全国大学生电子大赛 开关电源模块并联供电系统A题论文方案.docx
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全国大学生电子大赛开关电源模块并联供电系统A题论文方案
2011年全国大学生电子设计竞赛
开关电源模块并联供电系统（A题）
【XX组】
2011年9月6日
摘要
本设计是要求制作一个由两个小功率DC/DC模块构成的并联供电系统。
综合考虑题目基本部分和发挥部分的要求。
可以看出该供电系统要求有较高的效率和稳定的电压电流输出。
最主要的目的是达到供电系统自动均流的效果。
我们根据以上要点设计了一个模拟电路和数字电路相结合的系统。
模拟电路部分采用双端驱动集成电路——TL494来完成。
数字控制系统由单片机STC12C5A60S2、DA模块、高精度放大模块、以及按键设定模块和1602液晶显示组成人机交互界面。
其组成电路可以实现以下几个功能：
1.控制DC/DC模块的输出电流，使其按比例输出2.测试输出电流并显示3.比较两个DC/DC模块的输出电流并显示比值。
关键词：
TL494单片机STC12C5A60S21602液晶显示
开关电源模块并联供电系统（A题）
【XX组】
1系统方案
本系统主要由DC/DC模块、控制模块、DA转换模块、液晶显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1DC/DC模块的论证与选择
方案一：
采用电压控制脉宽调整技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。
方案二：
采用电流控制脉宽调制，此技术相比传统的仅有输出电压反馈的PWM系统比较增加了一个电感电流反馈。
此反馈就做为PWM的斜坡函数，就不再需要锯齿波发生器，更重要的是使用电感电流反馈使系统的性能有了明显的改善。
一使系统具有快速的瞬态响应及高速的稳定性，二，输出电压精度很高。
三，具有内在的对功率开关电流的控制及限流能力。
四，具有良好的并联运行能
力。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.2控制系统的论证与选择
方案一、
采用AT89C51单片机进行控制。
AT89C51价格低廉，结构简单,且资料丰富；但是51单片机系统资源有限，8位控制器，运算能力有限,无法达到较高的精度。
且没有内置AD/DA转换器，需要外接大量外围电路，不便于快速完成。
方案二、
采用STC12C5A60S2单片机进行控制。
STC12C5A60S2单片机是单时钟/机器周期（1T）的单片机。
其运算速度高、低功耗、且超强抗干扰。
指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换（250K/S）。
其高速率和强抗干扰能力对于完成项目要求有极大的优势。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.3DA转换的的论证与选择
方案一：
采用DAC80328D/A芯片，DAC80328是８位D/A转换器，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。
以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。
但只有8位运算精度较低。
方案二：
TLC5618是一个双通道12位电压输出型DAC，具有灵活的三线串行接口，并且和TMS320、SPI、QSPI、微带线串行接口兼容。
16位串行线包括4位控制线和12位数据线。
可编程DAC允许改变时间改善功耗。
TLC5618供电电压2.7V--5.5V。
精度高，AD转换器对DC互感器生成的电压信号须进行高精度采样。
所以要使用此款芯片。
综上考虑：
我们采用方案二。
1.4参数显示系统的论证与选择
方案一：
采用数码管为显示模块，本系统中需要显示的参数较多，且数值要求较为复杂。
数码管无法清晰的表达参数的类别。
而且不同的参数对小数的要求不同，采用74HC595做级联方式做显示驱动可以节省I/0资源。
但数码管耗电量大，且较占面积。
方案二：
采用LCD1602液晶为显示模块。
LCD串行模式占用I/0资源少，连接方式简单，显示内容丰富。
可以清晰明了的显示所需参数。
而且显示模块驱动简单，减小了电路体积。
同时也减少了硬件组装的工作量，节省时间。
综上考虑：
我们采用方案二。
2电路与程序设计
2.1电路的设计
2.1.1系统总体框图
图1系统总体框图
2.1.2DC/DC模块电路原理图
3.2程序的设计
3.2.1程序功能描述与设计思路
1、程序功能描述
根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置、参数显示
1）键盘实现功能：
设定输出电流比值键盘设定电流值送给单片机，单片机通过内部自带D/A将数字量转换成相应的模拟量送给TL494端,进而控制输出电压达到设定值。
2）显示部分：
测试输出电流、电压并显示。
单片机通过内部自带的A/D对输出的电压和电流进行采样，将采集回来的数值在单片机内部进行处理后将数据送往液晶屏进行输出电压、输出电流、输出功率的显示。
2、程序设计思路
数字设定是通过键盘输入给单片机来实现的，本设计中的键盘采用自制的3键键盘，直接与单片机的P1口连接，连线简单、方便，同时减少了外围电路，从而有助于整体电路效率的提高。
显示电路采用带字库LCD液晶显示器。
为了避免占用大量的IO口，采用串行传输，其中CS,SID,CLK引脚分别与P0.0,P0.1.P0.2口相连，虽然编程难度增大，但是节省了IO资源，避免外扩IO，减少了硬件电路的制作。
LCD可以用全中文界面显示，显示内容丰富，易于人机交流。
3.2.2程序流程图
4测试方案与测试结果
4.1测试方案
1.基本项测试：
（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，测量供电系统的直流
输出电压。
（2）额定输出功率工作状态下，测电源输入端电压U1、I1和电源
输出端U2、I2。
效率=U2*I2/U1*I1。
（3）通过按键将电流比调整到1:
1，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，测量两
个DC/DC模块的输出电流并比较。
（4）通过按键将电流比调整到1:
2，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，测量两
个DC/DC模块的输出电流并比较。
3.发挥项测试：
（1）通过按键设定一个电流比值，调整负载电阻，保持输出电压
UO=8.0±0.4V，使负载电流IO在1.5~3.5A变化，测量两个
DC/DC模块的输出电流并比较。
重新设定一个比值并继续测试。
（2）通过按键将电流比调整到1:
1，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=4.0A，测量两
个DC/DC模块的输出电流并比较。
（3）加大电流史输入电流达到4.5A，测试电路保护能力。
（4）在不同情况下测量DC/DC输出电流和电流比值、观察与液晶显
示模块的数值是否相符合。
4.2测试条件与仪器
测试条件：
检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：
高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。
4.3测试结果及分析
4.3.1测试结果（数据）
第一次测试
第二次测试
第三次测试
输出电压（V）1
8.01V
8.02V
8.00V
输出电压（V）2
8.03V
7.98V
8.00V
设置电流比（A）
1:
1
1:
2
1:
1
负载电流
1.A
1.5A
4A
输出电流（A）1
0.5
0.5
2
输出电流（A）2
0.5
1
2
实际电流比
1:
1
1:
2
1:
1
液晶显示电流1
0.5
0.5
2
液晶显示电流2
0.5
1
2
液晶显示电流比
1:
1
1:
2
1:
1
转换效率
96%
95%
97%
一
二
三
四
输出电压（V）1
8.00V
8.01V
8.01V
8.00V
输出电压（V）2
8.02V
7.99V
8.00V
8.01V
设置流比（A）
1:
1
1:
1
1:
1
1:
1
负载电流
1.5A
2.0A
3.0A
3.5A
输出电流（A）1
0.75
1
1.5
1.75
输出电流（A）2
0.75
1
1.5
1.75
一
二
三
四
输出电压（V）1
8.00V
8.01V
8.01V
8.00V
输出电压（V）2
8.02V
7.99V
8.00V
8.01V
设置流比（A）
1:
2
1:
2
1:
2
1:
2
负载电流
1.5A
2.0A
3.0A
3.5A
输出电流（A）1
0.5
0.66
1
1.11
输出电流（A）2
1
1.32
2
2.01
4.3.2测试分析与结论
根据上述测试数据可以看出可以得出以下结论：
1、电源效率很高稳压效果良好。
2、控制电路充分完成了基础项和发挥项对电源系统个工作状态下按比例
输出电流的要求。
3、过流保护功能可靠且反应速度足以保护电路。
4、
5、设计了输出电流及其比例显示的功能，方便参数的测量与观察。
综上所述，本设计达到设计要求。
附录1：
电路原理图
附录2：
源程序
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