题目名称：开关电源模块并联供电系统（A题）摘要开关电源模块并联供电系统是采用8位Atmega88的开关电源，主电路采用LM2576和LM2596作为两块并联的开关电源。

LM2576作为恒压源，LM2596作为恒流源。

该两块开关电源保证系统的效率，电流电压调整率和输出精度要求。

系统具有限流保护功能，HD7279键盘输入输出等多种功能。

该系统主要采用硬件反馈调节，调整能力强，使单片机负载小。

本系统功能完善，在支路在0.5-2A输出范围内，干路电流输出范围使1-4A其分压比由外界输入。

由AD采用，读出干路电流，经数字电位器调整恒流源工作状态，使其自调整实现固定分压比，并且电流精度满足在百分之五以内。

关机或过流保护收后，具有可以记忆参数、自恢复功能。

AbstractSwitching power supply modules in parallel power supply system is the use of 8-bit Atmega88 switching power supply, the main circuit LM2576 and LM2596 as two parallel switching power supply. LM2576 as the voltage source, LM2596 as a constant current source. The two switching power supply to ensure efficiency of the system, current and output voltage regulation accuracy requirements. System has a current limit protection, HD7279 keyboard input and output functions. The system uses hardware feedback regulation, adjust the ability to make a small single-chip load.The system is functional, the branch in the output range of 0.5-2A, distributors current output range 1-4A the partial pressure than by the external input. Used by the AD, to read out the current trunk, the digital potentiometer to adjust the current source working condition, to self-adjust to achieve a fixed partial pressure ratio, and accuracy to meet the current five percent or less. After closing down or over-current protection, with memory parameters can be, since the recovery.1 方案论证与比较 (3)1.1系统方案论证 (3)1.2过流保护方案论证 (5)2 系统设计 (6)2.1总体设计 (6)2.2单元电路设计 (7)2.2.1 数字电位器电路设计 (7)2.2.2 AD转换电路设计 (8)2.2.3 恒流部分电路设计 (10)2.2.4 恒压部分电路设计 (12)3 软件设计 (13)4 系统测试 (15)5 结论 (17)参考文献： (17)附录： (17)附1：元器件明细表： (17)附2：仪器设备清单 (17)附3：电路图图纸 (17)1方案论证与比较1.1系统方案选择题目分析：根据题目要求，负载端电压为8V，允许误差为0.4V。

题目要求两个支路电流比可调，即两个开关电源的内阻可调。

所以两种基本方案：直接改变开关电源内阻；通过调整开关电源输出电压，间接改变内阻。

要求效率要大于60%，所以要选用大于60%的开关电源并联是可行的。

电源应该具有掉电保护功能，可以用EEPROM来记忆系统重要参数。

系统还应该具有掉电保护功能，可以通过MCU控制LM2596和LM2576的ON/OFF管脚来实现对电路的过流保护。

方案选择:方案一、该系统首先对通过负载的电流和负载两端的电压进行采样返回到MCU，计算出当前负载，然后根据已知的分流比，计算出和。

单片机通过对开关板电压的采样稳定住两个开关电源的输出。

然后计算出两个开关电源串联的可变电阻的阻值的大小。

通过MCU改变可变电阻的大小。

方案分析：其中，根据题目要求，通过可变电阻的电流要0.5-2A，可变电阻要是大功率电阻。

而实际中，数字电位器并不能承受大电流。

所以不能采用数字电位器。

另外一种方法是通过继电器控制一些列的大功率电阻的导通和关闭。

这种方案涉及的电路的设计比较少，虽然简单，实际中也没有采用。

方案二、该系统采用两块开关电源，在其输出端加保护电阻。

由MCU检测负载两端电压和电流，计算出当前负载，然后计算当负载两端为8V时的，通过负载应该为多大电流。

然后根据输入的分压比，计算两个支路应该输出的电流。

然后根据保护电阻的阻值，确定损失在保护电阻的电压。

最后通过单片机控制开关电源的电压输出。

其中，对开关电源的输出采用PID控制技术。

方案分析：该电路灵活性比较好。

能满足题目的要求，甚至，可以任意更改需要稳定的电压值（本题中为8V）。

但是该电路控制起来非常复杂，总共四路采样，三路PID。

主控制芯片为ATmega88，处理能力很可能会满足不了在规定时间内稳定的条件。

所以没有采用该方案。

方案三、该系统采用开关恒流源和开关恒压源的方案。

单片机对主干路和恒流源支路进行两路电流采样。

该系统采用具有自调整功能的开关电源构建恒流源和恒压源。

其中，恒压源负责稳定输出电压，由单片机控制恒流源的电流，由恒压源补充剩下的电流。

这样，即保证了恒压输出的要求，由恒流源保证了分流比。

方案分析：该方案简单可行，单片机负载小，电路多采用硬件自调整，因而具有很好的可行性。

由单片机控制恒流源输出也更具有精准性和可调整性。

1.2过流保护方案选择方案一：利用电磁继电器作为开关，控制总电路通断，当电流值超过4.5A时，程序控制继电器关断，实现过流保护。

方案分析：此方案合理，但是需要另加电磁继电器，对功率有一定损耗，也增加了硬件成本，虽然可行，但是并不最优。

方案二：直接利用lM2596-adj 和LM2576-ADJ 的on/off 端，实现对电路的控制。

当电流超过4.5A时，on/off端拉高，芯片停止工作，等待，单片机电流检测点降至2.0以下时，芯片继续工作。

方案分析：此方案实现简单，无需外加硬件，功率损耗小，但是，两芯片同时关断后，单片机无法正常供电，无法实现自动恢复。

方案三：利用LM2596和LM2576的on/off端，通过MCU，控制引脚高低电平，实现过流保护，单片机通过一个单独的LM2596-5 供电，即使关断开关电源两路输出，单片机也将正常工作。

方案分析：此方案硬件上略有增加，但是切断了单片机和开关电源的电器联系，不仅有利于过流保护，还对整个电路的电气特性有很好的改善作用。

故选择这种电流保护和自动恢复方式。

2 系统设计2.1 总体设计系统框图如下：系统电路图2.2 单元电路设计2.2.1 数字电位器电路设计MCP41010的内部结构MCP41010的内部含有：SPI总线接口、一个POT(电位器)。

POT内有一个8 b滑刷控制数据寄存器。

该电阻最大值可为10kΩ，50k和100kΩ，单位电阻为量程除以256。

题目实际采用的是10KΩ。

MCP41010的控制方式MCP41010具有SPI总线接口，采用简单的2 B指令结构。

它的控制方式非常简单，可以采用SPI总线通信，也可以采用软件模拟SPI总线时序。

MCP41010的指令格式MCP41010的指令非常简单，由两段组成每段均有一个字节：第一段为命令字节，第二段为数据。

命令字节中第2，3位和6，7位为无效位，不用对其操作；C1，C0为指令选择位；P1，P0为电位器选择位，由于MCP41010只集成了一个电位器，所以P1，P0必须设为01。

在MCP41010中，C1，C0为01时为写数据指令；C1，C0为00或11时为空操作；C1，C0为10对应关闭模式用于MCP42XXX系列数字电位器。

在MCP41010中写命令字节通常为0x11，数据字段为8 b／s数据，可以置滑动端到256个端点中任何一个，因此精度非常高。

MCP41010的指令序列传输先写命令字节再写数据字节。

为数字电位器片选端，只有为低电平时，命令字和数据字才能进入16位移位寄存器。

当出现上升沿时，移位寄存器的值进人数据寄存器，从而改变了电位器阻值。

SCK为时钟线，数据在SCK的上升沿进入SI数据线。

器件会在上升沿时自动监测低电平时SCK的脉冲数，也就是上升沿的个数，只有时钟数为16的倍数时，命令才能执行，否则命令失效。

一个完整的MCP41010写时序包括以下几个部分：(1)起始位。

以为低电平，SCK出现上升沿为起始标志。

(2)传送MCP41010的命令字段。

(3)传送8 b的数据字段。

(4)停止位。

以SCK为低电平，CS出现上升沿为SPI总线传输结束标志。

【计算公式：】Command为 0x11时选用10K欧姆范围，PB0有效。

理论输送BYTE理 = 电阻值R*(255/10)；但是实测数字电位器输出范围不到10K，仅为9.3K欧姆，因而修正后得到：实际输送BYTE 实= 电阻值R*(255/9.3)；2.2.2AD转换及控制模块电路设计【电路图：】先将小电阻采得的小电压经MAX4172放大，再用外部12位AD芯片AD7887进行采样，将转换的数据送mega8进行处理。

MAX4172概述：MAX4172是MAX系列电流检测放大器芯片中的一款低成本、高精度、高边电流检测放大器。

MAX4172通过一个外接测流电阻R，来检测负载电流，改变测流电阻的阻值即可对不同负载电流范围进行一个大范围的输出电压和电流。

其最终输出电流公式：I_out=G_m*I_load*R_sense输出电压公式：V_out=G_m*R_sense*R_out*I_load其中，Vout 为所要求取得输出电压，Iload为需检测的负载电流，Rsense 为测流电阻，Rout为电压调整电阻，Gm为MAX4172的跨导，其值为10毫安每伏。