基于開(kāi)關(guān)電源的多電源并聯(lián)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：本文研制一個(gè)基于開(kāi)關(guān)電源的多電源的并聯(lián)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用UC3825和UC3907作為系統(tǒng)和均流控制系統(tǒng)的核心芯片，同時(shí)采用移相式全橋變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為逆變電路，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明它基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。

　　引言

　　傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源^[1-3]具有穩(wěn)定性能好、輸出電壓紋波小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，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(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)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(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的需要。開(kāi)關(guān)電源是一種采用開(kāi)關(guān)方式控制的直流穩(wěn)壓電源，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓。它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源形式。

　　方案設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)基本要求：實(shí)時(shí)監(jiān)控電源的輸出電壓和輸出電流。通過(guò) RS485通信接口與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，上位機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)控電源的工作狀態(tài)和各種參數(shù)。具有輸出過(guò)壓、過(guò)流以及過(guò)熱等多種檢測(cè)和保護(hù)電路，帶有告警指示燈可以在線設(shè)置和修正電源的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。具有自動(dòng)均流功能，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的任意擴(kuò)展，滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。指標(biāo)要求采用大功率電源設(shè)計(jì)，輸出電源0~100伏，輸出電流10A采用4組并聯(lián)，最大輸出電流40A 各組電流不平衡誤差小于5%。

　　設(shè)計(jì)主要分為三個(gè)主要部分：主電路部分、控制電路部分和監(jiān)控電路部分。其中主電路部分包括：輸入回路、功率開(kāi)關(guān)橋、輸出回路三部分。輸入回路將交流電通過(guò)整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過(guò)電容使得脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。功率開(kāi)關(guān)橋?qū)V波得到的直流電變換為高頻的方波電壓，通過(guò)高頻變壓器傳送到輸出側(cè)。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(jìn)行正常的功率變換所需的觸發(fā)脈沖由控制電路提供。

　　在本系統(tǒng)中采用四路電源并聯(lián)，由于每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)相同，故在下面框圖中，只畫(huà)出來(lái)了一個(gè)模塊。其余三個(gè)模塊跟下圖中的模塊并聯(lián)，并同時(shí)受監(jiān)控電路控制。在本設(shè)計(jì)中，UC3825作為控制電路的核心，產(chǎn)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(tǒng)的核心，用于保障四個(gè)模塊的輸出電流保持在穩(wěn)定狀態(tài)，使系統(tǒng)處于最佳的狀態(tài)。我們采用STC80S52單片機(jī)作為監(jiān)控電路的核心，單片機(jī)的任務(wù)是采集每一個(gè)模塊的輸入電壓和輸出電壓、電流，并將其數(shù)據(jù)通過(guò)通信接口電路上傳給上位機(jī)，相反，上位機(jī)同樣可以通過(guò)此電路設(shè)置系統(tǒng)的輸出參數(shù)。系統(tǒng)一個(gè)模塊的示意圖如圖1所示。

　　均流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　大功率電源系統(tǒng)需要采用若干臺(tái)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)，以滿足負(fù)載功率的要求，并聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)變換器只處理較小的功率，降低了應(yīng)力，提高了系統(tǒng)的可靠性。由于大功率負(fù)載需求和分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)的重要性日益增加。但是并聯(lián)的開(kāi)關(guān)變換器模塊間需要采用均流措施，它是實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。用以保證模塊間電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配，防止一臺(tái)或多臺(tái)模塊運(yùn)行在電流極限(限流)狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中，采用基于最大值電流自動(dòng)均流法的集成芯片UC3907作為均流控制系統(tǒng)的核心。