基于DSP的新型恒压双并联模块电源的设计*

2012-03-17马学军

湖北理工学院学报 2012年4期

马学军董超李滦杨义

(湖北理工学院电气与电子信息工程学院，湖北黄石435003)

随着现代科技的发展，高精度仪器设备的大量使用，使用特种电源供电的设备日益增多，高次谐波的干扰和瞬间断电都是不可接受的。因此，对电源供电的可靠性和供电的质量都提出了很高的要求［1－2］。由于双并联恒压模块电源可以提高系统配置的灵活性，该电源满足了用户对不同功率的需求，降低了不同容量电源的设计成本并避免了重复投资，提高了电源供电系统的可靠性和稳定性。所以电源并联的供电方式受到了电源行业的高度重视，成为现代电源技术发展的重要方向之一，是电力、电子和控制学科研究的重要内容［3－4］。目前，国内外专家学者对多电源的并联运行方式已经展开了深入的研究。并联电源系统具有很多优点:大容量、高效率、高可靠性、冗余特性、模块化和成本低。但是，DC/DC电源的并联在应用中还存在一些问题［5－6］，主要问题是通常要求并联的模块负载是均分的，若采用一般的主从或自主均流控制模式，由于参与并联的DC/DC电源模块的输出特性存在差异，会导致模块存在环流。此外，均流控制下的模块也无法实现并联模块负载按指定的比例分配，并联的灵活性受到一定的限制［7－8］。为此，本文引入了控制系统中的比例控制方法，提出了可按指定比例分配负载的双模块并联方法。

1 主电路设计

双模块并联电路结构如图1所示，系统主电路采用2路Buck降压斩波电路并联组成，输入电压为24 V，输出电压为8 V，最大输出电流为4 A，并有过流保护功能，模块的负载电流可按比例指定。本系统采用Microchip公司的dsPIC30F4011作为控制芯片［9］。

1.1 控制系统设计与原理分析

本设计首先是制作2个输出电压稳定的DC/DC变换器，然后对电路中的电流、电压进行检测，并将检测的结果送给DSP处理。一方面DSP将采集到的电流、电压信号显示在液晶屏上，另一方面DSP根据采集到的信号通过数字PI算法对输出PWM波占空比进行调节，从而控制输出电压、电流。与此同时，根据采集到的电流大小，DSP可对电路进行实时监控，实现过流保护功能。在保证完成各项功能的同时，为了提高电源的效率，在电路结构和器件的选择上要尽可能地降低功耗。系统整体框图如图2所示。

图2 系统整体框图

控制系统采用电压电流双闭环控制方式，由 dsPIC30F4011发出随反馈调节变化的PWM波来实现全数字化控制，控制原理图如图3所示。

图3 控制系统结构框图

1.2 控制过程与功能分析

本系统通过DSP发出的PWM驱动N沟道MOS管 FQB19N20构成 Buck斩波电路进行DC/DC转换。系统对负载的电压进行采样，并运用反馈调节的方式控制Buck电路实现恒压，从而稳定输出电压;对流过 Buck1与Buck2电路的电流进行采样，并运用反馈调节方式实现恒流;同时DSP对负载电流进行采样，按分流比例计算后通过PWM控制Buck电路，从而实现按比例分流，并实时监测负载的电流，实现短路保护功能。两电源的输出电流通过水泥电阻采集，再经过信号调制电路后送到DSP的AD采样口进行转换，得到反馈信号Vf与If。电压参考给定信号Vref与Vf进行比较得到误差信号Verr，通过电压PI调节器调节后作为电流环的给定信号 Iref;Iref与电流反馈信号If比较得到误差信号Ierr，再通过电流 PI调节器后调节PWM脉宽的占空比，所得驱动信号经过隔离电路后控制开关管的动作。

电路系统中还包含很多硬件保护电路:输入过流保护、欠压保护、过载保护，在软件设计中也有相应的软件保护。