直流并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計

摘#8195;要 本文設(shè)計了一種高效率的兩路開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由DC-DC電源電路、均流控制電路和單片機(jī)控制系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)能夠根據(jù)負(fù)載電流值分段分比例自動進(jìn)行均流，在設(shè)定的負(fù)載電流范圍內(nèi)，還可以通過按鍵設(shè)定均流比例進(jìn)行自動均流。經(jīng)測試，系統(tǒng)均流精度可達(dá)到1.0 %，系統(tǒng)總效率大于86%。

關(guān)鍵詞 并聯(lián)開關(guān)電源；均流控制；單片機(jī)

中圖分類號 TM 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0096-02

目前直流電源并聯(lián)供電系統(tǒng)多以固定比例均流方式運(yùn)行，由于各電源模塊之間的差異性及負(fù)載的不穩(wěn)定因素，工作時，支路電源模塊可能超出正常工作范圍，損壞或降低電源壽命。本文應(yīng)用數(shù)字電源設(shè)計思想，利用單片機(jī)調(diào)節(jié)供電支路的電流輸出比例，根據(jù)負(fù)載變化和支路電源特性對各支路電流進(jìn)行合理分配，該系統(tǒng)能保證供電支路符合支路分流比例，通過實(shí)時監(jiān)控負(fù)載工作情況，分析支路電源的運(yùn)行特性，從系統(tǒng)整體和支路電源特性出發(fā)保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效率運(yùn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

雙電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由DC-DC電源電路、電流檢測、均流電路和單片機(jī)控制器等組成，兩個電源模塊通過電流總線向一個負(fù)載供電，電流傳感器能夠檢測各支路及總線電流值。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 可變比例分流電路設(shè)計

本設(shè)計應(yīng)用UC3902結(jié)合乘法器實(shí)現(xiàn)自主分流控制。UC3902是UC公司開發(fā)的負(fù)載均衡控制芯片，使多個并聯(lián)在一起的電源模塊承擔(dān)的負(fù)載電流量相等，負(fù)載均衡是通過單片機(jī)檢測各支路電流并控制每個模塊的功率級完成的，由于均流信號來自取樣電阻，故目前并聯(lián)供電模塊只能按固定比例（一般為1：1）進(jìn)行均流。可變比例分流是通過在UC3902均流控制器的基礎(chǔ)上引入乘法器實(shí)現(xiàn)，原理如圖2所示，UC3902的輸入信號為DC/DC模塊輸出支路通過取樣電阻Rs的電流值的與DA輸出電壓的乘積，UC3902可根據(jù)輸入的電流信號自動調(diào)整兩路DC/DC模塊的輸出電流符合比例規(guī)則，單片機(jī)改變DA的輸出電壓值，可精確調(diào)節(jié)分流比例。由于分流控制直接由均流芯片完成而不需要通過單片機(jī)控制，因而具有較好的精度及響應(yīng)速度。

1.3 電流采集及均流控制電路

采用UC3902結(jié)合乘法器的均流控制電路如圖3，為實(shí)現(xiàn)電流比例的

調(diào)節(jié)，在UC3902的電流檢測放大器前端引入乘法器AD633，AD633的X端連接檢測電流的取樣電阻，Y端連接DA輸出，根據(jù)公式，AD633輸出可根據(jù)式（1）計算。

W= （1）

AD633后接一級運(yùn)放，設(shè)定固定放大倍數(shù)為A==10，因此UC3902

的SENSE端輸入電壓為USENSE=ISENSE*RSENSE*UDA*10，因母線電壓與USENSE成正比，當(dāng)檢測電阻RSENSE固定時，根據(jù)公式可知母線電壓與ISENSE*UDA成正比例，因此，可調(diào)節(jié)DA的值來控制兩路電流的比例系數(shù)。

1.4 單片機(jī)程序設(shè)計

主控程序流程如圖4所示，通過鍵盤可選擇系統(tǒng)的工作模式，在自動均流模式下根據(jù)檢測的負(fù)載電流值按約束規(guī)則進(jìn)行比例分配；在可變比例模式下，系統(tǒng)通過按鍵輸入分流比例，進(jìn)行恒比例分流控制。當(dāng)檢測到的電流過大，如超過4.5 A，則進(jìn)行過流保護(hù)。

2 系統(tǒng)測試

為進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性并檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)，按該方案在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計一套模擬雙電源并聯(lián)供電系統(tǒng)樣機(jī)進(jìn)行測試。

1）設(shè)置系統(tǒng)在自動均流模式下運(yùn)行，改變負(fù)載大小，調(diào)整負(fù)載電流，系統(tǒng)按總線電流大小遵循一定約束規(guī)則分配支路電流。自動模式約束規(guī)則：總線電流小于1.5 A或大于2.5 A，支路分流比例1：1；總線電流介于1.5 A到2.5 A，支路分流比列為2：1，測試數(shù)據(jù)如表1。

2）設(shè)置系統(tǒng)在可調(diào)流模式下運(yùn)行，通過鍵盤改變分流比例，改變負(fù)載大小，調(diào)整負(fù)載電流，系統(tǒng)設(shè)定比例分配支路電流，測試數(shù)據(jù)如表2。

3 結(jié)論

本文在分析傳統(tǒng)并聯(lián)供電均流控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種應(yīng)用單片機(jī)控制的并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計方案，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)支路的可變比例分流控制，解決在多電源供電系統(tǒng)中模塊電源存在差異性問題，提高了并聯(lián)電源分流精度、運(yùn)行的可靠性及工作效率，為并聯(lián)電源智能化管理與監(jiān)控提供一種很好的解決方案。由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計合理，功能電路實(shí)現(xiàn)較好，模擬系統(tǒng)的性能優(yōu)良且運(yùn)行穩(wěn)定，其中，最大均流誤差小于1.0%，系統(tǒng)工作效率高，保護(hù)電路工作正常。

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作者簡介

孟慶林（1989—），男，青海人，本科在讀。