较后的结果用来补偿电压基准，调整模块电压，使模块电流值与系统平均值电流相同。此方案易于实现,均流精度高，但其瞬态响应较差,调节时间长。

【方案二】：运放反馈均流。主电路通过电压反馈稳定输出电压，从电路通过运放检测主从两路的电压差控制输出电压，使得两路压差为零，从而达到了均流的目的。该方案的实现与运放的参数有关，运放反馈回路的电容、电阻不好匹配。

【方案三】：用单片机实现动态均流。通过单片机实时采集两路DC-DC模块的电流和负载电压，然后通过内环电流外环电压，软件模拟硬件最大值均流的算法控制两路DC-DC模块PWM波形的占空比来调节电流。该方案优点控制精度高、外围电路简单，用软件模拟硬件，成本低，整个系统的效率高。

根据上述三种方案的比较结合题目的控制要求最终选择方案三实现均流控制。