一種新型開關電源并聯供電系統的設計

蔡成煒，周步新，卜樹坡

(蘇州工業職業技術學院電子與通信系，江蘇 蘇州 215104)

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

圖1 系統設計框圖

1 系統整體設計方案

系統整體設計主要包括兩路單片機PWM可控的DCDC電源設計和利用單片機自帶的AD反饋做模糊控制，進行兩路并聯電源的電流分配設計，系統設計框圖如圖1所示。

2 系統的硬件設計

系統的硬件主要分成兩個部分，AC—DC系統電源供電電路和STC12C5204AD單片機控制的兩路開關電源并聯電路組成。

2.1 AC—DC電源電路

系統供電需要一個+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，經過整流橋后，得到接近300 V的直流非隔離電壓，由SW2263產生的脈寬可調方波控制MOSFET的開啟與關斷［3］，使得變壓器的原邊線圈不斷地儲能，當MOSFET關斷后，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，不斷調整SW2263方波脈寬，使得副邊上產生的電壓經過快恢復二極管整流后得到所需的+25 V直流電壓。

2.2 開關電源并聯電路

圖2 AC—DC電源電路

本系統工作電壓為AC-DC電路提供的+25 V直流電壓，而兩路PWM脈寬由STC12C5204AD單片機提供，頻率為24 kHz。由于輸入電壓為+25 V，因為單片機輸出的PWM無法直接控制SFR9034開關管的導通與截止，采用兩路9014三極管做驅動，能輕松控制兩路SFR9034開關管的導通與截止。由于兩個開關電源并聯使用，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 開關電源并聯電路

4 系統的軟件設計

本系統是通過單片機對兩個開關電源模塊的PWM分別控制，并根據反饋回來的比例參數進一步調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定的比例相等。調整過程為單片機上電后，先穩定輸出一個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前流過負載的總電流，并且得到兩路電源流經負載的電流比值;將此比值同設定比例比較，如不等則調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設比例相等，程序主流程圖如圖4所示。

圖4 程序主流程圖

5 測試結果

測試結果如下:

1)調整負載電阻至額定輸出功率工作狀態時，輸出電壓為7.96 V，效率能達到73.4%。

2)調整負載電阻，使2個模塊輸出電流之和為1.0 A，1.5 A和4.0 A時，測試數據如表1所示。

表1 不同總電流情況下的電流分配

3)調整負載電阻，使負載電流IO在1.5～3.5 A之間變化時(測試點為2 A)，測試設定電流比例與實測電流比例之間的關系，測試數據如表2所示。

表2 設定電流比例與實測電流比的關系

6 結束語

根據上述測試數據，由此可以得出以下結論:

1)系統的整個調節過程中輸出電壓始終是8 V，效率達到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，測試結果顯示兩者電流之比呈遞增關系，存在細微誤差。

目前產品正在試用階段，在通過相關部門檢測后，有望規模量產。

［1］甘德成，譚海龍，馮力方，等.開關電源模塊并聯供電系統［J］.宜賓學院學報，2011(12):40-43.

［2］黃靖.基于模糊PID控制的開關電源并聯供電系統設計［J］.河南城建學院學，2011(6):39-42

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