开关电源并联供电系统方案

2011年A题开关电源并联供电系统

组员：叶燕龙陈雄健黄烁

摘要

本系统以dsPIC33FJ64GS606为核心，采用双Buck电路实现降压并联为负载供电，两个模块输出电流比例在特定点能自动切换，同时也能手动指定量模块输出电流比例，输出电压范围稳定在8V，单个模块输出2A电流。实测电压，实测电流，实测效率。该系统主要由最小单片机系统，辅助电源模块，主Buck回路，电压电流采集放大电路组成。

关键词：dsPIC33FJ64GS606；数字闭环；DC/DC并联；Buck电路。

ABSTRACT

The system dsPIC33FJ64GS606 core, dual-Buck buck circuit in parallel to the load, the output current ratio of two modules can be automatically switched at a certain point, but also can manually specify the amount of module output current ratio, output voltage stable at 8V , a single module output current of 2A. Measured voltage, measured current, the measured efficiency. The system consists of the smallest single-chip systems, auxiliary power module, the main Buck circuit, amplification circuit voltage and current acquisition

Keywords: dsPIC33FJ64GS606; Switching Power Supply; Boost Circuit.

一、方案论证与比较

1.1 DC/DC主回路拓扑的方案选择

降压变换有非隔离型和隔离型两种：

方案一：采用隔离型降压拓扑方案，可供选择的有反激变换，正激变换等。隔离型的优点在于输出灵活，可实现多路输出，输入和输出间由高频变压器进行功率传送和电气隔离。缺点在于整个拓扑中的高频变压器是一个难点，个人很难绕制出高质量的高频变压器，高频变压器的绕制不当将影响整个系统的工作，调试的时候相对于非隔离拓扑难度较大。

方案二：采用非隔离型降Buck降压电路。非隔离型Buck通过PWM控制开关管通断，从而控制储能元件来传递能量，因而整个电路损耗很小效率可以做得很高。非隔离型降压电路调试简单，易于对整个电路的控制。非隔离型降压电路缺点在于输入输出间没有直接的电气隔离，稳定性和安全性相对于隔离型要差一些。

方案论证：方案一虽然稳定性和安全性更好，但是由于高频变压器的制作难度较大，调试所需时间也相对较长，由于本题没有要求多路输出等特别要求，所以采用非隔离型Buck降压电路可以显著提高效率，便于在短时间内调试成功，故选择方案二。

1.2 控制方法的方案选择

方案一：采用传统的模拟电路方法，通过在每一个Buck模块的输出采集反馈电压，反馈电压送入TL494等传统的PWM控制芯片进行占空比调整，同时在

输出采集每个模块的电流和总电流，通过判断电流是否按一定比例分配在进行相关补偿，以实现电压外环，电流内环的双环控制，达到稳压和电流分配的目的。

方案二：借助于dsPIC强大的运算能力，将所有的闭环控制操作放在MCU 中，通过MCU对采集的电压进行PI算法进行稳压，同时对采集的电流进行判断，通过MCU内部计算和调节，强制电流按指定比例分配，从而达到系统要求。

方案论证：方案二相对于方案一不仅硬件电路简单，而且全部的控制过程均可在软件中认为去设置，在实现同样的双环控制的功能下，方案二的仅需要多次试验来整定出合理的PI参数即可。而且全数字实现闭环控制，抗干扰的能力也比用传统模拟电路搭起来的效果好。综合上述本次设计中选用全数字闭环控制方式。

1.3 电流采集的方案选

方案一：采用普通运放构成差分电路采集采样电阻两端的压差并进行放大后送单片机的AD进行采样。

方案二：采用专门的仪表差放AD620采集采样电阻两端电压并放大后送单片机AD进行采样，AD620为专门的仪表差放，他在内部封装了普通3运放构成的差分放大电路。

方案论证：AD620相对于普通的运放构成的差分电路，在输入信号很小时依然能保持很高的准确度和线性度，能对微小的压差进行放大，外部仅需一直增益设置电阻取设定放大倍数即可。采用正负电源供电后误差可进一步减小。

配合康铜丝进行电流采样放大能达到很大的精度和很低的损耗。综合上述本次设计中采用方案二进行电流的采集。

二、详细软硬件分析

2.1 主回路器件选择及参数计算：

整体系统框图如图1

图1 整体系统框图

系统主回路由2路Buck回路构成，如图2：

图2：双路Buck主电路

Buck主回路采取CCM模式，对于开关频率的选择，综合考虑了开关损耗，输出纹波等因素后本次设计中选取25KHz。

占空比计算：

(Vi-Vo)*Ton/L=Vo*Toff/L

D=Vo/Vi

本次设计输入24V，输出8V，因此

D= Vo/ Vi=8/24=33.3%

电感量计算：

dIL= (Vi-Vo)*T on/L

dIL=0.2IL=0.2Ion

L=5(Vi-Vo)Vo*T/(Vi*Io)

IL_avg = Io

IL_peak=1.1Io

IL_rms=ILavg*(1+0.22/12)0.5

L电感量的选取原则使电感纹波电流为电感电流的20%

dIL—电感纹波电流峰峰值

IL_avg—电感电流平均值

IL_peak—电感峰值电流

L_rms—电感电流有效值

由以上公式，计算出电感量后适量选取，本设计最终用铁硅铝磁芯绕制电感，电感量选取700uh。

肖特基二极管选择：

Id_peak=1.1Io

Vrd=Vi