开关电源并联供电系统装置

徐　晓



开关电源并联供电系统装置

徐晓

(湖南科技学院电子与信息工程学院，湖南永州425199）

制作一个16W的8V DC/DC 模块构成的并联供电装置，使用了单端反击式和电气隔离技术以及自主均流法，用UC3845产生PWM控制DC-DC模块的电流输出，并通过使用高共模抑制比低温漂的直流放大器OP07构成深度负反馈的放大器，实现自主分流，使其各项性能指标得到显著提高。用单片机实现电流模式的切换和电流电压的显示。经测试，整个装置供电效率达到85%。

UC3845；PWM；高共模抑制比；OP07；自主均流

随着电子技术快速发展，各种电子设备对供电电源的功率转化效率越来越高，电流也由原来的小电流变化为大电流[1]。当今时代，单一开关电源供电的各项指标已经不能满足要求。而开关电源并联供电具有扩展性、通用性、功率转化效率和性价比高的优点，可以解决单一电源本文设计并制作了一个16W的8V DC/DC 模块构成的并联供电系统装置，实现了双开关电源模块并联供电，通过自主均流控制实现大功率电源和冗余电源的技术。提高了系统供电效率，并较好的实现了电流自动分配。

1　任　务

设计并制作一个输出为8V DC/DC 模块构成的能同时提供两个输出功率均为16W的并联供电装置。

图1.两个DC/DC 模块并联供电装置电路图

2　总体设计方案

2.1设计思路

设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC 模块构成的并联供电系统，设计分DC-DC变换模块和电流分配两大模块，DC-DC变换模块采用单端反击式和电流控制型脉宽技术，通过接反馈电流来调节脉宽，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器的输出信号进行比较，从而调节占空比是输出的电感峰峰值电流跟随误差电压变化而变化[2]。电路分配模块采用自主均流法，以输出电流最大的模块为主模块，另一个为从模块，从模块从均流母线上的电流信号作为本模块的电流基准，跟踪基准信号，达到跟主模块均流的目的，从而实现电流的分配要求。为了尽量降低波形失真和震荡影响，必须采用反馈自动调节。

2.2系统组成

系统结构方框图如图2所示

图2.系统结构方框图

2.2.1DC-DC模块电路的设计

单端反激电路如图3，将变压器原边地与副边地短接，输入输出共地，可以方便信号取样，输入输出关系见式（1）而且该方案成本低，电路简单，可以防止电流倒灌，在较大的输入电压时都能正常工作，效率可以做到85%以上。

图3.单端反激电路原理图

2.2.2开关电源并联装置的均流设计

本文开关电源并联装置的均流，是以输出电流大小来划分主次模块的。在两个并联模块中，通过电流的大小自动排序，电流大的成为主模块，它的优点是有较好的均流效果，响应快并且稳定性好，并且外围驱动电路设计和制作比较容易，制作可做成热插拔式，很好的实现了冗余技术。

图4.自主均流原理框图

2.2.3控制模块的设计

采用STC89C52单片机进行控制，能够实现对外围电路的智能控制，本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成模式切换以及显示输出功能。采用AT89C51进行控制输入输出比较容易，I/O接口已经可以满足所需要求。

3　系统的具体设计与实现

DC-DC变换器采用UC3845驱动场效应管IRF540，按驱动信号PWM波交替导通，输出所需要的电流。UC3845可作为DC-DC变换器的控制器，它外部驱动电路元件很少，因此性价比非常高。只要微调振荡器、就能实现占空比控制和温度补偿，达到电流取样比较器有较大电流输出，满足并联开关供给大电流的要求。

4　系统的软件设计

负载获得电压UO=8±0.2 V上是通过次模块采样控制电压的反馈来实现。当次模块电流大于2.6A时，发送控制信号给主模块控制器，这时采样电流，将次模块电流稳定在2 A±3%.如果收到主模块的控制信号就返回控制电压的循环[3]。若收到过流信号则关闭PWM输出。此模块的电流控制策略流程图如图5所示。

图5.电流控制策略图

5　装置的测试结果

输出电压Uo=16.0±0.2V

次数Iin/AUIN/Vpin/WR1IoPOη 11.7622.816.22.652.0313.985.4% 21.7722.816.12.62.0213.885.3% 31.7822.815.92.52.0413.785.2%

从表中的数据可知，主次模块的输出电流相对误差的绝对值不大于3%，效率达到85%。

6　结论和误差分析

通过调整负载电阻对设计装置的数据测试，主次模块的输出电流之和为4 A范围内很好的实现了自动分配两种不同比例的电流，它们相对误差绝对值不大于3%。实现负载过流保护功能[4]。由于电路中各种器件在一定的工作电压下都有压降，产生一定的损耗，所以输入的功率不等于输出的功率，系统供电效率只能达到η≥85%，但随着智能控制技术的发展，可以在本装置的基础上结合模控制技术，增加电感线径减小电感阻值和提高采样电阻精度进一步提高系统转化效率。

[1]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2006.12.

[2]孔鹏鹏,秦逸平.智能逆变器的设计[J].科技致富向导,2013,(11):25-27.

[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出国版社,2009.

[4]姜晟,孙道宗,黄明星.基于C8051F340的开关电源模块并联供电系[J].电子设计工程,2012,(4):20.

（责任编校：宫彦军）

2015－04－28

湖南永州科技局项目[编号永科2012（9）]。

徐晓（1974－），男，湖南岳阳，副教授，主要研究方向为测控技术。

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1673-2219（2015）10-0031-02