2011년 전국전자설계경진대회 문제 - 스위칭 전원 모듈 병렬 공급 시스템

zeruns · 10월 30, 2025, 4:00오후

2011년 전국 전기 대회 문제 – 스위칭 전원 모듈 병렬 공급 시스템, 두 개의 XL4015 칩으로 DCDC 모듈 8 V 출력, 마스터-슬레이브 균등 전류법 적용, 다양한 비율로 전류를 정밀 분배, 효율 80 % 이상.

전자/MCU 기술 교류 그룹: 2169025065

문제

정격 출력 16 W의 8 V DC/DC 모듈 두 개로 구성된 병렬 공급 시스템 설계 및 제작

개요

본 작품은 마스터-슬레이브 균등 전류법을 사용하며, 상수 전류원(슬레이브), 상수 전압원(마스터), MCU 제어보드, 보조 전원 등의 모듈로 구성됩니다. 상수 전류원 및 상수 전압원 모듈에는 XL4015를 DCDC 전원 칩으로 사용하여 백(buck) 강압을 구현하고, 합주 AIR32F103CCT6 MCU를 제어 핵심으로, INA199 전류 샘플링 칩으로 50배 증폭하여 전류 신호를 취득합니다. 취득한 두 신호를 동상 가산기에 중첩하고, 동상 가산기의 출력은 고정 저항과 디지털 가변 저항으로 분압한 후 전압 팔로워를 거쳐 LM358 비교기로 피드백하여 XL4015 칩의 FB 핀에 입력하면 슬레이브 모듈 전류(상수 전류원)를 제어해 전류를 분배합니다.

주의: 처음 사용 시 병렬 출력 점퍼를 먼저 분리하고, 상수 전압원(마스터) 출력 전압을 8 V로, 상수 전류원(슬레이브) 출력 전압을 상수 전압원보다 0.3~0.5 V 높게 맞추십시오.

교내 전선 선발전 작품, 여러 대가들의 조언 부탁드립니다.

LCSC 오픈소스 링크: https://url.zeruns.com/GrMC6

실물 사진

자료 다운로드

프로그램 소스: https://url.zeruns.com/nSNjc 압축 해제 코드: swoz

각 칩 데이터시트: https://url.zeruns.com/TBn42 압축 해제 코드: j542

테스트 데이터

공급 시스템 DC 출력 전압 및 효율 측정
측정 방법: 부하 저항을 조정해 I0를 약 4 A로 맞춘 뒤 U0, UIN, I0, IIN 기록.

Uin(V)	Iin(A)	U0(V)	I0(A)	효율
24.05	1.57	7.76	3.97	81.6%

결론: 출력 전압 7.76 V, 시스템 효율 81.6%

I0=1 A, I0=1.5 A 모듈 출력 전류 상대 오차 측정
측정 방법: 부하 저항을 조정해 I0를 약 1 A 또는 1.5 A로 맞춘 뒤 U0, UIN, I1, I2, I0, IIN 기록.

I0=1 A 측정 결과:

Uin(V)	Iin(A)	U0(V)	I1(A)	I2(A)	I0(A)	오차1	오차2
24.08	0.454	7.999	0.501	0.526	1.032	2.9%	1.9%

I0=1.5 A 측정 결과:

UIN(V)	IIN(A)	U0(V)	I1(A)	I2(A)	I0(A)	오차1	오차2
24.06	0.635	7.969	0.498	1.052	1.523	1.9%	3.6%

결론: 상대 오차 3.6% 이하로 요구 오차 <5% 지표 충족.

1.5 A<IO<3.5 A 모듈 출력 전류 상대 오차 측정
측정 방법: 전류 1.5 A, 비율 1:1, 1:2, 2:1, 2:3, 3:2로 각각 선택하여 테스트. 부하 저항을 조정해 I0를 약 1.5 A로 맞춘 뒤 U0, UIN, I1, I2, I0, IIN 기록.

비율	UIN(V)	IIN(A)	U0(V)	I1(A)	I2(A)	I0(A)	오차1	오차2
1:1	24.06	0.628	7.952	0.778	0.744	1.522	2%	2%
1:2	24.06	0.63	7.972	0.500	1.025	1.522	1.4%	1.1%
2:1	24.05	0.627	7.931	1.015	0.509	1.524	0.01%	0.2%
2:3	24.07	0.629	7.963	0.604	0.920	1.522	0.7%	0.7%
3:2	24.06	0.626	7.923	0.926	0.595	1.524	1.25%	2%

결론: 전류 1.5 A 선택 시 상대 오차 2% 이하로 문제 지표 만족.

I0=4 A 모듈 출력 전류 상대 오차 측정
측정 방법: 부하 저항을 조정해 I0를 약 4 A로 맞춘 뒤 U0, UIN, I1, I2, I0, IIN 기록.

UIN(V)	IIN(A)	U0(V)	I1(A)	I2(A)	I0(A)	오차1	오차2
24.04	1.568	7.73	1.96	1.945	3.968	1.2%	1.9%

결론: 전류 4 A 선택 시 상대 오차 2% 이하로 문제 지표 만족.

부품 구매 링크

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전해 커패시터: https://s.click.taobao.com/r6CWQGu
가변 저항: https://s.click.taobao.com/eTaBmGu

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회로도

전원 보드:

제어 보드:

PCB