《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于單片機(jī)的電流比任意可調(diào)并聯(lián)電源設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第5期
盧付偉1， 張安堂1， 朱永水1， 閆 明2
1. 空軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈學(xué)院，陜西 三原713800； 2. 中國建筑西北設(shè)計研究院有限公司 電氣所，陜西 西安710018
摘要： 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)中往往存在兩個并聯(lián)電源性能參數(shù)不同甚至差異較大的情況，因此不能采用傳統(tǒng)的并聯(lián)均流方案來平均分?jǐn)傠娏?，這就需要按各個電源模塊的輸出能力分擔(dān)輸出功率?；谶@種靈活性的需要，本設(shè)計在采用主從設(shè)置法設(shè)計并聯(lián)均流開關(guān)電源的基礎(chǔ)上新增加了單片機(jī)控制模塊，實(shí)現(xiàn)了分流比可任意調(diào)節(jié)、各模塊電流可實(shí)時監(jiān)控的半智能化并聯(lián)開關(guān)電源系統(tǒng)。實(shí)測結(jié)果表明，該并聯(lián)開關(guān)電源系統(tǒng)分流比設(shè)置誤差小于0.5%，具有總過流和單路過流保護(hù)功能。
中圖分類號： TM46
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2012)05-0062-03
Design and implementation of parallel power supply microcontroller-based and current ratio adjustable
Lu Fuwei1， Zhang Antang1, Zhu Yongshui1，Yan Ming2
1. The Missile Institute of Air Force Engineering University, Sanyuan 713800，China; 2. Electronic Institute, China CSCEC Design Group Co., Ltd., Xi′an 710018, China
Abstract： In the switching power supply, there are two parallel systems often parallel power performance parameters of different and even a huge difference, so it is not the traditional program in parallel to average current-curent sharing. This requires sharing output power according to the ability of each power module. Based on this after the sexual needs, the design method in the master-slave settings are designed parallel current switching power supply based on the new single-chip control module added to achieve a split ratio can be adjusted, the current of each module can be semi-intelligent real-time monitoring of parallel switching power supply system. Experimental results show that the parallel switching power supply system can set the split ratio error less than 0.5%, with a total over-current and single over-current protection.
Key words : single chip processor; parallel shunt switching; power supply; master-slave setting method

    為了滿足大負(fù)載功率的要求，電源系統(tǒng)往往需要用若干臺開關(guān)電源并聯(lián)[1]供電。而且在實(shí)際應(yīng)用中，常常存在兩個并聯(lián)電源功率不同、不能平均分?jǐn)傠娏鞯那闆r，這就要求功率高的電源模塊分擔(dān)更大的電流的情況。因此有必要采取一種有效的分流控制方案，以保證整個電源系統(tǒng)的輸出電流按各個單元模塊的輸出能力分擔(dān)，這樣既能充分發(fā)揮單元電源模塊的輸出能力，又能保證每個單元電源的工作可靠性[2]?；陟`活性需求，將單片機(jī)運(yùn)用于開關(guān)電源并聯(lián)分流控制就顯得十分必要。本文在并聯(lián)電源系統(tǒng)主從設(shè)置法均流技術(shù)[3-6]的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于單片機(jī)的半智能型并聯(lián)電源系統(tǒng)，其中的單片機(jī)模塊可以實(shí)時監(jiān)控各模塊的分流情況，并通過人機(jī)對話端口實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)電源系統(tǒng)分流比的任意可調(diào)，極大地拓寬了并聯(lián)分流開關(guān)電源系統(tǒng)的應(yīng)用場合。

1 系統(tǒng)設(shè)計
    系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示。本設(shè)計采用主、從工作方式，分別對電壓大小和電流比例進(jìn)行控制，并進(jìn)行精確跟蹤。其中，主通道對電源輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制；從通道保證電流輸出比例與系統(tǒng)設(shè)定值一致；單片機(jī)模塊與顯示及輸入控制端口則實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的半智能化，即分流比可調(diào)、各模塊電流可實(shí)時監(jiān)控。通過顯示及輸入控制端口輸入比例數(shù)據(jù)，由單片機(jī)產(chǎn)生電流比例調(diào)整信號控制從通道電流反饋控制電路，從而調(diào)整兩路PWM信號使兩個DC/DC模塊輸出相應(yīng)的電流值。主通道電壓反饋控制電路通過對輸出電壓采樣實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)壓，單片機(jī)模塊通過對系統(tǒng)總電流取樣實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)總電流的監(jiān)控，在總電流超出設(shè)定范圍時及時啟動過流保護(hù)電路。
1.1 主通道模塊設(shè)計
    主通道模塊設(shè)計如圖2所示。主要由電壓取樣、比較放大、PWM調(diào)制、驅(qū)動及輸出電路、低通濾波等環(huán)節(jié)組成。主通道通過電阻分壓取樣，將負(fù)載樣品電壓與控制系統(tǒng)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓UR進(jìn)行比較，得到PWM調(diào)制誤差信號，該信號與標(biāo)準(zhǔn)三角波信號進(jìn)行比較，形成具有一定占空比的PWM調(diào)制信號,該信號經(jīng)180°裂相后，構(gòu)成一對PWM信號送入驅(qū)動電路來驅(qū)動半橋輸出級電路。然后通過低通濾波后，輸出電壓幅度穩(wěn)定的直流電壓。
1.2 從通道模塊設(shè)計
　    從通道模塊設(shè)計如圖3所示。為了控制主從通道的電流輸出比例，通過霍爾電流傳感器對主、從通道輸出電流進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流樣本電壓UI1、UI2。UI3與從單片機(jī)系統(tǒng)送來的主/從通道電流比例調(diào)整電壓Uk相乘，對從通道電流進(jìn)行比例控制，并與主通道電流樣品電壓UI1進(jìn)行比較放大后，送PWM控制系統(tǒng)。

    主、從通道的驅(qū)動及功率輸出部分電路結(jié)構(gòu)完全相同，主通道用來穩(wěn)定負(fù)載電壓，而主/從通道電流輸出比例由從通道控制，從而簡化了反饋環(huán)路結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)環(huán)路控制穩(wěn)定，電壓和電流都具有很高的調(diào)整率，控制精度均很高。
1.3 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計
    單片機(jī)系統(tǒng)主要用于顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)及重點(diǎn)參數(shù)信息，響應(yīng)用戶操控指令。其流程圖如圖4所示。
    首先，單片機(jī)系統(tǒng)對系統(tǒng)的總電流進(jìn)行取樣分析，判斷是否滿足“主從電流之和低于4.5 A”，若不滿足,則再判斷其是否滿足“主從電流之和是否小于6 A”，滿足則將強(qiáng)行按照1:1的分流比輸出，避免單路輸出功率過大而損壞電源，否則過流保護(hù)，自動關(guān)斷驅(qū)動電路。若滿足“主從電流之和低于4.5 A”，則讀取人機(jī)交換平臺輸入的輸出電流比，系統(tǒng)對該電流比進(jìn)行分析，判斷其是否滿足“主從電流均在0.4 A~3 A之間”，若滿足，則系統(tǒng)將按照指定分流比輸出；不滿足，系統(tǒng)將強(qiáng)行按照1:1的分流比輸出。其次，基于單片機(jī)的這種分流比控制不但可以實(shí)時監(jiān)控保護(hù)電源系統(tǒng)，而且，其“4.5 A”和“0.4 A~3 A”的條件也可以根據(jù)實(shí)際情況具體設(shè)定，具有很大的靈活性，這是傳統(tǒng)的并聯(lián)均流開關(guān)電源系統(tǒng)所不具備的。
1.4 過流保護(hù)電路設(shè)計
    過流保護(hù)電路是由單片機(jī)進(jìn)行檢測控制。當(dāng)兩路電流之和大于設(shè)定的限流值（默認(rèn)值6 A，可獨(dú)立設(shè)置）時，控制程序自動關(guān)斷驅(qū)動電路，經(jīng)一定的時間延遲后，自動恢復(fù)電流檢測控制。另外，根據(jù)本設(shè)計性能指標(biāo)，用戶可任意設(shè)定主從電流比例，但當(dāng)比例設(shè)定不合適或負(fù)載發(fā)生變化時，存在單路電流超限現(xiàn)象（上限默認(rèn)值3 A、下限默認(rèn)值0.4 A，可獨(dú)立設(shè)置）。為保證超限的電流模塊正常工作，同時又保證并聯(lián)供電系統(tǒng)總功率輸出不變,單片機(jī)在系統(tǒng)總電流輸出門限(默認(rèn)值4.5 A~6 A,可獨(dú)立設(shè)置)范圍內(nèi)，將采用強(qiáng)制1:1輸出模式，主從電流比例重新滿足要求后，自動恢復(fù)。

2 實(shí)驗測試
2.1 分流比設(shè)定及分流誤差測試
    設(shè)定分流比分別為1.5:2.5和2.5:1.5，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻，讀取各電流值，計算分流相對誤差，分流電流相對誤差為：δi=(Ii實(shí)測－Ii理論)/Ii理論。結(jié)果如表1所示。

 

 

    調(diào)節(jié)負(fù)載電阻，使I0穩(wěn)定在4.008 A，調(diào)節(jié)分流比，讀取各分流值，計算分流相對誤差。結(jié)果如表2所示。

2.2 測試結(jié)果分析
    測試結(jié)果表明,在總電流I0>4.5 A且分流輸出I1、 I2在0.4 A~3 A之間時，其分流比可以任意設(shè)定，分流誤差在5 mA內(nèi)，分流相對誤差小于0.5%，具有較高的精度；當(dāng)總電流4.5 A<I0<6 A或分流輸出I1、I2超出0.4 A~3 A的設(shè)定范圍時，分流輸出將按照1:1的分流比執(zhí)行；當(dāng)總電流I0>6 A的上限電流時，系統(tǒng)將關(guān)斷驅(qū)動，經(jīng)一定的時間延遲后再行檢測系統(tǒng)電流值，防止因電流過大而損壞電源，從而達(dá)到了系統(tǒng)的保護(hù)功能。
    本文在并聯(lián)電源系統(tǒng)主從設(shè)置法均流技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于單片機(jī)的半智能型并聯(lián)電源系統(tǒng),其中的單片機(jī)模塊可以實(shí)時監(jiān)控各模塊的分流情況，并通過人機(jī)對話端口實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)電源系統(tǒng)分流比任意可調(diào)，極大地拓寬了并聯(lián)分流開關(guān)電源系統(tǒng)的應(yīng)用場合，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
參考文獻(xiàn)
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