文獻標(biāo)識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)09-0064-03
大功率電源系統(tǒng)需要用單個大功率電源或者多個開關(guān)電源并聯(lián)來提供,但是單個的大功率電源在設(shè)計和制造中存在很大的困難,成本也較高,,同時可靠性和穩(wěn)定性也難以保障。多個開關(guān)電源的并聯(lián)系統(tǒng)能夠很好地克服這些缺點,,并具備單個電源所不具備的優(yōu)點:大容量,、高效率、高可靠性,、冗余特性,、模塊化和成本低[1]。并聯(lián)系統(tǒng)中,,每個變換器只處理較小功率,,不但降低了應(yīng)力,還可以應(yīng)用冗余技術(shù),,提高系統(tǒng)可靠性,。采用冗余技術(shù),還可以實現(xiàn)熱更換,,即在保證系統(tǒng)不間斷供電情況下,,更換系統(tǒng)的實效模塊。由于以上原因,,以及大功率負載需求和分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展要求,,開關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)的重要性日益增加。但是并聯(lián)開關(guān)變換器模塊間輸出特性存在差異,,致使各個模塊之間的輸出電流不一致,,這樣會導(dǎo)致某些模塊的電流應(yīng)力過大,增加了損壞的機率,,而且還會由于某個模塊達到最大電流限制造成整個并聯(lián)系統(tǒng)不能正常工作,。因此均流技術(shù)必然是并聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),具有重要的研究價值[2],。
1 兩個DC/DC開關(guān)電源模塊并聯(lián)的供電系統(tǒng)
采用兩個DC/DC開關(guān)電源模塊并聯(lián)的供電系統(tǒng)的主電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示,。系統(tǒng)由主電路、控制電路,、驅(qū)動電路,、保護電路等組成。輸入直流電壓經(jīng)濾波,,通過DC/DC并聯(lián)Buck結(jié)構(gòu)降壓均流[3],,經(jīng)STM32芯片采樣、控制和調(diào)節(jié),,輸出穩(wěn)定的直流電壓[4],。控制和調(diào)節(jié)完全由芯片程序和算法實現(xiàn),節(jié)省了硬件資源,,同時通過算法使系統(tǒng)能隨時調(diào)節(jié)電路以達到理想狀態(tài),,避免了單純采用硬件控制時不可調(diào)節(jié)的缺點,使系統(tǒng)更加穩(wěn)定和靈活,。同時系統(tǒng)帶有過流保護電路,,采樣電流或電壓大于設(shè)定值時,系統(tǒng)會自動斷開電源,,起到保護作用,,保障系統(tǒng)安全。
2 模塊并聯(lián)均流控制的技術(shù)策略
在模塊化電源系統(tǒng)中,,各電源模塊并聯(lián)運行,,為保證各模塊間電應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻合理分配,以實現(xiàn)電源系統(tǒng)中各模塊承受的電流的自動平衡均流,,以及當(dāng)輸入電壓或負載電流發(fā)生變化時,,保持各模塊輸出電壓穩(wěn)定,同時具有較好的瞬態(tài)均流特性,,需引入有效的并聯(lián)均流技術(shù),。均流控制是DC/DC模塊并聯(lián)中十分重要的部分,通過均流保障每個模塊的電流相同,,從而防止某個模塊過流,,導(dǎo)致器件損壞。穩(wěn)壓控制以輸出電壓作為反饋信號構(gòu)成單閉環(huán)型控制系統(tǒng)[5],。在穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上通過電流環(huán)進行反饋矯正均流相應(yīng)電流值,,從而實現(xiàn)了均流和穩(wěn)壓,采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制系統(tǒng)的框圖如圖2所示,。
3 仿真研究
3.1 仿真模型搭建
根據(jù)DC/DC模塊并聯(lián)開關(guān)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理搭建系統(tǒng)仿真模型,如圖3所示,。其輸入電壓為24 V,電感L為1.5 mH,,濾波電容C為4 700 μF,,開關(guān)頻率為20 kHz,輸出電壓基準(zhǔn)值為8 V,輸出負載電阻為8 Ω,。
3.2 仿真結(jié)果
仿真結(jié)果如圖4所示,,輸出電壓穩(wěn)定在8 V左右,兩支路輸出電流基本保持在0.5 A,,符合設(shè)計要求,,達到了穩(wěn)壓均流的效果。
4 實驗研究
為了驗證前述控制方法及仿真原理的正確性,,設(shè)計并制作了一個由兩個額定輸出功率均為16 W的8 V DC/DC 模塊構(gòu)成的并聯(lián)供電系統(tǒng),。在該實驗平臺上利用本文所述控制方法對該樣機進行了相關(guān)實驗研究,,調(diào)整負載電阻,通過示波器測量顯示輸出的電壓值和兩路電流值,。由圖5可看出兩路電流值分別為0.485 A和0.520 A,,基本實現(xiàn)了均流效果。輸出電壓在8.55 V保持穩(wěn)定,,滿足了穩(wěn)壓條件,。
本文通過介紹采用數(shù)字PI外環(huán)電壓內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)的雙環(huán)控制方法實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓均流,設(shè)計并制作了并聯(lián)供電系統(tǒng),,完成了相關(guān)軟件設(shè)計及調(diào)試,并給出了相關(guān)實驗波形,。實驗結(jié)果驗證了本文所述電路參數(shù)的正確性及控制策略的可行性,,對設(shè)計和制作開關(guān)電源模塊并聯(lián)的供電系統(tǒng)的均流技術(shù)的研究具有一定的參考價值。
參考文獻
[1] 符贊宣,,瞿文龍,,張旭.平均電流模式DC/DC變換器均流控制方法[J].清華大學(xué)學(xué)報,2003,,43(3):337-340.
[2] 高承博,,趙龍章.一種新型開關(guān)電源的并聯(lián)均流技術(shù)的實現(xiàn)方法[J]. 通信電
源技術(shù),2009,,26(6):35-37,47.
[3] 王兆安.電力電子技術(shù)第5版[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,,2009.
[4] 劉軍. 例說STM32[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011.
[5] 張占松.開關(guān)電源原理與設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,,2002.