DC-DC电源模块的并联供电技术分析

刘宾

摘要：随着科技快速发展，开关电源应用越来越广泛，目前采用单一集中式电源供电较多，多种输出参数难以满足要求。因此，DC-DC开关电源并联供电系统应运而生，其实现了两个开光电源的并联供电，按照一定比例自动分配电流。设计采用单片机来完成采集模块和电流工作，在通過控制模块电流，来实现主从模块按比例输出电流供给负载。DC-DC主从模板是由开关电源控制芯片为中心，完成PWM产生工作，BUGK拓扑结构和反馈电阻构成，这个系统实现了自动调节和手动调节比例的并联稳压供电，最大输出功率能达到4A-8V直流。本文提出了一种 DC-DC 开关电源模块并联供电系统技术方案。两路 DC-DC 变化器采用BUCK 结构，MOS 管代替二极管续流，采样模块实时监测输出电压电流，PID 算法、闭环控制实现均流，该方案具有体积小、供电效率高、抗干扰能力强等优点，可实现电源可持续应用需求。

关键词：DC-DC;同步整流;BUCK结构;续流;均流技术

一、前言

近年来，我国已逐渐意识到开关电源并联技术对电源的重要性，并已普及到各大行业当中。同时，在建设并联开关电源模板过程当中，通常是使用均流方式，这时提高电源系统功率的关键点，为了确保模板间热应力和电流应力能均匀分配，避免出现多台模块或一台模块运行时出现电流极限值状态，设计人员一般会采用均流技术设计电路，这同样是目前电力设计的问题。

二、设计思路

该系统主要有以下几个功能：第一，调整负载电压和额定输出功率工作情况，将供电系统直流输出电压控制在U0=（8.0±0.4） V;第二，确保在额定输出功率工作环境下，供电系统效率要高于60%;第三，控制负载电阻，确保其输出电阻一直保持在U0=（8.0±0.4） V，让两个模块输出电流总和在0=1.0 A，并且严格按照 I 1∶I 2=1∶1 模式来自主分配电流，同时确保其输出电流的相对误差不能大于5%;第四，完成输出电流过流保护作用;第五，调整负载电压，让其稳定在规定范围内，昂两个模块输出电流和，要符合其他数据和分配比例。

三、系统方案整体结构

该系统方案主要是以两个BUCK变换器作为基础，以采样电路、主控电路、DC-DC降压式电路、PWM模块、驱动电路等部分为载体构成。主控芯片是通过合理利用电压电流数据来控制输出PWA波的占空比，从而有效控制开关频率，使用闭环控制电压电流，能提高电流电压的稳定性和安全性。系统方案结构图如图1所示。

四、各模块的设计与实现

1、DC-DC模块

在DC-DC模块系统方案当中，将两个性质相同的BUCK拓扑结构为核心，其主要目的是为了让电感维持在电流状况，放置对电路闭环时，给电流和电压造成振荡问题。同时为了有效降低电路消耗，本次研究方案是采用导电系数较高的开关IRF3205，其导电系数不超过8毫欧，耐压值控制在55V左右，额定电流则一直保持在110A。以下公式是BUCK电流滤波电感计算。

为了有效提高输出电流稳定性和连续性，本设计将L1值定义在800uh。为了防止电感出现饱和情况，并且能提升电感储存功能，本次设计选择了表面直径为4.8cm的铁粉磁环绕制电感。由于电流值会提高到2-3A，为了极大降低电感线圈的发热消耗，则是使用2股直径为0.64mm漆包线缠绕。

2、MOS管驱动电路设计

从图3内容不难看出，MOS管理驱动电路合理利用了波形互补的可编程芯片，而PWM波形将2脚作为初始点，再通过LO和HO两条输出两路来控制两个MOS管理启动和关闭工作。C1/C2和D5作为自举电容核自举二级管，将两者连接起来，能具有电流配合的作用，可实现电压自举的效果，能提高VS电位，让整个PWM输出更加持续和稳定，而二极管则是为了避免电流倒灌的作用[1]。

3、电流采样电路

电路采样电路一般会选择高边电流采样方案，而按照高边电流采样基本要求，放大器必须要具有高共模抑制比和大动态输入范围。针对这一情，IT公司对专门使用了高边电流采样芯片，型号为INA282;采样电阻则选择具有温度系数小、精确可控、耐高温特征的康铜丝电阻（如图4所示）。

在正常情况下，INA282增益效果值为50，而采样电阻阻值以RS为标准值，所测出来的反馈电压为。

4、过流保护电路

过流保护主要由保护电路、电流采样电阻、运算放大电路几个环节构成，通过运算放大电阻来控制采样电阻两侧电压，可间接了解到对电阻两端电流，再使用LM358比较器，设置合理电流值，当电路电流值超过设定值时，整个电路供电会随即断开，确保电路的安全性和稳定性[3]。

五、均流技术-PID算法

使用才采样DC-DC模板1的输出电流，来合理控制DC-DC模式的开光波，让整个模块电流和电压一直保持在设定值;利用负载两侧电压，能有效控制DC-DC模块2的开关波，同时将负载两侧电压值定义为V0。当负载电阻持续在一定值性，这时负载电压和输出总电流处于稳定状态，又因为DC-DC模块1输出电流同样稳定，可判断出DC-DC模块2输出电压和电流非常稳定。[4]。

总结

综上所述，本文研究了DC-DC开关电源模块并联供电系统，提出了相关的技术方案。这种设计方案是以多模块并联操作为基础，能合理解决市场集中式电源单一问题。从目前实际测试数据来看，一般情况下电路供电效率以突破了97.20%，电流分配效果非常好，能有效应用在各个开光电源行业，其具有利用率高、电路结构简单等优势，在未来经济市场当中能具有非常广阔的发展空间。

参考文献：

[1] 成林千，何立群，朱灿焰，等. 三相AC/DC型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究[J]. 电源学报，2021，19（4）：118-128.

[2] 施鸿波，吴新科，郭清. 基于低压器件的高效高功率密度串联谐振DC-DC变换器[J]. 电源学报，2021，19（2）：8-14.

[3] 何世磊，赵艳，徐鹤，等. 一种基于SMT32单片机控制的DC-DC电源模块输入短路保护自恢复电路[J]. 中国科技信息，2020（1）：63-64.

[4] XP Power推出新款高压DC-DC电源模块，适合科研和半导体应用[J]. 电子质量，2020（1）：47.