白炳良，周錦榮

（閩南師范大學(xué)，福建 漳州 363000）

在工程應(yīng)用中，并聯(lián)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。采用分布式供電、模塊化結(jié)構(gòu)，不僅能使電源保持高的效率和較快的動態(tài)響應(yīng)，而且能使電源的輸出功率靈活擴(kuò)展、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、減少電源種類、易于維護(hù)，還可以采用N＋1、N＋m冗余技術(shù)，提高電源系統(tǒng)的可靠性［1］。

并聯(lián)供電系統(tǒng)要有均流措施，否則并聯(lián)運(yùn)行的各模塊中，由于各模塊參數(shù)的分散性，使輸出電流不一致，導(dǎo)致有些模塊負(fù)荷過重，結(jié)果分擔(dān)電流多的模塊熱應(yīng)力大，降低了系統(tǒng)的可靠性，國外有資料表明，電子元件溫升從25℃上升到50℃時(shí)，其壽命將降低到25℃時(shí)的1／6［2－3］；因此均流技術(shù)是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)的關(guān)鍵。常見的均流方法有：阻抗調(diào)整法、主從設(shè)置法、平均值均流法、最大電流型均流控制［4］。本設(shè)計(jì)主要介紹兩路開關(guān)電源并聯(lián)后，采用最大電流型均流控制法，給出實(shí)現(xiàn)電流分配的技術(shù)方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示?；竟δ転椋狠斎腚妷?4V，輸出為8.0V；調(diào)整負(fù)載電阻，可使電流I1I2＝按11、12或13等比例自動分配。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖及工作原理

如圖2為系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，輸入電壓經(jīng)LM2576－5開關(guān)電源降壓后獲得5V電源。系統(tǒng)以PIC16F877A單片機(jī)為核心，由兩片TL494、電壓取樣及外圍電路分別組成兩路的DC－DC穩(wěn)壓模塊；MCU分別對兩路電流取樣后控制雙路12位D／A轉(zhuǎn)換器MCP4922的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對DCDC模塊輸出電流的數(shù)字化控制，從而達(dá)到兩路電流的自動分配。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)由LCD液晶實(shí)時(shí)顯示輸出電壓，I1、I2電流及其比例；還具有過載及短路保護(hù)功能。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.2 系統(tǒng)工作電源及DA轉(zhuǎn)換器

工作電源模塊原理圖如圖3所示，其核心為LM2576－5，LM2576－5是一種電流輸出為3A 的降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓管，它內(nèi)含固定頻率振蕩器和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，可輸出5V電壓為系統(tǒng)供電。TL431為雙通道12位DA轉(zhuǎn)換器MCP4922提供2.500V的基準(zhǔn)電壓，DA的最小步進(jìn)值為2.500V／4 095＝0.61mV。

圖3 工作電源及DA轉(zhuǎn)換電路

2.3 DC－DC變換及電流分配

DC－DC變換由模塊1和模塊2組成，如圖4為DC－DC變換電路1（變換電路2略）。主要由集成PWM控制芯片TL494、DA轉(zhuǎn)換器和電壓電流反饋電路組成。輸出端的反饋電壓Uo1或Uo2經(jīng)TL494內(nèi)部的誤差放大器構(gòu)成反饋回路，若因某種原因?qū)е螺敵鲭妷哼^高，則反饋電壓增大，使得誤差放大器同相端電位升高，反饋PWM端電位上升，TL494輸出信號占空比減小，結(jié)果使輸出電壓減少，最終使輸出電壓保持穩(wěn)定［5－6］；實(shí)現(xiàn)了電壓閉環(huán)負(fù)反饋。

圖4 DC－DC模塊變換電路1

電流的分配主要是采用最大電流型均流控制法，即每個(gè)模塊均由一個(gè)二極管接入主回路，電流大的模塊作為主模塊，電流小的模塊作為從模塊，交替變化控制。當(dāng)負(fù)載電阻變化時(shí)，可以保持輸出電壓穩(wěn)定，均流瞬態(tài)響應(yīng)好。電流檢測是通過對采樣電阻R11，由INA193差分放大20倍后送單片機(jī)內(nèi)部AD實(shí)現(xiàn)電流采樣，R10、R12及C16實(shí)現(xiàn)低通濾波。單片機(jī)根據(jù)電流采樣值，通過控制DA轉(zhuǎn)換器MCP4922的輸出值VoutA，實(shí)現(xiàn)輸出電流的數(shù)字化調(diào)整，由此利用對TL494控制使其產(chǎn)生PWM來控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，使得各支路電流對應(yīng)成比例，從而實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)負(fù)反饋，且保持輸出電壓不變。

過流或短路保護(hù)是根據(jù)電流的采樣結(jié)果，利用單片機(jī)的I／O口（RC1）控制TL494的IN2＋，對開關(guān)管進(jìn)行脈沖封鎖。

3 程序流程圖

圖5 主程序流程圖

如圖6為程序流程圖，以5ms作為啟動主循環(huán)時(shí)間，對所有控制量（開關(guān)量和模擬量）集中處理，提高處理效率；采用散轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)模塊化編程，可實(shí)現(xiàn)無擾動重入。系統(tǒng)設(shè)置了若干電流比例，用于測試系統(tǒng)電流分配的靈活性，由此證明各模塊負(fù)荷可有效分配。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

表1～3是根據(jù)程序設(shè)計(jì)而獲得的不同電流比例的測量結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用最大電流型均流控制法實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電源電流分配方案可行，效果理想。由于最小步進(jìn)電流值約為6mA，因此，如果要提高精度可采用更高級別的DA轉(zhuǎn)換器。

表1 I0在1A內(nèi)按11自動分配

表2 I0在1.0－1.4A內(nèi)按12自動分配

表3 I0在1.4－2.0A內(nèi)由按鍵設(shè)置電流分配

5 結(jié) 論

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以PIC16F877A單片機(jī)為控制核心，TL494為DC－DC主變換模塊，實(shí)現(xiàn)兩路電流按設(shè)計(jì)要求自動分配功能，效果理想、性能可靠；表明了并聯(lián)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可行、實(shí)用；如果輸出功率較大，功率管可采用MOS管或IGBT。根據(jù)該技術(shù)可拓展N＋m冗余并聯(lián)，滿足工程上的需要。

［1］馬駿，杜青，羅軍，等.一種開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)自動均流技術(shù)的研究［J］.電源技術(shù)，2011，135（8）：969－973.

［2］蔡宣三.并聯(lián)開關(guān)電源的均流技術(shù)［J］.電工電能新技術(shù)，1995，3：12－16.

［3］田浩，楊向宇，張偉剛，等.電源模塊并聯(lián)供電的冗余結(jié)構(gòu)及均流技術(shù)［J］.電源技術(shù)應(yīng)用，2004，7（2）：114－117.

［4］張敏娟，尹斌.開關(guān)電源均流技術(shù)［J］.電工技術(shù)，2004，8：50－52.

［5］白炳良，周慰君.基于TL494開關(guān)電源的設(shè)計(jì)［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2009，22（2）：73－78.

［6］張華林，周小方.電子設(shè)計(jì)競賽實(shí)訓(xùn)教程［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007，7：224－227.