鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1052次 | 2019年12月27日
基于C8051F340的開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
近一些年來，隨著微電子技術(shù)和工藝、磁性材料科學(xué)以及燒結(jié)加工工藝與其它邊沿技術(shù)科學(xué)的不斷改進(jìn)和快速發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓技術(shù)也得到了突破性進(jìn)展。目前，多模塊并聯(lián)供電電源代替單一集中式電源供電已經(jīng)成為電源系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。并聯(lián)分布式電源具有可并聯(lián)式擴(kuò)展、電源模塊的功率密度高，體積、重量小等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著由于電源模塊直接并聯(lián)而引起一臺或多臺模塊運(yùn)行在電流極限值狀態(tài)的問題。目前，均流控制是實(shí)現(xiàn)大功率電源和冗余電源的關(guān)鍵技術(shù)。文中設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置，實(shí)現(xiàn)了雙開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電，提高了系統(tǒng)供電效率，且實(shí)現(xiàn)了電流自動分配。
1設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一個(gè)由兩個(gè)額定輸出功率均為16W的8VDC/DC模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。要求調(diào)整負(fù)載電阻，保持輸出電壓UO=8.0+0.4V，使兩個(gè)模塊輸出電流之和IO=1.0A且按I1:I2=1:1和I1:I2=1:2兩種模式自動分配電流，每個(gè)模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于5%;使兩個(gè)模塊輸出電流之和IO=4.0A且按I1:I2=1:1模式自動分配電流，每個(gè)模塊的輸出電流的相對誤差的絕對值不大于2%;額定輸出功率工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的效率不低于60%;要求系統(tǒng)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4.5A。
2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
并聯(lián)供電系統(tǒng)主要由控制器模塊、DC/DC變換穩(wěn)壓模塊、電流檢測模塊以及輸出電壓采樣模塊等組成，系統(tǒng)總體硬件框圖如圖2所示。在系統(tǒng)中，DC/DC變換穩(wěn)壓模塊采用選擇非隔離方式的降壓斬波電路；電流檢測模塊通過采樣康銅絲上的電壓推算出電流值；C8051F340單片機(jī)輸出PWM波調(diào)整DC/DC模塊的輸出，控制輸出電流。
3DC/DC變換穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)
DC-DC變換有隔離和非隔離兩種。輸入輸出隔離的方式雖然安全，但是由于隔離變壓器的漏磁和損耗等會造成效率的降低，而本題沒有要求輸入輸出隔離，所以選擇非隔離方式。本系統(tǒng)采用降壓斬波電路（BuckChopper）。降壓斬波電路的原理圖如圖3所示。采用單片機(jī)根據(jù)采樣到的反饋電壓程控改變其產(chǎn)生的PWM波占空比，通過三極管組成的推挽電路驅(qū)動，控制P溝道IRF4905開關(guān)的導(dǎo)通與截止，使輸出電壓或電流穩(wěn)定在設(shè)定值。
4電壓電流采樣電路
系統(tǒng)采用芯片INA169對康銅絲上的電壓進(jìn)行采樣并間接推算出電流值。選擇標(biāo)稱值為50mΩ的康銅絲作為采樣對象，經(jīng)檢測，其實(shí)際電阻值為47mΩ，并以此在采集輸出電流時(shí)進(jìn)行軟件修正。INA169的輸出腳OUT直接接入單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換輸入端，其輸出電壓
VOUT=ItxR10xRs3/1K（1）
當(dāng)R10=50mΩ，It=0.5A，Rs3=20kΩ時(shí)，可算出VOUT=0.5V，以此類推，當(dāng)I=1A，VOUT=1V，It=2A時(shí)，VOUT=2V，此比例關(guān)系可以方便單片機(jī)采樣電壓。
系統(tǒng)對輸出電壓采樣時(shí)，在負(fù)載兩端并聯(lián)1kΩ電阻以及10kΩ可調(diào)電阻，單片機(jī)采集輸出電壓在R11兩端的電壓，調(diào)節(jié)RS2，使單片機(jī)內(nèi)置A/D輸入端采集到的電壓與輸出電壓成比例1:8的關(guān)系。輸出電壓、電流采樣電路如圖4所示。
