基于開關電源的多電源并聯控制系統設計

　　摘要：本文研制一個基于開關電源的多電源的并聯控制系統設計方案，采用UC3825和UC3907作為系統和均流控制系統的核心芯片，同時采用移相式全橋變換器的拓撲結構作為逆變電路，實驗仿真結果表明它基本達到設計要求，具有輸出電壓可調、輸出電流大、紋波小等特點。

　　引言

　　傳統的線性穩壓電源^[1-3]具有穩定性能好、輸出電壓紋波小、使用可靠等優點，但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調整管工作在線性放大狀態，為了保證輸出電壓穩定，其集電極與發射極之間必須承受較大的電壓差，導致調整管的功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于調整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現代電子設備發展的需要。開關電源是一種采用開關方式控制的直流穩壓電源，通過控制開關的占空比來調整輸出電壓。它以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源形式。

　　方案設計

　　本設計基本要求：實時監控電源的輸出電壓和輸出電流。通過 RS485通信接口與上位機監控系統通信，上位機可實時監控電源的工作狀態和各種參數。具有輸出過壓、過流以及過熱等多種檢測和保護電路，帶有告警指示燈可以在線設置和修正電源的參數和運行狀態。具有自動均流功能，可以實現系統的任意擴展，滿足現場實際需要。指標要求采用大功率電源設計，輸出電源0~100伏，輸出電流10A采用4組并聯，最大輸出電流40A 各組電流不平衡誤差小于5%。

　　設計主要分為三個主要部分：主電路部分、控制電路部分和監控電路部分。其中主電路部分包括：輸入回路、功率開關橋、輸出回路三部分。輸入回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動成分的直流電，然后通過電容使得脈動直流電變為較平滑的直流電。功率開關橋將濾波得到的直流電變換為高頻的方波電壓，通過高頻變壓器傳送到輸出側。最后，由輸出回路將高頻方波電壓濾波成為所需要的直流電壓或電流，主回路進行正常的功率變換所需的觸發脈沖由控制電路提供。

　　在本系統中采用四路電源并聯，由于每個模塊的結構相同，故在下面框圖中，只畫出來了一個模塊。其余三個模塊跟下圖中的模塊并聯，并同時受監控電路控制。在本設計中，UC3825作為控制電路的核心，產生PWM波以控制主電路的電壓輸出。UC3907芯片作為均流控制系統的核心，用于保障四個模塊的輸出電流保持在穩定狀態，使系統處于最佳的狀態。我們采用STC80S52單片機作為監控電路的核心，單片機的任務是采集每一個模塊的輸入電壓和輸出電壓、電流，并將其數據通過通信接口電路上傳給上位機，相反，上位機同樣可以通過此電路設置系統的輸出參數。系統一個模塊的示意圖如圖1所示。

　　均流控制系統設計

　　大功率電源系統需要采用若干臺開關電源并聯，以滿足負載功率的要求，并聯系統中，每個變換器只處理較小的功率，降低了應力，提高了系統的可靠性。由于大功率負載需求和分布式電源系統的發展，開關電源并聯技術的重要性日益增加。但是并聯的開關變換器模塊間需要采用均流措施，它是實現大功率電源系統的關鍵。用以保證模塊間電流應力和熱應力的均勻分配，防止一臺或多臺模塊運行在電流極限(限流)狀態。在本設計中，采用基于最大值電流自動均流法的集成芯片UC3907作為均流控制系統的核心。