2011年全国大学生电子设计竞赛论文 题目名称：开关电源模块并联供电系统 摘要：本设计给出了以芯片MC34063和ATmege16为核心的自动分配电流比的开关电源两路并联供电系统方案，该系统由控制部分、降压部分、采样放大部分和PWM产生部分四个模块组成。通过控制部分按要求分配两路降压电路的输出电流。利用调功原理，控制降压电路的工作导通周期与断开周期比值，得到所需的电流分配比。 关键词：并联供电；电流分配；MC34063；PWM; 1 一、系统方案的论证 ◇ 总方案的设计思路 总体思路：该开关电源并联供电系统主要是并联两个被控DC/DC降压开关电源模块能在改变负载的情况下各模块输出电压+8V保持不变，输出电流按指定比例来自动分配，但总输出功率不变。为保证输出电压不变，DC/DC转换模块可以采用恒定输出电压电路，能根据输出功率的要求提供足够的电流。这样就将实现两模块输出电流分配，转换为调节各模块的输出功率。调功电路可采用调节系统的导通周期与断开周期的比值来调节输出平均功率，给DC/DC模块的保护端一系列PWM控制信号，就能达到调功的目的。 电压反馈 PWM1 DC/DC 模块1 Io1 + +8V +24V MCU 电流采样 － PWM2 DC/DC 模块2 Io2 电压反馈 方案一：根据题目要求，系统能带电流保持功能，通过MCU产生的PWM控制UC3843电流型Buck电路。 方案二：利用电压控制型芯片MC34063的降压扩流电路，单片机根据采集模块的输出电流，直接产生所需的PWM信号，作用于MC34063的保护端，实现导通周期与断开周期的比例调节，达到调节输出功率的目的。 方案三：利用电压控制型芯片MC34063的降压扩流电路，单片机根据采集模块的输出电流，输出一个DA值与三角波进行比较，产生的PWM作用于MC34063的保护端，实现导通周期与断开周期的比例调节，达到调节输出功率的目的。 2 对以上三种方案进行比较：方案一容易实现过流保护，但电路搭建比较复杂。；方案二容易实现但一般的单片机直接产生的PWM信号的频率难于满足调功电路，性价比低；方案三在方案二的基础上加入DA转换成所需频率PWM的电路，能够很好的控制MC34063的通断，电路设计搭建容易，性价比高，满足题目要求。 1.1 降压扩流电路的实现方案 根据题意系统要能实现2.25A以上的电流要求，可用通过大功率的场效应管对MC34063降压电路扩流，为保证场效应管能工作于开关状态，在栅极、源极间加6.2V的钳位。 1.2 PWM产生方法及实现方案 在模块输出支路上串联一个小电阻，再通过运算放大器构成的差分放大电路将电流转换成电压值，单片机采样电压，再将其换算成电流值，MCU将两模块的电流值相加后判断是否过流出电流分配比，并产生相应的PWM信号（用于DA转换），再与采样电阻两端放大后的电压进行比较放大电路（提高控制精度）得到的DA与三角波比较得到PWM， 程序流程图： A/D 扫描 比较检测 判断保护及DA PWM 三角波 1.3 各模块电源设计及实现方案 系统输入电压为+24V，通过78系列的稳压管，设计出+15V、+5V的电压。+15V用于运算放大器供电，+5V给单片机供电。 二、电路与程序设计 整体电路的设计原理图如下： 3 DA 2 比较器 DA 1 PWM2 PWM1 差分放大 MCU 差分放大 三角波 output + input +24V DC/DC 模块 采样电阻 +8V － DC/DC 模块 由整体设计思路可知，我们选用的是方案三,其中DC/DC模块采用大功率场效应管MC34063扩流电路，DA是由MCU的PWM产生的。 2.1 电源电路设计 系统中运算放大器采用单电源+15V供电，单片机+5V供电。 将输入电压+24V通过LM7809与6。2V稳压管得到+15.2V，再接上LM7805得到+5V。 2.2 DC/DC模块电路设计与参数计算 DC/DC模块用于供电，采用MC34063降压方式电路图2的处理。 4 图2：降压扩流电路 2.3电流采样电路的设计与参数计算 电路的设计：电流采样电路的电路图如图3、4所显示,在输出支路上串接一个小电阻，将其两端的电压通过差分放大，MCU将AD采集处理输出DA，与三角波进行比较，产生PWM波。 图4三角波 图3电流采样电路 2.4软件设计与参数计算 ADC数据采集部分、液晶显示部分、按键处理部分、PWM输出控制部分 以下给出ADC数据采集软件设计流程图： 5 启动ADC通道 获取ADC值 转换成电流值 I <= 1A 1A < I<=1.5A 1.5A < I<=3.5A 3.5A < I<4.5A I >= 4.5A 返回50 1：1 返回33 1：2 返回按键控制值 1：2~2：1 返回50 1：1 PWM最大 三、系统测试与结果分析 测试数据一：（DC/DC模块1与DC/DC模块2并联） 条件：输入电压为24V 输出电流（A） 1.0 1.5 2.0 输出电压（V） 7.4 输入电流（mA） 0.92 工作效率（%） 41. % 测试数据二： 条件：输入电压为24V 输出电流（A） 1.00 输出电压（V） 7.30 0.52 DC/DC模块1输出电流I1（A） DC/DC模块2输出电流I2（A） 0.49 52:49（1:1） 2.5 3.0 1.5 6.87 0. 0.96 9:16（1:2） I1:I2 扩展测试数据三： 条件：输出为2.5A时，测指定电流比例 指定电流比例 DC/DC模块1输出电流I1（A） 4：6 1.02 6 DC/DC模块2输出电流I（A） 21.48 4：6 I1:I2 扩展测试数据四： 条件：输出为4A时，测电流比例 DC/DC模块1输出电流I1（A） DC/DC模块2输出电流I2（A） I1:I2 测试仪器： 序列号1 2 3 4 仪器名称 双踪示波器 数字万用表 晶体管直流稳压电源 调压变压器 型号 YB4325（20MHz） DT－9205A WYK-302B2 TDGC－1/0.5型 数量 1 3 1 1 结果分析：开关电源并联供电系统主要测试效率，不同电流范围电流分配比值。 本系统因时间及测试仪器有限未能完成全部的测试。 四、 总结 由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，应该能达到了题目要求的各项指标。 7 参考文献： [1] 王昊、谢文阁、杜颖、吕义编著.《线性集成电源应用电路设计》：清华大学出版社出版，2009.1 [2] 乔恩明、张双运 编著，《开关电源工程设计》；中国电力出版社出版，2010年4月第一版 [3] 黄继昌、张海贵、郭继忠、徐巧鱼、申冰冰 编著，《实用单元电路及其应用》；人民邮电出版社出版，2000年11月北京第1次印刷 [4] 王兆安、刘进军 主编，《电力电子技术》；机械工业出版社出版，2009年5月（2010年1月重印） [5] 童诗白、华成英 主编，《模拟电子技术基础》；高等教育出版社出版，1980年9月出版 [6] 阎石 主编，《数字电子技术基础》；高等教育出版社，1983年4月第1版 [7] 梅丽凤、王艳秋、汪毓铎、任国臣，《单片机原理及接口技术》，北京交通大学出版社.2009年4月第3版 [8] 陈晓鸽、昂军、胡仁喜 编著，《Protel99SE标准实例教程》，机械工业出版社，2010年9月第一版 8
