开关电源并联供电系统(很全版本)

课程设计Ⅱ题目开关电源模块并联供电系统学生姓名学号所在院(系)物电学院专业班级电信081班指导教师刘东完成地点陕西理工学院2011年11月28日2设计题目开关电源模块并联供电系统学生信息姓名康恺性别男班级电信081班学号0810064029任务要求设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统。所需实验设备、器材、软件LM2596-5、快恢复二极管、单片机、继电器、散热片、电烙铁、面包板、电阻、电容、电感若干、导线若干、Multisim、Protuse.设计与制作方案、所用方法及技术路线题目要求制作两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统，输出额定电压不变，两模块的电流能根据负载的不同自动分配，且不能使用线性电源及产品的DC/DC模块。LM2596是一个集成的开关电压调节器，外部电路简单，合理的选择外部电容电感等原件，就能实现输出额定功率16W电压为8V的DC/DC模块。由于输出电流要实现自动分配，仅仅通过简单的并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。所以必须对电流电压检测后使用均流方法对两个模块的电流进行均流调控。设计与制作进度第一周：了解了开关电源的工作原理；第二周：进一步了解了直流稳压电源的分流原理并用软件仿真实现。第三周：进行软件仿真实验调试并记录数据，完成论文。设计与制作完成情况完成了用软件仿真来实现开关电源模块并联供电系统。设计与制作收获及总结：本次课设历时三周，我首先进行了理论分析，在理论成立的基础上又进行了实验仿真测试，经过不断的优化设计电路，改进设计思想，我学到了许多知识，进一步熟悉了Multisim、Protuse软件的使用，获益匪浅。学生签字年月日设计与制作成绩（五级制）指导老师签字年月日教研室意见教研室主任签字年月日系领导意见领导签字年月日备注：学生除填写本表相应的内容外，还应撰写一份完整的设计与制作报告.3开关电源模块并联供电系统康恺（陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术专业08级1班，陕西汉中723001）指导老师：刘东【摘要】：开关电源模块供电系统由并联稳压电源和检测控制系统组成。稳压电源使用电压调节器LM2596实现降压，监测控制电路采用AT89C51单片机作为控制核心，采集两路电流信号，通过算法分配误差值，修正每一路的电流大小，并显示电流的相对误差。系统的负载电流超过设定值时，启动保护电路切断电源并延时一定时间后自动恢复供电。经测试，供电系统能够较好的实现两路电流分配，效率可以达到70%以上，每路电流的相对误差3%左右。【关键词】：LM2596；开关电源；并联均流SwitchingPowerSupplyModuleParallelPowerSupplySystemkangkai（Grade08，Class1,Majiothephysicselectronicinformationscience,Dept,ShannxiUniversityoftheTechnology,Hanzhong,723001,Shannxi）Instructor:LiudonAbstract:SwitchingpowersupplymodulepowersupplysystemwascomposedofShuntregulatedpowersupplyandcontrolsystemtesting.PowersupplyusedLM2596regulatortoachievestep-downvoltage.MonitoringandcontrolcircuitbasedonAT89C51microcontrollercollectedtwocurrentsignals,theerrorvaluewasassignedbythealgorithm,theamendmentofthecurrentsizeofeachroad,anddisplaysthecurrentrelativeerror.Systemloadcurrentexceedsthesetvalue,thestartdelayprotectioncircuitcutoffpowerandrestorepowerautomaticallyafteracertaintime.Tested,thepowersupplysystemcanachieveabetterdistributionoftwocurrentefficiencycanreach70%ormore,eachcurrentrelativeerror3%.Keywords:LM2596;switchpower;powersupplyinparallel4目录摘要-----------------------------------------------------4引言-----------------------------------------------------51.总体设计方案------------------------------------------51.1设计要求------------------------------------------51.2设计思路------------------------------------------51.3方案论证与比较------------------------------------61.4系统组成------------------------------------------72单元电路设计-------------------------------------------72.1DC-DC电路设计------------------------------------72.2电流检测电路设计----------------------------------92.3系统控制带电路设计--------------------------------92.4AT89C51供电电路设计-----------------------------102.5过流保护电路设计---------------------------------123软件设计----------------------------------------------124系统测试----------------------------------------------134.1测试使用的仪器-----------------------------------134.2测试结果及分析-----------------------------------135结束语------------------------------------------------14参考文献------------------------------------------------15附录----------------------------------------------------155引言开关电源模块并联供电系统在当今工业生产和现实生活中都具有非常重要的作用，可以提高电源效率，提供可靠稳定并且自由分配的输出电流，因此设计此同时具备实用性和科研性的课程设计。1.总体设计方案1.1设计要求设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统。1.基本要求（1）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UO=8.0±0.4V。（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60%。（3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.0A且按I1:I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。（4）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.5A且按I1:I2=1:2模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%。2.发挥部分（1）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使负载电流IO在1.5-3.5A之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5-2.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于2%。（2）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和IO=4.0A且按I1:I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于2%。（3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。（4）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有±0.2A的偏差）。61.2设计思路题目要求制作两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统，输出额定电压不变，两模块的电流能根据负载的不同自动分配，且不能使用线性电源及产品的DC/DC模块。LM2596是一个集成的开关电压调节器，外部电路简单，合理的选择外部电容电感等原件，就能实现输出额定功率16W电压为8V的DC/DC模块。由于输出电流要实现自动分配，仅仅通过简单的并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。所以必须对电流电压检测后使用均流方法对两个模块的电流进行均流调控。1.3方案论证1.3.1DC-DC电路设计方案选择方案一：采用PWM控制的高频开关变压器实现。如图1所示，反激式DC/DC变换器开关管（Tr）导通时，变压积能量，截止时输出能量。反激式优点是：结构简单、外围元件少，要扼流圈和续流二极管。输出电压公式：VinTTTLRVoOFFONONPL..2(1)求得。并联时，由于是一个PWM控制器同时控两路，两路的开关管在高频下始终时导通和关断的，所以电容上始终保持同时充电和放电，因此并联时两路电流始终保持相等；缺点是：变压器存在漏感，将在原边形成很大电压尖峰，可能击穿开关器件；负载调整率差；电源效率低；能量由变压器T储存，体积较大，而且需要开气隙。图1反激式DC/DC电路方案二：采用开关电压调节芯片LM2596-ADJ实现。LM2596能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需外接少量元件，使用7方便。综上两种方案都能满足电源效率不低于为60%,但是方案一需要使用PWM控制芯片TL494，所接外部器件较多，且需要自制高频开关变压器，性能无法保证；LM2596芯片作为DC-DC模块的主器件，具有可靠，稳定的性能，改变外部电阻可以较好的控制，所以采用第二种方案。1.3.2分流方案选择方案一：我们分别采用两片TL494来为两路电源提供PWM，当两路并联时，利用其中一片TL494的一个内部误差放大器对电压进行调节，使其输出稳定在8V。利用两片高精度差动放大器INA133对两路电源的电流进行取样，将取样电压分别送入另一片TL494的一个内部误差放大器的正负输入端，通过两片TL494的内部误差放大器进行电流电压复合负反馈，从而进行稳压并实现均流。为了电路工作稳定，使误差放大器工作在闭环状态，此时通过调整误差放大器的放大倍数即可调节均流精度，但由于误差放大器的放大倍数有限，只能近似实现均流。方案二:最大电流均流法。本方案采用负载共享控制器UCC29002实现。在DC-DC模块正常工作时，将两路UCC29002的均流母线连接，此时UCC29002将会自动选出电流最大的一路，并将此路电源作为主电源。均流母线上的电压将由主电源的输出电流决定，从电源的UCC29002接收到母线上的信号后，会控制该路DC-DC模块稍稍提高输出电压。通过减小从电源与主电源的电压差来提高该路输出电流，从而达到均流。并且该方案可通过十分简单的电路完成任意路并联均流，且支持热插拔。方案