基于TMS320F28335的开关电源模块并联供电系统.doc
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开关电源模块并联供电系统（A题）
【本科组】
摘要
本系统以DSPMS320C28335作为主控，以单端反激式电路作为核心，根据AD采集两路DC模块输出电路分别控制两路PWM，做出相应调整，从而实现在4.0A以内，A、B两路DC模块电流比例在0.5~2.0之间步进为0.1的比例可调。
测试表明，本系统达到了题目的基本要求和扩展要求的全部功能。
I
开关电源模块并联供电系统（A题）
【本科组】
一、系统方案
本系统主要由DC-DC主回路模块、信号采样模块、主控模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1DC-DC主回路的论证与选择
方案一：
采用推挽拓扑。
推挽拓扑因其变压器工作在双端磁化情况下而适合应用在低压大电流的场合。
但是，推挽电路中的高频变压器如果在绕制中两臂不对称，就会使变压器因磁通不平衡而饱和，从何导致开关管烧毁；同时，由于电路中需要两个开关管，系统损耗将会很大。
方案二：
采用Boost升压拓扑。
Boost电路结构简单、元件少，因此损耗较少，电路转换效率高。
但是，Boost电路只能实现升压而不能降压，而且输入/输出不隔离。
方案三：
采用单端反激拓扑。
单端反激电路结构简单，适合应用在大电压小功率的场合。
由于不需要储能电感，输出电阻大等原因，电路并联使用时均流性较好。
方案论证：
上述方案中，方案一系统损耗大，方案二不能实现输入输出隔离，而方案三虽然对高频变压器设计要求较高，但系统要求两个DCDC模块并联，并且对效率有一定要求。
因此，选择单端反激电路作为本系统的主回路拓扑。
1.2控制方法及实现方案
方案一：
采用专用的开关电源芯片及并联开关电源均流芯片。
这种方案的优点是技艺成熟，且均流的精度高，实现成本较低。
但这种方案的缺点是控制系统的性能取决于外围电路元件参数的选择，如果参数选择不当，则输出电压难以维持稳定。
方案二：
采用TI公司的DSPTMS320C28335作为主控，实现PWM输出，并控制A/D对输入输出的电压电流信号进行采样，从而进行可靠的闭环控制。
与模拟控制方法相比，数字控制方法灵活性高、可靠性好、抗干扰能力强。
但DSP成本不低，而且功耗较大，对系统的效率有一定影响。
方案论证：
上述方案中，考虑到题目要求的电流比例可调的指标，方案一较难实现，并且方案二开发简单，可以缩短开发周期。
所以，选择方案二来实现本系统要求。
二、系统理论分析与计算
2.1系统整体方案
系统由DCDC主电路、控制电路、驱动电路、测量电路组成。
如下图所示，
2.2DC-DC模块的设计
DC-DC模块的核心电路在于驱动电路和单端反激式DC-DC变换器以及滤波电路。
采用IR2110来驱动末级功率场效应管。
IR2110兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，开关管选用IRF3205，IRF3205具有开关速率快，导通电阻小的特点，适用于高效率，高开关频率的功率电路。
滤波电路采用2阶LC滤波器，使得输出纹波小。
2.3信号采样与参数测量子系统的设计
信号采集主要包括两路DC-DC输出电流和一路输出电压的采集。
由于有多路信号需要采集，故AD选用TLC2543，它具有11路AD采集功能，满足我们信号采样的需要。
由于DC-DC模块并联后，输出阻抗一旦出现失配的情况，电流涌动大，会对DSP造成不可预料的损伤，故选用PC817线性光耦进行主控和主回路之间的电气隔离。
然而，PC817的线性区间比较窄，所以采用运放搭建加法器对前端的信号进行补偿，从而使得光耦工作在线性区间。
三、电路与程序设计
3.1电路的设计
3.1.1反激式电源模块系统框图
A路IR2110驱动电路
B路IR2110驱动电路
A路PWM信号
B路PWM信号
A路单端反激式拓扑降压电路
B路单端反激式拓扑降压电路
A路滤波电路
B路滤波电路
24V输入
A路DC-DC模块B路DC-DC模块
3.1.2信号采样与参数测量子系统框图与电路原理图
信号采样与参数测量子系统框图
3.1.3辅助电源
辅助电源由滤波部分、稳压部分组成。
为整个系统提供5V和12V电压，确保电路的正常稳定工作。
这部分电路都采用开关稳压芯片外加分立元件搭好外设实现。
3.2程序的设计
3.2.1程序功能描述与设计思路
1、程序功能
输出两路PWM驱动DCDC电路工作，控制A/D对电压电流信号进行采样，通过键盘获取电流分配比例并用液晶显示，对采集信号进行算法分析后调整系统电压输出和电流分配。
2、程序设计思路
本设计通过A/D对电压电流信号进行采样，按照闭环控制的原理维持输出电压的恒定，在DSP中对PWM占空比进行实时调节，以确保在负载改变或者设定电流比例改变的过程中输出电压的恒定以及两个模块电流的及时调整。
3.2.2程序流程图
开始
预置两个DCDC模块电压8V
采集两个模块电流及负载电压
I1=R*I2
Uo=8V？
调整第二模块PWM
调整第一模块PWM
是
是
否
否
I1+I2<4.5A
停止pwm输出，并延迟两秒再开启，开启后延迟200ms
是
否
读电流比例R
四、测试方案与测试结果
1.测试仪器使用的仪器设备如表所示
序号
名称、型号、规格
数量
1
DY2106数字万用表
4
2
5位半数字万用表
1
3
100W滑线变阻器
2
4
数控线性直流稳压电源
1
2.测试方法与测试数据
（1）额定输出功率下系统输出电压测量
测试方法：
调整负载为4Ω，接入系统，测试系统输出电压Uo，测试仪器为五位半数字万用表。
最终测得Uo=7.79V
（2）效率测量
测试方法：
调整负载为4Ω，待系统输出电压稳定后测试Io，Uo，Ii，Ui。
测试结果如下表所示
输出电压Uo
输出电流Io
输入电压Ui
输入电流Ii
系统效率
7.68V
4.01
23.89
1.98
65.11%
（3）负载变化时任意比例分配电流测试
测试方法：
调整负载使输出电流Io在1.0A~4.0A时，用键盘输入比例值，测量系统输出电压及两个模块的电流。
测试结果如下表所示。
Io
设定比例（I1：
I2）
I1
I2
相对误差绝对值
1.0A
1:
1
0.505
0.503
0.4%
1.5A
1:
1
0.760
0.745
1.99%
1:
2
0.510
1.001
1.99%
2:
1
0.989
0.503
1.99%
3.5A
0.8:
1
1.560
1.938
0.62%
1.3:
1
1.975
1.522
0.18%
1.8:
1
2.248
1.259
0.81%
4.0A
1:
1
2.009
1.999
0.50%
（4）过流保护及自动恢复
系统具有过流保护及故障后自动回复功能，保护工作电流为：
4.45A
3.测试结果分析
从测试数据可以看出，此设计较好地实现了设计要求，达到了很好地电流分配及稳压效果。
电流分配调节响应也快，无调节震荡现象，且系统工作长期稳定。
测试结果较好地验证了方案设计与理论分析的正确性。
五、总结
本系统较好的完成了题目基本部分及发挥部分的所有要求，系统整体性能良好。
此外，系统对题目的各项指标都做了进一步的拓展，增加了液晶显示屏和过流保护报警功能，并实现步进为0.1比例的0.5~2的电流可调精度。
当然，本系统仍有进一步提升的空间，如并联更多路的DC-DC模块，实现更精确的电流比例控制等，可作为日后的努力方向。
参考文献：
《开关稳压电源——原理、设计及实用电路》西安电子科技大学出版社
附件：
电路原理图
1、IR2110驱动电路
该电路用于驱动MOS管IRF3205，实现开关斩波的功能。
2、电流检测及线性光耦隔离电路
该电路用于A、B两路DC-DC模块输出电流的检测，从而实现电流的精确控制
3、电压检测及线性光耦隔离电路
该电路用于A、B两路DC-DC模块输出电压的检测，从而实现输出电压的精确控制
4、多路采集AD模块电路
该电路用于2路电流信号及1路电压信号的采集
5、加法器电路
该电路用于调整放大电路的输出电平，使得光耦工作于线性区间
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