开关电源模块并联供电系统设计报告

开关电源模块并联供电系统（A题）

摘要：

本系统给出了以分立元件构成的DC/DC变换模块为核心的开关电源，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。系统采用STC89C52单片机进行监控，并用高精度的德州仪器芯片TLC5615IP和TLC2543CN进行数模、模数转换，实现电流的实时测量、人机交互、电流比例设定、输出电流显示、过流保护及自动恢复功能。经测试，系统较好地完成了基本部分和发挥部分的要求，工作稳定，用户界友好。

关键词：分立元件；DC/DC变换模块；开关电源；并联；德州仪器芯片

1

1 方案比较与论证

1.1 DC/DC变换电路的选择

方案一：由LM2576开关型降压稳压器构成

LM2576系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力，使用该器件构成的DC/DC变换电路的设计思想如下：

图1.1(a) 由LM2576构成的DC/DC变换电路

该稳压器内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，将外部元件的数目减到最少，使用简单，但由于集成电路工艺制造的元器件，各元器件参数的据对精度不是很高，而且受温度的影响也比较大，因此我们放弃这种方案。 方案二: 由分立元件构成

本电路是自己设计的，由施密特触发器74HC14、运算放大器LM324、三极管、二极管、电阻、电容以及电感等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地，另外为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。下图为DC/DC主回路的拓扑结构：

开关调整管+脉冲调制采样电路滤波电路+UI比较放大UO基准电压--

图1.1(b) 由分立元件构成构成的DC/DC变换电路

由于由分立元件构成的DC/DC变换电路，电路选择得好，参数选择恰当，元件性能就很优良，设计和调试的好，则性能也很优良。因此本系统选择方案二。 1.2 控制方法及实现方案

2

STC89C52单片机内部具有电擦除的8KBEPROM，易于通过ALL03等编程与擦除，而且具有结构简单、且资料丰富、低成本、速度快、功耗低等特点。本设计采用常用的STC9S52单片机作为整机的控制单元。利用单片机程控通过红外遥控来改变输出电流比。通过AD/DA转换器对电源供电系统进行检测和调整。由于本系统需满足高精度、低功耗、高效率的要求，因此不能使用普通的AD/DA转换器。 方案一：数模转换器采用的DAC0832，模数转换器采用ADC0804

DAC0832是一个8位数模转换芯片，内部不包含运算放大器，所以输出端要加一个运算放大器进行匹配，以实现电压输出，才能构成完整的DA转换器。ADC0804是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。对于满幅度输入阶跃跳变，8位DAC转换速率最大只有640KHz。该方案虽然能实现功能，但硬件电路复杂，逻辑电路繁琐， A/D、D/A采用并行转换器，占用单片机口线资源较多，处理数据的精度不够，因此在本系统中不采用该方案。

方案二：数模转换器采用TLC5615IP，模数转换器采用TLC2543CN

TLC5615IP和TLC2543CN都是美国德州仪器（TI）公司近几年推出的性能价格比较优的转换芯片。

TLC5615IP是带由缓冲基准输入的10位电压输出数模转换器（DAC）。DAC具有基准电压两倍的输出范围。器件使用简单，用单5V电源工作。器件具有上电复位功能（power-on-reset）以确保可重复启动。TLC5615IP的数字控制通过3条串行总线，它与CMOS兼容并且易于和工业标准微处理器和微控制器接口。数模更新速率受片选信号CS周期限制，通常情况下的D/A转换速率可达1.21MHz，最大功耗为1.75mW.

TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器（ADC），使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能节省单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。

综上所述，从电路的简洁性、高精度、低功耗以及高效率方面考虑，选择方案二。 1.3 PWM产生方式

方案一：由单片机直接产生

SPCE061A单片机可以直接输出可调PWM波，虽然应用简单，但是其输出波形频

率较高，脉宽较小，使得调节范围较大，不利于精确控制。 方案二：由施密特触发器产生

电路结构简单，便于用单片机进行控制，配合模拟图腾柱电路，使PWM波的上升

下降沿时间短，降低其在开关管上的功耗，从而提高其输出效率。故系统采用方案二。 1.4 电流取样电阻的选择方案

3

产生电流可以采用在电阻两端加电压的方法，测量电流一般采用的方法是测量电流流经电阻两端的电压进行间接计算得到的。因此在产生电流或者测量电流值时，取样电阻的选择非常重要。 方案一：采用大功率电阻

为了满足流过大电流的要求，可以采用大功率电阻，通过2A 电流时一定不会被烧断。但是此时流过的大电流将会使电阻大量发热，导致电阻温度急剧上升，将产生很大的测量误差。因此不能使用温度漂移严重的普通大功率电阻。 方案二：采用康锰铜电阻

康锰铜电阻是电流测量中很常用取样电阻，其特点在于温度漂移量非常小。经过测试，在1Ω的康锰铜电阻上通过约2A电流，由于产生的热量引起的升温，只会引起0.02Ω左右的阻值变化，对电流的稳定起了很重要的作用。另一方面，1Ω的康锰铜电阻约长1m，由于和外界接触面积大，即使通过大电流也能很快的散热，进一步的减小温度漂移带来的影响。 方案三：采用普通电阻

在电流比较小的情况下，普通的1/4W 或者1/8W 的电阻可以被用作电流测量，但是本题需要测量的是最大输出电流需要达到2A的电源。因此即使是比较小的电阻，通过2A 电流时功率也会大大超过普通电阻的额定功率，电阻将被烧断。因此在本系统中，测量电流的取样电阻不能直接选用普通电阻，然而可以选用几个阻值相近的电阻并联作为采样电阻，同样能够满足要求。

鉴于上面分析，由于身边没有适当阻值的康锰铜电阻，本设计采用方案三，用11个2.2Ω的电阻并联得到0.2Ω的采样电阻。

2系统硬件设计与实现

2.1系统硬件的整体组成部分

系统硬件整体分为电源电路和控制电路两部分，通过单片机实现电源输出的采

样及显示，过流保护，及闭环控制，两部分的有机结合，使单调的电源变得更加智能化，人性化，其具体结构如下图：

电流检测DC/DC (B)电流检测DC/DC (A)测试端子测试端子24V测试端子RLMCU调整

4