开关电源模块并联供电系统

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1、开关电源模块并联供电系统（A题）【本科组】摘要:本设计采用两个DC-DC模块并联供电系统完成开关稳压电源的设计以 及制作。系统主要由整流滤波电路，DC-DC变换电路，液晶显示和控制电路四部 分组成，输入的值经过单片机处理来程控输出电压，且输出电压和电流可实时显 示。开关电源的集成控制由脉宽调制控制芯片SG3525及相关电路完成。系统具 有输出过流保护功能，且可以实现对输入电压、输出电压和输出电流的测量和检 测。关键词：DC-DC，整流滤波，脉宽调制，开关电源，液晶显示Abstract： This design uses the twoDC-DC module parallel power su

2、pply system to complete a switching power supply design and production. System mainly by the rectifier filter circuit, DC-DC transform circuit, liquid crystal displayandcontrolcircuitfourparts,theinputvalueofthe singlechiptoprogram,andtheoutputvoltageoutputvoltageandcurrent can real-time display of

3、switch power by integrated control PWM control chipSG3525andrelatedcircuitcompleted.Theintegratedcontrolswitch power supply by pulse width modulation control chip SG3525 and related circuit complete systemwith output over current protection function, and can realize to the input voltage output volta

4、ge and output current measurement and testing.Keyword：DC-DC, rectifier filter, pulse width modulation, switch power, liquid crystal display电源是电子设备的心脏部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性能， 而且设备故障的百分之六十来之与电源。因此，电源越来越受到人们的重视。因 此，目前空间技术，计算机，通信，雷达、电视以及电器众多采用开关稳压电源。 功耗小 由于开关管功率损耗小，因而不需要采用大散热器。功耗小时的电子设 备内稳升也低，周围元件不会因为长期工

5、作在高温环境下而损坏，这就有利于提 高电子铲平的可靠性和稳定性。体积小、重量轻 开关稳压电源可将电网输入 的交流电压直接整流，再通过高频变压器获得各种不同交流电压，这样就可以免 去笨重的工频变压器，从而节省了大量的漆包线和硅钢片，使电源体积减小，重 量减轻。安全可靠 开关稳压电路一般都具有自动保护电路。当稳压电路、高 压电路、户在等出现故障或短路时，能自动切断电源，起保护功能灵敏可靠。方案论证与比较方案一：将经过隔离变压器得到的24VAC整流滤波后通过BUCK降压电路进行DC-DC 转换，由STC89C52单片机产生PWM控制其占空比，从而得到要求的直流电压。 此方案仅用一块控制芯片不但可以实

6、现对BUCK电路的控制，而且可以结合A/D 和D/A对输出电压进行调整与显示。但由于单片机只能产生脉宽调制所需的PWM 信号，在实际制作中会带来比较多的麻烦。采用SG3525自带脉宽调制电源芯片来设计DC-DC降压转换电路，SG3525 简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含 有欠压锁定电路,死区时间可调、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功 能，频率可调，同时能限制最大占空比. 由此设计而成的电路易于实现脉宽调制， 然而在真正使用时会发现，为得到要求的电压输出值，开关管S的参数选取相当 不易。有一种型号为LM2956的降压开关电压调节器，能够输出3A的驱

7、动电流，同时 具有很好的线性和负载调节特性，该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器， 极大地简化了开关电源电路的设计。然后再结合前两个方案优点，经过方案比较 与论证，最终确定用方案三单片机和脉宽调制型控制器共同实现整个系统的控制。系统的组成框图如图1-1所示，脉宽调制器产生高频脉冲直接控制DC-DC 变换模块，单片机实现液晶显示、过流保护、处理电压反馈信号、对脉宽调制器 进行控制、显示等功能；过流保护电路使负载电流不超过3.5A；负载电压负反馈 电路进一步对负载电压进行精确控制从而就能实现基本要求的功能。二、理论分析与参数计算1、DC/DC变换器稳压方法SG3525是电流控制型PWM控制器，所

8、谓电流控制型脉宽调制器是通 过接反馈电流来调节买宽带的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出 电感线圈的信号与误差放大器的输出信号进行比较，从而调节占空比使 输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，由于结构上有电压环和 电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬 态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。R6和C设定了 PWM芯片的工作频率，计算公式为乃存67R7为死去区时间编程电阻。Rpi、R8构成了电压反馈回路。R4、R5和C6构成了频率补偿网络。C7为软启动时间设定电容。2、电源变压器电源变压器的作用是将电网220V的交流电压匕变换成整流滤波电路所 需要的交流电

9、压匕。变压器副边与原边的功率比为琴二耳式中，“为变压器1的效率。一般小型变压器的效率如表221所示。表221 小型变压器的效率副边功率%(35) T /2式中，T为50HZ交流电压的周期，即20MS。4、均流方法本设计采用强迫均流法：所谓强迫均流，就是通过监控模块实现均流。实现方式主要有软件控制 和硬件控制两种。软件控制是通过软件计算，比较模块电流与系统图2-1平均电流，然后再调整模块电压，使其电流与平均电流相等。软件方式易于 实现，均流精度高，但其瞬态响应比较差，调节时间长。硬件控制方式原理如图2-1所示，取样电压US与系统基准电压UR相比较产 生误差电压UE，该电压送至每个模块，与模块电流

10、相比较，调节模块参考电压， 从而改变输出电压，调节输出电流，实现均流。这样，每个模块都相当于电压控 制的电流源。这种均流方式精度高，动态响应好，可控制模块多，可以很方便的 组成冗余系统。对这种硬件强迫均流方法的一种改进就是所谓的PWM强迫均流法。工作原理 如图2-2所示。图2-2强迫均流依赖监控模块，如果监控模块失效，则无法均流，这一点使用时应 注意。在强迫均流中，每个监控系统监控的模块数可达100个，参数设置好 后（即 使模块电压相差较大，如1伏或更大）不需任何调整，均流精度 高于2.5%，负载 响应快（在几百MS内），无振荡现象。5、电流电压检测电流检测在电流控制中起着重要的作用，电流检测

11、分为电阻检测和电流 互感器检测。为了减少损耗， 常采用电流互感器检测。比如在电流互感 器的变比为N1 : N2,副边电感为x MH,取副边电压为y V，电流波脉宽为zUS 时，得：6、过流保护当负载电路系统出现故障或短路现象而引起开关稳压电源电路输出电流超 过额定值时，为了保证电源电路本身和负载系统电路不受损坏，需要设置过流保 护电路，以便在很短的时间内将电源电路关闭。当电路稳定输出24V，若流经负载的电流为2.5A，R7的压降为0.75V,即 第10引脚电压为0.75V,触发PWM输出关闭，实现了电路过流保护功能，动作电流为1 o 二 2.5 + 2A三、电路设计1、总体电路2、开关电源电路

12、图图3-2 开关电源原理图注：反馈线要远离电感，电路中的粗线一定要短，最好用地线屏蔽，调节输出电压的电阻Ri、R2要靠近LM2596的4脚。输出电压的计算可由下式给出：RV 二 V （1+）OU REF R 甘中 V二 1.23V1， 其中 REF，VR 二 R ( out 1)为了确保输出稳定，Ri选用标称阻值为1KQ，精度为21 VREF，1%的电阻。CIN-470MF/50V cou 220MF/35V R1 1K，1%Di5A/40V IN5825七一-68MHcff参照有关的应用信息3、DC-DC原理图图3-3 DC/DC变换原理图融输以冋和辅入同步端飛斷黑输叫放电端隸启动谕1162

13、15314斗135126117108二讯EA、BE I述 | A管 E 1闭锁牠制 二I补捲1如图1所示SG3525的引脚：1. 2引脚功能说明直流电源VS从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源。振荡器脚5须外接电容CT，脚6须外接电阻Rt。振荡器频率厂由外接电阻Rt和电容Ct决f 二1 -定，CT (7Rt + -Rd-振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器 的反向输入端接误差放大器的输出，误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中 进行比较，输出一个随误差放

14、大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此 方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器 和振荡器锯齿波。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PWM脉 冲送至三极管VT1及VT2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证VT1及 VT2不同时导通。最后，VTL及VT2分别输出相位相差为180的PWM波。4、1602液晶显示模块1602采用标准的16脚接口，其中:第1脚：GND为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时 对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个2K的电阻器 调整对

15、比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存 器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS 和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平 时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：DOD7为8位双向数据线第1516脚：空脚5、软件设计（1）主程序流程图单片机要控制液晶显示屏系统运行，首先应将系统接通电源，系统 自动复位。复位后进行单片机系统初始化、液晶初始化。在初始化完毕 后，系统采集需要显示的相应参数，通过

16、控制器发出的指令调用相关函 数，完成相应的显示功能。其软件流程图如图2所示。图2 软件流程（2）软件实现的功能型号为1602的LCD可以显示预置输出电压值和实际输出电压值，液晶显示 模块体积小功耗低，显示内容丰富。本LCD是2行16列液晶可显示2行16列英 文字符，有8位数据总线D0-D7, RS,R/W,EN三个控制端口（共14线），工作电 压为5V.四、测试方法与数据1、 测量仪器与设备 见表1所示。表1仪器名称型号数量数字万用表MY-651示波器DS5062CA1直流电源PS-1502DD12、 测试数据（1）测量输出电流Iomax选用18欧大功率电阻，在直流输出电压为24V时，通过万用

17、表测得输出电流 达到2A。测量负载调整率Sr负载空载时,输出端电压为24V；负载电流为2A时,输出端电压为8V。可 计算出电压调节率3.61%V5%(3) 测量输出噪声纹波电压峰峰值先用示波器将整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大观察和测量(自动 测量或光标测量均可)，同时还要利用示波器的FFT功能从频域进行分析最大纹 波电压(用纹波电压峰峰值表示)。当输出电压为8V时，不同时段经多次测量纹 波峰峰值U0PPW1V。(4) DC-DC转换效率测试在U 2= 24v Q o二8V,1 o二2 A的条件下，在DC-DC输入端串进一块数字万用表 测量电流、并用另一块电压表测试输入电压。负载端做同样

18、的测试测试负载两端 电压及负载电流。通过公式P = UI计算DC-DC输入输出的功率，两者相比即可求 得实际电路的效率。(5) 电流调整率(又称负载调整率)SI它是指输入电压不变时，负载电流IO变化引起输出电压的相对变化量， 即SI =X 100%(374)保持VI不变，改变RL使IO=1OOMA，测量相应的VO变化量即得。五、结果分析本作品可以达到以下几点要求：(1) 输出电压可调范围。整机的输出电压可调范围是7.6V8.4V。(2) 最大输出电流。整机的输出电流最大达到3.5A，达到了题目要求。(3) 电压调整率。整机的电压调整率是0.16%，达到了题目要求。(4) 负载调整率。整机的负载

19、调整率是0.27%，达到了题目要求。(5) 纹波电压，测量值是24V.(6) DC-DC变换效率，整机效率是70.2%，达到了基本要求，但里发挥要求有一 定的距离，因为时间有限，没能来的及调整。六、设计特色本系统性能稳定，并具有以下设计特色：(1) 采用液晶显示能够实时显示(2) 软硬件均采用模块化设计，可靠性高（3）采用硬件粗调软件精调的控制方式使系统输出及调整率达到了较高 的精度。7、结论本设计利用单片机对开关稳压电源进行控制，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为8V,除了满足基本设计要求外，电路还提 供了过流保护功能和对输出电压和电流的数字显示，从而改善了电源的

20、性能，使 用方便灵活，且成本较低。由于我们自身水平有限和时间紧张等因素，本作品在 设计上还存在很多值得改进的地方。比如纹波过大，会影响输出电源电压的稳定； 功率过大，加大了调试的难度等等。这些都有待于我们去改善和完善。参考文献：1 全国大学生电子设计设计竞赛组委员会.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京电子工业出版社，2005年2 全国大学生电子设计设计竞赛组委员会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届第五届）M.北京理工大学出版社，2004年3 杨志忠. 数字电子技术. 北京：高等教育出版社，2003.124 胡晏如. 模拟电子技术. 北京：高等教育出版社， 2004.35 张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计. 北京: 电子工业出版 社,1998.6 杨旭,裴云庆,王兆安. 开关电源技术.北京:机械工业出版社,2004.7 沙占友. 新型开关电源的设计和应用. 北京: 电子工业出版社,2004.8 曲学基等。新编高频开关稳压电源。北京：电子工业出版社，20059 钱振宇等。开关电源的电磁兼容性。北京：电子工业出版社，200510 马忠梅等。单片机的C语言应用程序。北京：北京航空航天出版社，2007（注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与 关注！）