开关电源模块并联供电系统

2013-02-05杨进华

长春大学学报 2013年2期

关键词：负载电阻极性二极管

刘钊，杨进华

(长春理工大学光电工程学院，长春 130022)

1 系统设计

设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统。

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U0=8.0±0.4V。额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60%。

设计思路:如图1所示，设计分为硬件部分和软件部分。硬件部分采用TL494产生PWM，来控制Buck电路的场效应管实现开关功能，经过反馈，从而控制输出电压。结构框图如图2所示，R3为负载电阻，R1和R2构成串联分压取样，将取得的电压反馈回来通过单片机的AD进行采集从而构成闭环控制。软件部分通过单片机产生PWM低通滤波后给模块提供控制电压，从而对硬件进行控制。

图1 开关电源模块并联供电系统结构框图

图2 BUCK电路结构框图

TL494输出PWM端后级接上一个小的推挽输出电路，然后再连上MOSFET管的栅极。如图2所示，后级使用了典型的BUCK电路，降压效率高，控制方便。

采用电流检测芯片MAX472来实现高精度电流采样。单片机输出PWM低通滤波后输出，成本低，控制快，线性度底，容易控制。大功率肖特基二极管MBR10200。MBR10200最大整流电流为10A，最大反向电压为200V，价格便宜，反向恢复速度快，噪声低。用Nokia5110液晶显示屏显示参数。Nokia5110液晶显示屏能显示测试参数，屏幕小巧，省电，显示中文字时需要自己提取字模。

2 硬件电路设计

2.1 TL494 芯片

TL494是一种恒频脉宽的调制控制器，推挽/单端输出，工作频率为1～300kHz，输出电压可达10V，内有5V的电压基准，振荡器可外同步，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA。

2.2 Buck电路

TL494产生的PWM后经过一对互补配对的三极管推挽输出后进入Buck电路。当PWM控制场效应管打开时，24V电源给电感L1和电容C3充电，同时也给后面的电路供电;当PWM控制场效应管关闭时，L1和C3放电来维持后面电路的供电，按照这个过程循环下去，得到的是一个可以控制的直流信号。本系统采用的是电感电流连续模式。Buck电路又称为降压变换器电路，如图3所示。

图3 Buck电路

Buck电路分为电感电流连续工作模式和电感电流不连续工作模式。

连续工作模式:当开关管打开时，这时等效电路图如图4(a)所示，电感电流iL=iS≠0流过电感线圈L，在电感未饱和前，电感处于充电状态，电流线性增加。流过负载R的电流为I0，两端输出电压为V0，极性为上正下负。当iL＞I0时，电容在充电状态。这时二极管D1在承受反向电压。当开关管关闭时，这时等效电路图如图4(b)所示，iS=0，由楞次定律可知电感线圈L将改变线圈两端的极性，以保持iL的不变。这时负载R的极性仍是上正下负，电感在放电状态。当iL＜I0时，电容处于放电状态，以维持I0、V0不变。这时二极管承受正向偏压构成通路，故称该二极管为续流二极管。等到下一个周期到来时开关管打开，电感又开始充电。由于该电路输出电压V0小于电源电压VS，所以称它为降压变换器。

图4 等效电路图

不连续工作模式:当开关管打开时，这时电感电流iL=iS=0流过电感线圈L，在电感未饱和前，电感处于充电状态，电流线性增加。流过负载R的电流为I0，两端输出电压为V0，极性为上正下负。当iL＞I0时，电容在充电状态。这时二极管D1在承受反向电压。当开关管关闭时，这时iS=0，电感线圈L改变线圈两端的极性，以保持iL的不变。这时负载R的极性仍是上正下负，电感在放电状态。当iL＜I0时，电容处于放电状态，以维持I0、V0不变。这时二极管承受正向偏压构成通路。等到下一个周期到来时开关管打开，电感又开始充电。波形如图5所示。

3 软件设计

通过分析发现，可以在保持输出电压不变的情况下，通过改变负载电阻的方式，来调节输出电流总和及输出电流I1、I2的比例，或者通过设定I1、I2的比例，然后通过调节电阻来调节输出的电流值，因此，需采用两种不同的模式进行调节。除负载电阻由手动设定电流比例外，其余部分不允许手动干预，所以本方案采取通过设置外部中断，由旋转编码开关调节I1、I2的比例因数时触发中断，在中断之中切换模式。

软件流程图如图6所示。