0 引言

　　隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，對電源的質(zhì)量和可靠性要求越來越高，在很多關(guān)鍵的應(yīng)用場合,，比如說地鐵站,、醫(yī)院等電源供應(yīng)不能有絲毫的差錯，否則會帶來嚴(yán)重的,、甚至是災(zāi)難性的后果,。所以在很多關(guān)鍵的地方，都設(shè)有備用電源或雙路電源并聯(lián)供電,，如UPS（ 不間斷電源系統(tǒng)） .雙路電源并聯(lián)供電的優(yōu)點主要有兩個： ① 擴(kuò)充容量,，實現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)，② 通過冗余實現(xiàn)容錯功能，即當(dāng)某電源模塊失效時,，系統(tǒng)還可以提供負(fù)載功率,，實現(xiàn)電源系統(tǒng)的不間斷供電。

　　但是,，傳統(tǒng)的雙路電源并聯(lián)供電方式有其自身的局限性,，比如： ① 靈活性差，在雙路電源都在線工作時不能實現(xiàn)工作電流的獨立控制,； ② 不能有效實現(xiàn)節(jié)能,，例如在野外，太陽能和風(fēng)能資源非常豐富,，我們完全可以以這種綠色能源為主，其他供電方式為輔,，為一些在野外工作的關(guān)鍵設(shè)備供電,。但是有時太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的電力不足以維持設(shè)備的正常運行，如果用電池儲存,，電池容量有限,，完全舍棄不用，直接采用備用電源又有些可惜,?；诖嗽O(shè)計并實現(xiàn)了一種新型供電系統(tǒng)。實現(xiàn)并聯(lián)電源的電流可按照默認(rèn)分流比例分流或控制分配比例分流兩種模式工作[3].這樣就避免了上述存在的問題,，下面以一雙通道直流電源為例介紹其實現(xiàn)原理和方法,。

　　1 方案設(shè)計與論證

　　設(shè)計一個安全可靠、低成本,、輸出功率為200 W的12 V 直流并聯(lián)供電系統(tǒng)應(yīng)用于野外現(xiàn)場,。系統(tǒng)能滿足當(dāng)負(fù)載改變時，輸出電壓基本不變,。并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出電流可按照一定比例自動分配電流,，每個模塊的輸出電流的相對誤差絕對值不大于5%.具體要求如下： ① 負(fù)載改變時，保持輸出電壓不變,，使負(fù)載電流Iout在10 ~ 20 A 之間變化時,，兩個模塊的輸出電流可在5 ~ 15 A 范圍內(nèi)按指定的比例自動分配，每個模塊的輸出電流相對誤差的絕對值不大于2%.② 額定輸出功率工作狀態(tài)下,，進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)效率,。③ 具有負(fù)載短路保護(hù)及自動恢復(fù)功能，保護(hù)閾值電流為20A（ ± 0. 2 A 的偏差） ,系統(tǒng)總體組成框圖如圖1 所示,。

　　1. 1 核心處理器方案選擇

　　DSP 具有運算速度快,、支持浮點運算、測量精度高、抗干擾能力強的優(yōu)點,。DSP 器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，可以同時存取程序和數(shù)據(jù),。內(nèi)置高速的硬件乘法器,，增強的多級流水線，使DSP 器件具有高速的數(shù)據(jù)運算能力,。DSP（ TM320LF2407A） 自帶的幾路12 位A/D 轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計要求的精度,，DSP 器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT 快速傅里葉變換和濾波器的運算速度,。另外該DSP 器件還具有高速,、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口?；谝陨显蛭覀儾捎靡訢SP（ TM320LF2407A） 為核心的控制器,。

　　1. 2 主電路DC-DC 變換器選擇

　　采用BUCK 變換電路，此電路體積小,，電路相對于單端反激變換電路更加簡單,，效率相對于單端反激變換電路會更高，少了很多可以增加損耗的地方而且不用繞制變壓器,，減少了損耗與變壓器噪聲等問題,，故選擇此方案。

　　1. 3 開關(guān)管的選擇

　　選擇場效應(yīng)管IR2125 作為開關(guān)管,，此管子導(dǎo)通壓降低且導(dǎo)通電阻僅有幾十毫歐,，損耗相對于IGBT 作為開關(guān)管的方案要小很多，因此我們選擇此方案,。

　　1. 4 控制策略選擇

　　本設(shè)計采用電壓,、電流雙閉環(huán)PI 調(diào)節(jié)的方式控制輸出電壓，并使其開關(guān)電源并聯(lián)供電能夠按照預(yù)設(shè)比例進(jìn)行分流,。我們用小電阻采集兩個開關(guān)電源各自的電流信號和總體的輸出電壓信號,，經(jīng)過信號的調(diào)理傳送給DSP,采用PI 調(diào)節(jié)電流控制的方式進(jìn)行分流調(diào)控，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓分配輸出電流的效果,。

　　2 理論分析與電路實現(xiàn)

　　2. 1 理論分析與計算

　　系統(tǒng)需要檢測的電壓是BUCK 變換器輸出的12. 0± 0. 4 V 電壓,，BUCK 變換器電路原理圖如圖2 所示。

　　根據(jù)圖2 所示的BUCK 電路,，可得到如下公式：

　　令τid = 2. 63 × 10 - 3,消除大慣性環(huán)節(jié),，可得到電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)：

　　電壓外環(huán)設(shè)計

　　結(jié)合圖3,可以得到電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，如圖4 所示,。

　　2.2 電壓電流采集,、調(diào)理電路

　　為減小共模輸入信號,，可采用差動輸入式電壓放大電路和高共模抑制比的運放LM358,將輸出電壓按比例減小，減小為2 V 左右的信號經(jīng)RC 低通濾波后送入DSP 的A/D.

　　系統(tǒng)需要檢測的電流是并聯(lián)BUCK 變換器各自的輸出電流,，將電流檢測轉(zhuǎn)換為電壓檢測,，為減小采樣電阻損耗，阻值取為0. 1 Ω 左右,，故需放大電壓小信號,，為減小共模輸入信號，采用兩級放大,，前級采用差動輸入式電壓放大電路,，這里選擇放大倍數(shù)為10 倍，放大后的信號經(jīng)RC 低通濾波后送入DSP A/D.

　　信號調(diào)理模塊主要是由增益可調(diào)的AD603 實現(xiàn)的,，其放大倍數(shù)可以通過DSP 調(diào)節(jié),，由DSP 來判斷當(dāng)前信號幅度的大小，經(jīng)過一定的運算處理后給出一一對應(yīng)的數(shù)字量控制信號,，然后經(jīng)過DA 轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)的模擬量來控制放大電路的增益,，可讓輸出電壓連續(xù)變化。AD603 通過軟件控制輸出,，使之輸出電壓連續(xù)變化通過調(diào)節(jié)反饋電位器可實現(xiàn)輸出幅度≥5 V,信號調(diào)理電路如圖5 所示。

　　2. 3 DC/DC 變換器穩(wěn)壓方法和均流方法

　　采集的電壓和電流信號送入DSP,經(jīng)PI 算法,，產(chǎn)生PWM 波,，控制驅(qū)動電路產(chǎn)生脈寬可變的驅(qū)動脈沖，改變開關(guān)管開關(guān)時間,，實現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)反饋調(diào)節(jié),，保持輸出電壓穩(wěn)定，使輸出電流按比例分配,。

　　2. 4 過流保護(hù)

　　電壓電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)中,，將檢測到的電流信號與過流保護(hù)預(yù)設(shè)信號比較，若出現(xiàn)過流,，則封鎖PWM 輸出脈沖,，驅(qū)動脈沖消失，開關(guān)管關(guān)閉,，由軟件實現(xiàn),。

　　3 程序設(shè)計主程序流程圖

　　如圖6 所示。

　　4 系統(tǒng)測試

　　4. 1 硬件測試

　　將開關(guān)管驅(qū)動與BUCK 變換器的開關(guān)管相連,，給IR2125 輸入端加上PWM 波,，測試系統(tǒng)開環(huán)運行情況，測量BUCK 電路在輸入36 V 下的輸出電壓大小,，改變負(fù)載測量電壓波動,，對信號調(diào)理電路可單獨測試,，電流檢測電路輸入幾十mV 小信號，測量輸出信號和紋波大小,，測試其是否滿足要求以及進(jìn)一步改進(jìn),。

　　4. 2 硬件軟件聯(lián)調(diào)

　　將信號檢測模塊與DSP 系統(tǒng)相連，DSP PWM 輸出端與IR2125 的控制脈沖輸入端相連,，測試系統(tǒng)在電壓和電流雙閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)下的運行情況及測量輸出電壓波動大小和電流的自動分配,。

　　下面以設(shè)定分流比例，以36 V DC 輸入,，輸出電壓保持在（ 12. 0 ± 0. 4） V 以內(nèi),，輸出電流之和在5 ~ 20 A內(nèi)變化進(jìn)行系統(tǒng)檢驗， I1, I2 分別為兩路輸出的電流信號,，測量結(jié)果見表1.

　　5 結(jié)語

　　本系統(tǒng)采用DSP（ TMS320F28335） 作為控制和計算中心,，處理來自電阻采樣而來的電流信號與電壓信號，利用雙閉環(huán)系統(tǒng)的PID 調(diào)節(jié)算法,，使并聯(lián)DC-DC輸出穩(wěn)定,，并且可以實現(xiàn)均流，和任意給定的比例下準(zhǔn)確分流,，在過流時候封鎖輸出,，故障消除自動恢復(fù)運行的保護(hù)設(shè)計，硬件電路簡單,，靈活性好,，從測試數(shù)據(jù)與系統(tǒng)運行情況來看，本系統(tǒng)的誤差較小,，運行穩(wěn)定可靠,，經(jīng)實地測試，能夠較好滿足現(xiàn)場的實際需要,。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的推廣和使用價值,。