1、开关电源模块并联供电系统摘要根据题目基本部分和发挥部分的要求，本设计采用 LM2576 芯片搭建外围电路构成 BUCK 型 DC-DC 模块产生 8V，16W 的开关电源；并联均流部分，本设计采用的是采样输出总电流，经 AD 转换送单片机进行判断处理，改变 DC-DC模块的阻值进行电流的自动分配；过流保护部分，同样，采样输出电流，经 AD转换送单片机处理，若大于 4.5A，单片机控制前端继电器断开，从而进行过流保护。关键词：LM2576 ，AD 转换，单片机，继电器一、方案论证与比较1、DC-DC 模块方案选择根据题目要求，输入 24V 直流电压要得到 8V 稳定的直流电压，我们选用BUCK
2、型降压电路，对此有三种不同方案。方案一：用 UC3842 主控芯片进行 PWM 调制，控制大功率高速开关管IRF540N 的通断时间来构建 DC-DC 模块，产生出 8V 的稳定直流电压。其电路原理图如图 1 所示。图 1 用 UC3842 实现 DC-DC 模块UC3842 是美国 Unitrode 公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。该芯片克服了电压控制型脉宽调制开关稳压电源频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点。但是由于外接电路参数的不确定，调试起来比较困难，且该电路需起振才能开始工作，且反馈环节容易受到干扰。方案二：用 MC34063 主控芯片，控制开关管 IRF5
3、40N，进行 PWM 调制构建 DC-DC 模块。其电路原理图如图 2 所示。图 2 用 MC34063 实现 DC-DC 模块MC34063 该芯片本身包含了 DCDC 变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R S 触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DCDC 变换器仅用少量的外部元器件。但是由于其输出开关电流在无外界三极管扩流的情况下，最高只可达 1.5A，不满足题目要求。方案三：用 LM2576-ADJ 主控芯片构建 DC-DC 模块。其电路原理图
4、如图3 所示。图 3 用 LM2576-ADJ 实现 DC-DC 模块LM2576 系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器的各种功能，能驱动 3A 的负载，有优异的线性和负载调整能力。内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，将外部原件的数目减到最少，使用简便。LM2576 的效率比流行的三段线性稳压器要高得多，是理想的替代。一般情况下不需或只需很小尺寸的外加散热片。LM2576 在指定输入电压和输出负载的条件下保证输出电压的正负 4%误差，以及正荡器正负 10%的误差。还包括外部的关断电路。输出开关包括逐周限流，以及在故障状态下提空完全保护的热关断功能。综合考虑，我们采用方案三，用
5、LM2576ADJ 实现 DC-DC 模块。2、电流自动分配方案选择方案一:用 UC3902 芯片实现电流的分配两个模块并联，电流最大的模块被自动确定为主模块，主模块驱使均流母线电压与它的输出电流成比例，从模块以均流母线电压为基准，达到每个模块均匀分流的目的。均流精度高，但因其外接原件较多，电路复杂，且不能实现电流的按比例分配，不满足题目要求。方案二：在负载端串联 1 欧姆的固定电阻，采样其上的电压，即采样输出电流，经 AD 转换，送单片机处理，根据题目中电流的分配要求，通过继电器的吸合与释放，改变两 DC-DC 模块的阻值，从而实现电流的分配，经反复实验，此方案可以达到任意电流比，是可行的。
6、所以，我们选择方案二来实现电流的自动分配。3、过流保护方案选择在负载端串联 1 欧姆的固定电阻，采样其上的电压，相当于间接采样流过负载的电流，经 AD 转换，送单片机处理，当流过负载的电流大于4.5A 时，单片机控制前级输入端的一个继电器释放，切断输入电源，延时一定时间，在故障解除后，让继电器吸合，电源供电，从而可靠地保护电路安全。4、辅助电源方案设计题目要求不允许另加辅助电源，且辅助电源的损耗要计入电源的总效率中，但单片机工作需给提供 5V 电源，所以我们采用 MC34063 构建的BUCK 电路，将 24V 降压为 5V，直接给单片机供电。二、理论分析与计算1、DC-DC 模块的器件选择与
7、参数计算BUCK 型降压电路，其原理图如图 4 所示，工作原理是：当控制脉冲使V 导通后，电容 C 开始充电，输出电压 U0加到负载 R 的两端，在电容 C 充电的过程中，电感 L1 内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加，此时，续流二极管 D 因反向而截止，经过时间 ton后，当控制信号使 V 截止时，L1 中电流减小，在 L1 两端的感应电动势使 D 导通，L1 中储存的磁场能量通过续流二极管 D 传送给负载，当负载中电压低于电容 C 两端的电压时，C 便向负载放电，经过时间 toff后，控制脉冲又使 V 导通。上述过程重复发生。图 4 BUCK 型降压电路 图 5 波形图图中 V 为
8、 IGBT 开关管，D 为续流二极管。当 V 处于通态时，U D=Ui；当V 处于断态时，负载电流经二极管 D 续流，电压 UD为零，至一个周期 T 结束负载电压的平均值为： ，式中：t on为 V 处于通态的时间，t off为 V 处于断态的时间,T 为开关周期, 为导通占空比，简称占空比或导通比（ t on/T） 。LM2576 芯片内部集成了开关管，根据 LM2576 的输出特性计算各个参数Vout=Vref(1+R2/R1)，其中 Vref=1.23V，R1 在 1K 和 5K 之间，计算出R2=6.6K，取标称值 6.8K，R1=1.2K,输入端电容 C1 取 100uF/50V,输
9、出端电容取 1000uF/50V，输出端滤波电感取 10H，续流二极管采用肖特基二极管5819，由此得到的输出电压理论值 Vout=8.2V，调节负载的大功率电阻使得输出电流最大为 Im=3A。2、辅助电源的计算辅助电源采用 MC34063，将 24V 转换为 5V 给单片机供电。MC34063工作电路如图 6 所示。图 6 MC34063 工作电路图参数计算：Vout(输出电压)1.25V（1R2R1）=5V，可得R2=3.6K；R1=1.2K；输入端滤波电容 C1=100uf，输出端滤波电容为C3=470uf。3、电流自动分配的计算及过流保护电流的自动分配，我们采用采样负载上的电流，根据题
10、目要求，使用继电器控制接入或者不接入调整电流的电阻。而电阻值的确定，是根据题目要求，调节滑动变阻器，使电流达到要求，然后再固定变阻器阻值。过流保护是当流过负载的电流大于 4.5A 时，由单片机控制继电器释放，切断电源。 三、系统电路设计 系统整体框图 24V 8V图 7 系统框图2、DC-DC 变换模块用 LM2576 实现 DC-DC 模块，图中的跳帽为测电压、电流的端子。图 8 DC-DC 变换模块3、电流分配及过流保护模块用单片机处理继电器的吸合与释放，从而改变电阻，使电流按要求的比例分配。图 9 电流分配及过流保护模块4、辅助电源模块用 MC34063 主控芯片形成 buck 降压电路
11、，得到 5V 电压。图 10 辅助电源模块四、系统软件设计在本设计中的电流自动分配模块及过流保护模块需要进行负载电流的采样经 ADC0809 的转换，再送单片机进行处理，控制继电器的吸合与释放，从而实现电流的自动分配。其流程图如图 11,I 代表采样电流，K1,K2,K3,K4,K5 为继电器的一端。YNYNYNYN图 11 系统流程图五、测试结果及分析1、测试使用仪器测试仪器名称 测试仪器型号可跟踪直流稳定电源 SS1791万用表 DT-9205M大功率滑动变阻器 500W 30 欧姆 4A表 1 调整负载，在额定功率下，得到的输出电压值为 7.77V。满足题目要求。 要求 I1:I2=1:
12、1 且 I1+I2=1.0A 时的测试数据输入电压 24V 输入电流 0.58A输出电压 7.77V 输出总电流 0.99A其中 I1= 0.50A I2= 0.49A 要求 I1:I2=1:2 且 I1+I2=1.5A 时的测试数据输入电压 24V 输入电流 0.76A输出电压 7.62V 输出总电流 1.51A其中 I1= 0.51A I2= 1.00A 要求 I1:I2=3:4 且 I1+I2=3.5A 时的测试数据其中 I1= 1.50A I2= 2.01A 要求 I1:I2=1:1 且 I1+I2=4.0A 时的测试数据其中 I1= 2.01A I2=2.03A本次设计，通过检测，已
13、全部实现题目的基本要求部分，且实现了发挥部分的第(1)、(2)、(3) 部分。六、结论本系统采用 LM2576 为主控芯片实现 DC-DC 模块，并通过采样流过负载的电流，经过 AD 转换，送单片机处理，通过继电器的吸合与释放，实现电流的自动分配，但是过流保护及自动恢复部分实现得不好，没有实现规定的在 4.5A时自动断开电路及故障解除时自动恢复。本次大赛，我们小组在比赛期间遇到了许多困难，但是在我们三个人的共同努力之下，这些困难最终都被解决了，经过四天三夜紧张激烈的比拼，我们队顺利完成开关电源模块并联供电系统的基本要求以及发挥部分的一些要求。这次比赛让我们知道，比赛的四天三夜，不仅是知识和能力的比拼，也是意志与体力的较量，更是团队精神的较量。
