1、I摘要直流稳压电源主要分为线性稳压电源和开关稳压电源两种。开关稳压电源相比普通的线形稳压电源，具有非常多的优点。它的开关管以开关方式工作，功耗小，效率高，稳压范围宽，安全可靠，对电网电压及频率的变化适应性强，能够提供不同数值的输出电压。本文主要研究使用两块开关电源模块并联形成的供电系统，输出电压稳定在 8V，电流比例可调节。利用 MATLAB 的 Simulink 环境，搭建降压结构 DC/DC转换器的仿真电路，采用电流分配法，用调节电源模块的输出，来实现并联模块之间的电流分配。关键词：开关电源并联；电流分配；MATLAB IIAbstract Dc voltage stabilizer ar
2、e divided into linear voltage stabilizer and a switching power supply two kinds. A switching power supply compared to common linear manostat, has very many advantages. Its switch tube to switch work way, little power consumption, high efficiency, wide range of voltage, safe and reliable, and to powe
3、r voltage and frequency changes adaptability is strong, can provide different values of the output voltage. This paper mainly studies using two pieces of switch power supply module in parallel form of power supply system, the output voltage stability in 8V, current ratio can be adjusted. Use of MATL
4、AB Simulink environment, set up step-down structure DC/DC converter circuit of the simulation, the current distribution method, adjust the power module with output, to realize the current distribution of parallel between modulesKeywords:Switch power supply parallel;Current distribution;MATLAB I毕业设计（
5、论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并
6、提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： II目录1 绪论 .11.1 开关电源技术发展方向 .11.2 题目分析 .31.3 设计任务与指标 .32 并联特性及电流分配方法 .52.1 并联特性 .52.2 电流分配方法 .62.2.1 下垂法 .62.2.2 有源电流分配法 .72.2.3 最大电流法 .92.2.4 平均电流分配法 .92.2.5 主从电流分配法 .103 降压斩波电路 .113.1 降压斩波电路的概念 .113.2 降压斩波电路的特点 .113.3 降压斩
7、波电路的原理 .113.3.1 PWM 控制信号 .113.3.2 降压主电路 .123.3.3 降压反馈回路 .134 软件仿真设计 .154.1 软件介绍 .154.1.1 Matlab 仿真软件介绍 .154.1.2 Simulink 仿真环境介绍 .154.1.3 simulink 电路仿真环境使用方法 .164.2 仿真电路的搭建 .174.3 电路参数的选择 .184.3.1 PWM 信号的参数选择 .184.3.2 主电路各器件的参数选择 .185 系统调试 .215.1 降压调试 .215.2 电流比例 1:1 调试 .215.3 电流比例 1:2 调试 .235.4 调试注意
8、事项 .24结 论 .25III致 谢 .26参考文献 .27西京学院本科毕业设计（论文）11 绪论大量电子设备，特别是计算机、通讯、空间站等的广泛应用，要求组建一个大容量、安全可靠、不间断供电的电源系统。如果采用单台电源供电、该变换器势必处理巨大的功率、电应力大，给功率器件的选择、开关频率和功率密度的提高带来困难。并且一旦单台电源发生故障，则导致整个系统崩溃。采用多个电源模块并联运行，来提供大功率输出是电源技术发展的一个方向。并联系统中每个模块处理较小功率，解决了上述单台电源遇到的问题。八十年代起，分布式电源供电方式成为电力电子学新的研究热点。相对于传统的集中式供电，分布式电源利用多个中、小
9、功率的电源模块并联来组建积木式的大功率电源系统。在空间上各模块接近负载，供电质量高，通过改变并联模块的数量来满足不同功率的负载，设计灵活，每个模块承受较小电应力，开关频率可以达到兆赫级，从而提高了系统的功率密度。大功率输出和分布式电源，使电源模块并联技术得以迅速发展。然而一般情况下不允许模块输出间直接进行并联，必须采用均流技术以确保每个模块分担相等的负载电流，否则，并联的模块有的轻载运行，有的重载甚至过载运行，输出电压低的模块不但不为负载供电，反而成了输出电压高的模块的负载，热应力分配不均，极易损坏。对于多个模块并联运行电源系统的基本要求是：一是输入电压或者负载发生变化时，保持输出电压稳定;二
10、是控制各模块的输出电流，实现负载电流平均分配，均流动态响应良好。为提高系统可靠性，并联系统应该具备以下特性：实现冗余。当任意模块发生故障时，其余模块继续提供足够电能，整个电源系统不会崩溃;实现热拔插，电源系统真正意义上的不间断供电。1.1 开关电源技术发展方向进入 21 世纪，开关电源技术将有更大的发展，主要集中在以下几个方面a.高性能碳化硅功率半导体器件可以预见，碳化硅将是 21 世纪最有可能成功应用的新型功率半导体器件材料，碳化硅的优点就是：禁带宽，工作温度高，通态电阻小，导热性能好，漏电流极小，PN 结耐压高等等。b.高频磁技术西京学院本科毕业设计（论文）2高频开关电源中用了多种磁原件，
11、有许多基本问题需要研究，如磁芯损耗的数学建模，磁滞回线仿真建模，高频变压器一维和二维仿真模型等。此外，高频磁原件的设计决定了高频开关电源的性能，损耗分布和波形，因此，人们希望给出设计推测、方法、磁参数和结构参数与电路性能的依赖关系，明确设计的自由度与约术条件等，同时，人们将研究损耗更小，散热性能更好，磁性能更优越的高频磁性材料。高频磁技术材料的研究还包括磁电混合集成技术，即将铁氧体或其他薄膜材料高密度集成在硅片上，或者将硅材料集成在铁氧体上。c.新型电容器研究开发适用于功率电源系统用的新型电容器和超大电容。要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。20 世纪 90 年代末，美国已经开发
12、出 330uF新型固体钽电容，其 ESR 显著下降。d.功率因数校正 AC-DC 开关变换技术开关电源输入侧有整流器、电容平波电路，使其输入电流呈尖脉冲状，谐波分量很高，一半功率因数仅有 0.65 左右。对电网产生很大的谐波污染；同时对其他设备有很大的干扰，引起仪器仪表和保护装置的误测量、误动作。开关电源的高次谐波抑制，及功率因数的提高主要采用无源功率因数校正技术（PFC）有源功率因数校正技术（APFC）和简化电路方式等方法。e.高频开关电源的电磁兼容研究高频开关电源的电磁兼容问题通常涉及到开关过程产生的 di/dt,du/dt,它引起强大的传导性电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场辐
13、射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危机附近操作人员的安全。同时，开关电源内部的控制电路也必须能承受主电路及工业应用现场的电磁噪声的干扰，显然，在电磁兼容领域，有许多前沿课题有待研究，如典型电路与系统的传导干扰和辐射干扰建模；印制板电路和开关电源 EMC 优化设计软件；大功率开关电源 EMC 测量方法的研究。f.开关电源的设计、测量技术建模、仿真和 CAD 是一种新的、方便且节省的设计工具。为了仿真开关电源，首先要进行建模。仿真模型中应包括电力电子器件，变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁原件和磁场分布模型，电路分布参数模型等，还要考虑开西京学院本科毕业设计（论文
14、）3关管的热模型，可靠性模型和 EMC 模型。开关电源的 CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数优化、磁设计、热设计 EMI 设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。此外，开关电源的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展。g.开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高 低电压、大电流的开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高，新一代处理器的逻辑电压抵达 1.1 到 1.8V，而电流达 50 到 100A，其提供电源低电压、大电流输出 DC-DC 变换器模块将会成为开关电源新的研究方向之一。1.2 题目分析开关电源电路是电力电子
15、电路的一种，被广泛应用在小功率及各种电子设备领域，顾名思义，开关电源就是电力电子器件在看管状态的电源 ，对于DC/DC 电路，可以变换的对象主要是电压和电流。在这道题中，要求使用两块开关电源模块并联形成的供电系统，输出电压稳定在 8V，电流比例可调节。这道题的难点就在与实际操作中开关电源不能同时控制输出电压和电流，但既要输出稳定电压，又要电流呈一定比例。利用 MATLAB 仿真技术搭建电路，掌握PWM 波产生原理及其占空比的调节方法，降压斩波电路的原理及搭建，输出电压反馈的调节，并利用 MATLAB 的 Simulink 环境，搭建降压结构 DC/DC 转换器的仿真电路，采用电流分配法，用调节
16、电源模块的输出，来实现并联模块之间的电流分配。建立其线性模型，得到由控制到输出的传递函数，对系统进行补偿，使系统的稳定性达到最优。并进行仿真分析，调整电路结构、元件参数和仿真参数。1.3 设计任务与指标设计一个有两个额定输出功率为 16W 的 8V DC/DC 模块构成的并联供电系统，如图 1.1 所示。图 1.1 两个 DC/DC 模块并联供电系统主电路示意图西京学院本科毕业设计（论文）4a.调整负载电阻值额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压V。4.08Uob.额定输出功率工作状态下，供电形同效率不低于 60%。c.调整负载电阻，保持输出电压 V,是两个模块输出电流之比4.08Uo为
17、 1:1 和 1:2。西京学院本科毕业设计（论文）52 并联特性及电流分配方法2.1 并联特性图 2.1 为两个模块并联工作时的等效电路及其外特性曲线。如果两个模块的参数完全相同，即 ， ，两条外特性曲线重合，负载电流均max2ax1V21R匀分配。如果其中一个模块的电压参考值较高，输出电阻较小（外特性斜率小） ，如图 1 中的模块 1，则该模块将承受大部分负载电流，负载增大，模块 1 将运行于满载或超载限流状态，影响了系统可靠性。（a）并联等效电路（b）输出外特性图 2.1 两个模块并联均流原理图可见，并联电源系统中各模块按照外特性曲线分配负载电流，外特性的差异是电流难以分配的根源.正常情况下，各并联模块输出电阻是个恒值，输出电流不均衡主要是由于各模块输出电压不相等引起。电流分配的实质即是通过均流控制电路，调整各模块的输出电压，从而调整输出电流，以达到电流分配的目的。一般开关电源是一个电压型控制的闭环系统，电流分配的基本思想是采样各自输出电流信号，并把该信号引入控制环路中，来参与调整输出电压。选择不同的电流信号注入点，可以直接调节系统基准电压、反馈电压误差、或者反馈电流误差，形成多种电流分配方案，以满足不同的稳态性能和动态响应。
