DC/DC开关电源模块并联供电系统均流控制研究
来源：电子技术应用2012年第9期
作者：易映萍1, 杨 坚1, 姚为正２
摘&& 要： 介绍了由两个DC/DC模块构成的供电系统电路结构和工作原理。该系统采用ARM芯片为主控芯片产生驱动功率开关器件MOSFET的PWM脉冲[1]，对供电系统的输出电压和各个模块的输出电流均实现了全数字闭环PI控制。系统输出电压稳定，能实现两个模块电流的比例分配，同时具有输出负载短路及延时恢复功能。仿真和实验结果验证了控制技术的正确性和可行性。
关键词： ；并联；；STM32； 开关电源
&&& 大功率电源系统需要用单个大功率电源或者多个开关电源并联来提供，但是单个的大功率电源在设计和制造中存在很大的困难，成本也较高，同时可靠性和稳定性也难以保障。多个开关电源的并联系统能够很好地克服这些缺点，并具备单个电源所不具备的优点：大容量、高效率、高可靠性、冗余特性、模块化和成本低[1]。并联系统中，每个变换器只处理较小功率，不但降低了应力，还可以应用冗余技术，提高系统可靠性。采用冗余技术，还可以实现热更换，即在保证系统不间断供电情况下，更换系统的实效模块。由于以上原因，以及大功率负载需求和分布式电源系统的发展要求，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联开关变换器模块间输出特性存在差异，致使各个模块之间的输出电流不一致，这样会导致某些模块的电流应力过大，增加了损坏的机率，而且还会由于某个模块达到最大电流限制造成整个并联系统不能正常工作。因此均流技术必然是并联系统的关键技术，具有重要的研究价值[2]。
1 两个DC/DC开关电源模块并联的供电系统
&&& 采用两个DC/DC开关电源模块并联的供电系统的主电路拓扑结构如图1所示。系统由主电路、控制电路、驱动电路、保护电路等组成。输入直流电压经滤波，通过DC/DC并联Buck结构降压均流[3]，经STM32芯片采样、控制和调节，输出稳定的直流电压[4]。控制和调节完全由芯片程序和算法实现，节省了硬件资源，同时通过算法使系统能随时调节电路以达到理想状态，避免了单纯采用硬件控制时不可调节的缺点，使系统更加稳定和灵活。同时系统带有过流保护电路，采样电流或电压大于设定值时，系统会自动断开电源，起到保护作用，保障系统安全。
2 模块并联均流控制的技术策略
&&& 在模块化电源系统中，各电源模块并联运行，为保证各模块间电应力和热应力的均匀合理分配，以实现电源系统中各模块承受的电流的自动平衡均流，以及当输入电压或负载电流发生变化时，保持各模块输出电压稳定，同时具有较好的瞬态均流特性，需引入有效的并联均流技术。均流控制是DC/DC模块并联中十分重要的部分，通过均流保障每个模块的电流相同，从而防止某个模块过流，导致器件损坏。稳压控制以输出电压作为反馈信号构成单闭环型控制系统[5]。在稳压的基础上通过电流环进行反馈矫正均流相应电流值，从而实现了均流和稳压，采用电压外环和电流内环的双环控制系统的框图如图2所示。
3 仿真研究
3.1 仿真模型搭建
&&& 根据DC/DC模块并联开关电源系统结构及工作原理搭建系统仿真模型,如图3所示。其输入电压为24 V，电感L为1.5 mH，滤波电容C为4 700 &F，开关频率为20 kHz,输出电压基准值为8 V，输出负载电阻为8 &O。
3.2 仿真结果
&&& 仿真结果如图4所示，输出电压稳定在8 V左右，两支路输出电流基本保持在0.5 A，符合设计要求，达到了稳压均流的效果。
4 实验研究
&&& 为了验证前述控制方法及仿真原理的正确性，设计并制作了一个由两个额定输出功率均为16 W的8 V DC/DC 模块构成的并联供电系统。在该实验平台上利用本文所述控制方法对该样机进行了相关实验研究，调整负载电阻，通过示波器测量显示输出的电压值和两路电流值。由图5可看出两路电流值分别为0.485 A和0.520 A，基本实现了均流效果。输出电压在8.55 V保持稳定，满足了稳压条件。
&&& 本文通过介绍采用数字PI外环电压内环电流调节的双环控制方法实现系统的稳压均流，设计并制作了并联供电系统，完成了相关软件设计及调试，并给出了相关实验波形。实验结果验证了本文所述电路参数的正确性及控制策略的可行性，对设计和制作开关电源模块并联的供电系统的均流技术的研究具有一定的参考价值。
[1] 符赞宣，瞿文龙，张旭．平均电流模式DC/DC变换器均流控制方法[J]．清华大学学报，):337-340.
[2] 高承博，赵龙章．一种新型开关电源的并联均流技术的实现方法[J]． 通信电
源技术，):35-37,47.
[3] 王兆安．电力电子技术第5版[M]． 北京：机械工业出版社，2009.
[4] 刘军． 例说STM32[M]．北京:北京航空航天大学出版社，2011.
[5] 张占松．开关电源原理与设计[M]．北京：电子工业出版社，2002.
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基于C的开关电源模块并联供电系统设计
4 电压电流采样电路 系统采用芯片INA169对康铜丝上的电压进行采样并间接推算出电流值。选择标称值为50 m&O的康铜丝作为采样对象，经检测，其实际电阻值为47 m&O，并以此在采集输出电流时进行软件修正。INA169的输出脚OUT直接接入单片机内置A／D转换输入端，其输出电压 VOUT=ItxR10xRs3／1K (1) 当R10=50 m&O，It=0．5 A，Rs3=20 k&O时，可算出VOUT=0．5 V，以此类推，当I=1 A，VOUT=1 V，It=2 A时，VOUT=2 V，此比例关系可以方便单片机采样电压。 系统对输出电压采样时，在负载两端并联1 k&O电阻以及10 k&O可调电阻，单片机采集输出电压在R11两端的电压，调节RS2，使单片机内置A／D输入端采集到的电压与输出电压成比例1：8的关系。输出电压、电流采样电路如图4所示。本文引用地址：5 系统电压电流测控原理 本系统测控电路原理图如图6所示，控制器1(MCU1)采集DC／DC1产生的电流和负载上的电压，根据控制策略调节PWM信号，调整DC／DC1的输出；控制器模块2(MCU2)采集DC／DC模块2产生的电流和负载上的电压。根据控制策略调节PWM信号，用以调整DC／DC模块1和DC／DC模块2的输出，使得系统达到控制策略所设定的电流I1、电流I2以及负载电压UO。5．1 MCU1的电流控制策略 MCU1通过采样电流的反馈，将I1的电流控制在0．5 A&5％上。当接收到MCU2的控制信号时MCU1改为进行电压采样，控制PWM信号将输出电压UO稳定在8+0．4 V上，实现负载电压的控制。 如果采样到I1小于0．4 A，则返回原始的控制，将I1稳定在0．5 A上，并且向MCU2发送控制信号。如果采样到的I1大于2．6 A，则通知MCU2关闭PWM信号，进行过流保护。MCU1的电流控制策略流程图如图5所示。
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开关电源并联均流系统
　　摘 要： 开关电源模块并联均流系统。利用该并联均流系统可进行均流控制，当负载变化时，每台电源输出的电压变化相同，每台电源的是输出电流按功率份额均摊，以实现有效控制和提升带载能力。在此系统的基础上，可以进行电源领域中的多个实验研究，基本研究包括整流研究、线性稳压电源研究、电压型开关电源研究、电流型开关电源研究；综合设计性研究包括数控恒压电源研究、数控恒流电源研究。本作品将数字单片机控制技术与模拟电路技术以及电力电子技术融为一体，本作品既能够作为电源技术教学的研究平台，也能够作为电源系统开发的试验平台，为电源技术的发展应用提供设备基础，该并联均流系统成本不高，适合推广使用。 中国论文网 /8/view-1702335.htm　　关键词： 并联均流；开关电源；技术领域 　　中图分类号：TM919 文献标识码：A 文章编号：（2－01 　　1 技术领域 　　“开关电源模块并联均流” 的应用是由于一台直流稳定电源的输出的电压、电流、功率不能满足要求，因此在实用中采用模块化的构造方法，用一定规格的模块式电源，按照并联的方式，分别达到输出电压、输出电流、输出功率扩展的目的。 　　开关电源的一种结合恒压横流的技术，提高电源输出功率，增强的带负载的能力，能够更好地提高能源的利用率，实现了节能的目的。 　　2 背景技术 　　传统的电源是通过板半整流电路、全桥整流电路等，但是这些方法实现的只是恒压源或者恒流源，输出额定的恒定的电压或者电流，在我们的日常生活中大功率的电器很多，这就需要提供一个稳定的电源给他供电，但是往往在生活中由于一些原因造成功率不够等现象，这样严重的影响了电器的使用寿命。如何提供一个可靠地电源成为了一个重要应用问题。 　　开关电源模块并联均流它所对应的就是一些大功率的电器，但是如何制作一个可靠稳定的即能恒定输出恒定的电压，又能恒定输出恒定的电流，且工作稳定、智能化的电源是我们必须深刻研究的问题。 　　3 发明内容 　　开关电源模块并联均流系统包括系统供电模块：1）线性电源模块；2）电压型开关电源模块；3）电流型开关电源模块；4）和单片机最小系统模块；5）各模块单独使用/组合使用完成并联均流控制。 　　开关电源模块并联均流系统所述的系统供电模块1）包括市电（11）、EMI滤波（12）、降压变压器（13）和整流滤波电路（14），市电（11）为系统供电；EMI滤波（12）滤除电网对系统的干扰，消除系统对电网的污染；降压变压器（13）将市电降至安全电压；整流滤波电路（14）完成整流和滤波，获得直流电压为电压型开关电源模块（3）、电流型开关电源模块（4）供电。 　　开关电源模块并联均流系统所述的系统线性电源模块2）为电压型开关电源模块（3）、电流型开关电源模块（4）、和单片机最小系统模块（5）中各芯片的工作电源。 　　开关电源模块并联均流系统所述的系统电压型开关电源模块3）包括电压型PWM芯片（31）、驱动隔离电路（32）和电压型DC/DC（33），电压型PWM芯片（31）根据输出电压采样反馈信号产生相应PWM信号，经驱动隔离电路（32）后接至电压型DC/DC。 　　开关电源模块并联均流系统所述的系统电流型开关电源模块4）包括电流型PWM芯片（41）、驱动隔离电路（42）和电流型DC/DC（43），电流型PWM芯片（41）根据负载电流采样反馈信号产生相应的PWM信号经驱动隔离电路（42）接至电流型DC/DC。 　　开关电源模块并联均流系统所述的系统单片机最小系统模块5）包括4×4键盘（51）、单片机核心板（52）和显示模块（53），由单片机核心板（52）接口与电压型开关电源模块（3）、电流型开关电源模块（4）和恒流电源模块（5）的数控接口连接进行数控电源操作，4×4键盘（51）完成对输出电压/电流的设置和步进调整功能，显示模块（53）完成对设定电压/电流和实际输出电压/电流的显示。 　　开关电源模块并联均流系统所述的系统系统供电模块（1）、线性电源模块（2）、电压型开关电源模块（3）和单片机最小系统模块（5）组合使用完成开关电源模块并联均流系统的并联均流操作。 　　本系统还设置了安全保障系统，通过传感器时时监测它的电压和电流，对超过额定值的电压和电流进行保护，以免发生事故和意外，对电器和电网造成危害。 　　4 附图说明 　　图1为开关电源模块并联均流系统原理图； 　　图2为集成线性稳压电路； 　　图3为开关电源模块并联均流系统电路图； 　　其中图3： 　　D8：为反相器； 　　R12、R14、R30：为采样电阻D6：为电流二极管。 　　5 具体实施方式 　　下面结合附图对开关电源模块并联均流系统进行详细说明。 　　如图1所示，将市电220V的交流电先经EMI滤波之后分别接入系统供电模块进行降压处理、整流滤波输出电压为后面的开关电源的恒压和恒流源提供电压和电流，以实现电压和电流的控制和线性电源模块进行整流滤波处理输出稳定的线性电压，为后面的单片机和一些线路板供电。在运行中，电路始终提供一个稳定的电压，并且通过单片机的AD端口检测霍尔传感去输出的电流的大小通过采样电阻测出电压的大小，并时时进行监测，之后调节负载的大小是电流发生变化，通过电流的变化使单片机的DA端口输出一个电压给恒流源的控制电阻，使恒流源输出一个恒定的电流，另一部分电流则由恒压源提供，并且恒流恒压源提供的电流可以按比列输出。 　　如图2所示，将市电220V的交流电先经EMI滤波之后给线性电源模块整流降压实现12v和5v的直流输出分别给控制电路板和单片机供电，为系统的控制和保障提供了保障。 　　如图3所示，为实现均流的电路图，通过单片机的监测和输出控制恒压和恒流输出电压和电流的大小。 　　6 结语 　　在大功率DC/DC开关电源中经常采用多个电源并联的方法来提高功率，开关电源并联均流可以安全可靠的不间断供电。如果采用单台电源供电该变换器势必要要处理更大的功率给功率器件的选择，开关平率和功率密度的提供带来困难，并且一旦单台发生故障整个系统就会崩溃。采用两个开关电源模块来运行不但可以提高功率是每个开关电源的功率变小同时也减少了单台开关电源遇到故障所带来的问题。 　　 　　 　　参考文献： 　　[1]王水平，开关稳压电源原理及设计[M].人民邮电出版社，2008.7. 　　[2]周志敏、周纪海、纪爱华，开关电源实用技术[M].人民邮电出版社，2007.8. 　　[3]路秋生，开关电源技术与典型应用[M].电子工业出版社，2009.3. 　　[4]何希才，新型开关电源设计与维修[M].国防工业出版社，2001.1.
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线性稳压电源芯片能不能这样直接和开关电源模块并联使用
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最近在给一个检测系统做配套电源模块，使用了±18V的AC-DC适配器，系统需要用到±15V、5V、3.3V四路电压供电，考虑到原来方案从+15V直接线性稳压到5V芯片发热量巨大，所以就选用了一块开关电源模块和产生+15V的L7815并联使用，二者供电都是+18V。开关电源模块输出可调，现在调整为6.5V左右的输出，之后接LM7805转5V，3.3V使用lm接在5V上。在使用过程中出现了问题，不加负载的时候各路电压输出都正常。但是接上负载上电后+15V电压被拉到了0.8V左右，把负载拿下来后重新上电，电压正常，负载无短路。先上电在接+15V负载时电压正常，实测大概14.9V的样子。搞不懂啊！！
现在就想请教个问题，线性稳压电源芯片能不能这样直接和开关电源模块并联使用？二者之间需不需要加个电感什么的做下隔离？
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补充一下，因为是五孔板焊的，所以只加了钽电容，没加陶瓷电容去耦
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其他的我不知道。但是7805的话6.5V做输入就太小了。 好像最小压要7V的吧。
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7805输入电压大于输入电压3V时稳压电路工作可以正常。
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输入电压满足条件的话就可以，转5V的话不隔离问题不大，或者楼主也可以考虑，DC/DC电路。
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电压被拉下来的原因一般是 负载功率太大 所有电压被拉下来 你计算一下你负载在正常工作时需要的电流 再去选电源
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