【正文】 的調整管工作在開關狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達 70%95%。 在隨著電源的不斷發(fā)展，大功率電源的需求也在不斷提 高，應用不斷廣泛，單臺開關電源無法滿足低電壓大電流的負載要求。大量的電子設備，特別是通訊、空間站等的廣泛應用，要求組建一個容量、安全可靠、不間斷供電的電源系統(tǒng)。各種電子裝置對電源功率的要求越來越高 ,對電流的要求也越來越大，開關電源向更大功率方向發(fā)展。如果采用單臺電源供電，變換器勢必處理巨大的功率，給功率器件的選擇、開關頻率和功率密度的提高帶來困難。并且一旦單臺電源發(fā)生故障，則導致整個系統(tǒng)崩潰。研制各種各樣的大功率、高性能的開關電源成為趨勢 [1]。但受構成電源模塊的半導體功率器件，磁性材料等自身性能的影響，單 個開關電 2 源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實際應用中往往需用幾百千瓦以上的開關電源為系統(tǒng)供電。因此，大功率電源系統(tǒng)需要用若干臺開關電源并聯(lián)運行，以滿足負載功率的要求。采用多個電源模塊并聯(lián)運行，來提供大功率輸出是電源技術發(fā)展的一個方向。并聯(lián)系統(tǒng)中每個模塊處理較小功率，解決了上述單臺電源遇到的問題。 八十年代，分布式電源供電方式成為電力電子學新的研究熱點。相對傳統(tǒng)的集中式供電，分布式電源利用多個中、小功率的電源模塊并聯(lián)來組建積木式的大功率電源系統(tǒng)。在空間上各模塊接近負載，供電質量高，通過改變并聯(lián)模塊的數(shù)量來滿足 不同功率的負載，系統(tǒng)設計靈活、更高的開關頻率、高功率密度、低重量、小體積、單個模塊電流應力小、可方便的實現(xiàn)冗余、可靠性高、維護方便、易于實現(xiàn)產(chǎn)品標準化等 [1]。并聯(lián)均流技術可以降低電流應力，提高電源的可靠性，是實現(xiàn)大功率電源的關鍵和發(fā)展趨勢，近年來，已成為電力電子研究的熱點課題。 近幾年來，各式各樣的開關電源以其小巧的體積、較高的功率密度和高效率越來越得到廣泛的應用。隨著電力系統(tǒng)自動化程度的提高，特別是其保護裝置的微機化，通訊裝置的程控化， 使得 對電源的體積和效率的要求 在 不斷提高。電源中磁性元件和散熱器件成了 提高功率密度的巨大障礙。開關頻率的提高可以使開關變換器（特別是變壓器、電感等磁性元件以及電容）的體積、重量大為減小，從而提高變換器的功率密度。另外，提高開關頻率可以降低開關電源的音頻噪聲和改善動態(tài)響應。但是由于開關管的通斷控制與開關管上流過的電流和兩端所加的電壓無關，而早期的脈寬調制（ PWM）開關電源工作在硬開關模式，在硬開關中功率開關管的開通或關斷是在器件上的電壓或電流不等于零的狀態(tài)下強迫進行的，電路的開關損耗很大，開關頻率越高，損耗越大，不但增加了熱設計的難度而且大大降低了系統(tǒng)得可靠性，這使得 PWM 開關 技術的高頻化受到了許多的限制。 根據(jù)高頻電力操作 開關電源 的設計要求，結合實際的經(jīng)驗和實驗結果選擇合適的開關器件，設計出穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)越的控制電路、驅動電路、緩沖電路以及主要的磁性元器件。對最大電流自動均流法的工作原理以及系統(tǒng)穩(wěn)定性進行了較為深入的研究。采用均流控制芯片 UCC29002 設計了電源的均流控制電路，使模塊單元具有可并聯(lián)功能，可以實現(xiàn)多電源模塊并聯(lián)組成更大功率的電源系統(tǒng)。 3 論文的選題和研究內容 作 品的簡介 設計目標 設計并制作直流穩(wěn)壓電源，兩路并聯(lián)輸出，自動實現(xiàn)輸出電路均衡。 詳細指標要求 (1)輸出特性要求 單路輸出電壓 Vout： +5V； 輸出電壓范圍：177。 10%； 輸出紋波：基本部分要求不大于 250mV；單路輸出功率： 5W； (2)保護功能要求 單路輸出過流保護點 :~，故障解除后能夠自動恢復。 (3)均流特性要求 兩路并聯(lián)使用時，能夠實現(xiàn)自動均恒電流。發(fā)揮部分對均流控制的要分電流相差不得大于 15%。 開關電源的并聯(lián)均流運行模式及原理要求 開關電源發(fā)展到現(xiàn)往，品種越 來越多，功能越來越強，根據(jù)各種負載對供電可靠性要求的不同，開關電源有三種運行工作模式 [1]：方式 1：集中式單機運行模式，這種方式是只有一個電源給負載供電。方式 2：并聯(lián)運行模式，這種方式是利用了多臺電源（至少倆臺以上電源）并聯(lián)起來給負載供電，這樣每個電源可以平均承擔負載功率。方式 3：并聯(lián)冗余運行模式，采用多臺電源模塊并聯(lián)，但方式 3與方式 2 的區(qū)別在于：其中并聯(lián)的 N 臺電源是給負載提供所需電源，而另外 n 臺并聯(lián)電源是作為后備電源，防備當工作模塊出現(xiàn)故障時，后備模塊即可投入運行，這使我們的電源可以繼續(xù)正常工作。 上面所 介紹的三種運行模式都有其缺點和優(yōu)點，比如：方式 1 其整個結構很簡單，成本低，但不足的地方是在運行中由于受其他的一些因素影響，容易發(fā)生差錯，所以可靠性不高；而方式 2 相對方式 1 來說并聯(lián)多個的電源，這樣所要的成本就比較高，而且在運行時如果有一路電路發(fā)生故障時，由于還有其它的電路為負載提供電源，因此不會嚴重影響負載正常運行，但是最大供電能力就會有所 4 降低；方式 3 成本是這三種方式中最高的，它是由 N+n（ N1， n1）臺的電源結合成的電源，當其中 N 臺電源發(fā)生故障時，由于它還有 n 臺電源做后備，所以電源仍能提供負載所需的全部 功率，這種方式可以說是最穩(wěn)定的，不會對電路的正常工作照成影響。 并聯(lián)運行是電源技術的發(fā)展方向之一，并聯(lián)技術是實現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關鍵。并聯(lián)運行的各模塊特性不一致，可能使電壓調整率小的模塊承擔較大的電流甚至過載，熱應力大；外特性較差的模塊運行于輕載其至是空載。其結果將會使得電源可靠性降低，壽命也會減小。因此需要實現(xiàn)均流措施，來保證模塊間電流應力和熱應力的均勻分配，防止單個模塊運行在電流極限值狀態(tài)。那么并聯(lián)均流要有以下這幾點基本要求 [1]： ①各模塊實現(xiàn)的電流能自動平衡，實現(xiàn)均流； ②控制各模塊的輸出電流， 實現(xiàn)負載電流平均分配，均流動態(tài)響應良好。為提高系統(tǒng)可靠性，并聯(lián)系統(tǒng)應該具備以下特性：實現(xiàn)冗余，當任意模塊發(fā)生故障時，其余模塊繼續(xù)提供足夠電能，整個電源系統(tǒng)不會崩潰； ③輸入電壓和負載變化時，輸出電壓保持穩(wěn)定，且均流瞬態(tài)響應好。 第二章 基于 UCC29002 電源均流器的方案論證 設計的總體方案 本次設計介紹了直流電源均流源的原理，設計思路及方法：整個系統(tǒng)以STC12C5A60S2 單片機為控制器，采用了兩片 TPS5430 開關電源芯片，構成了兩路 DC/DC 電路。利用 TPS5430 的 4 腳 VSENSE 對地電 壓值能夠穩(wěn)定在 的特性，將 4 腳作為電壓參考點，通過與串聯(lián)電阻分壓網(wǎng)絡相連接，實現(xiàn) 5V 穩(wěn)壓輸出。使用 5 毫歐采樣電阻對兩路并聯(lián)電路進行電流采樣，并選用兩片負載共享芯片 UCC29002 的配合使用，通過調節(jié)上路電路中連接在 UCC29002 的 1 腳與 8 腳之間的電位器，使上下兩路對稱，實現(xiàn)均流輸出。利用 STC12C5A60S2 單片機來控制 TPS5430 的使能端，當 ENA 腳上的電壓超過極限電壓時轉換器和內部的軟啟動開始工作 ,低于極限電壓，轉換器停止工作，軟啟動開始復位 ,實現(xiàn)過流保護的作用設計方案的總體框圖，如圖 2— 1 所示。 5 A C / D C 轉 換S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2 單 片 機T P S 5 4 3 0 芯 片T P S 5 4 3 0 芯 片U C C 2 9 0 0 2 芯 片U C C 2 9 0 0 2 芯 片市 電5 V5 VL S 母 線 圖 2— 1 總體設計方案的框圖 各模塊設計方案的選擇 單片機最小系統(tǒng)的選擇 在本次設計中，使用的單片機是 STC12C5A60S2，利用 STC12C5A60S2 單片機來控制 TPS5430 的使能端，當 ENA 腳上的電壓超過極限電壓時轉換器和內部的軟啟動開始工作 ,低于極限電壓，轉換器停止工作軟啟動開始復位，實現(xiàn)過流保護的作用。 STC12C5A60S2 的簡介 圖 2— 2 STC12C5A60S2 本設計采用了傳統(tǒng) MCS51 系列單片機的增強型 STC12C5A60S2 芯片，STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 6 8051,但速度快 812 倍。內部集成 MAX810 專用復位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10位 A/D 轉換 (250K/S),針對電機控制，強干擾場合。 單片機最小系統(tǒng) [2]： （ 1） 51 單片機最小系統(tǒng)復位電路的極性電容的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用 10~30uF，在復位電路中選取的是 22uF 的電容， 51 單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復位時間越短 。 （ 2）單片機最小系統(tǒng)晶振 Y1 也可以采用 6MHz 或者 ，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振， 51 單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。此設計中，運用的是 晶振。 （ 3）單片機最小系統(tǒng)起振電容一般采用 15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。最小系統(tǒng)的原理圖設計如下圖所示： 圖 2— 3 單片機最小系統(tǒng) 7 圖 2— 4 復位電路 7805 穩(wěn)壓電路： 這是一個 輸入 12V 電壓， 輸出正 5V 直流電壓的穩(wěn)壓電源電路 ， 為單片機提供 5V 的電壓，集成電路（ IC） 采用集成穩(wěn)壓器 7805， C C2 為輸入端 的濾波電容 和 C C4 為 輸出端濾波電容。 電路如下圖所示： 圖 2— 5 7805 穩(wěn)壓電路 放大模塊： 通過硬件測得當負載電流為 的時候， UCC29002CSO 腳的電壓值為參考電壓，由于此電壓值比較小，因此經(jīng)過放大器對它經(jīng)行放大 [3]，通過電位器可對放大倍數(shù)經(jīng)行調整，再反饋給單片機經(jīng)行判斷是否過流，從而起到過流保護作用。 8 圖 2— 6 運放模塊 開關電源模塊方案的選擇 方案一：電源芯片采用美國國家半導體的 LM2596— ADJ LM2596 系列是 美國國家半導體公司 生產(chǎn)的 3A 電流 輸出降壓開關型集成穩(wěn)壓芯片 ，它是一款降壓型的 PWM 調節(jié)方式的開關穩(wěn)壓電源的芯片，內部振蕩源頻率150KHz，最大輸出電流 3A，輸入 電壓 ~40V，輸出電壓： ~37V；轉換效率：75%~88%和基準穩(wěn)壓器（ ），并具有完善的 保護電路 ：過流保護電路、過熱保護（熱關斷）電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路。它通常被作為恒壓電源應用，此時，其通過電壓取樣電壓反饋穩(wěn)壓方式達到穩(wěn)定電壓的目的，提供有： 、 5V、 12V 及電壓可調（ ADJ）等多個電壓檔次產(chǎn)品。它的內部框圖如下圖 2— 7： 9 圖 2— 7 LM2596 內部框圖 可調電壓輸出的電路原理圖如下圖 2— 8： 15 324L M 2 5 9 6+6 8 0 u +2 2 0 uI N 5 8 2 4G N DO N / O F F直 流 電 壓 輸 入+ V I N反 饋輸 出L 3 3 u電 壓 輸 出R 1R 2C 圖 2— 8 電路原理圖 其工作原理是：此電源芯片的 4 腳 Feedback 端的電壓穩(wěn)點在 ， 5 腳ON/OFF 端由邏輯電平來控制芯片的打開和關斷， 1 腳為輸入端， 2 腳為輸出端，芯片通過調整輸出脈寬來使 4 腳電壓穩(wěn)定在 ，通過改變 R2 的值就可以改變輸出電壓的大小，影響電壓輸出的就是 R1， R2 的取值，現(xiàn)我們通過改變由 R1,R2組成的反饋電路來實現(xiàn)我們所要設計的穩(wěn)壓源的電路。 )121(* RRV re fV o u t ?? ， Vref= （ 2— 1） 方案 2：開關穩(wěn)壓芯片 TPS5430 TPS5430 是 TI（美國德州儀器公司）最新推出的一款非隔離型的降壓 DC/DC轉換芯片， TPS5430 具有良好的特性，最大電流輸出： 3A；寬電壓輸入： — 36V； 10 固定 500kHz 轉換速率；高的轉換效率：最佳狀況可達 95%；寬電壓輸出范圍：最低可調整到 。具有過流保護及熱關短功能；有使能端；內部有軟啟動。與