一種新型開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的設(shè)計

蔡成煒，周步新，卜樹坡

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信系，江蘇 蘇州 215104)

目前，電視臺的很多設(shè)備中都有大容量高頻開關(guān)直流電源，這些直流電源對設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性起著決定性的作用，多模塊并聯(lián)運(yùn)行的分布式電源代替單一集中式電源供電已經(jīng)成為一種趨勢［1］，它能提高電源模塊的功率密度、提高系統(tǒng)的靈活性，使電源系統(tǒng)的各個模塊的功率半導(dǎo)體器件的電流應(yīng)力減少，重量和體積下降，從而提高了系統(tǒng)的可靠性［2］。筆者針對電視發(fā)射機(jī)中高頻開關(guān)直流電源部分加以設(shè)計，設(shè)計要求如下:任意調(diào)整負(fù)載電阻，保持輸出電壓為UO=(8.0±0.4)V，系統(tǒng)可以在最大4 A的電流情況下穩(wěn)定運(yùn)行，且效率高于60%;任意調(diào)整負(fù)載電阻，可以按照設(shè)定自動分配電流，每個模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于2%;具有負(fù)載短路保護(hù)及自動恢復(fù)功能，保護(hù)閾值電流為4.5 A。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

系統(tǒng)整體設(shè)計主要包括兩路單片機(jī)PWM可控的DCDC電源設(shè)計和利用單片機(jī)自帶的AD反饋?zhàn)瞿：刂?，進(jìn)行兩路并聯(lián)電源的電流分配設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件主要分成兩個部分，AC—DC系統(tǒng)電源供電電路和STC12C5204AD單片機(jī)控制的兩路開關(guān)電源并聯(lián)電路組成。

2.1 AC—DC電源電路

系統(tǒng)供電需要一個+25 V的直流電壓，采用SW2263芯片控制的隔離反激式電源，如圖2所示，交流220 V市電輸入，經(jīng)過整流橋后，得到接近300 V的直流非隔離電壓，由SW2263產(chǎn)生的脈寬可調(diào)方波控制MOSFET的開啟與關(guān)斷［3］，使得變壓器的原邊線圈不斷地儲能，當(dāng)MOSFET關(guān)斷后，再通過變壓器的副邊線圈將儲存的能量釋放，以TL431所穩(wěn)的2.5 V為參考電壓通過光耦反饋到SW2263的第2管腳，不斷調(diào)整SW2263方波脈寬，使得副邊上產(chǎn)生的電壓經(jīng)過快恢復(fù)二極管整流后得到所需的+25 V直流電壓。

2.2 開關(guān)電源并聯(lián)電路

圖2 AC—DC電源電路

本系統(tǒng)工作電壓為AC-DC電路提供的+25 V直流電壓，而兩路PWM脈寬由STC12C5204AD單片機(jī)提供，頻率為24 kHz。由于輸入電壓為+25 V，因為單片機(jī)輸出的PWM無法直接控制SFR9034開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，采用兩路9014三極管做驅(qū)動，能輕松控制兩路SFR9034開關(guān)管的導(dǎo)通與截止。由于兩個開關(guān)電源并聯(lián)使用，有時輸出電流過大以及防止電流倒灌或停止工作，故在輸出端分別接了大電流肖特基二極管IN5822，電路如圖3所示。

圖3 開關(guān)電源并聯(lián)電路

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)是通過單片機(jī)對兩個開關(guān)電源模塊的PWM分別控制，并根據(jù)反饋回來的比例參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整兩個電源模塊的電流。最終使得反饋回的電流比例與所設(shè)定的比例相等。調(diào)整過程為單片機(jī)上電后，先穩(wěn)定輸出一個8 V的電壓，維持幾十毫秒，接著通過AD端采樣并計算得到當(dāng)前流過負(fù)載的總電流，并且得到兩路電源流經(jīng)負(fù)載的電流比值;將此比值同設(shè)定比例比較，如不等則調(diào)整兩個電源模塊是否與最終各電源模塊輸出的電流比例與預(yù)設(shè)比例相等，程序主流程圖如圖4所示。

圖4 程序主流程圖

5 測試結(jié)果

測試結(jié)果如下:

1)調(diào)整負(fù)載電阻至額定輸出功率工作狀態(tài)時，輸出電壓為7.96 V，效率能達(dá)到73.4%。

2)調(diào)整負(fù)載電阻，使2個模塊輸出電流之和為1.0 A，1.5 A和4.0 A時，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同總電流情況下的電流分配

3)調(diào)整負(fù)載電阻，使負(fù)載電流IO在1.5～3.5 A之間變化時(測試點(diǎn)為2 A)，測試設(shè)定電流比例與實(shí)測電流比例之間的關(guān)系，測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 設(shè)定電流比例與實(shí)測電流比的關(guān)系

6 結(jié)束語

根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，由此可以得出以下結(jié)論:

1)系統(tǒng)的整個調(diào)節(jié)過程中輸出電壓始終是8 V，效率達(dá)到75%以上;

2)在總電流分別為1 A或4 A時，電流分配比始終為1∶1，誤差小于2%，1.5 A時電流分配為1∶2;

3)在總負(fù)載電流為1.5～3.5 A之間變化時，通過鍵盤給定指定比例，測試結(jié)果顯示兩者電流之比呈遞增關(guān)系，存在細(xì)微誤差。

目前產(chǎn)品正在試用階段，在通過相關(guān)部門檢測后，有望規(guī)模量產(chǎn)。

［1］甘德成，譚海龍，馮力方，等.開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)［J］.宜賓學(xué)院學(xué)報，2011(12):40-43.

［2］黃靖.基于模糊PID控制的開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計［J］.河南城建學(xué)院學(xué)，2011(6):39-42

［3］劉軍，徐法義，馬波.基于SG3526的開關(guān)電源控制電路分析與改進(jìn)［J］.電視技術(shù)，2006，30(4):65-67.