文档介绍：------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— 2011 国赛开关电源开关电源模块并联供电系统( A 题) 【本科组】 1 系统方案本系统主要由 MCU 控制模块、 DC-DC 降压模块、电流采集模块、电压采集模块组成,下面分别论证这几个模块的方案选择。 MCU 控制模块的论证与选择方案一: MCS-51 系列单片机实现。该系列单片机简单易操作, 便宜实惠,但其功耗较高,不带 AD/DA 或者自带 AD/DA 精度不高, 运行速度较慢,采集数据和控制的难度较大。方案二: FPGA 实现。采用数字电路进行逻辑分析,其具有更多进程,实时性高,响应触发信号快等优点,可以由目前比较主流的 FPGA 实现。采用 VHDL 语言编程, 配置 FPGA 内部逻辑门资源可以实现该设计控制要求。但使用 FPGA 成本较高,并且编程复杂。方案三: MSP430 系列单片机实现。 MSP430 系列单片机具有功耗超低, 速度很快, 普遍自带高精度 AD/DA , 片上资源丰富, 外围电路简单等优点。可以由高级 C 语言编程, 程序设计自由度大, 便于修改, 可移植性高。综合以上三种方案,选择方案三。 DC/DC 降压模块拓扑结构的论证与选择方案一:采用反激式变换拓扑。该拓扑结构具有电路结构简单, ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————低耗等优点。但是稳压性能不是很高,电压调整率大,电流脉动大, 并且变压器设计繁琐,调试复杂。方案二:采用 Cuk 变换拓扑。该拓扑结构简单, 输入输出电流连续, 合理设置电感的耦合关系可以使输出电流纹波减小。但是开关管和二极管的电压、电流应力大, 电容耐压要求高,输出反极性,并且降压调节范围窄。方案三: 采用 BUCK 拓扑。该拓扑结构电路简单, 电流连续模式输出电压纹波小, 开关管和二极管的电压、电流应力小, 电容耐压要求低,输出正极性,并且降压调节范围宽。综合以上三种方案,选择方案三。 DC/DC 降压模块功率开关管选取论证与选择方案一: 采用 N 沟道 MOS 管实现, 通常 N 沟道 MOS 管内阻比 P 沟道 MOS 管内阻低,开关损耗较小,但是对于驱动 BUCK 电路其自举浮动电路复杂, 并且驱动难度较大。方案二: 采用 P 沟道 MOS 管实现, 通常 P 沟道 MOS 管内阻较大, 可采用两个 P 沟道 MOS 管并联降低开关管的损耗,并且驱动 BUCK 拓扑电路 P 沟道 MOS 管电路简单。综合上述两种方案,选择方案二。 PWM 信号产生模块的论证与选择方案一:采用单片机产生 PWM 信号。单片机产生 PWM 信号比较稳定, 并且便于自动调节, 但是需要专门的驱动芯片驱动 MOS 管, 并且程序 PI 调节较硬件反馈调节慢。 1 方案二:采用 PWM 产生芯片产生。选用专门的 PWM 产生芯片产生,减轻程序负担,便于控制,并且采用硬件反馈调节快。------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————综合以上两种方案,选择方案二。 分流的论证与选择方案一: 调节电源内阻实现。两个电源并联, 电源内阻大的输出电流小, 内阻小的输出电流大, 采用减小开关管的驱动电压增大电源内阻方式可以调节输出任意电流比, 但是减小 PWM 驱动信号电压实际操作很难, 方案二: 调节电源输出电压实现。两个电源并联, 稳定一个 DC/D C 模块为标准输出电压, 通过调节另一个 DC/DC 模块的 PWM 占空比调节输出电压,快速实现两 DC/DC 模块输出电流任意比。综合以上两种方案,选择方案二。 电流采集模块的论证与选择方案一: 采用霍尔电流传感器。该方案测量结果精度和线性度都较高, 可以检测直流、交流和各种波形的电流, 但测量范围、带宽等受到一定限制, 当电流过大磁芯达到饱和, 磁芯中涡流损耗和磁滞损耗升高,对测量精度产生影响。方案二: 采用 RC 网络检流, 在开关管的输出端并联一个 RC 网络, 检测电容两端