电子设计大赛1317开关电源模块并联供电系统
第七届电工电子创新设计大赛决赛设计报告
（保密区域）第七届电工电子创新设计大赛决赛《简易直流电子负载》测试报告编号:基于MSP430F149单片机的恒流电子负载系统设计摘要: 设计一台恒流(CC)工作模式的简易直流电子负载。
以MSP430F149单片机为核心。
通过AD采集电流检测模块测量到的电流信息, 算法处理后, 利用D/A输出模块控制V/I转换电路从而实现恒流。
并且将电压、电流检测数据进行处理得到被测直流稳压源的负载调整率。
系统在工作中, 无论电子负载两端电压是否变化, 流过电子负载的电流为一个设定的恒定值。
关键词: 恒流；MSP430F149;V/I转换电路;数字控制Design of A DC Constant Current Electronic Load SystemBased on MSP430F149Abstract:Th.repor.i.base.o.th.desig.o..simpl.D.electroni.loa.o.constan.current .Th.syste.realiz.th.C.workin.mod.b.utilizin.th.MSP430F14.a.th.core,A.samplin.a n.detectiv.modul.t.measur.th.current,D/.outpu.modul.t.contro.th.V/.transfor.ci rcui.afte.bein.processe.b.algorithm.Besides,th.loa.regulatio.ca.b.automaticall .measure.b.processin.th.voltag.an.curren.samplin.data.Whe.th.syste.i.working,n .matte.ho.th.voltag.ove.th.loa.change,th.curren.throug.i.i..constan.value.Key Words:CC;MSP430F149;V/I transform circuit；Digital Control1.概述及方案选择在电路中,负载是用来消耗电源输出能量的装置。
开关电源模块并联供电系统设计
开关电源模块并联供电系统设计【摘要】选用开关电源芯片LM2596和load sharing芯片UCC29002，并选用两片load sharing芯片UCC29002的配合使用，通过调节上路电路中连接在UCC29002电位器，使上下两路对称，实现自动均流。
并由单片机监控调节，确保电路安全，灵活变换。
【关键词】LM2596；UCC29002；反馈1 系统整体设计方案系统整体如图1所示。
图 1 系统整体框图2 主要模块设计方案2.1 供电系统桥式整流电路的工作原理如图2：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
图 22.2 DC模块的选择电源芯片采用美国国家半导体的LM2596—ADJ它是一款降压型的PWM调节方式的开关稳压电源的芯片，内部振荡源频率为150KHZ，最大输出电流3A，最大输出电压40V，基本可以满足题目要求。
它通常被作为恒压电源应用，此时其通过电压取样电压反馈稳压方式达到稳定电压的目的。
2.3 输出电流比例实现方案输出电流比例实现有两种方案。
一是通过单片机控制ucc29002来实现电流比例，但电路极其复杂。
二是调节内部参数使DC-DC模块输出电流1：2。
当电流需要1：1的时候，通过检测，单片机识别选通，让均流模块电路ucc9002工作，实现电流1：1。
UCC29002采用一个高增益、高精度的放大器，能检测到外面的输入的微小的电压变化量，放大倍数的大小可以通过改变外电路的参数获得。
UCC29002中的电流检测放大器的输入偏置电压极低，使得它可以精确的检测到一个阻值很小的电流采样电阻上的微小电流变化量。
2011年电子设计竞赛设计报告(A题)
2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告开关电源模块并联供电系统（A题）2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告开关电源模块并联供电系统（A题）摘要本次设计的开关电源模块并联供电系统由两个LM2596进行DC/DC变换，用8051单片机作主控芯片。
输入DC 24V，输出DC 8.0V，额定输出功率为32W，采用对等互补均流方式进行电流自动分配输出，具有过流和短路保护功能，系统转换效率达到70%以上。
关键词：DC/DC变换，并联供电系统，开关电源AbstractThe design of the switching power supply module consists of two LM2596 in parallel power supply system for DC / DC converter, with 8051 as main chip. Input DC 24V, output DC 8.0V, the rated output power of 32W, the application of the complementary stream are automatically assigned to the current output, with over-current and short circuit protection, system conversion efficiency of 70%.Keywords: DC / DC converter, parallel power supply systems, power目录1 方案论证与比较 (3)方案一恒流控制法 (3)方案二外部电路控制法 (3)方案三对等互补分流法 (3)2 系统设计与分析 (4)2.1总体框架分析 (4)2.2 单元电路设计 (4)2.2.1 降压电路设计 (4)2.2.2采样放大电路设计 (5)2.2.3 A/D转换模块设计 (5)2.2.4 控制模块设计 (5)2.2.5 负电压产生电路设计 (5)3 理论分析与计算 (5)3.1 DC/DC 变换器稳压 (6)3.2 电流电压检测 (6)3.3 均流方法 (6)3.4 过流保护 (6)4 软件设计 (6)5 系统测试 (7)5.1 测试仪器 (7)5.2 测试方法 (7)5.3 测试数据 (7)6 结论 (9)参考文献 (10)附录 (11)1 方案论证与比较方案一恒流控制法图1 恒流控制示意图系统由第二个LM2596接收到10K的电位器的反馈电压，实现恒流输出，不足的功率由第一个LM2596互补输出，实现电流分配。
历年年全国大学生电子设计竞赛题目
2015年全国大学生电子设计竞赛题目【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）第一届（1994年）第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛A.简易数控直流电源B.多路数据采集系统第二届（1995年）第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛A.实用低频功率放大器B.实用信号源的设计和制作C.简易无线电遥控系统D.简易电阻、电容和电感测试仪第三届（1997年）第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛直流稳定电源A.B.简易数字频率计C.水温控制系统D.调幅广播收音机第四届（1999年）第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛A.测量放大器B.数字式工频有效值多用表C.频率特性测试仪D.短波调频接收机E.数字化语音存储与回放系统第五届（2001年）第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛A.波形发生器B.简易数字存储示波器C.自动往返电动小汽车D.高效率音频功率放大器E.数据采集与传输系统F.调频收音机第六届（2003年）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛A.电压控制LC振荡器宽带放大器B.C.低频数字式相位测量仪D.简易逻辑分析仪E.简易智能电动车F.液体点滴速度监控装置第七届（2005年）第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛A.正弦信号发生器B.集成运放测试仪C.简易频谱分析仪D.单工无线呼叫系统E.悬挂运动控制系统F.数控恒流源G.三相正弦波变频电源第八届（2007年）第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛A.音频信号分析仪B.无线识别C.数字示波器D.程控滤波器E.开关稳压电源F.电动车跷跷板积分式直流数字电压表G.H.信号发生器I.可控放大器J.电动车跷跷板第九届（2009年）第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛A.光伏并网发电模拟装置B.声音导引系统C.宽带直流放大器D.无线环境监测模拟装置E.电能收集充电器F.数字幅频均衡功率放大器G.低频功率放大器H.LED点阵书写显示屏I.模拟路灯控制系统第十届（2011年）A.开关电源模块并联供电系统B.基于自由摆的平板控制系统C.智能小车D. LC 谐振放大器E.简易数字信号传输性能分析仪F.帆板控制系统简易自动电阻测试仪G.H.波形采集、存储与回放系统第十一届（2013年）A.单相AC-DC变换电路B.四旋翼自主飞行器C.简易旋转倒立摆及控制装置D.射频宽带放大器E.简易频率特性测试仪F.红外光通信装置G.手写绘图板J.电磁控制运动装置K.简易照明线路探测仪L.直流稳压电源及漏电保护装置第十二届（2015年）【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）【高职高专组】LED闪光灯电源（H题）风板控制装置（I题）小球滚动控制系统（J题）获奖状况．。
全国电子设计大赛论文-电源设计
全国电子设计大赛论文-电源设计作者: 日期:交流电 220V隔离变压器整流滤波J 主DC-DC 升压 副DC-DC 降压供电.…补…偿 _______ ：j 控制器 -I-样 <—过流保护键盘设定 液晶显示I in = I L1•系统总体设计方案根据题目要求，总体设计方案如下：将交流电 220V 送进隔离变压器，一级 输出18V 交流电。
通过整流滤波，将交流电转为直流电，进行 DC-DC 升压和降 压。
副DC-DC 实现的降压值为5V ，用于给单片机控制系统供电。
通过键盘可以 对主DC-DC 升压的输出电压进行设定和步进调整，并由 AD 对输出进行采样， 通过在单片机内预置的算法对输出进行补偿调整， 同时从液晶屏上数字显示出电 流和电压值。
当开关稳压电源输出电流达到上限时，启动过流保护； 当故障排除 后，开关电源恢复正常工作。
系统总体框图如图 1.1所示。
开关稳压电流图1.1系统总体框图2•主DC-DC 升压电路设计方案DC - DC 升压电路采用自举式升压方式，如图1.2所示，当晶体管导通时， 电感与电源接地端直接相连，形成回路。
随着能量存储到电感的磁场中， 流过电 感的电流斜线上升，磁力线增强当晶体管截止时，磁场开始消失。
随着它的减弱，会切割电感的导线，产生 一个电压。
由于磁场的运动方向与磁场建立时的方向相反，所以感应电压反向。
从而实现升压的过程。
晶体管截止时电流方向。
匚I inC outU 0f 2晶体管导通 时电感充电-V-图1.2 自举式主DC-DC 回路拓扑图3•控制方法及实现方案对主DC-DC 升压转换器的控制方法采用硬件闭环控制为主、 软件补偿和测量 相结合的方法对DC-DC 的输出进行精确控制。
硬件控制采用国家半导体公司的 LM2587-ADJ 开关电源控制芯片组成对输出主回路的电压闭环控制，实现对系统:方案论证的粗调。
软件控制选用STC12C5412AD单片机作为系统控制器，系统的显示、按键、A/D、D/A全部集中在核心控制板上，通过预置算法实现对系统的精调。
并联开关电源供电系统设计
并联开关电源供电系统设计【摘要】针对电源并联供电的要求，采用主从控制法自动分配两路电源的输出电流，通过选用精密电阻采样控制，实现了分配电流的高精度输出。
DC-DC 模块采用非隔离式BUCK拓扑结构，具有拓扑简洁、使用元器件少、效率高等优点，应用高集成度脉宽调制（PWM）芯片MP1593作为DC-DC模块的主控芯片，极大程度地降低了损耗，达到了小型化、高效率的目标。
【关键词】并联供电；主从控制；均流1 总体方案设计并联供电系统主要由DC-DC变换器、并联电流分配模块、电流采样放大模块以及总控制器等构成。
系统框图如图1所示。
图1 系统框图1.1 DC-DC变换器的设计方案一：正激式BUCK拓扑正激式变换器具有拓扑简洁、输入输出电气隔离、电压降范围宽、使用元器件少等优点。
如图2所示，PWM控制器通过控制加载到正激式变压器一次侧绕组上的PWM波的占空比实现稳压输出。
但是，正激变换器必须附加复位电路来实现功率开关截止期间变压器铁心磁复位，以避免变压器饱和，效率很大程度上依赖于脉冲变压器的转换效率。
图2 单端正激式变换器结构图方案二：非隔离式BUCK拓扑非隔离式DC-DC变换器使用元器件少，且损耗只包括开关导通损耗和续流二极管的损耗。
如图3所示，开关管导通时，对电感进行充电；开关管断开时，通过续流二极管向负载供电。
电路通过控制开关器件的占空比来控制输出电压。
图3 非隔离式DC/DC器结构图方案二，电路结构简单，工作稳定可靠，控制灵活方便，损耗较小，效率较高，在负载调整率、电源效率方面较方案一均有改善。
因此，选择方案二实现DC-DC变换。
1.2 均流控制方法方案一：最大电流均流法（自主均流法）采用负载共享控制器实现均流控制。
在DC-DC模块正常工作时，将两路控制器的均流母线连接，自动选出电流最大的一路，并将此路电源作为主电源。
均流母线上的电压由主电源的输出电流决定，控制器从电源的接收到母线上的信号后，会控制该路DC-DC模块调整输出电压。
开关电源模块并联供电系统(A题)
2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告开关电源模块并联供电系统（A题）摘要：本供电系统采用开关电源芯片TPS5430 为核心制作的两路DC-DC开关电源，由ATmega16作为系统的主控制电器。
利用MAX531加电压放大器接入TPS5430的电压反馈端口，通过单片机控制MAX531改变电路的反馈端，自动控制调节稳定输出电压。
进而改变电流，使电流实现自动分配。
该系统电路简洁，输出电压稳定，输出电流可调且稳定可靠，纹波小，高效率，具有输出过流保护功能等特点。
在实际应用中能解决电流自动分配的问题，具有一定的实用价值。
关键词：DC-DC TPS5430 自动分配电流高效率一、系统的案论证1．电源变换拓扑案论证案一、采用单片机PWM控制采用单片机产生PWM波,控制N-MOSFET 的导通与截止。
根据A/D采样反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。
负载电流在金属壳电阻上取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。
该案主要由软件实现，控制算法比较复杂，速度慢，而且输出电压不稳定实现起来比较困难。
案二、采用脉宽调制控制器TL494该芯片可推挽或单端输出，最高工作频率为300KHz，输出电压可达40V,有5V的电压基准，输出级的拉、灌电流可达200mA，驱动能力较强。
芯片部有两个误差比较器，能实现电流模式控制，便做过流保护。
但由于BUCK 型拓扑的MOS 管驱动需外加上管驱动芯片IR2110，而IR2110 会有0.2W 左右的功耗，会降低系统的效率。
案三、采用TPS5430采用TI公司的BUCK 型DC/DC 芯片TPS5430，其最大输出电流3A，部集成有驱动电路和1.221V 基准源，固定工作频率500KHz，效率高达95%。
用TPS5430 可使电路结构简单，只需要配合少外部元件便可精确、稳定地得到输出电压，可靠性高，且在高的工作频率减小了对电容和电感的要求。
综合比较，为了能使系统具有较高的效率和可靠性，所以我们采用更为可靠、稳定的TPS5430 芯片作为DC-DC 模块的主器件。
2011全国大学生电子设计大赛国家一等奖A题
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）2011年9月3日摘要本系统以ATmega128为主要控制核心，系统主要由DC/DC变换电路、恒流源控制电路、D/A数模转换模块、电流电压测量模块、电源模块、显示模块、过流过压保护模块等，DC/DC变换采用简单的Buck变换电路，恒流源控制系统采用集成运算放大器构成的具有深度负反馈的数字可控直流源。
关键词：Buck电路电流控制 D/A 开关电源并联AbstractThis system take ATmega128 as the primary control core, the system mainly by the DC/DC transfer network, the constant current control circuit, the isolation module, the D/A digital-analog conversion module, the electric current voltage measurement module, the power source module, the display module, the overflow overvoltage protection module and so on, the DC/DC transformation uses the single end to stir up-like the transfer network, the constant current control system uses the integration operational amplifier to constitute has the depth negative feedback digital controllable cocurrent source.一、方案比较与论证整个系统可以划分为控制模块、DC/DC降压模块、电流控制模块、电压控制模块、隔离模块、电源模块、显示模块、D/A转换模块、电压电流测量模块、过压过流保护模块等辅助模块。
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电子设计大赛
作品创意书
基于C8051F340的开关电源模块并联供电系统
1、摘要
该作品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，使其在额定输出功率下，输出指定直流电压，并且供电系统效率不低于60%，两模块间电流能根据负载的调整而自动分配。
系统以C8051F340单片机为控制核心，通过对输出电压和电流采样计算，改变单片机PWM占空比输出，控制MOS管的通断，实现了两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块并联供电。
关键词：开关电源并联供电C8051F340 DC/DC模块
2、绪论
2.1设计任务：
该作品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，其结构图如图1所示。
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，且按I1：I2=1:2两种模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差值不大于5%，使两个模块输出电流之和Io=4.0A，且按I1：I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于2%。
额定输出功率状态下，供电系统的效率不低于60%，要求系统具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阀值电流为4.5A。
图1.DC/DC模块并联供电系统主电路
2.2发展现状
自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步
取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。
其中DC/DC电源模块成为我国小功率模块电源的发展主力。
未来开关电源将朝着小型化、薄型化、轻量化、高频化、高可靠性、低噪声、采用计算机辅助设计和控制的方向发展。
大功率电源系统需要多个开关电源并联来提供，它能避免单个大功率电源制造成本高、稳定性差的缺点，并且具备了大容量、高效率、高可靠性、冗余特性、模块化个成本低的优点。
3、系统方案
3.1 该系统所包含的模块
并联供电系统主要有控制器模块、DC/DC变换稳压模块、电流检测模块以及输出电压采样模块组成。
系统图如图2示。
图2.系统总体图
在该系统中，DC/DC变换稳压模块采样非隔离式方式的降压斩波电路。
电流检测模块采样康铜丝上的电压推算出电流值。
C8051F340单片机输出PWM波调整DC/DC模块的输出，控制输出电流。
3.2 DC/DC变换稳压模块
采用非隔离形式，以避免漏磁和损耗等会产生的效率降低。
降压斩
波电路原理图如图3示。
采样单片机根据采样到的反馈电压程控改变其产生的PWM波占空比，通过三极管组成的推挽电路驱动，控制P 沟道IRF4905开关的导通与截止，使输出电压或电流稳定在设置值。
图3.DC/DC变换稳压电路（斩波电路）
3.3 电压电流采样电路
系统采样芯片INA169对康铜丝上的电压进行采样并间接推算出电流值，选择标称值为50mΩ的康铜丝作为采样对象。
INA169的输出脚OUT直接接入单片机内置A/D转换输入端，其输出电压为：
V out=I i×R10×R S3／1K
当R10=50mΩ，I i0.5A，R S3=20kΩ时，可推算出V out=0.5V。
当I i=1A，V out=0.5A，以此比例关系可以得出单片机采样电压。
系统对输出采样时，在负载两端并联1kΩ电阻以及10kΩ可调电阻，单片机采集输出电压在R11两端的电压调节Rs2，使单片机内置A/D输入端采集到的电压与输出电压成比例1:8的关系，输出电压、电流采样图如图
4所示
图4. 输出电压、电流采样电路
3.4系统电压电流测控原理
测控电路如图5所示控制器模块1（MCU1）采集DC/D模块1
产生的电流和负载上的电压，
根据控制策略调节PWM信
号，调整DC/DC模块1的输
出；控制器模块2（MCU2）
采集DC/DC模块2产生的电
流和负载上的电压。
根据控制
策略调节PWM信号，用以调
整DC/DC模块1和DC/DC
模块2的输出，使得系统达
到控制策略所设定的电流I1、
I2已经负载电压Uo 图5.MCU2电流控制策略流程图
3.4.1 MCU1电流控制
MCU1通过采样电流的反馈，将I1的电流控制在0.5A±5%上。
当接收到MCU的控制信号时MCU1改为进行电压采样，控制PWM信号将输出电压Uo稳定在8±0.4V上，实现负载电压控制。
如果采样到I1小于0.4A，则返回原始的控制，将I1稳定在0.5A上，
并且向MCU2发送控制信号。
如果采样到的I1大于2.6A，MCU2则关闭PWM信号，进行过流保护。
MCU1的电流控制策略流程图如图6
所示。
图6. MCU1电流控制策略流程图
3.4.2 MCU2的电流控制策略
MCU2通过采样电压的反馈将负载电压控制在Uo=8±0.4V上。
当I2大于2.2A时，发送控制信号给MCU1，同时采样电流，将I2稳定在2A±2%。
如果收到MCU1的控制信号就返回控制电压循环。
若收到过流信号则关闭PWM输出。
MCU2的电流控制策略流程图如图5所示。
4、涉及元器件
4.1 C8051F340单片机
是完全集成的混合信号片上系统型MCU。
引脚图见图7，引脚功能见图8。
具有片内上电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F340/1/2/3/4/5/6/7器件是真正能独立工作的片上系统。
FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。
用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。
片内Silicon Labs二线（C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。
调试逻辑支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令。
在使用C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。
两个C2接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。
图7.C8051F340引脚图
图8.C8051F340引脚功能
4.2 INA169
是具有高侧，单极，电流的分流监控、宽输入共模电压范围，高速、低静态电流、微小的SOT23封装的芯片。
输入共模和电源电压是独立的范围为2.7V至60，静态电流仅为60μA。
这允许连接电源的任一侧，电流测量的分流器具有最小的误差。
该装置将一个差分输入电压转换为电流输出。
这个电流被转换回电压与外部负载电阻设置从1到100任何增益。
4.3其他
固定电阻、可变电阻若干，电容若干，二极管IRF1，三极管8550，,8050若干。
4.3.1 三极管8550
低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管。
集电极-基极电压V cbo：-40V，工作温度：-55℃—150℃
4.3.2 三极管8050
最大集电极电流(A):0.5 A，直流电增益:10 -60，功耗:625 mW，最大集电极-发射极电压（V CEO）:25V,特征频率:150 MHz. 主要用于高频放大
5、总结
该系统可通过C8051F340单片机输出波PWM的控制，使两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块并联供电。
能够提高供电系统的效率，并且实现了电流自动分配。
6、参考文献
【1】《电磁兼容设计》白同云北京邮电大学出版社
【2】《电子技术基础模拟部分》康华光高等教育出版社
【3】《电子式互感器电磁兼容试验研究》吕新良陕西电力出版社【4】百度百科。