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.
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
C8051F340单片机系统 MOS驱动电路 DC-DC模块 按键 PWM占空比调节
显示 反馈信号的采集 图2.1-1 原理框图
2.2.1:电源模块
:+12V电源
2.2:系统各模块电路
图2.2.1-1 +5V电源
图2.2.1-2 +12V电源
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。
2.2.3:高频高精度PWM信号产生模块 :ICL8038产生三角波
图2.2.3-1 高频三角波产生电路
:单片机PWM输出过D/A,后产生正负直流电压信号模块
图2.2.3-2 D/A后正负直流电压信号
2019年整理电子设计大赛a题开关电源模块并联供电系统设计报告资料
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