開關電源模塊并聯供電系統

2013-02-05 07:59:04楊進華

長春大學學報 2013年2期

劉釗，楊進華

(長春理工大學光電工程學院，長春 130022)

1 系統設計

設計并制作一個由兩個額定輸出功率均為16W的8V DC/DC模塊構成的并聯供電系統。

調整負載電阻至額定輸出功率工作狀態，供電系統的直流輸出電壓U0=8.0±0.4V。額定輸出功率工作狀態下，供電系統的效率不低于60%。

設計思路:如圖1所示，設計分為硬件部分和軟件部分。硬件部分采用TL494產生PWM，來控制Buck電路的場效應管實現開關功能，經過反饋，從而控制輸出電壓。結構框圖如圖2所示，R3為負載電阻，R1和R2構成串聯分壓取樣，將取得的電壓反饋回來通過單片機的AD進行采集從而構成閉環控制。軟件部分通過單片機產生PWM低通濾波后給模塊提供控制電壓，從而對硬件進行控制。

圖1 開關電源模塊并聯供電系統結構框圖

圖2 BUCK電路結構框圖

TL494輸出PWM端后級接上一個小的推挽輸出電路，然后再連上MOSFET管的柵極。如圖2所示，后級使用了典型的BUCK電路，降壓效率高，控制方便。

采用電流檢測芯片MAX472來實現高精度電流采樣。單片機輸出PWM低通濾波后輸出，成本低，控制快，線性度底，容易控制。大功率肖特基二極管MBR10200。MBR10200最大整流電流為10A，最大反向電壓為200V，價格便宜，反向恢復速度快，噪聲低。用Nokia5110液晶顯示屏顯示參數。Nokia5110液晶顯示屏能顯示測試參數，屏幕小巧，省電，顯示中文字時需要自己提取字模。

2 硬件電路設計

2.1 TL494 芯片

TL494是一種恒頻脈寬的調制控制器，推挽/單端輸出，工作頻率為1～300kHz，輸出電壓可達10V，內有5V的電壓基準，振蕩器可外同步，死區時間可以調整，輸出級的拉灌電流可達200mA。

2.2 Buck電路

TL494產生的PWM后經過一對互補配對的三極管推挽輸出后進入Buck電路。當PWM控制場效應管打開時，24V電源給電感L1和電容C3充電，同時也給后面的電路供電;當PWM控制場效應管關閉時，L1和C3放電來維持后面電路的供電，按照這個過程循環下去，得到的是一個可以控制的直流信號。本系統采用的是電感電流連續模式。Buck電路又稱為降壓變換器電路，如圖3所示。

圖3 Buck電路

Buck電路分為電感電流連續工作模式和電感電流不連續工作模式。

連續工作模式:當開關管打開時，這時等效電路圖如圖4(a)所示，電感電流iL=iS≠0流過電感線圈L，在電感未飽和前，電感處于充電狀態，電流線性增加。流過負載R的電流為I0，兩端輸出電壓為V0，極性為上正下負。當iL＞I0時，電容在充電狀態。這時二極管D1在承受反向電壓。當開關管關閉時，這時等效電路圖如圖4(b)所示，iS=0，由楞次定律可知電感線圈L將改變線圈兩端的極性，以保持iL的不變。這時負載R的極性仍是上正下負，電感在放電狀態。當iL＜I0時，電容處于放電狀態，以維持I0、V0不變。這時二極管承受正向偏壓構成通路，故稱該二極管為續流二極管。等到下一個周期到來時開關管打開，電感又開始充電。由于該電路輸出電壓V0小于電源電壓VS，所以稱它為降壓變換器。

圖4 等效電路圖

不連續工作模式:當開關管打開時，這時電感電流iL=iS=0流過電感線圈L，在電感未飽和前，電感處于充電狀態，電流線性增加。流過負載R的電流為I0，兩端輸出電壓為V0，極性為上正下負。當iL＞I0時，電容在充電狀態。這時二極管D1在承受反向電壓。當開關管關閉時，這時iS=0，電感線圈L改變線圈兩端的極性，以保持iL的不變。這時負載R的極性仍是上正下負，電感在放電狀態。當iL＜I0時，電容處于放電狀態，以維持I0、V0不變。這時二極管承受正向偏壓構成通路。等到下一個周期到來時開關管打開，電感又開始充電。波形如圖5所示。

3 軟件設計

通過分析發現，可以在保持輸出電壓不變的情況下，通過改變負載電阻的方式，來調節輸出電流總和及輸出電流I1、I2的比例，或者通過設定I1、I2的比例，然后通過調節電阻來調節輸出的電流值，因此，需采用兩種不同的模式進行調節。除負載電阻由手動設定電流比例外，其余部分不允許手動干預，所以本方案采取通過設置外部中斷，由旋轉編碼開關調節I1、I2的比例因數時觸發中斷，在中斷之中切換模式。

軟件流程圖如圖6所示。