1 引言

模塊化分布式電源較傳統(tǒng)集中供電系統(tǒng)具有可靠性高、效率高,、體積小,、使用方便等特點，但需配以可靠的均流措施保證模塊間電應力和熱應力均勻分配,。本文提出一種模塊化大功率直流電源,，單個電源模塊以DSP為核心，采用高頻開關功率變換技術,，實現(xiàn)多模塊并聯(lián)運行的穩(wěn)壓和均流,。

2 電源整體設計

以直流22 V～30 V的電壓調(diào)節(jié)范圍、4 kW功率的電源為基本模塊,，采用PWM控制方式,，通過改變PWM的占空比來控制輸出,。基本模塊的主電路采用半橋拓撲,；而控制電路則以TMS320LF2407A為核心,，實現(xiàn)穩(wěn)壓、限流,、均流功能,，以保護電路包括輸入電壓檢測、輸出過流檢測,、輸出過壓檢測和整機過熱檢測等,。

3 基本模塊的硬件設計

電源模塊電路原理如圖1所示。由于半橋結構中原邊開關管的電壓應力最小,，因此對于離線式開關電源,。電路中L1為電路主濾波電感，電感量較大,；L2為輔助電感,，電感量較小，主要用于進一步減小輸出開關噪聲,。

單個電源模塊的額定功率為4 kW,，額定輸出電壓為28 V，考慮到過載問題,，實際輸出電流最大值為150 A,。根據(jù)變壓器原邊和副邊功率相等，估算流經(jīng)功率模塊的電流,?？紤]三相交流電源電壓在±15％范圍內(nèi)波動，以最小輸入電壓計算,，半橋變換器變壓器原邊繞組電壓為230 V,，則流過變壓器原邊繞組，也就是功率模塊的最大電流為18.3 A,，功率模塊受到的反壓為三相整流電壓,；以三相交流電壓的最大值計算電壓為618 V，為保證器件可靠工作,，其電源模塊的額定電流是工作電流的2倍以上,。因此，選用三菱公司的IGBT模塊CM100DY-24NF,，其額定電流為100 A,，耐壓為1 200 V，采用兩單元半橋結構,。

控制電路主要由TMS320LF2407A子系統(tǒng),、A／D輸入,、調(diào)壓、上電保護等電路組成,。其中TMS320-LF2407A子系統(tǒng)主要包括時鐘,、復位、JTAG仿真接口和供電系統(tǒng),。

4 TMS320LF2407A的軟件設計

TMS320LF2407A DSP作為電源模塊的控制核心,，通過改變輸出PWM的占空比實現(xiàn)調(diào)壓、均流等功能,。主程序在完成系統(tǒng)初始化,、A／D初始化、定時器開啟后就處于等待中斷狀態(tài),，各功能模塊通過中斷服務程序來實現(xiàn),。

4.1 穩(wěn)壓功能的軟件設計

傳感器輸出電壓信號，經(jīng)濾波,、采樣后,，與給定電壓信號相比較，將其偏差送至PID調(diào)節(jié)器,，改變PWM的占空比,，使輸出電壓保持恒定。其中PID調(diào)節(jié)器采用將模擬PID控制規(guī)律離散化并加以改進的增量式PID控制算法,，控制簡單,、參數(shù)易于整定，只需前后3次測量偏差,，即可以求出占空比的控制增量,。

4.2 均流功能的軟件設計

對于若干個電源模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)有多種方法實現(xiàn)均流功能，如輸出阻抗法,、主從均流法,、自動均流法，民主均流法等,。該電源系統(tǒng)模塊采用自動均流法(又稱外加均流控制器法),，這種方法需用一根帶寬較窄的通信線(稱為均流母線)連接各模塊。均流母線電壓與各模塊電流的平均值成正比,。本電源系統(tǒng)模塊以TMS320LF2407A同時作為穩(wěn)壓和均流的控制器，將平均值自動均流法加以改進,，通過環(huán)流誤差和負載電流的采樣數(shù)據(jù)計算平均電流并設定均流閾值,，每個電源模塊根據(jù)各自負載電流和環(huán)流的具體數(shù)值決定是否參與均流，這樣可以精確實現(xiàn)均流,，同時還避免了自動均流法易于出現(xiàn)故障和不穩(wěn)定問題,。圖2所示為均流子程序的流程圖,。
 

5 結束語

除上述設計，為保證電源的可靠高效工作,，本模塊化電源系統(tǒng)還設計了浪涌電流抑制電路,、廣義軟開關——吸收電路、保護電路,，并對主電路和控制電路設計了防電磁干擾,。最終研制了系列直流電源四臺。輸入電壓為三相三線交流380 V,。輸出電壓為直流28 V,，額定容量分別為4 kW、8 kW(均流誤差<2％),、16 kW(均流誤差<3％),、24 kW(均流誤差<5％)。

現(xiàn)以TMS320LF2407A DSP為控制核心,，實現(xiàn)了多模塊并聯(lián)運行大功率數(shù)字化直流開關電源的設計,，經(jīng)試驗測試和實際使用，電源工作穩(wěn)定,，穩(wěn)壓和均流效果良好,，達到了預期的要求。