電子設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)開關(guān)電源供電系統(tǒng)

，完全可以滿足要求。3.1.3電路輸出部分的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸出電路部分采用升壓式斬波電路。這一部分電路由電感、續(xù)流二級(jí)管、電容及負(fù)載電阻組成。升壓斬波電路的基本原理：升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖4-4。開關(guān)管以UC3842設(shè)定的頻率周期開閉，使電感L儲(chǔ)存能量并釋放能量。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感以Vi／L的速度充電，把能量?jī)?chǔ)存在L中。當(dāng)開關(guān)截止時(shí)，L產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓，通過二極管D把儲(chǔ)存的電能以(V0-Vi)／L的速度釋放到輸出電容器C2中。輸出電壓由傳遞的能量多少來控制，而傳遞能量的多少通過電感電流的峰值來控制。圖4-4升壓斬波電路斬波電路各元器件選擇：（1）儲(chǔ)能電感L根據(jù)輸入電壓和輸出電壓確定最大占空比。由式(4-4)得（4-13）當(dāng)輸出最大負(fù)載時(shí)至少應(yīng)滿足電路工作在CCM模式下，即必須滿足式(9)。uH（4-14）同時(shí)考慮在10％額定負(fù)載以上電流連續(xù)的情況，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以假設(shè)電路在額定輸出時(shí)，電感紋波電流為平均電流的20％～30％，因增加△IL可以減小電感L，但為不增加輸出紋波電壓而須增大輸出電容C2，取30％為平衡點(diǎn)，即(4-15)由（4-7）和（4-15）可得（4-16）（2）輸出二極管D和輸出電容器C的選擇升壓電路中輸出二極管D必須承受和輸出電壓值相等的反向電壓，并傳導(dǎo)負(fù)載所需的最大電流。二極管的峰值電流Id(max)=ILP=5.11A，本電路可選用6A／50V以上的快恢復(fù)二極管，若采用正向壓降低的肖特基二極管，整個(gè)電路的效率將得到提高。輸出電容C2的選定取決于對(duì)輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。電容的ESR<△V0/△IL=40x1％/1.33=O.3Ω。另外，為滿足輸出紋波電壓相對(duì)值的要求，濾波電容量應(yīng)滿足（4-17）根據(jù)計(jì)算出的ESR值和容量值選擇電容器，由于低溫時(shí)ESR值增大，故應(yīng)按低溫下的ESR來選擇電容。因此，選用200μF／50V以上頻率特性好的電解電容可滿足要求。3.2電路整體分析整體電路圖如圖4-6，電路圖由三部分組成：（1）啟動(dòng)電路，即降壓整流濾波電路，這部分主要是得到DC-DC的輸入電壓和為UC3842提供驅(qū)動(dòng)電壓。（2）PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路，它的主體是一個(gè)UC3842芯片，以及它的外圍電路組成。用它的⑥腳的輸出脈沖控制MOS管的工作，并且它自帶保護(hù)腳③，簡(jiǎn)單方便。（3）輸出部分，它是由一個(gè)升壓直流斬波電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)原路簡(jiǎn)單。圖4-6整體電四、開關(guān)穩(wěn)壓電源的測(cè)試及仿真4.1仿真結(jié)果仿真電路總圖如圖5-2。圖5-2仿真電路圖仿真結(jié)果如圖5-3。5-3負(fù)載端輸出的電壓波形仿真結(jié)果：（1）電壓幅值30~36V;（2）最大輸出電流I0=2A;（3）電壓調(diào)整率;（4）負(fù)載調(diào)整率;（5）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值;（6）DC-DC變換器的效率;（7）過流保護(hù)：過流保護(hù)動(dòng)作電流為2.51A;仿真結(jié)果基本吻合設(shè)計(jì)要求。并聯(lián)開關(guān)電源供電系統(tǒng)題目要求設(shè)定并制作一個(gè)由兩個(gè)額定輸出功率均為16W的8VDC/DC模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)。原理圖如圖一所示：圖1：由兩個(gè)DC/DC模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)系統(tǒng)滿足要求如下：系統(tǒng)滿足要求如下：（1）在額定輸出功率下，系統(tǒng)輸出電壓為，而且效率不小于60%，盡可能的提高效率。（2）調(diào)整負(fù)載，保持輸出電流電壓為：=1\*GB3①使兩個(gè)模塊輸出電流之和為且按模式自動(dòng)分配電流，每個(gè)模塊輸出電流的相對(duì)誤差絕對(duì)值不大于5%。=2\*GB3②使兩個(gè)模塊輸出電流之和為且按模式自動(dòng)分配電流，每個(gè)模塊輸出電流的相對(duì)誤差絕對(duì)值不大于5%。=3\*GB3③使兩個(gè)模塊輸出電流之和為且按模式自動(dòng)分配電流，每個(gè)模塊輸出電流的相對(duì)誤差絕對(duì)值不大于2%。=4\*GB3④使兩個(gè)模塊輸出電流之和在之間變化時(shí)，兩個(gè)模塊的電流在.0范圍內(nèi)能夠按指定的任意比例自動(dòng)分配，每個(gè)模塊輸出電流的相對(duì)誤差絕對(duì)值不大于2%。二總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。本設(shè)計(jì)以mega128為控制核心模塊，可設(shè)定輸出電壓，對(duì)電路進(jìn)行過壓過流保護(hù)，還可對(duì)電流實(shí)時(shí)采樣，以實(shí)現(xiàn)任意比例電流輸出。根據(jù)題目要求，系統(tǒng)需要采用兩個(gè)DC-DC變換電路并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的效率、輸出電壓和兩個(gè)DC-DC模塊的均流誤差是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，既要提高效率，又要使分流準(zhǔn)確。兩條支路采用的均流方法為比較法。通過霍爾傳感器采集兩個(gè)模塊的電流，然后經(jīng)過mega128進(jìn)行比較。當(dāng)所采集電流值不等于預(yù)設(shè)的比例電流值時(shí)，就通過DA傳感器對(duì)2模塊電壓進(jìn)行微調(diào)，其中一個(gè)調(diào)高，另一個(gè)調(diào)低，然后循環(huán)此法直至傳感器所采集的電流達(dá)到預(yù)設(shè)值為止。此調(diào)整過程中要求電壓穩(wěn)定。若電壓過低則兩模塊電壓需要同時(shí)增大，若電壓過高則需要同時(shí)減小。圖2系統(tǒng)總體方框圖液晶顯示器主要顯示各支路輸出電流，回路電流以及負(fù)載兩端電壓。三方案論證與選擇3.1單片機(jī)選擇采用ATMEGA128單片機(jī)為核心控制器件，通過內(nèi)部A/D采集輸出反饋電壓，將反饋電壓與設(shè)定電壓比較，使輸出PWM波的占空比按規(guī)律變化去控制開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定在8.0V，電流分均流使用取樣電阻采集電壓計(jì)算出電流與設(shè)定值比較，控制輸出PWM波占空比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電流按比例調(diào)節(jié)。系統(tǒng)框圖2如圖所示：圖3方案一原理框圖通過對(duì)反饋點(diǎn)采樣，單片機(jī)將采集的反饋點(diǎn)電壓與設(shè)定值比較，調(diào)整輸出PWM波的占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓和分流3.2均流方案選擇比較法它是以嵌入式進(jìn)行計(jì)算分析而得到的分流比例，而不是通過硬件電路采集。本系統(tǒng)通過霍爾電流傳感器采集2個(gè)模塊的電流，然后經(jīng)ATMEGA128比對(duì)。當(dāng)所采集電流值不等于預(yù)設(shè)的比例電流值時(shí)，就通過D/A對(duì)2模塊電壓進(jìn)行微調(diào)，其中一個(gè)調(diào)高，另一個(gè)調(diào)低，然后循環(huán)此法直至傳感器所采集的電流達(dá)到預(yù)設(shè)值為止。此調(diào)整過程中要求電壓穩(wěn)定。若電壓過低，2模塊電壓需同時(shí)增大;若電壓過高時(shí)則同時(shí)降低。比較法中，不但能繼承它的所有優(yōu)勢(shì)，還可以實(shí)現(xiàn)1∶1的均流甚至任意比例的電流。尤其是在拓展為多路時(shí)硬件電路更為簡(jiǎn)單，且不存在主模塊，所以若任一模塊受損不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且受損模塊所承擔(dān)的電流將由其他模塊共同分擔(dān)。本設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是軟件設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。3.3采樣電路選擇該部分完成對(duì)輸出電流的采集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)輸出的控制。對(duì)于傳感器采樣電路。將霍爾式直流互感器串接到電路中，通過A/D采集互感器的輸出電壓，根據(jù)特性曲線計(jì)算出取樣電流。采用霍爾式直流電流互感器，取樣準(zhǔn)確，線路中幾乎無電阻存在，因此無損壞，因此更加準(zhǔn)確。四.子模塊設(shè)計(jì)4.1DC/DC模塊穩(wěn)壓的原理是對(duì)LM2576添加外圍電路，選擇合適的反饋電阻，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。分流的原理是采集兩路DC-DC并聯(lián)模塊的最終輸出電流，根據(jù)設(shè)定的電流分配比例和負(fù)載功能，計(jì)算出兩路DC-DC應(yīng)提供的理論電流值，再通過對(duì)兩個(gè)DC-DC模塊輸出的電流值采樣與理論值比較，如果采樣值比理論值大，減小D/A輸出電壓至反饋點(diǎn)，如果采樣值比理論值小，增大D/A輸出電壓至反饋點(diǎn)。圖5雙DC/DC并聯(lián)電路直至采樣值與理論值非常接近。通過這種不斷比較法，最終實(shí)現(xiàn)控制。輸出電壓的計(jì)算可由下列公式給出：其中Vref=1.23V，R2=R1（Vout/Vref-1）;為了確保穩(wěn)定，R1選用標(biāo)稱電阻為1K。電感的選擇可以通過計(jì)算電感電壓與微秒的乘積E*T,然后根據(jù)下表查出4.2采樣電路模塊圖6電流及電壓采集電路該供電系統(tǒng)中，我們選用了三個(gè)霍爾電流傳感器去檢測(cè)兩條支路以及總回路的輸出電流，然后分別用四個(gè)AD傳感器去采集這三個(gè)傳感器檢測(cè)到的電流值以及負(fù)載兩端的電壓值。通過這幾個(gè)采集的電流值進(jìn)行相互比較滿足我們所要求的電流輸出比例。五數(shù)據(jù)測(cè)試及誤差分析5.1整體電路圖7、整體電路圖5.1.1測(cè)試內(nèi)容：額定16W輸出時(shí)的輸出電壓額定16W輸出時(shí)的效率電流輸出1A時(shí)的分電流比例電流輸出1.5A時(shí)的分電流比例電流輸出1.5~2A變化時(shí)，任意分配電流電流輸出4A時(shí)的分電流比例過流保護(hù)電路5.1.2測(cè)試方法=1\*GB3①額定16W輸出時(shí)的輸出電壓測(cè)試：調(diào)節(jié)負(fù)載使系統(tǒng)工作于額定功率下，用2個(gè)萬用表分別測(cè)量出輸出的電壓和電流。=2\*GB3②額定16W輸出時(shí)的效率測(cè)試：調(diào)節(jié)負(fù)載使系統(tǒng)工作于額定功率下，用4個(gè)萬用表分別測(cè)量出輸出的電壓、電流和輸入端的電壓、電流。=3\*GB3③Io分別為、及時(shí)模塊電路電流測(cè)試：調(diào)節(jié)負(fù)載保持輸出電壓，使時(shí)，用3個(gè)萬用表分別測(cè)量、和。調(diào)節(jié)負(fù)載保持輸出電壓，使時(shí)，用3個(gè)萬用表分別測(cè)量、和。調(diào)節(jié)負(fù)載保持輸出電壓，使時(shí)，用3個(gè)萬用表分別測(cè)量、和。=4\*GB3④I1、I2任意比例測(cè)試調(diào)節(jié)負(fù)載保持輸出電壓，使在變化時(shí)，任意設(shè)定兩DC-DC電路的電流比例，用4個(gè)萬用表分別測(cè)量、、和。=5\*GB3⑤過流保護(hù)測(cè)試調(diào)節(jié)負(fù)載使略大于，觀察系統(tǒng)是否還在工作。5.1.3測(cè)試結(jié)果次數(shù)I1(A)I2(A)17.781.891.830.2227.791.921.870.2137.831.951.900.1748.102.012.950.1058.052.052.000.0568.122.062.010.1278.202.152.070.20表2額定16W輸出電壓測(cè)試表比例設(shè)定值實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差相對(duì)誤

差1：11.0050.5020.5010.20%8.2510.2511.0010.5010.5020.20%8.2480.2481：21.5080.5000.5020.20%8.1950.1951.5060.5020.5010.19%8.1900.190表31:1和1:2均流時(shí)電流測(cè)試表5.2