開關電源模組併聯供電系統的設計報告

2022-06-12 02:06:02 字數 3559 閱讀 8743

基於電路設計的基本要求,開關電源模組併聯供電系統電路主要由兩個併聯dc/dc模組(額定功率16w、輸出電壓8v)、穩壓二極體、負載電阻等電路模組組成。

該系統選擇由以lm2576整合塊為主要部件的 dc/dc模組來實現dc/dc變換穩壓,外圍元件極少,轉換效率高,選用小導通電阻,選用快速恢復二極體進行整流,降低損耗,防止反向電流導通造成短路從而燒毀供電系統。

通過試驗驗證,本電路實現了設計要求的全部基本指標,並且該dc/dc轉換效率可達到75%。但因時間倉促,本電路設計還有諸多不足,各項設計指標有待進一步提高。

一、系統方案設計與論證

1. 設計思路

基於題目的要求,可以採用圖1所示的方案。該系統主要由以lm2576整合塊為中心組成的16w的8v dc/dc變換器,負載電阻等電路模組組成。dc/dc變換模組實現24v dc變壓為8v dc,該模組同時實現了輸出電流過流保護功能;同時,通過對負載電阻的調節可以逐步實現該系統的設計要求和功能要求。

圖1 系統方案圖

2. 方案的論證

2.1 dc/dc變換模組

本模組的設計要求是進行降壓變換,因此該模組採用由lm2576以整合塊為中心組成的16w的8v dc/dc模組進行降壓變換 。該降壓變換電路結構簡單,由電容,電感,二極體,電阻等元件組成,便於進行電路設計。而且該降壓變換電路穩壓效能好,並且轉換效率高。

其原理圖如圖2所示:

圖2 變換器原理圖

該變換器最高輸入電壓為50v,輸出電壓匯範圍為5.1-40.0v連續可調,額定電流為2.5a,變換效率為90%,脈衝占空比可以在0-100%內調整。

2.2控制方法及實現方案

本小組為該系統設計兩種方案:

方案一:微控制器來實現整個系統的功能。

該方案的優點:佈線簡單,硬體設計時間短;

該方案的缺點:

(1)軟體的程式設計工作量大,難度大;

(2)所有的功能都由微控制器來實現,對微控制器的硬體資源要求很高,加之硬體籌備比較困難;

(3) 該設計要求對dc/dc變換器實現pwm控制的開關頻率至少要為100hz,在微控制器上難於實現;

方案二:由dc/dc變換器和負載的調製共同實現整個系統的功能。

該方案的優點:

(1)控制系統的實現無需軟體程式設計,難度不大;

(2)用調節負載的方式實現整個系統的設計要求相對容易,且完全由硬體產生高頻脈衝,實時性好;

(3)系統中沒有微控制器控制的任務,因此我們不用籌備要求很高的微控制器硬體資源,從而減少資金的投入,提高價效比。

該方案的缺點:

(2)電路板的佈線焊接工作量較大。

(3)對負載有一定的要求。

經過方案比較與論證,本小組最終選擇方案二dc/dc變換器和負載的調製共同實現整個系統的功能。整個系統的組成框圖如圖3所示,直流電壓的降壓變換直接由dc/dc變換模組來實現,各路電流的比值直接由負載電阻的調製來實現,同時為了防止直流電源併聯供電時可能產生回流從而縮短元件壽命,我們在電源1和電源2上分別串聯乙個二極體(in5822)。

圖3 系統的組成框圖

二、理論分析與引數計算

根據設計要求,dc/dc變換器的輸入電壓vs=24v,輸出電壓vo=8v,由此分別計算電感,電容,二極體的引數:

(1)實現i1:i2=1:1,i0=1.0a;

調節u1使輸出電壓為8.4v;調節u2使輸出電壓為7.6v,由基爾霍夫定律得:

8.4=0.5r1+r21)

7.6=r22)

得到r1=1.6ω;r2=7.6ω;

將所需負載接入電路則可實現。

(2)實現i1:i2=1:2,i0= i1+i2 =1.5a;

調節u1使輸出電壓為8.4v;調節u2使輸出電壓為7.6v。由基爾霍夫定律得:

8.4=0.5r1+1.5r23)

7.6=1.5r24)

得到負載 r1=1.6ω;r2=5.1ω;

將所需負載接入電路則可實現。

(3)實現i1:i2=1:1, i0= i1+i2=4a。

調節u1使輸出電壓為8.4v;調節u2使輸出電壓為7.6v,由基爾霍夫定律得到:

8.4=2r1+4r25)

7.6=4r26)

得到負載 r1=0.4ω;r2=1.9ω;

將所需負載接入電路則可以實現。

三、系統電路設計

1. 模組功能的簡介

該模組(如圖2所示)採用了以lm2576整合塊為中心組成的16w的8v dc/dc模組進行降壓變換。該降壓變換電路結構簡單,由電容,電感,二極體,電阻等元件組成,便於進行電路設計。該模組實現了24v dc變壓為8v dc,而且該降壓變換電路穩壓效能好,轉換效率高,並且該模組還具有自動限流保護功能,當電路中通過的電流超過該電路所能承受的最大電流時,該電路會自動進行過流保護。

2. 電路設計

基於題目的要求,該系統主要由兩個以lm2576整合塊為中心組成的16w的8v dc/dc變換器、穩壓二極體、負載電阻等電路模組組成。16w的8v dc/dc變換模組實現24v dc變壓為8v dc, 穩壓二極體實現了輸出電流過流保護功能;同時,通過對負載電阻的調節可以逐步實現該系統的設計要求和功能要求。具體電路圖如圖五所示:

圖5 系統具體調節電路圖

上圖中u1為16w的8v dc/dc變換模組一的輸出電壓,u2為16w的8v dc/dc變換模組二的輸出電壓。

3. 功能器件(lm2576)簡介

lm2576系列開關穩壓積體電路是線性三端穩壓器件(如78xx系列端穩壓積體電路)的替代品,它具有可靠的工作效能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅動能力,從而為mcu的穩定、可靠工作提供了強有力的保證。 lm2576內部包含52khz振盪器、1.23v基準穩壓電路、熱關斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內部穩壓電路等。

為了產生不同的輸出電壓,通常將比較器的負端接基準電壓(1.23v),正端接分壓電阻網路,這樣可根據輸出電壓的不同選定不同的阻值,其中r1=1kω(可調-adj時開路),r2分別為1.7kω(3.

3v)、3.1kω(5v)、8.84kω(12v)、11.

3 kω(15v)和0(-adj),上述電阻依據型號不同已在晶元內部做了精確調整,因而無需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網路的輸出同內部基準穩壓值1.23v進行比較,若電壓有偏差,則可用放大器控制內部振盪器的輸出占空比,從而使輸出電壓保持穩定。

四、測試方案與測試結果

1. 測試方法

測試所用主要儀器有:能提供24v的穩壓電源,電流錶(2個),電壓表(2個),滑動變阻器(2個),定值電阻(1個),導線若干,將所製成的電路裝置按要求接在24v的穩壓電源上,並調節滑動變阻器使電路中各支路的電流滿足題中的要求。則說明測試成功,電路能達到要求;反之則製作失敗。

2. 測試結果

本次實驗設計測試結果如表1所示:

表1 實驗測試結果

5、報告總結

通過參加本次設計製作,使小組各成員積累了許多電路設計的思路、熟悉並掌握了很多製作電路的技巧,對電子設計製作有了新的認識。但由於所學知識有限,小組成員對電路的分析不夠透徹,對電路的製作不夠熟練,尤其在製作電感時遇到了很多麻煩,花費了大量時間,但最後在小組成員不懈努力下,製做了滿足電路需要的電感。另外,對本賽題我們小組形成了更為理想的實現思路,但由於時間和條件所限沒能完成。

因此,在以後的學習生活中,還需踏實學習基本知識,不斷積累電路設計思路和製作技巧,來完善我們自身的不足,做出讓人滿意的電子設計。

模組併聯供電系統

2011年全國大學生電子設計競賽 開關電源模組併聯供電系統 a題 本科組 2011年9月3日 摘要 通過對高頻開關電源與傳統相控電源的技術經濟比較,結合工程實踐,提出在水電站等各個領域選項中的不斷消化,吸收新產品 新技術,不斷優化產品設計,提高產品質量以及工作效率,是能量的利用率達到乙個高的水準,跟...

開關電源的PCB設計規範

摘自 偉納電子 在任何開關電源設計中,pcb板的物理設計都是最後乙個環節,如果設計方法不當,pcb可能會輻射過多的電磁干擾,造成電源工作不穩定,以下針對各個步驟中所需注意的事項進行分析 一 從原理圖到pcb的設計流程建立元件引數 輸入原理網表 設計引數設定 手工布局 手工佈線 驗證設計 複查 cam...

開關電源的PCB設計規範

在任何開關電源設計中,pcb板的物理設計都是最後乙個環節,如果設計方法不當,pcb可能會輻射過多的電磁干擾,造成電源工作不穩定,以下針對各個步驟中所需注意的事項進行分析 一 從原理圖到pcb的設計流程建立元件引數 輸入原理網表 設計引數設定 手工布局 手工佈線 驗證設計 複查 cam輸出。二 引數設...