戚甫峰

（中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島266041）

1 總體方案設(shè)計(jì)

并聯(lián)供電系統(tǒng)主要由DC-DC變換器、并聯(lián)電流分配模塊、電流采樣放大模塊以及總控制器等構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

1.1 DC-DC變換器的設(shè)計(jì)

方案一：正激式BUCK拓?fù)?/p>

正激式變換器具有拓?fù)浜?jiǎn)潔、輸入輸出電氣隔離、電壓降范圍寬、使用元器件少等優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示，PWM控制器通過(guò)控制加載到正激式變壓器一次側(cè)繞組上的PWM波的占空比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。但是，正激變換器必須附加復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)截止期間變壓器鐵心磁復(fù)位，以避免變壓器飽和，效率很大程度上依賴于脈沖變壓器的轉(zhuǎn)換效率。

圖2 單端正激式變換器結(jié)構(gòu)圖

方案二：非隔離式BUCK拓?fù)?/p>

非隔離式DC-DC變換器使用元器件少，且損耗只包括開關(guān)導(dǎo)通損耗和續(xù)流二極管的損耗。如圖3所示，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，對(duì)電感進(jìn)行充電；開關(guān)管斷開時(shí)，通過(guò)續(xù)流二極管向負(fù)載供電。電路通過(guò)控制開關(guān)器件的占空比來(lái)控制輸出電壓。

圖3 非隔離式DC/DC器結(jié)構(gòu)圖

方案二，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，控制靈活方便，損耗較小，效率較高，在負(fù)載調(diào)整率、電源效率方面較方案一均有改善。因此，選擇方案二實(shí)現(xiàn)DC-DC變換。

1.2 均流控制方法

方案一：最大電流均流法（自主均流法）

采用負(fù)載共享控制器實(shí)現(xiàn)均流控制。在DC-DC模塊正常工作時(shí)，將兩路控制器的均流母線連接，自動(dòng)選出電流最大的一路，并將此路電源作為主電源。均流母線上的電壓由主電源的輸出電流決定，控制器從電源的接收到母線上的信號(hào)后，會(huì)控制該路DC-DC模塊調(diào)整輸出電壓。通過(guò)減小從電源與主電源的電壓差來(lái)提高該路輸出電流，從而達(dá)到均流。缺點(diǎn)是外部電路復(fù)雜，需要連接的外圍元件較多，對(duì)器件有很大的依賴性。

方案二：主從控制法

一個(gè)單元作為主控單元，工作在電壓源（CV）方式，另一個(gè)單元工作于電流源（CC）方式，利用來(lái)自輸出電流的誤差電壓△U來(lái)實(shí)現(xiàn)均流控制。實(shí)際上是由電壓環(huán)（外環(huán)）和電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）構(gòu)成電流控制型的雙環(huán)控制。采用這種均流法，精度很高，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊間連線少，易于拓展為多路。

主從控制法較自主均流法使用元件少，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故選擇方案二。

2 理論分析與電路設(shè)計(jì)

2.1 DC-DC變換器

基于非隔離式DC-DC變換器，選用MPS公司生產(chǎn)的高集成度降壓型DC-DC脈寬調(diào)制芯片MP1593作為DC-DC模塊的主控芯片。MP1593允許輸入的電壓范圍為4.75～28V，輸出電流最高可達(dá)3A，最高工作效率可達(dá)95%，外圍電路也十分簡(jiǎn)單，非常容易應(yīng)用。DC-DC變換器電路圖如圖4所示。（

圖4 DC-DC變換器電路圖

1）穩(wěn)壓輸出計(jì)算

（2）電感的選擇

根據(jù)電感的計(jì)算公式：

式中，輸入電壓 VIN＝24.0V，輸出電壓 VOUT＝8.0V，輸出額定電流ILOAD＝2.0A，MP1593 的開關(guān)頻率 fS＝385kHz，取 ΔIL＝0.3ILOAD。

求得：L＝5.7μH，選用 SPQ104-7R0M 型號(hào)的電感（L=7.0μH，IDC=4.8A）。

（3）反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)

方案采用二型反饋環(huán)路，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由R6、C6和C8組成，根據(jù)公式：

2.2 并聯(lián)供電控制

采用主從法控制兩路電源按指定比例分配輸出，具體電路如圖5所示。將兩路電源的電流的取樣電壓送到精密運(yùn)放OP07的兩個(gè)輸入端，控制IRF3502的狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)采樣電阻的比值實(shí)現(xiàn)電流按指定比例分配。

圖5 電流分配控制模塊

2.3 電流電壓檢測(cè)

實(shí)時(shí)檢測(cè)精密采樣電阻上的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換輸送到MPS430且在LCD1602上顯示。采用電阻分壓方式得到輸出電壓表征值，經(jīng)A/D采樣后送到MPS430處理并顯示。

2.4 過(guò)流保護(hù)

通過(guò)采樣電阻實(shí)時(shí)檢測(cè)每路電源的輸出電流，經(jīng)放大、比較后輸出特征電平，快速的反饋到MP1593芯片的使能（EN）端。當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定的極限值時(shí)，保護(hù)電路輸出低電平送到MP1593的EN端，MP1593停止工作，直到排除故障；當(dāng)電流在限定值以內(nèi)時(shí)，保護(hù)電路反饋高電平，芯片正常工作。

3 性能測(cè)試與分析

3.1 性能測(cè)試

本設(shè)計(jì)各項(xiàng)性能的測(cè)試結(jié)果如表1。

表1 性能測(cè)試表

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

1）系統(tǒng)輸出電壓控制在 UO=8.0±0.1 范圍內(nèi)。

2）在額定工作狀態(tài)下，系統(tǒng)效率η=83.1%。

3）調(diào)整負(fù)載電阻，使負(fù)載電流 IO在 1.5～3.5A 之間變化時(shí)，每個(gè)模塊的輸出電流相對(duì)誤差的絕對(duì)值在1.9%以內(nèi)。

4）調(diào)整負(fù)載電阻，使兩模塊輸出電流之和 IO=4.0A 且按 I1：I2=1：1時(shí)，輸出電流相對(duì)誤差的絕對(duì)值均為14%。

5）當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到4.45A時(shí)，系統(tǒng)停止輸出，同時(shí)報(bào)警燈點(diǎn)亮；一旦電流小于4.36A，系統(tǒng)恢復(fù)工作。

［1］黃爭(zhēng).德州儀器高性能單片機(jī)和模擬器件在高校中的應(yīng)用和選型指南[M].德州儀器大學(xué)計(jì)劃部,2010，6.

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