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基于DSP的新型恒压双并联模块电源的设计

作者:广州市爱浦电子来源:原创 日期:2017年9月22日 10:19
引言
        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¨-2 J。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。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,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。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dsPIC30F401 1作为控制芯片。
        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。
        控制系统采用电压电流双闭环控制方式,由dsPIC30F401 1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。
        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。
 
2 实验数据与波形
 
        为验证上述控制方式,对不同分流比情况下的负载进行了测试,结果如表1所示。
        上述测试结果表明,实际负载电流可以按指定的比例进行分配,偏差在允许范围内。等比分流情况下的实验波形如图4、5所示。
 
3 结论
 
        本设计中,在输出电压稳定的前提下,可对2路并联Buck的输出电流进行任意分配,因此也可对2路电源的输出功率进行任意分配,分配比例可由用户自由设定。实验结果表明本文提供的控制方案是可行的。
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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