高頻開關電源的并聯均流系統

摘要：介紹了高頻開關電源的控制電路和并聯均流系統。控制電路采用TL494脈寬調制控制器來產生PWM脈沖，用軟件的方式實現多電源并聯運行時達到均流的方法。

關鍵詞：開關電源；脈寬調制；均流

0??? 引言

??? 模塊化是開關電源的發展趨勢，并聯運行是電源產品大容量化的一個有效方案，可以通過設計N＋l冗余電源系統，實現容量擴展。本系統是多臺高頻開關電源（1000A/15V）智能模塊并聯，電源單元和監控單元均以AT89C51單片機為核心，電源單元的均流由監控單元來協調，監控單元既可以與各電源單元通信，也可以與PC通信，實現遠程監控。

1??? PWM控制電路

??? TL494是一種性能優良的脈寬調制控制器，TL494由5V基準電壓、振蕩器、誤差放大器、比較器、觸發器、輸出控制電路、輸出晶體管、空載時間電路構成。其主要引腳的功能為：

??? 腳1和腳2分別為誤差比較放大器的同相輸入端和反相輸入端；

??? 腳15和腳16分別為控制比較放大器的反相輸入端和同相輸入端；

??? 腳3為控制比較放大器和誤差比較放大器的公共輸出端，輸出時表現為或輸出控制特性，也就是說在兩個放大器中，輸出幅度大者起作用；當腳3的電平變高時，TL494送出的驅動脈沖寬度變窄，當腳3電平變低時,驅動脈沖寬度變寬；

??? 腳4為死區電平控制端，從腳4加入死區控制電壓可對驅動脈沖的最大寬度進行控制，使其不超過180°，這樣可以保護開關電源電路中的三極管。

??? 振蕩器產生的鋸齒波送到PWM比較器的反相輸入端，脈沖調寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端，通過PWM比較器進行比較，輸出一定寬度的脈沖波。當調寬電壓變化時，TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變開關管的導通時間t_on，達到調節、穩定輸出電壓的目的。脈沖調寬電壓可由腳3直接送入的電壓來控制,也可分別從兩個誤差放大器的輸入端送入,通過比較、放大,經隔離二極管輸出到PWM比較器的正相輸入端。兩個放大器可獨立使用,如分別用于反饋穩壓和過流保護等，此時腳3應接RC網絡，提高整個電路的穩定性。

??? 如圖1所示，PWM脈沖的占空比有內部誤差放大器EA₁來調制，而內部誤差放大器EA₂則用來打開和關斷TL494，用于保護控制。腳2和腳15相連，并與公共輸出端腳3相連通，因腳3電位固定，所以，TL494驅動脈沖寬度主要由腳1（PWM調整控制端）來控制；腳16是系統保護輸入端，系統的過流、過壓、欠壓、過溫等故障以及穩壓或穩流切換時關斷信號都是通過腳16來控制。鋸齒波發生器定時電容C_T=0.01μF，定時電阻R_T=3kΩ，其晶振頻率f_osc==36.6kHz。內部兩個輸出晶體管集電極（腳8和腳11）接＋12V高電平，其發射極（腳9和腳10）分別驅動V₁和V₂，從而控制S₁和S₂,S₃和S₄管輪流導通和關閉。

圖1??? PWM控制電路

2??? 軟件介紹

2.1??? 電源單元和監控單元的軟件

??? 高頻開關電源單元主要有數據采集，電壓電流輸出給定，鍵盤和LED顯示，故障處理以及與監控單元RS485通信等子程序組成。監控單元主要有鍵盤和液晶顯示，EEPROM以及與電源單元和PC機RS485通信等子程序組成。EEPROM用于存放工作參數和其他不能丟失的信息，它采用X5045芯片，X5045有512字節，內涵看門狗電路，電源VCC檢測和復位電路。

??? 如果出現故障，電源單元立即做出相應處理，并主動向監控單元申請中斷，將故障數據傳送給監控單元，監控單元立即調用故障處理程序，如果故障嚴重將切除故障電源，并啟動備份電源，而且將故障情況傳送給PC機。

2.2??? 均流處理程序

??? 高頻開關電源單元將各自的電壓和電流發送給監控單元，監控單元接收到各電源單元的電壓和電流信息后，馬上進入均流判定處理程序。本程序將根據均流精度的要求，計算出該由哪個電源單元進行怎樣的調節以達到均流要求。該程序主要包括下面兩個模塊：第一個模塊主要完成電壓的檢查工作，發現電源單元電壓偏移超過要求，馬上進行相應調節，保證其電壓為要求值；第二個模塊用于進行均流計算，該模塊將找出電流偏移平均值超過規定要求的電源單元，并進行相應的調節。均流流程圖如圖2所示。

圖2??? 均流處理流程圖

??? 由于在實際運用中，各電源單元的電壓值并非完全一致，所以本系統對多電源單元并聯后的電壓有兩條要求。

??? 1）多電源單元并聯時，若各電源單元之間的最大電壓偏差>0.5％，那么并聯后的輸出電壓要求在各電源單元的電壓之間；若各電源單元之間的電壓偏差均<0.5％，那么并聯后的輸出電壓應為各電源單元電壓的中間值加0.25％誤差。本要求同時兼顧了盡量提高穩壓精度和防止電壓調節過于頻繁的要求。

??? 2）并聯后的輸出電壓與任一電源單元工作時的電壓之差≤1％（本電源要求穩壓精度<1％）。

??? 若找不到符合要求的電壓點，則程序認為相互并聯的電源的電壓偏差過大，將停止均流調節，并按要求提出警告。

??? 第二個模塊用于對各模塊的電流進行均流計算，在本系統中，軟件的均流精度定在5％。程序找出大于或小于平均電流的模塊，如果超過了精度范圍，程序將設置相應標志位，然后啟動通信程序，通知相應電源模塊啟動調節程序。

3??? 結語

??? 現場運行表明，以上RS485通信程序和均流處理程序完全符合要求，PWM控制電路控制靈活，調試方便。由于電源單元出現故障時，電源單元將主動申請與監控單元中斷，從而大大提高了實時性。電源單元既可以具有獨立功能，也可以由監控單元統一管理，多臺電源單元并聯工作。