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并联开关电源系统.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.98M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    1.2设计任务
    1.3.2发挥部分要求
    2本系统总体方案设计
    2.1系统方案设计与论证
    2.1.1电流检测方案论证
    2.1.2均流控制方法及实现方案
    2.1.3系统整体方案设计
    2.2理论分析与参数计算
    2.2.1BUCK稳压电路的理论依据与分析、计算
    即可。
    2.2.2电流电压检测分析与计算
    2.3均流
    2.3.1均流的概念
    2.3.2均流的原理
    2.3.3均流的方法
    2.4过流保护及自恢复分析
    3硬件电路设计
    3.1系统选材
    3.2DC-DC电路设计
    3.3电流、电压采集电路设计
    3.4辅助供电模块设计
    4软件设计部分
    4.1EasyARM1138简介
    4.1.1EasyARM1138产品信息
    EasyARM1138是专门针对广大电子信息专业在校大学生而设计的一款基于ARMCortex™s2
    4.1.2EasyARM1138功能特点
    4.1.3开发软件
    4.2软件设计流程图
    5系统测试
    5.1主要元器件
    5.2测试方法
    5.3测试仪器清单
    5.4负载调整额定功率测试
    5.5系统效率测试
    5.64A均流测试
    5.7任意比分流点测试
    5.8过流保护及自动自恢复功能
    5.9其它功能测试
    5.10误差分析
    6总体结论
    参考文献
    附录
    一、实物照片
    图26BUCK电路
    图27TLV2543采集电路
    二、控制程序
    毕业论文 毕业论文((((设计设计设计设计)))) 毕业论 文 毕业论文 题目名称： 开关电源模块并联供电系统
    目目目目 录录录录 中文摘要......................................................................................................................... 1 英文摘要................................................................................................................. ....2 第一章 绪论....................................................................................................................................3 1.1 选题意义及目的..............................................................................................................3 1.2 设计任务........................................................................................................................... 4 1.3 设计要求........................................................................................................................... 4 1.3.1 基本要求.................................................................................................................. 4 1.3.2 发挥部分要求......................................................................................................... 5 第二章 本系统总体方案设计....................................................................................................6 2.1.系统方案设计与论证.....................................................................................................6 2.2.理论分析与参数计算....................................................................................................7 第三章 硬件电路设计............................................................................................................... 17 3.1 系统选材........................................................................................................................ 17 3.2 DC-DC 电路设计............................................................................................................19 3.3 电流采集电路设计.......................................................................................................20 第四章 软件设计部分............................................................................................................... 22 4.1 EasyARM1138 简介......................................................................................................22 4.2 软件流程图.....................................................................................................................24 第五章 系统测试........................................................................................................................ 26 5.1 主要元器件................................................................................................................... 26 5.2 测试方法........................................................................................................................ 26 5.3 测试仪器清单............................................................................................................... 26 5.4 负载调整额定功率测试..............................................................................................26 5.5 系统效率测试................................................................................................................27 5.6 4A 均流测试...................................................................................................................27 5.7 任意比分流点测试......................................................................................................27 5.8 过流保护及自动自恢复功能.....................................................................................28 5.9 其它功能测试................................................................................................................28 5.10 误差分析.................................................................................................... ............. ... 28 第六章 总体结论.................................................................................................................... ..29 参考文献........................................................................................................................................30 附录.................................................................................................................................................31
    中文摘要 开关电源模块并联供电系统的设计 开关电源模块并联供电系统的设计 开关电源模块并联供电系统的设计 开关电源模块并联供电系统的设计 [摘要]随着电力电子技术的发展,多模块并联运行的分布式电源系统被广泛应用 于计算机 、工业仪器仪表 、军事 、航天等领域 。本设计是并联两个 BUCK 电路， 带上负载后，实现电流分配准确，输出过流保护以及故障后的自动恢复功能。 本设计采用 EasyARM1138（ARM Cortex-M3 内核）处理器为主要控制核心部件， 应用同步 BUCK 拓扑结构作为高效率的 DC-DC 变换；设计并制作了开关电源模块并联 供电系统。本设计使用 IR2110 驱动 MOSFET 的 BUCK 电路，应用 AMSCS 原理和 ECM 控 制模式实现动态均流控制。发挥部分可通过按键手动设置分流比例，达到了设计要求。 实验结果表明：该系统电压电流调整速度快并且分流准确，BUCK 变换电路效率最高 达到了 84.5%，并且并联模块的稳定性和可靠性都很高，很好的完成了基本部分和发 挥部分的要求。 [关键字]：EasyARM1138；AMSCS；ECM；数字式的平均电流自动均流法；效率； 第 1 页（共 43 页）
    英文摘要 supply power Switchinginginging power Switch modules Switch power supply modules supply modules power supply Switch modules supply power parallel systemsystemsystem parallel power supply supply system power supply parallel power parallel of power electronics [ABSTRACT] [ABSTRACT] [ABSTRACT] [ABSTRACT]With the development technology, multi-module parallel operation of distributed power systems are widely used in computer, industrial instrumentation, military, aerospace and other fields. The design is a parallel two BUCK circuit, bring the load to achieve the accuracy of the current distribution, output over-current protection as well as after the failure of the automatic recovery feature. This design uses EasyARM1138 (the ARM Cortex-M3 core) processor as the main control of the core components of the application of synchronous Buck topology as high-efficiency DC-DC transform; designed and produced switching power supply modules in parallel power supply system. This design uses the IR2110 driver MOSFET BUCK circuit, the application AMSCS principles and ECM control mode to achieve the dynamic flow control. Playing the part of the button to manually set the shunt ratio meets the design requirements.The experimental results show that: adjust the speed of the voltage and current and shunt accurate, BUCK transform circuit and the stability efficiency reliability of the parallel modules are high.So the system accomplished the basic part and the expression part successfully. of the system is fast up to 84.5% , and [[[[KeyKeyKeyKey wordwordwordword]]]]: EasyARM1138; AMSCS; ECM; The average current of the digital automatic flow method; Efficiency; 第 2页（共 43 页）
    绪论 开关电源模块并联供电系统 开关电源模块并联供电系统 开关电源模块并联供电系统 开关电源模块并联供电系统 1111 绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1 选题意义及目的 选题意义及目的 选题意义及目的 选题意义及目的 随着电力电子技术的发展,电源技术被广泛应用于计算机 、工业仪器仪表 、 军事 、航天等领域,涉及到国民经济各行各业 。各种电子装置对电源功率的要 求越来越高,对电流的要求也越来越大,开关电源向更大功率方向发展 。研制各 种各样的大功率 、高性能的开关电源成为趋势 ，但受构成电源模块的半导体功 率器件,磁性材料等自身性能的影响,单个开关电源模块的最大输出功率只有几 千瓦,实际应用中往往需用几百千瓦以上的开关电源为系统供电 。因此,大功率 电源系统需要用若干台开关电源并联运行,以满足负载功率的要求 。同时考虑分 布式与集中式电源系统相比所具有的优点,具体采用分布式电源系统供电 。这样 每个变换器只处理较小功率,降低了应力,还可以应用冗余技术,提高了系统的稳 定性,并且使用场合不受限制,根据需要组合,方便灵活 。其容量可以任意扩展 。 同时可将模块的开关频率提高到兆赫级,从而提高模块的功率密度使电源系统的 体积 、重量下降 ，可谓一举多得 。由于大功率电源负载需求的增加以及分布 式电源系统的发展开关电源并联技术的重要性也日益变的关键 。 多模块并联运行的分布式电源系统代替集中式电源供电系统已经成为大容 量高频开关直流电源系统发展的一个重要方向。和集中式供电系统相比，分布式 电源系统有更多的优点：能提高系统的灵活性；可将模块的开关频率提高到兆赫 级，从而提高了电源模块的功率密度，使电源系统的体积、重量下降；各个模块 的功率半导体器件的电流应力减少，提高了系统的可靠性；可方便的实现 N+n冗 余供电；减少产品种类，便于标准化；并且分布式系统可非常方便的实现并联方 式的扩展。当需要大功率输出时，可采用小功率电源模块、大规模控制集成电路 做基本部件，组成智能化大功率供电电源。这样就大大减轻了对大功率元器件和 装置的研制压力。相关资料显示：开关电源并联均流技术在国外的发展也有相当 一段时间，但仍存在许多不足之处。近几年来．许多科研单位和院校也开始涉足 这一领域。因此，开关电源并联控制技术的研究具有社会影响和社会效益。 基于此，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块 间需要采用均流措施，用于保证模块间电应力和热应力的均匀分配，防止一台或 第 3页（共 43 页）
    开关电源模块并联供电系统 多台模块运行在电流极限值状态。因此采用可靠的均流措施是实现大功率电源系 统的重要环节。 低压大功率直流开关电源系统的设计需要多机并联实现。直流开关电源的 均流技术的研究，涉及电源系统的稳定性和动态均流响应速度，其技术成果具 有实际价值。 在本次设计中，电子测量技术、单片机原理及应用，以及模拟/数字信号处 理等的多种学科技术知识的综合运用。通过本设计，提高本专业各学科综合知识 的实际运用能力，与此同时也提高自身的分析能力与实际动手能力，增强自身对 设计的科学性、系统性、及全面性的理解。通过此次设计，能较好的掌握硬件电 路设计的工作流程，进一步体会汇编语言与C语言编写程序的优缺点。 1.21.21.21.2 设计任务 设计任务 设计任务 设计任务 设计并制作一个由两个额定输出功率均为 16W 的 8V DC/DC 模块构成的并联 供电系统如下图 1 所示。 图图图图 1111 设计任务 设计任务 设计任务 设计任务 1.31.31.31.3 设计要求 设计要求 设计要求 设计要求 1.3.11.3.11.3.1 基本要求 1.3.1 基本要求基本要求基本要求 (1) 调整负载电阻至额定输出功率输出状态，供电系统的直流输出电压 Uo = 8.0 0.4 ± V (2) 额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于 60%。 (3) 调整负载电阻，保持输出电压 Uo = 8.0 0.4 ± V ，使两个模块输出电流 之和 Io=1.0A,且按 I1：I2=1：1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相 对绝对值不大于 5%。 第 4页（共 43 页）
    绪论 (4) 调整负载电阻，保持输出电压 Uo = 8.0 0.4 ± V ，使两个模块输出电流之和 Io=1.5A,且按 I1：I2=1：2 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对绝对 值不大于 5%。 1.3.21.3.21.3.2 发挥部分要求 1.3.2 发挥部分要求 发挥部分要求 发挥部分要求 （1）调整 负载 电阻，保持输出电压 Uo = 8.0 0.4 ± V ，使负 载电流 Io 在 1.5-3.5A 之间变化时，两个模块的输出电流可在(0.5-2.0)范围内按指定的比例 自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于 2%。 （2）调整负载电阻，保持输出电压 Uo = 8.0 0.4 ± V ，使两个模块输出电流之 和 Io=4.0A 且按 I1：I2=1：1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流相对误差 的绝对值不大于 2%。 （3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。 （4）具有负载短路保护及自动恢复工作，保护阈值电流为 4.5A 。 第 5页（共 43 页）
    开关电源模块并联供电系统 2222 本系统总体方案设计 本系统总体方案设计 本系统总体方案设计 本系统总体方案设计 2.12.12.12.1 系统方案设计与论证 系统方案设计与论证 系统方案设计与论证 系统方案设计与论证 2.1.12.1.12.1.1 电流检测方案论证 2.1.1 电流检测方案论证 电流检测方案论证 电流检测方案论证 表表表表 1111 电流检测器件选择对比 电流检测器件选择对比 电流检测器件选择对比 电流检测器件选择对比 结论： 通过以上的对比，选择 INA270 进行电流检测，将采样电阻上的小 电压信号放大后能够直接给 AD 采集，满足设计要求。 2.1.22.1.22.1.2 均流控制方法及实现方案 2.1.2 均流控制方法及实现方案 均流控制方法及实现方案 均流控制方法及实现方案 【方案一】：并联强迫均流。利用监控模块实现均流，由监控模块获得所有 并联模块的平均电流值，再通过软件计算，用并联平均电流值与模块电流值进行 比较，比较后的结果用来补偿电压基准，调整模块电压，使模块电流值与系统平 均值电流相同。此方案易于实现,均流精度高，但其瞬态响应较差,调节时间长。 【方案二】：运放反馈均流。主电路通过电压反馈稳定输出电压，从电路通 过运放检测主从两路的电压差控制输出电压，使得两路压差为零，从而达到了均 流的目的。该方案的实现与运放的参数有关，运放反馈回路的电容、电阻不好匹 配。 【方案三】：用单片机实现动态均流。通过单片机实时采集两路 DC-DC 模块 的电流和负载电压，然后通过内环电流外环电压，软件模拟硬件最大值均流的算 法控制两路 DC-DC 模块 PWM 波形的占空比来调节电流。该方案优点控制精度高、 外围电路简单，用软件模拟硬件，成本低，整个系统的效率高。 根据上述三种方案的比较结合题目的控制要求最终选择方案三实现均流控 第 6页（共 43 页）
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