【正文】 大，不易裝配，電流不能過高，否則會(huì)引起元件過熱等問題。 由其名字可以看出 ，三端 IC 指的 就 是這種 用來穩(wěn)壓 的集成電路，它一共只有三條引腳輸出，分別是接地端、輸入 端和輸出端。 圖 顯示模塊原理圖 輔助電源模塊的設(shè)計(jì) 在輔助電源模塊中，我使用的是 LM7812 芯片，它是指三端穩(wěn)壓集成電路 IC 芯片元器件，它適用于各種電源的穩(wěn)壓電路，具有輸出穩(wěn)定性好、輸出過流、使用方便、過熱自動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。 圖 單片機(jī)模塊原理圖 顯示模塊的設(shè)計(jì) 如圖 顯示模塊原理圖所示，在本次設(shè)計(jì)中，我采用的是 LCD1602 液晶顯示器來 第 15 頁 共 35 頁 顯示檢測到的電壓值以及檢測到的 電流值還有兩個(gè)模塊的輸出電流比。 并且因?yàn)?STC12C5A60S2 系列的單片機(jī)工作電壓為 ~，正常的工作電流小于 ，空閑模式的電流小于 ，掉電模式電流為 ，因此使用它作為單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊 的核心能夠使整個(gè)系統(tǒng)功耗較低、體積變小、成本較低。 圖 恒壓源模塊原理圖 第 14 頁 共 35 頁 單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的系統(tǒng)控制模塊如圖 單片機(jī)模塊原理圖所示，在本次開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們采用了 STC12C5A60S2 作為單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊的核心。 LM358 的作用是通過電路的反饋，使 3 腳的電壓與 2 腳的電壓趨近相同，以此來實(shí)現(xiàn)控制電流的大小。 如圖 恒流源模塊原理圖所示，首先我們需要對(duì)主路的電流進(jìn)行采樣，然后通過串聯(lián)一個(gè)采樣電阻來采集電壓差，即 U=I*R，但是采集的電壓會(huì)過小，因此，我在這里使用了 INA282 來將電壓進(jìn)行 50 倍的放大，這時(shí)候輸出電壓為： U = 50 ?I?R 將電壓送給單片機(jī)，通過算法計(jì)算來顯示輸出電流。并且在設(shè)計(jì)中有一點(diǎn)需要注意，恒流源的限壓必須要略高于恒壓源電壓。 因?yàn)樵诒敬伍_關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們使用的分流方法為主從均流法，因此我們需要將一個(gè)電源模塊作為恒流源，并將另一個(gè)電源模塊作為恒壓源 [13]。它在 40 攝氏度至 +125 攝氏度的擴(kuò)展的額定溫度下運(yùn)行，并且采用小外形尺寸的集成電路（ SOIC） 8 封裝。電流感測因?yàn)榱闫萍軜?gòu)的低漂移而在整個(gè)分流器上的最大壓降低到 10mV的滿量程。 第 11 頁 共 35 頁 3 硬件電路設(shè)計(jì) 恒壓源與恒流源模塊的設(shè)計(jì) 恒流源模塊 INA282 系列包括了 INA282， INA283， INA284， INA285 和 INA286 等器件。 因?yàn)?LM2596 具有很好的負(fù)載調(diào)節(jié)特性和線性，因此輸出電壓的誤差相對(duì)比較小，外圍電路十分簡單，且已經(jīng)擁有了自我保護(hù)的功能。 方案二：采用反激電路來實(shí)現(xiàn)。我們將用 LM2596 輸出 +5V 的固定電壓來作為輔助電源來為整個(gè)系統(tǒng)中的芯片供電。 我們選擇方案一，因?yàn)檠訒r(shí)時(shí)間若由軟件來設(shè)定會(huì)十分簡單，我們可以通過算法來設(shè)定我們想要的延時(shí)時(shí)間，這增加了過流保護(hù)控制的靈活性。當(dāng)檢測到的電流值超過 時(shí)，通過比較器輸出高電平來使繼電器斷開，當(dāng)檢測到的電流值低于 時(shí)，繼電器可以吸合來恢復(fù)電路的工作。檢測到的電流值超過 時(shí)，使用單片機(jī)來控制繼電器斷開，設(shè)定一段延時(shí)之后再控 制繼電器吸合。 因?yàn)橹鲝木鞣ǖ慕Y(jié)構(gòu)較為簡單，精度相對(duì)較高，速度也比較快，控制結(jié)構(gòu)簡單，因此我最終選擇了方案一。該方案可以通過簡單的電路完成并聯(lián)均流。本方案使用負(fù)載共享器 UCC29002 來實(shí)現(xiàn)。但是使用此方案時(shí)，由于 TL494內(nèi)部的誤差放大器放大倍數(shù)不高，因此并不能確保其精度。 方案二：采用兩片 TL494 分別為兩路電源提 供 PWM，當(dāng)兩路進(jìn)行并聯(lián)使用其中的一片 TL494 的內(nèi)部誤差放大器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，使其輸出電壓穩(wěn)定在 8V。因?yàn)橄到y(tǒng)能夠統(tǒng)一通過誤差電壓調(diào)整，因此不管負(fù)載如何變化，各模塊電流總是相等。主從均流法是通過在并聯(lián)供電系統(tǒng)中，將其中一個(gè)模塊指定為主模塊，直接連接到均流的母線上，剩下的模塊為從模塊的方式來實(shí)現(xiàn)的 [11]。 分流方案選擇 當(dāng)下使用的均流法有很多種，常用的有最大電流法、外部控制器法、外特性下垂法等等，我從各種分流方案中大致篩選出了以下四種方案供此次 開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的（ 21） 第 9 頁 共 35 頁 設(shè)計(jì)。其最大的優(yōu)勢在于需外接的元件少，使用起來非常方便。 圖 反激式 DC/DC電路 方案三：采用 LM2596 來實(shí)現(xiàn)。輸出電壓公式如下： V inTT TLRVoO F FONONPL ..2 ?? 由于其是由一個(gè) PWM 控制器同時(shí)來控制兩路，電容因?yàn)閮陕烽_關(guān)管在高頻下始終保持導(dǎo)通和關(guān)斷而始終保持充電和放電，因此，在并聯(lián)的時(shí)候，兩路的電流能夠始終保持相等。如圖 所示， Tr 導(dǎo)通時(shí)，變壓積能量， Tr 截止時(shí)輸出能量。TL494 的內(nèi)部集成兩個(gè)誤差放大器，通過反饋來調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)的占空比，使用 TL494 能夠?qū)敵鲭妷哼M(jìn)行精確的控制。 Buck 電路經(jīng)篩選，可以從以下幾個(gè)方案中選出。系統(tǒng)框圖如圖 所示。 我在此次開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)備將整個(gè)系統(tǒng)分為以下五個(gè)模塊：恒壓源模塊、恒流源模塊、單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊 、顯示模塊和輔助電源模塊。 LM2596 模塊是一個(gè)集成的開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器， 它的外部電路十分簡單，合理地設(shè)計(jì)簡單的外部電路就能夠得到輸出額定功率為 16W，電壓為 8V 的 DC/DC 模塊。 （ 5） 在該 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中， 應(yīng)增加適當(dāng)?shù)娜藱C(jī) 交互界面，令 使用者能夠 在使用中 實(shí)時(shí)地 切換 各種 模式以及 能夠 觀察每路 的 電源信息。 （ 4）調(diào)整 處于工作狀態(tài)下的 負(fù)載電阻，保持 系統(tǒng)的 輸出電壓 為 UO=177。 （ 3）調(diào)整 處于工作狀態(tài)下的 負(fù)載電阻，保持 系統(tǒng)的 輸出電壓 為 UO=177。 。若有需要，在后期容量的擴(kuò)展和維修的過程中，分布式電源系統(tǒng)也具有十分重要的意義，因此它的普及并非偶然 [9]。 輸入 輸出 ． ． ． 圖 分布式電源并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖 同時(shí)，因?yàn)槿艨梢酝ㄟ^開關(guān)電源模塊來組成大功率的開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)，并且對(duì)組成的開關(guān)電源模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，那么在實(shí)際的生產(chǎn)中，使用同一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能夠減少電源種類，并降低生產(chǎn)、設(shè)計(jì)的成本和周期。如圖 所示為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，常用的方法是降低每個(gè)電源模塊的容量。相比于集中式供電系統(tǒng)，使用電源技術(shù)使一個(gè)個(gè)較小的電源模塊組合成功率較大的電源系統(tǒng)不但能夠降低成本，更能提高其整體系統(tǒng)的可靠性，因此此項(xiàng)分布式電源系統(tǒng)在供電系統(tǒng)中得到了迅速的廣泛應(yīng)用 [8]。在分布式電源系統(tǒng)得以應(yīng)用之前，若想要提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)工作的可靠性，人們通常是使用對(duì)電源設(shè)備進(jìn)行備份的方法。電流均分母線上的電壓決定了每個(gè)電源模塊 第 5 頁 共 35 頁 的輸出電流，因?yàn)楦鱾€(gè)并聯(lián)模塊之間的均流電路是依靠電流均分母線連接的。因?yàn)槭褂么朔椒ㄟM(jìn)行電流測量時(shí)可以不通過模數(shù)變換器，因此很適合低功率高頻率的變換器，提高了系統(tǒng)的效率，并且具有很好的動(dòng)態(tài)特性。將變換器中的各相都變成以二為權(quán)重的恒流源，可以通過二的對(duì)數(shù)方式來排列。使用該方法來進(jìn)行開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的均流能夠很好地提 高開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的可靠性。結(jié)合以上的多方面考慮，人們研究出了一種無傳感器的均流方法，這種方法很好地規(guī)避了傳感器的精度帶給整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)面影響，同時(shí)因?yàn)槠洳恍枰x線和在線的校正，轉(zhuǎn)換電路的效率將會(huì)提高許多。因此，我們往往需要增加更多的電路來減少或者消除傳感器誤差的影響。同時(shí)，任意數(shù)量相位都具有可測性。 第 4 頁 共 35 頁 （ 1） 交互的變換器并聯(lián)跟隨均流控制方法 該方法能夠在實(shí)現(xiàn)無主從模塊的控制策略的同時(shí)實(shí)現(xiàn) N+1 冗余，并且因?yàn)楦髯儞Q器之間的信息交換為數(shù)字信息，具有抗干擾， 高可靠性以及成本較低的優(yōu)點(diǎn)。若在整個(gè) 系統(tǒng)中的任意一個(gè)電源模塊出現(xiàn)故障，無法繼續(xù)正常工作時(shí)，這種自動(dòng)均流法會(huì)降低母線的電壓，而該種改進(jìn)的方法能夠得以有效的解決。 而另外一種則是通過與模塊中的故障檢測端結(jié)合得到的自動(dòng)均流電路。能夠分析并給出平均電流模式下的自動(dòng)均流控制系統(tǒng)的方法，給出其控制回路的設(shè)計(jì)原則，并且在理論上能夠不限模塊數(shù)量地使用該控制方法來進(jìn)行多個(gè)模塊的并聯(lián)。 改進(jìn)的常用均流控制法 在理論分析上 ，在并聯(lián)的 Boost 變換器均流控制系統(tǒng)中運(yùn)用改進(jìn)的自動(dòng)均流法，可以在低頻域里面將 Boost 變換器的外部環(huán)路系統(tǒng)由二階系統(tǒng)改變?yōu)橐浑A系統(tǒng)。但是，由于其具有成本偏高，并且自身的 A/D 以及D/A 精度不夠等比較重大的缺陷， UC3907 芯片還沒有得到廣泛的普及。 UC3907 芯片由于擁有著 結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大等 十分突出的優(yōu)點(diǎn)，得到了各個(gè)領(lǐng)域在芯片選擇上的廣泛使 用。目前，在國內(nèi)外都比較流行的是幾種并聯(lián)均流方案，例如下垂法、自動(dòng)均流法、最大電流法、主從電源法以及外部控制器法等等。 同時(shí)，對(duì)于一項(xiàng)電子產(chǎn)品而言，我們往往十分在意它在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的系數(shù)，而電源技術(shù)對(duì)此的要求更為突出。逆變焊機(jī)、電動(dòng)自行車、電鍍金以及一些需求大功率電源的供電場合都應(yīng)用到了這項(xiàng)技術(shù) [6]?？偠灾艋仡櫼幌麻_關(guān)電源技術(shù)一直以來的發(fā)展過程，我們可以清楚地看到，小型化、智能化、集成化、高效率以及高可靠性是當(dāng)今開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展潮流，同時(shí)也是今后所要研究的一個(gè)重要的方向。在新型變壓器和新型磁性材料的成功開發(fā)，專用集成控制芯片的成功研制以及 EMI 濾波器技術(shù)和新型電容器的進(jìn)步中，開關(guān)電源完成了小型化的目標(biāo)，并且其 EMC 性能得到了極大的提高。 國內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀 國內(nèi)外現(xiàn)狀簡介 目前，在我國的通信、家電、信息以及國防等各個(gè)領(lǐng)域的電源使用中普遍采用的高頻開關(guān)電源技術(shù)、相控電源技術(shù)逐漸在被淘汰 [5]。與此同時(shí)，通過實(shí)物的制作，我相信自己的動(dòng)手能力必會(huì)有所提 高，同時(shí)也增加了自己對(duì)于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、科學(xué)性以及全面性的理解。 此次開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到了單片機(jī)原理及應(yīng)用、電子測量技術(shù)以及模擬 /數(shù)字信號(hào)處理等多門學(xué)科以及技術(shù)知識(shí)的綜合應(yīng)用。在國外，有資料表明，在工作的環(huán)境溫度超過 50 攝氏度的情況下，電子元器件的壽命是其 在常溫（ 25 攝氏度）時(shí)的六分之一左右。這些問題會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性的降低，在我們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活中出現(xiàn)一些無法預(yù)料的嚴(yán)重后果。因此，開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的技術(shù)不但可以使其能夠提供我們所需的電流，并且 還能形成一種 N+m 的冗余結(jié)構(gòu)，在滿足我們用電需求的同時(shí)，幫助提高了整個(gè)開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可謂是一舉兩得。光伏產(chǎn)業(yè)在這樣的大背景下發(fā)展十分迅速，以太陽能為例子，由于當(dāng)今技術(shù)上的限制，我們使用太陽能時(shí)候的轉(zhuǎn)化效率依然十分低下，因此，每個(gè)電池板得到的能量都十分微小。 并且，在當(dāng)今這個(gè)迅速發(fā)展的社會(huì)中，我們更加提倡新能源的發(fā)展，因?yàn)樾履茉淳哂袧崈魺o污染、數(shù)量巨大并且取之不竭等各方面的優(yōu)勢 [3]。與此同時(shí)，我們可以將模塊的開關(guān)頻率提高到兆赫級(jí)，以此來提高模塊的功率密度，并且使電源系統(tǒng)的重量與體積降低。 因?yàn)?采取分布式 的 電源系統(tǒng)供電 方法 ，每個(gè)變換器僅僅 需要處理較小的功率，就能夠達(dá)到降低 應(yīng)力 的效果 。所以，大功率的電源系統(tǒng)要求使用若干臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的開關(guān)電源，以滿足其所需的負(fù)載功率的需求。如何研制出各式各樣的大功率、高性能的開關(guān)電源成為了當(dāng)今的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源，并聯(lián)供電，單片機(jī) Switching Power Supply Parallel Power Supply System Abstract： Along with the rapid development of power electronics technology in recent years, the demand for electronic devices in various industries is increasing. At the same time, because all kinds of electronic devices are constantly upgrading, to a diversified and integrated direction, the power of the power supply, the current requirements are also constantly improving. But due to the power of each module contains devices and materials influence, a single switching power supply module in all aspects of power, current, voltage, etc. are often unable to satisfy requirements of the electronic device, not to mention because in recent years the development of new energ