開關電源模塊并聯供電系統設計

摘要：本系統以C8051F340單片機為控制核心，通過對輸出電壓和電流采樣計算，改變單片機PWM占空比輸出，控制MOS管的通斷，實現了兩個額定輸出功率均為16W的8V DC/DC模塊并聯供電。經測試，該供電系統供電效率為70.57%;調整負載電阻，兩個模塊的輸出電流I1、I2之和為4 A范圍內實現I1、I2按1:1和1:2模式自動分配電流，其相對誤差絕對值不大于2%;具有負載短路保護功能，保護閾值電流為4.5A.

　　近一些年來，隨著微電子技術和工藝、磁性材料科學以及燒結加工工藝與其它邊沿技術科學的不斷改進和快速發展，開關穩壓技術也得到了突破性進展。目前，多模塊并聯供電電源代替單一集中式電源供電已經成為電源系統發展的一個重要方向。并聯分布式電源具有可并聯式擴展、電源模塊的功率密度高，體積、重量小等優點，但同時也存在著由于電源模塊直接并聯而引起一臺或多臺模塊運行在電流極限值狀態的問題。目前，均流控制是實現大功率電源和冗余電源的關鍵技術。文中設計并制作了一個光伏并網發電模擬裝置，實現了雙開關電源模塊并聯供電，提高了系統供電效率，且實現了電流自動分配。

　　1 設計任務

　　設計并制作一個由兩個額定輸出功率均為16 W的8 VDC/DC模塊構成的并聯供電系統，其結構框圖如圖1所示。要求調整負載電阻，保持輸出電壓UO=8.0+0.4V，使兩個模塊輸出電流之和IO=1.0A且按I1:I2=1:1和I1:I2=1:2兩種模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于5%;使兩個模塊輸出電流之和IO=4.0A且按I1:I2=1:1模式自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于2%;額定輸出功率工作狀態下，供電系統的效率不低于60%;要求系統具有負載短路保護及自動恢復功能，保護閾值電流為4.5A。

　　圖1 關聯供電系統框圖

　　2 系統總體方案設計

　　并聯供電系統主要由控制器模塊、DC/DC變換穩壓模塊、電流檢測模塊以及輸出電壓采樣模塊等組成，系統總體硬件框圖如圖2所示。在系統中，DC/DC變換穩壓模塊采用選擇非隔離方式的降壓斬波電路；電流檢測模塊通過采樣康銅絲上的電壓推算出電流值；C8051F340單片機輸出PWM波調整DC/DC模塊的輸出，控制輸出電流。

　　圖2 系統硬件框圖

　　3 DC/DC變換穩壓電路設計

　　DC-DC變換有隔離和非隔離兩種。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會造成效率的降低，而本題沒有要求輸入輸出隔離，所以選擇非隔離方式。本系統采用降壓斬波電路（Buck Chopper）。降壓斬波電路的原理圖如圖3所示。采用單片機根據采樣到的反饋電壓程控改變其產生的PWM波占空比，通過三極管組成的推挽電路驅動，控制P溝道IRF4905開關的導通與截止，使輸出電壓或電流穩定在設定值。

　　圖3 DC-DC變換穩壓電路圖