一种新型开关电源并联供电系统的设计

蔡成炜，周步新，卜树坡

(苏州工业职业技术学院电子与通信系，江苏 苏州 215104)

目前，电视台的很多设备中都有大容量高频开关直流电源，这些直流电源对设备运行的稳定性起着决定性的作用，多模块并联运行的分布式电源代替单一集中式电源供电已经成为一种趋势［1］，它能提高电源模块的功率密度、提高系统的灵活性，使电源系统的各个模块的功率半导体器件的电流应力减少，重量和体积下降，从而提高了系统的可靠性［2］。笔者针对电视发射机中高频开关直流电源部分加以设计，设计要求如下:任意调整负载电阻，保持输出电压为UO=(8.0±0.4)V，系统可以在最大4 A的电流情况下稳定运行，且效率高于60%;任意调整负载电阻，可以按照设定自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于2%;具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5 A。

图1 系统设计框图

1 系统整体设计方案

系统整体设计主要包括两路单片机PWM可控的DCDC电源设计和利用单片机自带的AD反馈做模糊控制，进行两路并联电源的电流分配设计，系统设计框图如图1所示。

2 系统的硬件设计

系统的硬件主要分成两个部分，AC—DC系统电源供电电路和STC12C5204AD单片机控制的两路开关电源并联电路组成。

2.1 AC—DC电源电路

系统供电需要一个+25 V的直流电压，采用SW2263芯片控制的隔离反激式电源，如图2所示，交流220 V市电输入，经过整流桥后，得到接近300 V的直流非隔离电压，由SW2263产生的脉宽可调方波控制MOSFET的开启与关断［3］，使得变压器的原边线圈不断地储能，当MOSFET关断后，再通过变压器的副边线圈将储存的能量释放，以TL431所稳的2.5 V为参考电压通过光耦反馈到SW2263的第2管脚，不断调整SW2263方波脉宽，使得副边上产生的电压经过快恢复二极管整流后得到所需的+25 V直流电压。

2.2 开关电源并联电路

图2 AC—DC电源电路

本系统工作电压为AC-DC电路提供的+25 V直流电压，而两路PWM脉宽由STC12C5204AD单片机提供，频率为24 kHz。由于输入电压为+25 V，因为单片机输出的PWM无法直接控制SFR9034开关管的导通与截止，采用两路9014三极管做驱动，能轻松控制两路SFR9034开关管的导通与截止。由于两个开关电源并联使用，有时输出电流过大以及防止电流倒灌或停止工作，故在输出端分别接了大电流肖特基二极管IN5822，电路如图3所示。

图3 开关电源并联电路

4 系统的软件设计

本系统是通过单片机对两个开关电源模块的PWM分别控制，并根据反馈回来的比例参数进一步调整两个电源模块的电流。最终使得反馈回的电流比例与所设定的比例相等。调整过程为单片机上电后，先稳定输出一个8 V的电压，维持几十毫秒，接着通过AD端采样并计算得到当前流过负载的总电流，并且得到两路电源流经负载的电流比值;将此比值同设定比例比较，如不等则调整两个电源模块是否与最终各电源模块输出的电流比例与预设比例相等，程序主流程图如图4所示。

图4 程序主流程图

5 测试结果

测试结果如下:

1)调整负载电阻至额定输出功率工作状态时，输出电压为7.96 V，效率能达到73.4%。

2)调整负载电阻，使2个模块输出电流之和为1.0 A，1.5 A和4.0 A时，测试数据如表1所示。

表1 不同总电流情况下的电流分配

3)调整负载电阻，使负载电流IO在1.5～3.5 A之间变化时(测试点为2 A)，测试设定电流比例与实测电流比例之间的关系，测试数据如表2所示。

表2 设定电流比例与实测电流比的关系

6 结束语

根据上述测试数据，由此可以得出以下结论:

1)系统的整个调节过程中输出电压始终是8 V，效率达到75%以上;

2)在总电流分别为1 A或4 A时，电流分配比始终为1∶1，误差小于2%，1.5 A时电流分配为1∶2;

3)在总负载电流为1.5～3.5 A之间变化时，通过键盘给定指定比例，测试结果显示两者电流之比呈递增关系，存在细微误差。

目前产品正在试用阶段，在通过相关部门检测后，有望规模量产。

［1］甘德成，谭海龙，冯力方，等.开关电源模块并联供电系统［J］.宜宾学院学报，2011(12):40-43.

［2］黄靖.基于模糊PID控制的开关电源并联供电系统设计［J］.河南城建学院学，2011(6):39-42

［3］刘军，徐法义，马波.基于SG3526的开关电源控制电路分析与改进［J］.电视技术，2006，30(4):65-67.