XXXX年全国大学生电子设计大赛A开关电源模块并联供电系统uql.docx

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1、20111年全国国大学生生电子设设计竞赛赛陕西赛赛区竞赛设计计报告封封面作品编号号：（由由组委会会填写）作品编号号：（由由组委会会填写）参赛队编编号（参赛学学校填写写）学校编号号组（队）编编号选题编号号 说 明1. 为保证本本次竞赛赛评选的的公平、公公正，将将对竞赛赛设计报报告采用用二次编编码；2. 本页作为为竞赛设设计报告告的封面面和设计计报告一一同装订订；3. “作品编编号”由组委委会统一一编制，参参赛学校校请勿填填写；4. “参赛队队编号”由参赛赛学校编编写，其其中“学校编编号”应按照照巡视员员提供的的组委会印制制编号填填写，“组（队队）编号号”由参赛赛学校根根据本校校参赛队队数按顺顺序

2、编排排，“选题编编号”由参赛赛队员根根据所选选试题编编号填写写，例如如：“01005B”或“33667F”。5. 本页允允许各参参赛学校校复印。开关电源源模块并并联供电电系统 设计计与总结结报告摘要：本本设计是是针对220111年全国国电子设设计大赛赛A题，电电路的设设计是基基于BUUCK拓拓扑的开开关稳压压电路的的拓扑结结构，以以美国NSSC的LLM25576为为功率输输出核心心，提出出一种基基于并联联Bucck变换换器的自自主均流流控制方方法，该方法法基于并联联Bucck变换换器状态态方程，设计了由控制电路、保护电路和驱动电路组成的自主均流的开关电源模块并联供电系统 关键词词：并联联型 自

3、自主均流流控制一系统统方案1方案比比较与选选择2。系统统框图根据题目目的要求求，我们们分析得得出系统统的主要要模块有有24VV转8VV DDC-DDC电路路，电源源电路，过过流保护护电路，MMSP4430最最小系统统以及显显示部分分，如下下图所示示。MSP430控制电路DC-DC转换电路 LCD显示 电源电路过流保护(1)控控制芯片片电路方案一：采用SSTC889C51单单片机，551系列列单片机机为8位位入门级级单片机机，价格格便宜，控控制简单单，但指指令周期期长，执执行速度度慢，片片内资源源单一。 方案二二：采用用AVRR系列单单片机，作作为511单片机机的升级级版，在在执行速速度上大大大

4、提升升，并集集成了很很多新的的功能，下下载方便便。方案三：采用TTI公司司的MSSP4330F1169单单片机，其其运算速速度快，超超低功耗耗，片内内资源较较丰富，内内置多个个中断源源，1112位AADC，以以及122位DAA转换，将将不同功功能的模模拟电路路，数字字电路模模块以及及微处理理器集成成在同一一个芯片片上。鉴于MSSP4330的强强大功能能，本系系统控制制芯片采采用MSSP4330。(2) DA数数据输出出电路方案一：采取MMSP4430内内部自带带的DAA转换器器，此种种方案可可降低硬硬件成本本，但很很产生DDA结果果不稳定定。 方案案二：采采取片外外12位位的TLLV56617

5、DDA转换换器，此此种方案案硬件成成本提高高，但比比较稳定定。 方案案三：采采用MSSP4330片内内12位位DA转转换器，但但使用外外部基准准源REEF1991稳定定输出。 比较较以上方方案 ，我我们采用用方案三三，不仅仅节约硬硬件成本本，易于于控制，而而且能大大大提高高DA转转换器的的稳定性性和精确确度。(3)DDC-DDC模块块电路： 方方案一：隔离式式DC/DC转转换器，通通常采用用变压器器来实现现，由于于变压器器具有变变压的功功能，所所以有利利于扩大大转换器器的输出出应用 范围，也也便于实实现不同同电压的的多路输输出，或或相同电电压的多多种输出出；并有有效地实实现实现现输出与与输入电

6、电气隔离离，但对对变压器器的要求求较高。方案二：非隔离离式DCC/DCC转换器器。 由于变变压器存存在漏磁磁和损耗耗，会造造成效率率低下，故故采用非非隔离型型，题目目要求是是将244V直流流电压转转换为88V，为为降压电电路，因因此buuck型型非隔离离式DCC-DCC转换器器。(4)控控制方法法方案一：电压型型控制方方法，开开关变换换器输出出的电压压VEBB与参考考电压比比较并放放大，得得到误差差信号VVE，VVE又与与PMWW比较器器和锯齿齿波信号号相比较较，从而而输出一一系列脉脉冲，这这些脉冲冲的宽度度随误差差信号VVE的变变化而变变化。此此方法夫夫人单环环回路容容易设计计和分析析，锯齿

7、齿波幅度度比较大大，抗干干扰能力力比较强强，但输输入或输输出的变变化只能能在输出出改变时时才能控控制并反反馈进行行修正，响响应速度度慢，电电压型控控制对负负载电流流没有限限制，因因而需要要额外电电路限制制输出电电流。 方案二二：电流流型控制制方法，实实在传统统的电压压型控制制基础上上，增加加了一个个内环（电电流反馈馈环），使使其成为为一个双双环路控控制系统统。此电电路中回回路稳定定性好，负负载响应应快，具具有过流流保护和和可并联联性。双双反馈回回路使得得电路分分析变得得比较复复杂，由由于控制制回路需需要电感感电流控控制信息息，控制制电路的的存在增增加了整整个变换换器设计计的复杂杂性，同同时也会

8、会影响变变换器的的效应。 综合以以上分析析，本系系统采用用电流型型控制电电路。(5)电电源电路路由于提供供24VV直流电电，采用用78XXX系列列稳压以以及LMM11117逐级级降压为为MSPP4300提供33.3VV供电电电压。采采用ICCL7666产生生负极性性的电压压供给仪仪表放大大器ADD6200.。二理论论分析1 DCC-DCC变换器器稳压方方法 利用无无源磁性性元件和和电容电电路元件件的能量量存储特特性，从从输入电电压获取取分离的的能量，暂暂时地把把能量以以磁场形形式存储储在电感感器中，或或以电场场形式存存储在电电容器中中，然后后将能量量转换到到负载，实实现DCC-DCC转换。其其

9、中采用用PWMM技术，从从输入电电源提取取能量随随脉宽变变化，在在一个固固定周期期内实现现平均能能量转换换。最终终达到将将固定的的直流电电压变换换成可变变的直流流电压。2 电流流电压的的检测使用与电电感串联联电阻来来检测电电流，控控制信号号和补偿偿斜坡通通过比较较器与误误差放大大器的输输出进行行比较，从从而进行行脉宽调调制。3 均流流的方法法在两个并并联的模模块中，以以输出最最大电流流的模块块为主模模块，其其余为从从模块，利利用二极极管的单单向导通通性，只只有电流流最大的的模块，才才能率先先导通。正正常情况况下，各各模块分分配的电电流均衡衡，若其其中某一一路电流流突然变变大，成成为并联联模块中

10、中电流最最大的主主模块，从从模块以以均流母母线上的的电流信信号作为为本模块块的电流流基准，跟跟踪基准准信号，同同时调整整变换器器输出电电压，达达到均流流目的。4 过流流保护若电路中中DA输输出的瞬瞬间电流流过大，进进入系统统后，由由于系统统本身的的自主均均流作用用，会将将输出电电压维持持在一个个比较稳稳定状态态，从而而达到过过流保护护的作用用。三开关关电源电电路的电电路设计计1、单元元模块电电路 电流流采样电电路由低低噪声、高高增益的的高精度度差分放放大器AAD6220组成成的高端端采样电电路，如如下图所所示。AD6220采样样电路 DDC-DDC主要要功能实实现模块块 DC-DC电电路是本本

11、次开关关电源设设计的关关键部分分，经过过再三考考虑，决决定采用用NS 公司的的LM225766，有优优质的线线性和负负载调节节能力，在在指定输输入电压压和输出出负载条条件下保证输出出电压44%的误误差，完完全满足足题目输输入固定定24VV和输出出8V条条件下输输出电压压4%的的误差。LM2558含有有2个高高增益，独独立内部部补偿的的双运放放，其适适用于单单电源供供电的特特性可减减小专门门为运放放供电的的电路。一一级运放放组成电电压比较较器，对对DA输输出电压压进行放大后与与输出电电压进行行电压比比较；二二级运放放组成电电压跟随随器，分分别由二二极管IIN41148选选通到LLM25576的的

12、反馈端端，从而而调节输输出。电流采样样电路调调理电路路2 电源源电路采用三端端稳压器器件78812将将输入的的24VV转换为为12VV，再用用78005将电电压转换换为稳定定的5VV直流电电压。 给AAD6220供电电产生-9V电电源电路路3 MSSP4330控制制电路控制和显显示电路路采用TTI公司司的MSSP4330单片片机控制制与显示示，显示示采用高高分辨率率128864液液晶，用用以显示示输出的的两路电电流之比比和总的的电流输输出。4 PCCB设计计 （1）由于主模块DC-DC中存在电感，快速切换电流会引起电压瞬变，因此在PCB的制作开始就考虑了电感和接地回路最小，并尽可能的单点接地。

13、此模块主要为模拟电路，采用大面积铺地。（2）开开关导通通和关断断都存在在一个电电流环路路，次环环路都是是高频，大大电流的的环路，布布线和布布局时都都要将此此二环路路面积设设计的最最小。（3）注注意芯片片和开关关管得散散热，电电容的引引线不能能太长，尤尤其是高高频旁路路不能有有引线。四系统统测试1 测试试仪器 直直流稳压压电源 四四位半数数字万用用表2 测试试结果 总电流(A)0.988 1.001 1.551 2.000 1.998 2.447 2.443 4.112 I1 (A)0.499 0.550 0.550 1.000 0.448 1.223 0.558 2.006 I2 (A)0.4

14、99 0.551 1.000 1.000 1.448 1.222 1.883 2.003电流比例例1:1 1:11 1:22 1:11 1:33 1:11 1:33 1:11误差的绝绝对值 (%)0% 1%0%0% 2%0.5%2%1.5%效率（%）8281757372727068实测过流流保护值值为4.44A。五实验验总结综合上述述各部分分的测试试结果：本设计计圆满完完成了题题目的基基本要求求部分和和发挥部部分，经经过反复复的调试试和理论论验证，保保证了开开关电源源并联供供电系统统的稳定定工作，使使直流输输出电压压稳定在在8V,当调整整负载电电阻并保保证输出出电压时时，无论论是1:1模式式1A还是是1:22模式11.5AA,每个个模块的的输出电电流的相相对误差差绝对值值都小于于5%。当当过流电电流为44.4VV，误差差仅为11%.。在在调试的的过程中中，不断断的解决决问题和和发现问问题，对对开关电电源的工工作特性性有了全全新的认认识。我我们在此此次的竞竞赛中都都有了不不小的收收获。参考文献献： 1 模拟拟电子技技术基础础简明教教程清清华大学学出版社社 童诗诗白2 MMSP4430系系列166位超低低功耗单单片机原原理与应应用清清华大学学出版社社 沈建建华11