【摘要】該設計采用Buck降壓變換器為核心，應用單片機技術，實現(xiàn)了一款開關電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)。系統(tǒng)中共有兩個DC/DC開關電源模塊，24V直流輸入，8V穩(wěn)定輸出。使用SG3525PWM控制器調(diào)整反饋電壓，使其形成穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)。測控部分采用STM32系列單片機STM32F103完成，使用該單片機的3個A/D數(shù)據(jù)采集通道，實現(xiàn)對2個電源模塊輸出電壓和電流信號的信號采樣。再使用單片機自帶的PWM模塊，輸出占空比可調(diào)的方波信號，經(jīng)過LM331進行頻率電壓轉化，形成電壓信號，再結合采樣到的電流信號，調(diào)整PWM控制器的輸出，反饋回模塊電壓輸入端。

【關鍵詞】STM32；DC/DC；PWM控制器；閉環(huán)控制

一、系統(tǒng)方案設計

本系統(tǒng)主要由2塊DC/DC開關電源模塊和單片機測控模塊兩部分構成。其中，DC/DC模塊輸入為24V直流電壓，輸出為8V直流電壓信號。采用了Buck降壓電路結構。測控模塊采集電壓和電流量，經(jīng)過計算之后，使用STM32F103產(chǎn)生調(diào)整信號。保證電壓和電流按照一定比例輸出。每一個模塊都是雙環(huán)控制系統(tǒng)，分別為電壓控制和電流控制，電壓環(huán)為內(nèi)環(huán)，電流環(huán)為外環(huán)，兩個環(huán)路的信號共同通過SG3525進行脈寬調(diào)制，將輸出的信號反饋回輸入端，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。如圖1所示：

均流電路：實際應用中，往往由于一臺直流電源的輸出參數(shù)不能滿足要求，需要采用模塊式電源，按照并聯(lián)、串聯(lián)方式，實現(xiàn)輸出電壓、輸出電流、輸出功率的擴展。在設計中使用了電源并聯(lián)技術，但是簡單的并聯(lián)不能保證整個擴展后的系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，電源模塊存在“均流”問題。解決的方法對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性都有很大影響。本設計使用強迫均流法，該方法通過監(jiān)控模塊實現(xiàn)均流，實現(xiàn)方式主要有軟件控制和硬件控制兩種。其中軟件方式比較容易實現(xiàn)，均流精度高。軟件方式是通過軟件計算，比較模塊電流與系統(tǒng)平均電流，然后調(diào)整模塊電壓，使其電流與平均電流關系固定。

Buck變換器電路：采用SG3525作為Buck型拓撲的PWM控制芯片。SG3525是高性能固定頻率電流模式控制器，專為離線和直流變換器應用而設計，只需最少外部元件就能獲得成本效益高的方案，能進行精確的占空比控制。

二、電路分析與實現(xiàn)

1.DC/DC變壓器穩(wěn)壓原理分析

系統(tǒng)共有兩個DC/DC電源模塊，輸入是24V直流電壓，調(diào)整負載電阻時要保證負載上的輸出電壓不變，即保證在8V。電路里使用了電壓反饋和電流反饋，使整個系統(tǒng)形成穩(wěn)定的閉環(huán)，如圖2所示。

調(diào)整負載電阻的時候，根據(jù)歐姆定律，電路電流發(fā)生了變化（取自B點），為保證輸出的電壓穩(wěn)定在8V，就需要采用單片機測控電路配合調(diào)節(jié)。單片機產(chǎn)生的PWM信號經(jīng)LM331進行頻率—電壓轉換后，電壓信號與B路輸入形成互補。為保證反饋的電壓不變，只需調(diào)整SG3525PWM控制器輸出固定脈沖占空比，使B端電壓和PWM輸出的電壓保持平衡狀態(tài)。

2.電流電壓檢測

如圖3中所示，從DC/DC模塊中電源的輸出端取8V輸出分壓后的A（電壓）、B（電流）信號，分別接到單片機STM32F103的兩路AD通道上進行測量。另外一個電源模塊也用同樣的方法，測量其電流的輸出。

3.均流方法分析

本系統(tǒng)采用強迫均流法，強迫均流法是通過監(jiān)控模塊實現(xiàn)均流，實現(xiàn)方法主要有軟件控制和硬件控制兩種。這里采用軟件控制。

軟件控制是通過軟件計算，比較模塊電流和系統(tǒng)平均電流，然后再調(diào)整模塊的電壓，使其電流與平均電流相等，這種方法易于實現(xiàn)，均流精度高。

實現(xiàn)的公式：設總電流I0；分電流：I1， I2； I0=I1+I2；I1= I0； I2=I1—I0；

使用測控模塊輸出的電壓調(diào)整其中一個電源模塊的電流為I0，那么另一個模塊的電流自動變?yōu)镮0，實現(xiàn)均流。

4.過流保護分析

本設計中電路保護功能的實現(xiàn)由兩部分構成。其中一部分使用軟件保護，一部分使用硬件保護。

軟件保護部分使用測控模塊檢測電壓信號，當發(fā)生短路故障，電壓變?yōu)?，使用PWM轉換后輸出較小電壓，然后循環(huán)檢測，直到檢測到電壓不為0，說明短路故障已經(jīng)修復，重新調(diào)整電源模塊電流恢復原來的狀態(tài)。如此可以實現(xiàn)短路故障的自動恢復功能。硬件保護部分使用了可控硅。如圖4所示，當檢測到E端有較高電壓信號時，既滿足控制級有足夠的正向電壓和電流的條件，同時也滿足陽極電位高于陰極電位的條件，此狀態(tài)使得Q5截止，Q6導通，在F端有電壓輸出。把F端電壓加載到SG3525的軟啟動引腳。使得PWM輸出關閉，調(diào)整反饋回路的電壓。

圖4 硬件保護模塊

5.測控電路

該部分電路使用了STM32自帶的3個通道的AD轉換器，分別采集2個開關電源輸出的電壓和電流信號，該信號在CPU中處理后，得到調(diào)整結果，經(jīng)過內(nèi)部的PWM模塊產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波脈沖，該脈沖經(jīng)過LM331模塊進行頻率和電壓的轉換，然后供給電源模塊，和原來的模擬量電流輸出進行平衡，以保證SG3525的輸出穩(wěn)定。

三、總結

采用Buck降壓變換器為核心的并聯(lián)開關電源供電系統(tǒng)，可以在負載不同時，通過設定自動控制兩路開關電源按照任意電流比例輸出。通過測試結果表明，該系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，紋波小，精度高，有一定的應用意義。

【參考文獻】

[1]張占松，蔡宣三.開關電源原理設計[M].北京電子工業(yè)出版社，1999.

[2]劉勝利.現(xiàn)代高頻開關電源使用技術[M].北京電子工業(yè)出版社，2001.

[3]華偉.現(xiàn)代電力電子器件及其應用[M].北京交通大學出版社，2002.

[4]何希才，姜余祥.新型穩(wěn)壓電源及其應用[M].北京國防工業(yè)出版社，2002.