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2011电子设计大赛A题开关电源并联供电系统技术报告
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2013-09-04
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2011电子设计比赛课题,开关电源并联供电系统的参赛方案的详细说明。 供参加电子设计比赛的同学参考。
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开关电源模块并联供电系统(A 题)
摘要
本系统对效率要求非常高,所以尽量减少电路的损耗为设计的基本要求,
便设计了模拟数字相组合的系统。模拟部分为 BUCK 降压斩波电路,数字电路
部分以 C8051F340 单片机系统为核心,采用其内置的 10 位 A/D, PWM 信号发
生器。通过 AD 检测到的电压和电流反馈信号来调整 PWM 信号的占空比,使电
压稳定输出和电流按比例输出。经测试得系统的效率达到 70%,电压基本稳定
在 8V, 4A 电流下测试,电路工作正常,满足系统要求。
系统的最大亮点在于:由于 C8051F340 内部 PWM 发生器的精度和频率太
低,会大大影响 BUCK 电路的性能,我们便将控制器的 PWM 输出信号经过
D/A 输出,将此直流信号和由 ICL8038 产生的高频 100K 的三角波经高速比较器
LM361 来产生高频高精度的 PWM 信号。电路测试结果表明,这大大提高了系
统的性能.
第 1 页
一、系统方案的比较与选择
1.1: 系统方案的比较与选择
方案 1:斩波电路模块部分采用集成芯片如 MC34063、UC3842 外加 IR2111
或者 IR2104 实现,由控制核心产生控制信号调节输出电压和电流。该方案能完
成题目的设计要求,但电路设计调试比较复杂,控制过程也比较难。
方案 2:使用可编程逻辑器件(CPLD、FPGA、ARM 等)作为控制系统核
心,产生占空比可变 PWM 驱动 MOS 管,电源斩波部分。该系统能产生高频率
高精度的 PWM 信号,但是运用太多集成电路,性价比太低
方案 3:控制系统选用自带 PWM 信号发生器的单片机系统,方便对开关管
的控制,能大大简化电路,控制方便简单。
显然,方案 3 比方案 1 简洁,新颖,且性价比比方案 2 优越,能大大降低
系统成本。
1.2:选用的系统方案
本系统采用 BUCK 降压斩波电路和单片机 C8051F340 控制系统实现。基本
的 BUCK 电路简单,控制容易,且性能稳定,选用的单片机系统 C8051F340 具
有丰富的资源:10 位精度的 ADC、5 路 PWM 输出,IC 调试接口等。另外考虑
到 C8051F340 的 PWM 信号的精度和频率太低,会大大影响系统的性能,甚至
基本要求都达不到,我们便将控制器的 PWM 输出信号经过 D/A 输出,将此直
流信号和由 ICL8038 产生的高频 100K 的三角波经高速比较器 LM361 来产生高
频高精度的 PWM 信号。电路测试结果表明,这大大提高了系统的性能.
二、详细系统描述
2.1:系统原理框图
图 2.1-1 原理框图
2.2:系统各模块电路
2.2.1:电源模块
<A>:+5V 电源
第 2 页
C8051F340 单片机系统 MOS 驱动电路 DC-DC 模块
反馈信号的采集
PWM 占空比调节
按键
显示
图 2.2.1-1 +5V 电源
<B>:+12V 电源
图 2.2.1-2 +12V 电源
<C>:-5V 电源
第 3 页
FB
4
ON/OFF
5
GND
3
IN
1
OUT
2
U?
LM2576HVT-12
C?
470uF
D?
L? 100uH
C?
470uF
C?
470uF
R2
4.7K
R1
1.5k
VCC_24V
VCC_5V
FB
4
ON/OFF
5
GND
3
IN
1
OUT
2
U?
LM2576HVT-12
C?
470uF
D?
L? 100uH
C?
470uF
C?
470uF
R2
16.6K
R1
1.5k
VCC_24V
VCC_12V
图 2.2.1-3 -5V 电源
由于系统设计要求不能用线性电源和现成的 DC-DC 模块,所以本系统使用
LM2576 模块来制作系统需要的电源。对于产生正电压的公式为:
Vout=1.23*(1+R2/R1)。本电源模块性能稳定,效率很高,功率大,满足本系
统对电源的要求。
2.2.2:AD620 电流采样模块
图 2.2.2-1 电流采样电路
本系统使用精密运算放大器 AD620 作为检测信号的放大,AD620 的突出优
点为精度高,温漂小,仅使用一个精密电阻就能精确确定放大倍数,其增益公
式为 Av=(4.94K/Rg)+1。故而用此电路来实现检测的电流信号的放大。
第 4 页
C?
104
C?
104
C?
104
1
2
3
4
5
6
7
8
U?
AD620AN
C?
10uF
VCC_5v
VCC_-5v
VCC_-5v
C?
104
C?
10uF
VCC_5v
R? 103
C?
104
C?
10uF
FB
4
ON/OFF
5
GND
3
IN
1
OUT
2
U?
LM2576HVT-12
C?
470uF
D?
L? 100uH
C?
1000uF
C?
4700uF
R?
4.7k
R?
1.5k
VCC_24V
VCC_-5V
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nihaoyizhi
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