文档介绍：2011年全国大学生电子设计竞赛
开关电源并联供电系题统(A题)
2011年9月3日
目录
目录 1
摘要 2
2
DC/DC降压模块 2
电压并联供电均流模块 3
单片机主控的A/D和D/A控制模块 5
系统电路工作电源解决方案 5
6
整体框图 6
核心电路原理图 7
软件设计 7
8
硬件调试 8
软件调试 8
软硬联调 9
9
9
9
系统对题目完成情况 9
测试结果分析 9
作品使用方法 9
9
参考文献 10
附录一:完整电路原理图 11
附录二:源程序 12
开关电源并联供电系统(A题)
摘要:本系统以宏晶STC12C5A60S2 单片机为控制核心,采用LM2596实现电源模块DC/DC的转换,采用16位高精度DA芯片AD669实现电流分配的控制,利用下垂法实现电流的分配,制成了开关电源并联供电系统,满足题目设计要求,并可通过LCD显示采样所得的输入电压Ui、输入电流Ii、负载电压Uo、负载电流Io、I1、I2、额定效率、及电流比值。
关键词:开关电源;并联供电;STC12C5A60S2;LM2596;AD669
本系统主要由LM2596组成的DC/DC降压模块、电源并联供电均流模块、DA控制模块、以STC12C5A60S2单片机为控制核心的控制模块组成,下面分别论述这几个模块的选择。
DC/DC降压模块
方案一:采用MC34063A
MC34063A芯片优点使用简单,价格比较便宜;,题目发挥部分要求负载电流可达2A,所以需在输出端扩流,即在2端口接三极管,经测试发现扩流后电路输出效率低,电压不稳定且MC34063A内置比较器开换工作,占空比不稳定,容易出现单脉冲反复震荡的情况。
图1 MC34063A DC/DC降压电路
方案二:采用LTC3855
LTC3855是Linear Technology Corporation推出的双输出高效率(高达95%)同步降压型DC/DC控制器,该器件具有多相工作模式、差分输出电压采样和集成的锁相环同步。LTC3855全部采用N沟道MOSFET,~38V的输入电压范围内工作,可产生±%~。通过监控输出电感器(DCR)两端的压降或使用一个采样电阻,可以对输出电流采样。可编程设定的DCR温度补偿在一个宽温度范围内保持准确恒定的电流性质,可提供精确的电流分配。但此芯片性价比较低,手中样片较少且采购不易,可续性差,且集成度较高与此电子设计的宗旨不符。
图2 LTC3855 DC/DC降压电路
方案三:采用用LM2596
~37V可调,输出最高电流可达3A,输出线性好负载可调,系统效率高,可以用仅80μA的待机电流,实现外部断电,具有自我保护电路,经调节后完全可实现题目的要求。
图3 LM2596 DC/DC降压电路
基于实际测试,经过综合考虑,最终决定采用方案三。
电压并联供电均流模块
方案一:自动均流法
动均流法也叫单线法,其工作原理是,将各电源模块都通过一个电流传感器及一个采样电阻接到一条均流母线上。如图4所示,当输出达到均流时,输出电流I1为零。反之,则电阻R上由于有电流I1流过,在其两端产生一个电压Uab,这个电压经过放大器A输出电压Uc,它与基准电压Ur比较后的ΔU,反馈回电源模块的控制部分,从而调节输输出电流。
图5 单线法工作原理图
自动均流法的优点是,电路简单,容易实现。缺点是,如果有一个模块与均流总线短路,则系统就无法均流,而且单个模块限流也可能引起系统不稳定。
方案二:主从电源法
主从电源法是将并联的多个电源模块中的一个作为主模块,其他模块跟随主模块工作。具体工作过程是:主模块的工作电流与输出反馈信号进行比较,将差值信号反馈回各电源模块(包括主模块和从模块)的控制电路,从而调节各模块的输出电流大小。其基本工作原理电路如图6所示,设模块1为主模块,其输出电流的采样电压为V1,其他模块输出电流的采样电压为Vn。当某一模块输出电流偏大时,相应的Vn增大,与V1比较,得到的Ven减小,反馈给该模块的控制电路中,减小其输出电流,从而实现均流。
图5 主从电源法工作原理图
主从电源法的优点是不须外加专门的控制电路。其缺点是,各个模块间需要有通信联系,连线比较复杂;其最大缺点是,一旦主模块出现故障,则整个电源系