开关电源模块并联供电系统论文.docx
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开关电源模块并联供电系统论文
开关电源模块并联供电系统(A题)
摘要:
本设计以TL494芯片作为控制核心,辅以AT89C52单片机稳定输出电流。
TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式,以适应不同场合的要求。
TL494能产生PWM,能调整频率和脉宽,还有一路基准电压,这些都满足DC-DC的条件,采用不同拓扑,得到升压和降压,并且输出电压均值环设计成输出电压稳定可调的DC/DC变换电路。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态,具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点,在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多,常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计小汽车中的音响供电电源,利用MOSFET管作为开关管,可以提高电源变压器的工作效率,有利于抑制脉冲干扰。
实际测试表明该系统各项指标均达到或超过设计要求。
关键词:
DC/DC开关均流供电稳压
Abstract:
ThisdesigntoTL494chipascontrolcore,supplementedbyAT89C52singlechipstabilizeoutputcurrent.TL494haveSO-16andPDIP-andtwokindsofpackagingform,inordertoadapttotherequirementsofdifferentoccasions.TL494canproducePWM,canadjustthefrequencyandpulsewidth,andalltheway,allofthesemeetbenchmarkvoltageDC-DCconditions,adoptingdifferenttopology,getboostandbloodpressure,andoutputvoltagemeanringdesignedtooutputvoltagestabilityadjustableDC/DCtransformcircuit.Theswitchingpowersupplypoweradjustmentinthework,hasthepowerswitchstateofsmall,highefficiency,widerangeofvoltage,lowtemperature,smalladvantagesincommunicationequipment,numericalcontrol,device,instrumentandapparatus,videoaudio,homeappliancesandotherelectroniccircuitusedwidely.Thehighfrequencyconversionswitchpowersupplycircuit,andthecommontransformformmanyhavethepush-pull,thewholebridgecircuit,halfbridge,singlestraightshockandtheoclflybackandotherforms.Thisthesiswithdoubleenddrivetheintegratedcircuit--TL494losePWMpulsecontrollerdesignthesoundpowersupplies,carusingMOSFETtubeasswitchtube,canimprovetheworkefficiencyofpowertransformer,tosuppressimpulsenoise.Theactualtestshowthatthesystemalltheindexesmeetorexceedthedesignrequirements.
Keywords:
DC/DCswitchflowequalizePowersupplystabilivolt
目录
1任务与要求----------------------------------------------------------3
1.1设计任务---------------------------------------------------------------------------------3
1.2设计要求----------------------------------------------------------------------------------3
2系统方案的比较与设计-------------------------------------------3
2.1总体方案选择--------------------------------------------------3
2.2直流稳压电源方案的比较与设计----------------------------------3
2.3功率放大器方案的比较与设计------------------------------------7
3理论分析与设计----------------------------------8
4系统测试----------------------------------------10
5结论--------------------------------------------10
6参考文献-----------------------------------------------10
7附录------------------------------------------------------------------11
1任务与要求
1.1设计任务:
设计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(见图1)。
1.2设计要求
1.2.1调整负载电阻至额定输出功率工作状态,供电系统的直流输出电压UO=8.0±0.4V。
1.2.2额定输出功率工作状态下,供电系统的效率不低于60%。
1.2.3调整负载电阻,保持输出电压UO=8.0±0.4V,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误差绝对值不大于5%。
1.2.4调整负载电阻,保持输出电压UO=8.0±0.4V,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,每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于5%
2系统方案的比较与设计
2.1总体方案选择
本系统以DC/DC模块、均流模块、过流保护模块、电源模块等组成。
2.2DC/DC模块方案的比较与设计
方案一:
可用于Boost变换器的控制方案较多,典型的有采用单片机直接控制或者用模拟控制电路控制等。
Boost变换器是一个具有低阻尼的二阶系统,采用单片机的电压单环控制的结构由于系统的不稳定性和数字算法的延迟,使得控制环的低频增益不能太大,影响输出电压的控制精度;用运算放大器等构成模拟控制电路,可以采用电压电流双环控制结构,有效地克服变换器的低阻尼特性并使输出电压的控制精度提高,但包括PWM调制器、脉冲放大驱动电路等在内的模拟控制电路结构复杂、可靠性不高。
方案二:
鉴于单端反激式开关电源与Boost变换器具有相同的工作原理,其专用集成控制芯片UC3842可以移植到Boost变换器的控制上来,所以本设计制作的控制部分采用集成控制芯片UC3842,以简化控制电路设计并提高系统的可靠性,UC3842控制电路图如下图所示。
但是由于该电路太复杂,所以该方案不可用。
方案三:
在该电路中,TL494第5,6脚外接时间常数电路(C3,R5),振荡器产生80kHZ的脉冲信号,经TL494内部双稳态触发器控制,变成两路时序不同的驱动脉冲,驱动两组驱动放大器。
TL494内部两组驱动级,由第9,10脚输出时序不同的正向脉冲。
为了避免在两路脉冲交替处推挽开关管VT1,VT3和VT2,VT4同时导通,TL494的第四脚外接R6,C2,R4设定死区时间。
一组驱动脉冲使推挽电路一臂导通后,相隔一死区时间,才发出另一组驱动脉冲,使另一臂导通(第四脚电压越高,死区时间越长)。
TL494第1,2脚为两组取样放大器的同相和反相输入端,可控制内部比较器组成的脉宽调制器设定的占空比。
2.3均流电路方案的比较与设计
方案一:
下垂法:
(又叫斜率法,输出阻抗法)是最简单的一种均流方法。
其实质是利用本模块电流反馈信号或者直接输出串联电阻,改变模块单元的输出电阻,使外特性的斜率趋于一致,达到均流。
如下图所示,下垂法的均流精度取决于各模块的电压参考值、外特性曲线平均斜率及各模块外特性的差异程度。
方案二:
有源均流法是均流方法中的一大类别,其特征是采用互连通讯线连接所有的并联模块,用于提供共同的电流参考信号。
一般并联变换器采用电流型控制,即电流内环和电压外环双环控制,以下把功率级和电流内环作为变换器的基本单元。
在基本单元外设计控制结构和母线连接方式,形成各类有源均流法,如主从法、平均电流法、最大电流法等。
控制结构指均流环与电压环如何配置,图4为有源均流法的三种控制结构:
电压环环外调整、环内调整和双环调整。
环外调整中均流环从电压环外部叠加(图a),均流母线带宽低,对噪音不敏感,但由于受到低带宽电压环限制,均流控制反应比较缓慢;环内调整中均流环从电压环内叠加(图b),均流环可以很好的和电流环结合起来,整个结构简单,均流信号从环内注入,其带宽不受电压环的限制,反应速度快,均流母线的电压从电压调整放大器获得,但容易引起噪声;双环调整中均流环和电压环并行一起作用于基本单元(图c)。
均流母线连接方式指如何从所有的模块中获取公共电流参考信号,表明了模块间的主从关系。
图5显示了三种均流母线的连接:
自主配置、平均配置和指定配置。
自主配置(图a)中,各个模块和母线之间通过二极管连接,只有具备最大电流的模块对应的二极管才能导通,均流母线上代表的是最大电流信号;平均配置(图b)中,各个模块和母线之间通过参数完全一致的电阻连接,均流母线
上代表的是平均电流;指定配置(图c)中,只有人为指定的模块直接连接均流母线,成为主模块。
经比较,采用方案二。
2.3过流保护方案的比较与设计
方案一:
电路中的过流保护由电流采样经LM324比较器来控制继电器断合组成。
方案二:
采样电阻连接到稳压电源的OUT输出端,采样电阻采用精密小电阻,所以后续部分采用三极管放大信号,当电流超标时,三极管被导通,集电极获得高电压,通过稳压管的稳压作用,获得一个合适电压,连接到TL494的第四脚,使TL494停止工作以保护电路。
out
接TL494的第四脚
经比较,采用方案二。
3理论分析与设计
在状态1过程中,电感会通过(高边“high-side”)MOSFET连接到输入电压。
在状态2过程中,电感连接到GND。
由于使用了这类的控制器,可以采用两种方式实现电感接地
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