开关电源并联供电

设计报告

设计题目：开关电源并联供电系统设计者：

指导老师：

设计时间：2013年8月22日

摘要：系统以PIC16F877A单片机为控制核心，由LM2576HV-ADJ实现DC/DC功能，采用两个LM2576HV-ADJ模块级联实现2路并联供电，通过单片机PIC16F877A部10位高速电压输入型A/D转换器将模拟量电压转化成数字量，并通过8位串行数模转换器MCP41010将数字量转换成模拟量，实现2路输出电流的自动分配的数字化控制系统，同时系统具有输出过流保护功能，且可实现对输入电压、输出电压及输出电流的测量和检测。关键词: PIC16F877A，LM2576HV-ADJ，开关电源，并联供电

1.系统设计

1.1设计要求

1.1.1基本要求

（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压U O=5.0±0.4V。（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60% 。

（3）调整负载电阻，保持输出电压U O=5.0±0.4V，使两个模块输出电流之和I O =1.0A且按I1:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。（4）调整负载电阻，保持输出电压U O=5.0±0.4V，使两个模块输出电流之和I O =1.5A且按I1:I2= 1:2 模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。

1.1.2发挥部分

（1）调整负载电阻，保持输出电压U O=5.0±0.4V，使负载电流I O在1.5~3.5A之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5~2.0A）围按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。

（2）调整负载电阻，保持输出电压U O=5.0±0.4V，使两个模块输出电流之和I O =4.0A且按I1:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于

2%。

（3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。

（4）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有±0.2A的偏差）。

（5）其他。

1.2 方案论证

1.2.1控制模块

方案一：采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为系统的控制器。89系列单片机算术运算功能强，软件编写灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并有

功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。但89C51单片机外围资源少，指令

多为双周期，抗干扰能力不强。

方案二: 采用PIC16F877A单片机作为系统控制器。PIC单片机具有89C51单片机的上述优点。PIC系列单片机指令系统设计精炼，且具有性能完善、功能强大、开发应用

方便以及人机界面友好等突出优点，系统具有更高的性价比。

二者方案比较，采用方案二。

1.2.2DC/DC模块方案

方案一：降压模块采用直流斩波电路中的Buck电路，该电路使用一个可控器件（如晶闸管、IGBT），并且包括该器件的控制电路。

方案二：采用LM2576HV-ADJ降压单片开关稳压器芯片及简单的外围电路，它在规定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压可调且负载电流可达到3A。

由于本设计要求两个输出功率均为16W，输出电压为8V的DC/DC模块并联，考虑采用性价比较高的LM2576芯片，它的转换效率高于77%，应用时比较简单且外围元件较少，并且置的过流保护电路和过热保护电路，控制简单且成本较低，基于上述原因选择方案二。

1.2.3过流保护方案

方案一：通过检测电路，把检测到的信号与设定值相比较，比较电路产生的输出信号使控制电路失效，逆变电源的输出或输入被切断，从而达到保护的目的。

方案二：利用单片机编程，检测输出电流标志，当输出电流大于4.5A时通过软件给与LM2576第5脚连接的引脚高电平。

由于电源并联系统的硬件连接比较复杂，通过软件编程提供过流保护可以减轻硬件负担并充分利用了单片机的优越性，故选择方案二对电路进行过电流保护。

1.3系统设计框图

根据设计要求，系统模块需要包括PIC16F877A核心控制模块，DC/DC模块，D/A转换模块和人机对话等模块组成开关电源并联供电系统模块，系统结构框图可见图1-3。

图1-3系统结构框图

2.单元模块设计

2.1核心控制模块

2.1.1电路原理图

图2-1-1 PIC16F877A

2.1.2工作原理

控制器主要是接受并判断各种检测电路的输出信号并输出相应的控制信号。采用PIC16F877A单片机作为控制器，只要在单片机的外围引脚加上相应的人工复位电路、体震荡电路等即可。具体电路如图2-1-1所示。

PIC16F877A部有多个专用功能模块：串行通信捕捉/比较/脉宽调制模块、并行数据传送模块、A/D转换器（ADC）等模块。共有33 个I/O口，在本最小系统板中I/O口分配如下：RA 口用于A/D采集；RB、RE口用作数码管显示位的选择；RC 口用于D/A转换；RD口用于按键和显示分时复用。

本电路由RC2、RC3、RC4这五个I/O口去控制两个数字电位器MCP41010，使它输出不同的电位值，由RC3控制MCP41010的时钟信号SCK，由RC2控制MCP41010

的SI，由RC4控制MCP41010的片选信号CS’。由AN0、AN1、AN2为A/D采样的输入口。最后通过单片机部程序实现液晶屏显示电流值。

2.2 D/A转换模块

2.2.1电路原理图

图2-2-1 D/A转换模块

2.2.2工作原理

MCP41010为数字电位器，它在单一芯片上集成一个10 kΩ数字电位器，电位器的滑动端共有256个离散的调节节点。Pb0、Pa0为数字电位器的固定端，Pw0为中心抽头。Pw0随着软件设定的数值变化而改变，SCK为数字电位器SPI接口的时钟引脚，时钟上升沿数据输入，下降沿数据输出，命令字节和数据字节均从SI引脚输入，送入的数据仅当CS’从低变到高时才被执行，电阻阵列的中间抽头才能移动到设定位置.通过程序送数控制电阻阵列的中间抽头移动到不同的位置,使数字电位器输出电压随着电阻改变而改变。数字电位器输出端接一电压跟随器增强带载能力，避免了外接电阻对数字电位器阻的影。MCP41010的输出电压（D为步进数取值为0—255）。本模块串入DC/DC转换模块中，充当LM2576-ADJ的四脚FEEDBACK的R2电阻一部分，起微调作用，控制输出电压以改变输出电流，实现电流IO在0.1~3.5A围变化。