【正文】 近幾年來，各式各樣的開關(guān)電源以其小巧的體積、較高的功率密度和高效率越來越得到廣泛的應(yīng)用。 八十年代，分布式電源供電方式成為電力電子學(xué)新的研究熱點(diǎn)。但受構(gòu)成電源模塊的半導(dǎo)體功率器件，磁性材料等自身性能的影響，單 個(gè)開關(guān)電 2 源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實(shí)際應(yīng)用中往往需用幾百千瓦以上的開關(guān)電源為系統(tǒng)供電。各種電子裝置對(duì)電源功率的要求越來越高 ,對(duì)電流的要求也越來越大，開關(guān)電源向更大功率方向發(fā)展?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品的使用的電源大致有開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源兩大類。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向 ,高頻化使開關(guān)電源小型化 ,并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 ,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用 ,推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。單片機(jī)控制 TPS5430 的使能端，關(guān)閉系統(tǒng)輸出，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的作用。 涉密論文 按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名： 日期： 20xx 年 6 月 01 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本學(xué)位論文作者完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論 文被查閱和借閱。 I 分類號(hào)： TN86 U D C： D10621408（ 20xx） 03660 密 級(jí)：公 開 編 號(hào)： 20xx024017 成都信息工程學(xué)院 學(xué)位論文 基于 UCC29002 的電源均流器設(shè)計(jì) 論文作者姓名： 申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)： 雷電防護(hù)科學(xué)與技術(shù) 申請(qǐng)學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士 指導(dǎo)教師姓名（職稱）： 論文提交日期： I 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的 研究工作及取得的研究成果。本人授權(quán)成都信息工程學(xué)院可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 IV 基于 UCC29002 的電源均流器設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率電源的需求不斷提高，應(yīng)用不斷廣泛，各種電子裝置對(duì)電源功率的要求越來越高，對(duì)電流的要求也越來越大，單臺(tái)開關(guān)電源無法滿足低電壓大電流的負(fù)載要求，開關(guān)電源向更大功率方向發(fā)展。整個(gè)系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)潔，輸出電壓范圍大、負(fù)載效應(yīng)很小，電源效率高，穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，并具有過流保護(hù)作用及自動(dòng)恢復(fù)功能，很好的達(dá)到題目的各項(xiàng)要求。另外開關(guān)電源的發(fā) 展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。所謂線性穩(wěn)壓電源，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，這種穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是變換效率低，一般只有 35%60%；開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達(dá) 70%95%。如果采用單臺(tái)電源供電，變換器勢(shì)必處理巨大的功率，給功率器件的選擇、開關(guān)頻率和功率密度的提高帶來困難。因此，大功率電源系統(tǒng)需要用若干臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行，以滿足負(fù)載功率的要求。相對(duì)傳統(tǒng)的集中式供電，分布式電源利用多個(gè)中、小功率的電源模塊并聯(lián)來組建積木式的大功率電源系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，特別是其保護(hù)裝置的微機(jī)化，通訊裝置的程控化， 使得 對(duì)電源的體積和效率的要求 在 不斷提高。但是由于開關(guān)管的通斷控制與開關(guān)管上流過的電流和兩端所加的電壓無關(guān)，而早期的脈寬調(diào)制（ PWM）開關(guān)電源工作在硬開關(guān)模式，在硬開關(guān)中功率開關(guān)管的開通或關(guān)斷是在器件上的電壓或電流不等于零的狀態(tài)下強(qiáng)迫進(jìn)行的，電路的開關(guān)損耗很大，開關(guān)頻率越高，損耗越大，不但增加了熱設(shè)計(jì)的難度而且大大降低了系統(tǒng)得可靠性，這使得 PWM 開關(guān) 技術(shù)的高頻化受到了許多的限制。 3 論文的選題和研究?jī)?nèi)容 作 品的簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)目標(biāo) 設(shè)計(jì)并制作直流穩(wěn)壓電源，兩路并聯(lián)輸出，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸出電路均衡。發(fā)揮部分對(duì)均流控制的要分電流相差不得大于 15%。 上面所 介紹的三種運(yùn)行模式都有其缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，比如：方式 1 其整個(gè)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，成本低，但不足的地方是在運(yùn)行中由于受其他的一些因素影響，容易發(fā)生差錯(cuò)，所以可靠性不高；而方式 2 相對(duì)方式 1 來說并聯(lián)多個(gè)的電源，這樣所要的成本就比較高，而且在運(yùn)行時(shí)如果有一路電路發(fā)生故障時(shí)，由于還有其它的電路為負(fù)載提供電源，因此不會(huì)嚴(yán)重影響負(fù)載正常運(yùn)行，但是最大供電能力就會(huì)有所 4 降低；方式 3 成本是這三種方式中最高的，它是由 N+n（ N1， n1）臺(tái)的電源結(jié)合成的電源，當(dāng)其中 N 臺(tái)電源發(fā)生故障時(shí)，由于它還有 n 臺(tái)電源做后備，所以電源仍能提供負(fù)載所需的全部 功率，這種方式可以說是最穩(wěn)定的，不會(huì)對(duì)電路的正常工作照成影響。因此需要實(shí)現(xiàn)均流措施，來保證模塊間電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止單個(gè)模塊運(yùn)行在電流極限值狀態(tài)。利用 TPS5430 的 4 腳 VSENSE 對(duì)地電 壓值能夠穩(wěn)定在 的特性，將 4 腳作為電壓參考點(diǎn)，通過與串聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)相連接，實(shí)現(xiàn) 5V 穩(wěn)壓輸出。 STC12C5A60S2 的簡(jiǎn)介 圖 2— 2 STC12C5A60S2 本設(shè)計(jì)采用了傳統(tǒng) MCS51 系列單片機(jī)的增強(qiáng)型 STC12C5A60S2 芯片，STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 6 8051,但速度快 812 倍。此設(shè)計(jì)中，運(yùn)用的是 晶振。 8 圖 2— 6 運(yùn)放模塊 開關(guān)電源模塊方案的選擇 方案一：電源芯片采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的 LM2596— ADJ LM2596 系列是 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的 3A 電流 輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片 ，它是一款降壓型的 PWM 調(diào)節(jié)方式的開關(guān)穩(wěn)壓電源的芯片，內(nèi)部振蕩源頻率150KHz，最大輸出電流 3A，輸入 電壓 ~40V，輸出電壓： ~37V；轉(zhuǎn)換效率：75%~88%和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（ ），并具有完善的 保護(hù)電路 ：過流保護(hù)電路、過熱保護(hù)（熱關(guān)斷）電路等。 )121(* RRV re fV o u t ?? ， Vref= （ 2— 1） 方案 2：開關(guān)穩(wěn)壓芯片 TPS5430 TPS5430 是 TI（美國(guó)德州儀器公司）最新推出的一款非隔離型的降壓 DC/DC轉(zhuǎn)換芯片， TPS5430 具有良好的特性，最大電流輸出： 3A；寬電壓輸入： — 36V； 10 固定 500kHz 轉(zhuǎn)換速率；高的轉(zhuǎn)換效率：最佳狀況可達(dá) 95%；寬電壓輸出范圍：最低可調(diào)整到 。均流控制器 SC 的輸入為反映模塊負(fù)載電流的信號(hào) V1，由電流放大器供給， SC 的輸出 Vc 與基準(zhǔn)電壓 Vref 和反饋電壓 Vf 綜合比較后，輸出 Ve 經(jīng)電壓放大器，控制 PWM 及驅(qū)動(dòng)器，各均流控制器的另一端 b 接均流母線。 平均電流法可以精確地實(shí)現(xiàn)均流，但具體應(yīng)用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些特殊問題。圖中各模塊均為雙環(huán)控制系統(tǒng)，主模塊為電壓型控制工作方式，從模塊為電流型控制工作方式。 主從控制法均流的精度很高，但由于從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，所以從模塊的工作與主模塊的系統(tǒng)工作是息息相關(guān)的，從下圖中可以看出。 P W MP W M主 模 塊從 模 塊++++V fV rV 1 1電 流 放大電 流 放大V 1 kV eV c 圖 2— 11 主從設(shè)置法 方案四：最大電流均流法 最大電流法 [1]是在 n 個(gè)并聯(lián)的模塊中，自動(dòng)設(shè)定主模塊和從模塊，通過均流控制母線其中輸出電流最大的模塊電源上的電流被自動(dòng)作為整個(gè)電源系統(tǒng)的單路電流基準(zhǔn)，其余模塊電源以它為基準(zhǔn)來調(diào)整自身的輸出電流。 第三章 硬件原理分析與設(shè)計(jì) DC/DC 轉(zhuǎn)換模塊 TPS5430 芯片簡(jiǎn)介 TI 公司的 TPS54xx 系列芯片 [4]是非隔離型的降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換芯片，該系列的芯片具有轉(zhuǎn)換效率高，輸入電壓范圍寬，輸出電流大，工作頻率高 (能夠減小外圍器件的尺寸和成本 )等優(yōu)點(diǎn)。 TPS54xx 系列芯片主要有以下幾種： TPS54 TPS54TPS54 TPS5431。但也不要過大，例如我們只需要 的電流，而我們采用 TPS5430，這時(shí)我們只能達(dá)到低于 90%的效率，而采用 TPS5410，卻可以達(dá)到 95%以上的效率，而且更經(jīng)濟(jì)。 TPS5430 性能及主要參數(shù)： 高電流輸出： 3A（峰值 4A）； 寬電壓輸入范圍： ~36V； 高轉(zhuǎn)換效率：最佳狀況可達(dá) 95%； 寬電壓輸出范圍：最低可以調(diào)整降到 ； 內(nèi)部補(bǔ)償最小化了外部器件數(shù)量； 固定 500kHz 轉(zhuǎn)換速率； 有過流保護(hù)及熱關(guān)斷功能； 具有開關(guān)使能腳， 關(guān)狀態(tài)僅有 17uA 靜止電流； 內(nèi)部軟啟動(dòng)與其他同類型直流開關(guān)電源轉(zhuǎn)換芯片相比， TPS5430 的高轉(zhuǎn)換效率特別值得關(guān)注。 ②基準(zhǔn)電壓。 當(dāng) ENA 腳上的電壓超過極限電壓時(shí)轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部的軟啟動(dòng)開始工作，低于極限電壓，轉(zhuǎn)換器停止工作軟啟動(dòng)開始復(fù)位。欠壓鎖定比較器的典型遲滯值為 330mV。 TPS5430 擁有內(nèi)部補(bǔ)償電路，簡(jiǎn)化了芯片設(shè)計(jì)。 ⑧脈寬控制 轉(zhuǎn)換器采取固定頻率控制方式。 16 圖 3— 2 TPS5430 經(jīng)典電路 [4] 輸入電容 (C1)的確定 該電容在電路中起著很重要的作用，由于 DC 開關(guān)在導(dǎo)通瞬間需要很大電流，而電源的電流輸 出能力及響應(yīng)速度總是有限的，加之 DC 開關(guān)的頻率一般較高，沒有此電容電路將不能正常工作或者不能工作。但要記住的一點(diǎn)是一般不要小于芯片資料所給出的值。 輸出電容 (C3)的確定 輸出電容在整個(gè)電路中也起著很關(guān)鍵的作用，大的輸出電容可以減小輸出紋波，但過大的輸出電容會(huì)導(dǎo)致瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)電流過大，另外 TPS54xx 系列芯片存在內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償 ,因此必須選擇支持內(nèi)部補(bǔ)償功能的外部 LC 濾波器。另外，為了提高 DC/DC 的轉(zhuǎn)換效率，此二極管的導(dǎo)通壓降 要盡量低，開關(guān)頻率要盡量高，避免損耗過大。 如下圖 3— 3 是 DC/DC 模塊的設(shè)計(jì)原理圖： 圖 3— 3 TPS5430 設(shè)計(jì)模塊 均流模塊 均流控制芯片 UCC29002 簡(jiǎn)介 UCC29002 是根據(jù)最大電流自動(dòng)均流法開發(fā)的 8 引腳均流控制器，它提供了多個(gè)獨(dú)立電源或者 DC/DC 模塊并聯(lián)均流所需的所有功能。當(dāng)該電壓相對(duì)于所有模塊電源的電位為最高時(shí)，則該電源模塊稱為主模塊，主模塊均流驅(qū)動(dòng)放大器的輸出決定了均流母線電壓。同時(shí)將確保工作在主模塊狀態(tài)的誤差放大器輸出為零，但所有的從模塊均產(chǎn)生非零的誤差電壓，改誤差電壓與各模塊電源電流檢測(cè)放大器的輸出和母線電壓之差成比例的。 誤動(dòng)作保護(hù)單元通過比較 CSO 和 LS 端的值防止均流總線對(duì)地短路或 接電源 20 正極短路。此路 UCC29002 內(nèi)部的三極管截止，即沒有電流流入其 ADJ 腳，故該路中只是反饋線上比無 UCC29002 時(shí)多了 一個(gè)小電阻（ R4，在此取 66Ω）。 電路的設(shè)計(jì) 確定電流檢測(cè)電阻