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

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

：+5V电源

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

：-5V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