【正文】 [8]（美）普利斯曼 著，莫瑞 著，王志強 等譯 開關(guān)電源設(shè)計 電子工業(yè)出版社 202161 [9] 王水平 《開關(guān)穩(wěn)壓電源原理設(shè)計及實用電路 (修訂版 )》 西安電子科技大學(xué)出版社 。 最后在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝，同時感謝各位授課老師，在我學(xué)習(xí)期間，正是你們孜孜不倦的教誨使我能夠順利完成學(xué)業(yè)，你們的潛移默化使我在這四年的學(xué)習(xí)生涯中積累了一筆寶貴的財富，這將使 我在今后的學(xué)習(xí)工作中受益終生。他不僅在學(xué)習(xí)給了我很多幫助和啟發(fā)，而且讓我學(xué)會了做事、做學(xué)問的態(tài)度和方法，將使我終身受益。再本文從前期的選題，到最后論文的完成，都是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和嚴格要求下進行的。 由于作者水平有限，在設(shè)計上難免有考慮不周之處，希望大家提出寶貴意見，并批評指正。 由于時間限制 ，開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng) 還有一些不足，需要進一步完善，也可以進行部分功能擴展。 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第六章 總體結(jié)論 通過此次的畢業(yè)設(shè)計，提高了對本專業(yè)各個學(xué)科綜合知識的實際運用能力，提高了實際動手能力，提高了自身的科學(xué)性、系統(tǒng)性、及全面性的綜合設(shè)計素質(zhì)，并且較好的掌握了硬件開發(fā)的工作流程及步驟。 表 58其他功能測試 功能一 具有過流聲光報警 功能二 LCD顯示和按鍵選擇是否進入低功耗模式 功能三 超低紋波系數(shù)（ 4A的工作狀態(tài)紋波為 4mV左右） 從表 58 可以看出，我們在較好的完成了題目的基本部分和發(fā)揮部分之外，還另外增加了以上三種實用的其他功能。而題目的要求是在 5%的范圍內(nèi)，我們較好的完成了題目的要求。 4A均流測試 表 55均流偏差測試 實測輸出電壓 A路電流 B路電流 電流之比 （ I1:I2） 總電流 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 從表 55 中可以看出 ,在調(diào)整負載電阻狀態(tài)下，電流在 4A 處滿足題目要求按照 1:1 分配，題目要求相對誤差在 2%（ 40mA）范圍內(nèi)，我們測試結(jié)果最大相對誤差為 7mA 完全達到 題目要求。 測試條件： Uin=24V、輸出電壓 Uo= 、輸出電流 Io=4A。 具體程序流程圖如下圖 41 所示： 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 開 始初 始 化兩 路 電 流 I a , I b和 輸 出 電 壓 U o 的采 集 有 數(shù) 據(jù) 處 理I a I b控 制 A 路 P W M 進 行穩(wěn) 壓控 制 B 路 P W M 進 行分 流控 制 B 路 P W M 進 行穩(wěn) 壓控 制 A 路 P W M 進 行分 流輸 出 電 流處 于 高 電 流輸 出 電 流處 于 中 電 流輸 出 電 流處 于 低 電 流高 位 大 電 流 的 占空 比 的 調(diào) 整中 位 大 電 流 的 占空 比 的 調(diào) 整低 位 大 電 流 的 占空 比 的 調(diào) 整是否是否否是是否 圖 41 軟件流程圖 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第五章 系統(tǒng)測試 主要元器件 表 51 主要元器件 元件名稱 型號 數(shù)量 單片機 MSP430F247 1 浮柵驅(qū)動 IR21094 2 運放 TLC272 2 N 溝道 MOS 管 IRF3205 4 電流并聯(lián)監(jiān)視器 INA194 2 測試方法 圖 51測試框圖 測試儀器清單 這次我們整個測試用到的儀器有： 表 52測試儀器清單 序號 儀器名稱 型號 指標(biāo) 1 雙蹤示波器 RIGLO DS1102D 100Mhz帶寬 1Gs/s采樣率 2 滑動變阻器 200R/5A 200R/5A 3 數(shù)字萬用表 RIGOL DM3068 6位半 4 數(shù)字萬用表 MY63 3位半 5 直流穩(wěn)壓電源 UNIT UTG9065C 24V DC DCDC 同步BUCK 結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) DCDC 同步BUCK 結(jié)構(gòu) A A A V V 負 載 A A 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 測試條件： Uin=24V，負載由 1KΩ減少到 2Ω 表 53：負載調(diào)整率 負載 R(Ω ) 1000 500 100 50 20 10 5 2 電壓 U(V) 從表 53 中可以看出，看出我們實測△ Uo 最大為 ，題目要求輸出 Uo為 8V，相對誤差△ Io 不超過177。把輸出總電流分成三個檔位：高電流（大于 )、中電流（ 至 )、低電流（小于 )。這樣通過動態(tài)尋找兩路輸出電流的最大電流的一路電路，來實現(xiàn)恒定輸出電壓；動態(tài)尋找它們輸出電流最小電流的一路來實現(xiàn)按相應(yīng)比例的分流。當(dāng)采得的 A 路電流大于 B 路電流時，用 MSP430F247 產(chǎn)生的一路 PWM 去控制 A路同步 BUCK電路，根據(jù)反饋的負載電壓恒定輸出電壓 Uo，然后用 MSP430F247產(chǎn)生的另一路 PWM 去控制 B 路同步 BUCK 電路，使 A、 B兩路的電流達到對應(yīng)的比例關(guān)系。掌握了 ，別的版本也能很快上手。 現(xiàn)在 IAR 的最新版本為 版，不過本文主要是以 版講解。并且軟件界面和操作方法與 IAR EW for ARM 等開發(fā)軟件一致。目前 IAR 的用戶居多。公司成立于 1983 年，迄今已有 27 年，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試的每一個階段，包括： 帶有 C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機建模工具。其典型應(yīng)用電路的如圖 33 所示。 圖 32 電流采集電路圖 輔助供電模塊設(shè)計 該輔助供電模塊采用高效率的電源管 理芯片 TPS5430 設(shè)計并制作了兩路供電模塊為系統(tǒng)的外圍模塊供電，該芯片輸入電壓范圍寬，效率高，可達 90%以上。電壓跟隨器選用 5V 單電源供電運算放大器 TLC272。因此在INA194 放大器后用一個 10uF 的鉭電容的 RC 濾波器對其進行濾波，把三角波電壓濾成直流電壓。 VCC1IN2SD3DT4VSS5COM6LO7VS11HO12VB13U5IR21094U4IRF540U6IRF540+C12100uF+C1010uF1 2J13CON2GNDR720RR1020R+24HO2LO2D84148HO2LO212J15CON2+12+12GNDR92KD104148D124148R1151kD74148D114148D94148R81KC11104R121KC13104L2+C144700uF12J14跳冒12J12電流測試點GNDGNDSD12J17分流器 圖 31 DCDC同步 BUCK變換電路原理圖 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 在電流檢測模塊中，使用兩個阻值為 10毫歐的分流器串入兩路 DCDC 模塊，通過電流并聯(lián)監(jiān)視器 INA194 采集分流器兩端的電壓。 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第三章 硬件 電路設(shè)計 DCDC電路設(shè)計 為了實現(xiàn)高效率的 DCDC 轉(zhuǎn)換，本模塊采用同步整流技術(shù)實現(xiàn)了高效率的DCDC 轉(zhuǎn)換。PWM 的占空比可通過軟件任意設(shè)計，從而實現(xiàn)任意比分流。系統(tǒng)采用 MSP430F247 作為控制核心，內(nèi)置的 ADC12 分別對 A 路、 B 路電流和輸出負載電壓 U進行采集。在硬件最大值均流法中，一般用一個二極管把各路電流與均流母線上的電流進行比較，從而選最大電流，這種方式的優(yōu)點響應(yīng)迅速，但缺點是分流比固定，缺乏靈活性。所以在此選用 INA194。然而 INA194 是專用的電流臨測器，在 5V供電時共模輸入電壓范圍高達 80V,還可以避免在調(diào)試過程中因輸出電壓升高而燒壞芯片。這里可采用差分放大器OPA2234 或?qū)Ｓ秒娏鳈z測器 INA194，他們的共模輸入電壓范圍都大于 8V。因為數(shù)字電路在0和 1間切換，導(dǎo)至電流是動態(tài)的，這將在地平面上形成高頻噪聲，從而影響模擬部分的精度。由于兩路 DCDC模塊是并聯(lián)連接，所以只能采用高測的方式來檢測電流。其原理圖如圖22，采樣電壓 Vo′如下： )/()*(39。 電流電壓檢測分析與計算 系統(tǒng)使用單片機自帶的 12位 A/D,根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率公式有，分辨率為 1211 3 . 3 4 0 . 822refn V V m V? ? ? ? Vref單片機供電電壓， nAD 位數(shù)，可見內(nèi)置 A/D 完全可以滿足設(shè)計的需求。為了保證精確控制電感量的計算，計算公式如下： IOm in O NOUUL [ ] T2I???? IU 輸入電壓， Uo輸出電壓 ,Io輸出電流， ONT 開關(guān)管導(dǎo)通時間。 DCDC變換器穩(wěn)壓方法 本系統(tǒng)采用同步整流技術(shù)實現(xiàn)了 DCDC變換器，在連續(xù)電流輸出的模式下，宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 其輸出 輸入電壓變換比為： OUTINVV D? D為輸出 PWM 的占空比，由此式 21 可以求得 輸出 PWM的占空比 VV VVD ???? 單片機通過電壓反饋回路采集輸出電壓的大小然后通過算法實時調(diào)節(jié)占空比使輸出電壓穩(wěn)定在 8V177。 根據(jù)上述三種方案的比較結(jié)合題目的控制要求最終選擇方案三實現(xiàn)均流控制。通過單片機實時采集兩路 DCDC 模塊的電流和負載電壓，然后通過內(nèi)環(huán)電流外環(huán)電壓，軟件模擬硬件最大值均流的算法控制兩路 DCDC 模塊 PWM 波形的占空比來調(diào)節(jié)電流。該方案的實現(xiàn)與 運放的參數(shù)有關(guān)，運放反饋回路的電容、電阻不好匹配。 【方案二】：運放反饋均流。利用監(jiān)控模塊實現(xiàn)均流，由監(jiān)控模塊獲得所有并聯(lián)模塊的平均電流值，再通過軟件計算，用并聯(lián)平均電流值與模塊電流值進行比較，比較后的結(jié)果用來補償電壓基準，調(diào)整模塊電壓，使模塊電流值與系統(tǒng)平均值電流相同。 根據(jù)上述的比較以及 結(jié)合設(shè)計的實際需要，我們選用方案三。 【方案三】：采用同步 BUCK 變換器，由于采用 MOS 代替異步 BUCK 電路中的續(xù)流二極管，因此在低壓大電流中的其效率非常高。但由于變壓器繞制過程復(fù)雜且會使電路系統(tǒng)效率降低。但由于在大電流時，異步 BUCK 電路中的續(xù)流二極和開關(guān)管的功耗增加，成為電路中的主要功耗，這會使電路工作在大電流時的效率降低 ,故不采用此種結(jié)構(gòu)。 （ 4）具有負載短路保護及自動恢復(fù)工作，保護閾值電流為 。 （ 2）調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓 V?? ，使兩個模塊輸出電流之和 Io= 且按 I1： I2=1： 1模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不 大于 2%。 (4) 調(diào)整負載電阻，保持輸出電壓 V?? ，使兩個模塊輸出電流之和 Io=,且按 I1： I2=1： 2 模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對絕對值不大于 5%。 圖 11 設(shè)計任務(wù) 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 (1) 調(diào)整負載電阻至額定輸出功率輸出狀態(tài)，供電系統(tǒng)的直流輸 出電壓 V?? (2) 額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于 60%。通過此次設(shè)計，能較好的掌握硬件電路的設(shè)計的工作流程，進一步體會匯編語言與 C語言編寫程序的優(yōu)缺點。 在本次設(shè)計中，電子測量技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用，以及模擬 /數(shù)字 信號處理等的多種學(xué)科技術(shù)知識的綜合運用?？芍^一舉多得 。其容量可以任意擴展 。同時考慮分布式與集中式電源系統(tǒng)相比所具有的優(yōu)點 ,具體采用分布式電源系統(tǒng)供電 。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 ,單個開關(guān)電源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦 ,但實際應(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 。各種電子裝置對電源功率的要求越來越高 ,對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 。 Efficiency。 ECM。 關(guān)鍵字： MSP430F247； AMSCS； ECM；動態(tài)均流；效率； 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） IV IV Abstract This design uses the low power consumption MCU, MSP430F247 ,as the main control the core part and uses the application