DC—DC開(kāi)關(guān)電源模塊并聯(lián)供電技術(shù)方案

摘 要：隨著科技快速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用越來(lái)越廣泛，目前采用單一集中式電源供電較多，多種輸出參數(shù)難以滿足要求。文章提出了一種DC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)技術(shù)方案。兩路DC-DC變化器采用BUCK結(jié)構(gòu)，MOS管代替二極管續(xù)流，采樣模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓電流，PID算法、閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)均流，該方案具有體積小、供電效率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DC-DC；同步整流；BUCK結(jié)構(gòu)；續(xù)流；均流技術(shù)

1 系統(tǒng)方案整體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)方案主要由兩個(gè)BUCK變換器構(gòu)成的DC-DC降壓式電路、主控電路、采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路以及PWM模塊組成。主控芯片通過(guò)采樣得到的電壓電流參數(shù)來(lái)控制輸出PWM波的占空比，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率，閉環(huán)控制電流電壓，使其穩(wěn)定輸出。提高了供電的效率和穩(wěn)定性。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

2 各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 DC-DC模塊

系統(tǒng)方案的DC-DC模塊采用是兩個(gè)相同的BUCK拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且使電感始終工作在電流連續(xù)狀態(tài)，否則閉環(huán)穩(wěn)壓時(shí)易振蕩。另外，為了降低電路損耗，本系統(tǒng)方案選用導(dǎo)通電阻較低的開(kāi)關(guān)管IRF3205（額定電流110A，耐壓達(dá)55V，導(dǎo)通電阻小于8毫歐）。

對(duì)于BUCK電路濾波電感L1的計(jì)算如下：

為使輸出電流連續(xù)且穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)選擇L1=800uh。為了避免電感飽和，且更好地實(shí)現(xiàn)電感的儲(chǔ)能功能，本設(shè)計(jì)選用外徑為4.8cm的鐵粉磁環(huán)繞制電感。由于電流可高達(dá)2-3A，為了降低電感線圈的發(fā)熱損耗，選用2股直徑為0.64mm的漆包線繞制。

2.2 MOS管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

如圖3所示，MOS管驅(qū)動(dòng)電路選用具有波形互補(bǔ)的可編程芯片IR2104，PWM波從2腳輸入，HO和LO輸出兩路反相的PWM分 別控制兩個(gè)MOS管的開(kāi)斷。

D5和C1/C2為自舉二極管和自舉電容，兩者串聯(lián)起到電流配合的作用實(shí)現(xiàn)電壓自舉，抬高VS的電位，使輸出的PWM更穩(wěn)定，同時(shí)二極管起到防止電流倒灌的作用。

2.3 電流采樣電路

如圖4所示，該部分選擇高邊電流采樣的方案，高邊電流采樣要求放大器必須具備大動(dòng)態(tài)輸入范圍以及高共模抑制比，所以采用TI公司專用高邊電流采樣芯片INA282；采樣電阻選擇耐高溫，溫度系數(shù)小，精度可控的康銅絲電阻。

INA282的增益為50，采樣電阻阻值為RS，反饋電壓為：

VIFB=50×RS×I0

考慮到單片機(jī)ADC的采樣范圍為0～2.5V，對(duì)應(yīng)0～2.5A，根據(jù)公式可知RS=10毫歐。

2.4 過(guò)流保護(hù)電路

過(guò)流保護(hù)是由電流采樣電阻、運(yùn)算放大電路及保護(hù)電路組成。主要是通過(guò)運(yùn)算放大電路采取采樣電阻兩端的電壓，從而可以間接知道電阻兩端的電流，利用LM358比較器，設(shè)定電路的閾值當(dāng)電路中的電流值超過(guò)了指定的閾值時(shí)，此時(shí)整個(gè)電路的供電就斷開(kāi)了，從而起到了保護(hù)作用。

3 均流技術(shù)-PID算法

采樣DC/DC模塊1的輸出電流I1，反饋控制DC/DC模塊1的開(kāi)關(guān)PWM波，使DC/DC模塊1輸出電流I1維持一固定值；采樣負(fù)載兩端電壓V0，反饋控制DC/DC模塊2的開(kāi)關(guān)PWM波，是負(fù)載兩端電壓為定值V0。在負(fù)載電阻一定時(shí)，由于負(fù)載電壓穩(wěn)定，輸出總電流I一定，又因DC/DC模塊1的輸出電流I1穩(wěn)定，故可以確定DC/DC模塊2的輸出電流I2。從而可以實(shí)現(xiàn)均流的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章提出了一種DC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)的技術(shù)方案，該設(shè)計(jì)方案采用多模塊并聯(lián)操作可以很好的解決市場(chǎng)上單一集中式電源；從實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)中，電路的供電效率達(dá)到了97.21%；電流的分配效果非常精準(zhǔn)，可以很好的利用在開(kāi)關(guān)電源的行業(yè)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用率高，具有很好的推廣前景。

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*通訊作者（指導(dǎo)教師）：胡安正，湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院。