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高頻開關電源的並聯均流係統

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摘要:高頻開關電源的並聯均流係統
模塊化是開關電源的發展趨勢,並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冗餘電源係統,實現容量擴展。本係統是多台高頻開關電源(1000A/15V)智能模塊並聯,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控製電路

TL494是一種性能優良的脈寬調製控製器,TL494由5V基準電壓、振蕩器、誤差放大器、比較器、觸發器、輸出控製電路、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分別為控製比較放大器的反相輸入端和同相輸入端;

腳3為控製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製特性,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送出的驅動脈衝寬度變窄,當腳3電平變低時,驅動脈衝寬度變寬;

腳4為死區電平控製端,從腳4加入死區控製電壓可對驅動脈衝的最大寬度進行控製,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,脈衝調寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端,通過PWM比較器進行比較,輸出一定寬度的脈衝波。當調寬電壓變化時,TL494輸出的脈衝寬度也隨之改變,從而改變開關管的導通時間ton,達到調節、穩定輸出電壓的目的。脈衝調寬電壓可由腳3直接送入的電壓來控製,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,如分別用於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脈衝的占空比有內部誤差放大器EA1來調製,而內部誤差?大器EA2則用來打開和關斷TL494,用於保護控製。腳2和腳15相連,並與公共輸出端腳3相連通,因腳3電位固定,所以,TL494驅動脈衝寬度主要由腳1(PWM調整控製端)來控製;腳16是係統保護輸入端,係統的過流、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來控製。鋸齒波發生器定時電容CT=0.01μF,定時電阻RT=3kΩ,其晶振頻率fosc==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,從而控製S1和S2,S3和S4管輪流導通和關閉。

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用於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檢測和複位電路。

如果出現故障,電源單元立即做出相應處理,並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,並啟動備份電源,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後,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。該程序主要包括下麵兩個模塊: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;第二個模塊用於進行均流計算,該模塊將找出電流偏移平均值超過規定要求的電源單元,並進行相應的調節。均流流程圖如圖2所示。

由於在實際運用中,各電源單元的電壓值並非完全一致,所以本係統對多電源單元並聯後的電壓有兩條要求。

1)多電源單元並聯時,若各電源單元之間的最大電壓偏差>0.5%,那麽並聯後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%,那麽並聯後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於頻繁的要求。

2)並聯後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,則程序認為相互並聯的電源的電壓偏差過大,將停止均流調節,並按要求提出警告。

第二個模塊用於對各模塊的電流進行均流計算,在本係統中,軟件的均流精度定在5%。程序找出大於或小於平均電流的模塊,如果超過了精度範圍,程序將設置相應標誌位,然後啟動通信程序,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控製電路控製靈活,調試方便。由於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,多台電源單元並聯工作。

來源:電源技術應用

當腳3的電平變高時,TL494送出的驅動脈衝寬度變窄,當腳3電平變低時,驅動脈衝寬度變寬;

腳4為死區電平控製端,從腳4加入死區控製電壓可對驅動脈衝的最大寬度進行控製,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,脈衝調寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端,通過PWM比較器進行比較,輸出一定寬度的脈衝波。當調寬電壓變化時,TL494輸出的脈衝寬度也隨之改變,從而改變開關管的導通時間ton,達到調節、穩定輸出電壓的目的。脈衝調寬電壓可由腳3直接送入的電壓來控製,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,如分別用於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脈衝的占空比有內部誤差放大器EA1來調製,而內部誤差?大器EA2則用來打開和關斷TL494,用於保護控製。腳2和腳15相連,並與公共輸出端腳3相連通,因腳3電位固定,所以,TL494驅動脈衝寬度主要由腳1(PWM調整控製端)來控製;腳16是係統保護輸入端,係統的過流、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來控製。鋸齒波發生器定時電容CT=0.01μF,定時電阻RT=3kΩ,其晶振頻率fosc==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,從而控製S1和S2,S3和S4管輪流導通和關閉。

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用於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檢測和複位電路。

如果出現故障,電源單元立即做出相應處理,並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,並啟動備份電源,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後,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。該程序主要包括下麵兩個模塊: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;第二個模塊用於進行均流計算,該模塊將找出電流偏移平均值超過規定要求的電源單元,並進行相應的調節。均流流程圖如圖2所示。

由於在實際運用中,各電源單元的電壓值並非完全一致,所以本係統對多電源單元並聯後的電壓有兩條要求。

1)多電源單元並聯時,若各電源單元之間的最大電壓偏差>0.5%,那麽並聯後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%,那麽並聯後的輸出電壓應為各電源單元電壓的

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