基于 AVR 单片机的开关电源均流技术
茅文铭 尹 斌
(河海大学电气工程学院,江苏 南京 210098) 摘 要: 本文首先分析了电源的并联特性及均流的一般原
理,又详细分析了几种电源并联均流的技术,最后提出了基 于 AVR 单片机为控制核心,附带有 RS485 通信协议, 电压 电流采集和显示以及调节电源的输出电压和实现各路电 源的异常工作的声光报警的计算机均流技术方案,实现了 数字均流的智能化控制. 关键词:开关电源;均流;强迫均流;计算机控制;485 协议
系统,均流的基本思想是采用各自输出电流信号, 并把该信号引入控制环路中来参与调整输出电 压. 选择不同的电流信号注入点,可以直接调节系 统基准电压,反馈电压误差或者反馈电流误差, 形成多种均流方案,以满足不同的稳态性能和动 态响应.
2 传统的电源均流技术
2.1 主从方式均流法 实质是指定一定模块为主模块,工作在电压 源方式下,它直接连接到均流母线;其余的为从 模块,工作在电流源方式下,它们从母线上获取 均流信号,由于存在统一的误差ΔU,模块的输 出电流与误差电压成正比,所以不管负载电流如 何变化,各模块的电流总是相等的,从而实现均 流控制. 这种方式均流精度很高, 可达 0.5%以内. 分析可知采用这种均流法有以下特点: ① 一旦主模块出现故障,整个系统将崩溃 ② 电压环工作频带宽,容易产生噪声干 ③ 精度高,控制结构简单; ④ 主/从单元有均流母线联系,模块间连线 复杂. 2.2 平均电流法(自动均流) 它是将并联工作的每个模块电流取平均值 后,将平均电流值送给每个模块,各模块都以这 个平均电流值为目标自动调节自己的输出电流.
0 引言
计算机,通讯,空间站等的广泛应用,要求组 建大容量,安全可靠,不间断供电的电源系统. 如果采用单台电源供电,该变换器势必处理巨大 的功率,电压应力大,给功率器件的选择, 开关频率 和功率密度的提高带来困难,且一旦电源发生故 障,则整个系统崩溃. 采用多个电源模块并联运行 来提供大功率输出是电源技术发展的一个方向, 其系统中每个模块处理较小功率,解决了单台电 源遇到的问题.然而一般情况下不允许模块输出 之间直接进行并联,必须采用均流技术以确保每 个模块分担相等的负载电流.若采用多个电源模 块并联供电,不但可提供所需电流,而且可形成n +m冗余结构,提高系统的稳定性.随着采用数字 控制的成本逐步降低及开关电源非线性控制理论 和方法的不断完善,开关电源的数字化和数字均 流技术越来越成为其发展趋势.本文先从电源的 并联均流的一般原理出发,介绍几种传统的并联 均流方案,并结合简单电路图,讨论其工作原理及 优缺点,最后详细介绍一种新型实用的基于 AVR 单片机的数字均流方案.
1 并联均流的一般原理
并联电源系统中各模块按照外特性曲线分配 负载电流,外特性的差异是电流难以均分的根源. 正常情况下,各并联模块输出电阻为恒值,输出电 流不均衡主要是由于各模块输出电压不相等引 起. 均流的实质即通过均流控制电路,调整各模块 的输出电压,从而调整输出电流,以达到电流均分 的目的.一般开关电源是一个电压型控制的闭环
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图1
均流控制原理图
图一为 N 个并联模块中的一个模块按平均电 流自动均流的控制电路原理图,并联的各模块的 电流放大器输出端,通过一个电阻 R 接到均流母 线上,电压放大器输入为基准电压和均流控制电
压的综合,它与 Uf 进行放大后,产生电压误差 Ue 控制 PWM 及驱动器. 为电流放大器的输出信 Ui 号,和每个模块的负载电流成正比,Ub 为母线电 压.假设 N=2,也就是两个模块并联运行状态下, Ui1 和 Ui2 分别为模块 1 和 2 的电压信号,都经 过阻值为 R 的电阻接到母线 B , 母线电流 I 值计 算如下:I=(Ui1-Ub)/R+(Ui2-Ub)/R 当母线 电流 I=0 时,由上式得出:Ub=(Ui1-Ui2)/2. 母线电压 Ub 是 Ui1 和 Ui2 的平均值, 也代表了模 块 1,2 的输出电流平均值.代表均流误差的 Ui 与 Ub 之差,经过调节放大器,输出调整电压 Uc, Uc 值可正可负.当 Ub=Ui 时,电阻 R 上的电压为 零,调整电压 Uc=0, 实现了均流. 一旦模块间 的电流分配不均匀,Ub≠Ui,电阻 R 承受电压, 由这个电压控制 A1,再由 A1 控制功率级输出电 流,以达到均流目的. 它的特点是: Ⅰ.当均流母线短路或某个模块不工作时母 线电压下降,将促使每个模块电压下调,甚 至达到下限,造成故障; Ⅱ.均流效果较好,易实现准确均流; Ⅲ.可以构成冗余系统, 均流模块数理论上可 以不限,但应根据实际的调试确定模块数. 2.3 最大电流法 将图一均流框图中的电阻 R 用一个二极管 代替,二极管正端接 a,负端接 b,如图二所示.

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