并聯(lián)供電均流系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄒 魯

（曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 山東 日照 276826）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，多個(gè)DC/DC模塊并聯(lián)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電源模塊并聯(lián)技術(shù)的研究也日益增多。在并聯(lián)系統(tǒng)中必須引入均流控制來(lái)保證電流的均勻分配，均流技術(shù)已經(jīng)成為電源并聯(lián)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 設(shè)計(jì)方案的確定

1.1 DC模塊的選擇

TD1583是380 kHz固定頻率單片降壓開(kāi)關(guān)模式穩(wěn)壓器，具有內(nèi)部功率MOSFET內(nèi)置。它達(dá)到3A的連續(xù)輸出電流超過(guò)寬輸入供電電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)異的負(fù)載和行規(guī)。該器件包括一個(gè)參考電壓，振蕩電路，誤差放大器，內(nèi)部PMOS等。PWM控制電路能夠調(diào)整線性地從0到100%的占空比。

1.2 輸出電流均流實(shí)現(xiàn)方案

UCC29002采用一個(gè)高增益、高精度的放大器，能檢測(cè)到外面的輸入的微小的電壓變化量，放大倍數(shù)的大小可以通過(guò)改變外電路的參數(shù)獲得。UCC29002中的電流檢測(cè)放大器的輸入偏置電壓極低，使得它可以精確的檢測(cè)到一個(gè)阻值很小的電流采樣電阻上的微小電流變化量。而且，它的共模范圍介于接地電壓和 UCC29002供電電壓之間。因此，電流感應(yīng)電阻可置于接地回路或電源的正輸出線中，其均流精度最佳可達(dá)到1%。

1.3 單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)方案

使用低功耗單片機(jī)MSP430實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流。因?yàn)閁CC29002的8腳電壓與系統(tǒng)的輸出電流成正相關(guān)，我們用MSP430片內(nèi)12位ADC定時(shí)采樣該電壓。并把它與預(yù)先設(shè)定的電壓比較來(lái)判斷過(guò)流。當(dāng)連續(xù)兩次檢測(cè)到電流過(guò)大時(shí)，關(guān)斷TPS5430使系統(tǒng)不輸出電壓，6秒延時(shí)后使能TPS5430,并繼續(xù)檢測(cè)電流。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，TPS5430關(guān)斷后，不論負(fù)載電阻如何變化甚至輸出短路，系統(tǒng)輸出電流均為零。由于采用了極低功耗的MSP430單片機(jī)，該方案的實(shí)際功耗僅67mW。

1.4 供電系統(tǒng)

（1）橋式整流電路的工作原理如圖1：e2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3 和方向電壓，Dl，D3 導(dǎo)通；對(duì) D2、D4 加反向電壓，D2、D4 截止。 電路中構(gòu)成 e2、Dl、Rfz、D3 通電回路，在 Rfz，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4 導(dǎo)通；對(duì) D1、D3 加反向電壓，D1、D3 截止。 電路中構(gòu)成e2、D2、Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。

圖1 橋式整流電路的工作原理

如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整洗電路小一半！

圖2 系統(tǒng)整體框圖

（2）市電先經(jīng)過(guò)橋式電路整流然后再經(jīng)過(guò)電容濾波輸出直流電。

1.5 系統(tǒng)整體框圖

經(jīng)設(shè)計(jì)分析，系統(tǒng)整體如圖2所示。

2 硬件原理分析及設(shè)計(jì)

2.1 TD1583DC/DC模塊的設(shè)計(jì)

TD1583外部電路如圖3。引腳VI是輸入電源集成電路開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器—適當(dāng)?shù)妮斎肱月冯娙荼仨氃诖艘_前，以盡量減少電壓的瞬態(tài)和電源開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器所需的電流。EN允許將開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路關(guān)機(jī)的邏輯電平信號(hào)與反饋信號(hào)成一定比例變化，從而可調(diào)節(jié)下降總輸入電源電流約30uA。可拉該引腳電壓低于閾值約1.3V穩(wěn)壓，也可調(diào)節(jié)該引腳電壓在1.3V以上（最多以12V），關(guān)上穩(wěn)壓器。

圖3 TD1583外部圖

圖4 UCC29002外部圖

2.2 UCC29002均流模塊電路設(shè)計(jì)

芯片采用高增益、高精度的放大器電流檢測(cè)低值電阻兩端的電壓。芯片電流讀出放大器超低的輸入補(bǔ)償電壓使得對(duì)通過(guò)低值電阻的電流信息的檢測(cè)更加適宜。為防止錯(cuò)誤的輸出調(diào)整信號(hào)，在誤差放大器的反向輸入端加一個(gè)比同向輸入端高25mV的固定偏置，當(dāng)連輸入端輸入相等時(shí)不會(huì)做出調(diào)整。當(dāng)芯片不能正常工作時(shí)調(diào)整放大器的同向輸入端將被下拉到地，防止該單元被錯(cuò)誤調(diào)整。如圖4為UCC29002的外部電路。

3 軟件流程

圖5 系統(tǒng)軟件流程

4 結(jié)果及誤差分析

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，電路系統(tǒng)基本符合要求，我們的均流偏差在0.5%以?xún)?nèi)，效率在80%左右。測(cè)試表明設(shè)計(jì)制作的直流均流源其基本功能和指標(biāo)，都比較滿(mǎn)意，而且在許多指標(biāo)、功能、操作方式上有很大發(fā)揮空間。

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