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开关电源的并联供电系统的设计方案
时间:2021-09-23 08:47:48 点击次数:58

在用电设备的实际工作中,各式各样的电力负载关于供电的要求也有所不同,当单电源不能供应所需的容量时,就需要多个电源模块并联运用,以进步开关电源的容量和工作的稳定性。由于电源各自参数的分散性,所以开路电一点细小的差异就会导致各电源的输出电流有明显的差异,这种状况会导致各个电源的寿数衰减不一致,达不到开关电源的可靠安稳性的要求,这就要求在并联运用过程中选用均流技术。

1系统方案

本开关电源主要由DC/DC模块、PWM模块、电流收集模块、电源模块组成,下面这几个模块的选择进行验证。

2方案验证

2.1主电路方案验证

方案一、直接直流变流电路:将电压降至下一级的最简略方法是运用LDO稳压器。LDO具有成本低,封装小、外围器件少和噪声小的特色。但是LDO的缺点是低功率,且只能用于降压的场合。这样低的功率在输出电流较大时,不光浪费了大量电能,并且会造成芯片发热,影响系统安稳性。

方案二、运用由L4978构成的可调式开关电源,L4978的最大功率仅为1WL4978D仅为0.8W),其具有低功率,作业安稳,高功率等特色。结合降压开关电源的原理,将L4978的输出通过LC型低通滤波器,变为直流输出。

方案三、运用降压开关电源原理,通过控制开关,把直流信号变为PWM波形,通过近似无损耗的LC型低通滤波器后,变为直流输出。开关翻开时,电流从电源流过电感,为电容充电并且为负载供应电流;开关关断时,电源没有连入电路,电感为负载供应电流,点容放电,续流二极管为整个电路供应回路,参与负反响后,系统安稳,电源的功能能得到较好的改进。

概括上述三种方案最优的是选用方案

2.2控制方法及完结方案

方案一、选用脉冲频率调制PFMPulse Frequency Modulation)的控制方法,其特征是固定脉冲宽度,运用改动开关频率的方法来调理占空比。输出电压的调整规划大,但要求滤波电路必须在宽频带下作业。

方案二、选用脉冲宽度调制PWMPulse Wildth Modulation)的控制方法,其特征是固定开关的频率,通过改动脉冲宽度改动占空比,控制型功率高并具有杰出的输出电压纹波和噪声。

依据上述选择主电路及具体要求,我们选用方案二。

2.3均流技术的证明方案

方案一、斜率控制法:小电流时均流效果较差,大电流时均流效果较好;关于电压源来说,降低了电源输出的负载特性,即以牺牲电路的技术指标来完结均流。

方案二、主从控制法:控制系统杂乱;其可靠性取决于主模块,只能均流,不能构成冗余系统

方案三、均匀均流法:均流效果好,易完结精确均流;可以构成冗余系统,均流模块数理论上可以不限;可以完结主动均流。

概括本方案以及主电路模块考虑,选用方案三。

3理论分析与核算

3.1PWM波形产生

PWM波有许多产生方法:施密特触发器产生、与门(与非门)产生、555电路产生、晶振产生、单片机产生等。晶振能输出非常安稳的脉冲,是现代数字电路中最常用的器件,是现代数字电路中最常用的器件;555电路是通过3个电阻精确分压,得到的是很精确的波形,功用强大,也是非常常用的器件;施密特触发器和与门都是通过比较门槛电压来构成振荡;而门槛电压会因各种原因改变,构成的振荡电路会有输出频率不可安稳的缺点。而单片机可以产生安稳的PWM波型,可以调理PWM的频率,调整PWM的占空比,更于便利控制PWM波,完结电压和电流的调控。

3.2系统总体方案的承认

单片机输出PWM波形,用大功率三极管TIP42c作为开关管,把直流变成方波,通过LC电路滤波,滤平峰尖脉冲,得到直流电压。通过负反响,把电压终究安稳在所要的数值上。

3.3、开关设备的选择

开关设备选择mos管。其具有输出安稳,输出精度高,功耗低,具有线路降压补偿等点。

3.4、开关部分各参数规划

电感滤波电容的选用和纹波密切相关,占空比D=Vo/Vi=8/24/0.33(比实验得到的低,但是可以通过反响来安稳输出电压)。当负载取10欧,开关频率为20kHz,纹波

ΔV/Vo=0.05%的时分,依据电容电感充放电公式有:

L=1-D*RT/2=1-0.33*10*0.00005/2=268µH

C=VoDT2/8LΔVo=0.42*5*0.000052/8*268*10-6*0.005=61.5µF

LC低通滤波器的截止频率:

f=1/2π√LC))=1/2π√268*61.8*10-6*10-6≈1.2kHz

小于开关频率,可以很好地滤除开关高频噪声。

3.5、电流收集部分规划

电流采样我们选用ACS712,带2.1kRMS电压绝缘及低电阻电流导体的全集成、依据霍尔效应的线性电流传感器IC,其特色是低噪音模拟信号途径,5V单电源操作可通过新的滤波引脚设置器件带宽,5µs的输出上升时间,对应步进输入电流,80千赫的带宽,总输出差错为1.5%挨近零的磁滞,以及电源电压的成份额输出等。典型应用包含电动机控制、载荷检测和办理、开关式电源和过电流故障保护。足以检测开关电源输出的电流。把输出电流转化为电压输出至单片机的AD输入。将收集到的电流运用到过流保护和短路保护。

4功率分析核算

DC-DC电路输入电压UIN=24

信号占空比D=1-UIN/UO=0.58

输出功率PO=UO*IO=80W

输入电压有效值IIN=IO/1—D=6A

肖特基二极管的损耗:PD=IOVD,又IO=4A。所以取二极管压降VD0.35V,带入可得PD=1.4W

两只采样电阻上得总损耗为0.9W

综上所述此电路可满意规划

系统12c5a60s2单片机为控制核心,规划并制作了开关电源并联供电系统,其主电路拓扑为同步降压电路,运用PID数字闭环控制。电源可稳压分流输出,还具有过流、短路保护功用。该系统较好的完结了各项要求,并具输出参数显示功用,系统安稳。希望可以为电气作业者供应一些参阅定见。

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