摘要:本设计基于通过调节PWM波来获得一个由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统。本系统主要由buck降压斩波模块、PMOS管IRF4905驱动模块、电流检测模块、电压反馈控制模块、辅助电源模块和MSP430单片机控制模块组成。通过SG3525硬件控制产生PWM波实现电压的反馈设计从而产生稳定的8V直流输出电压；通过MSP430单片机的TIMER直接产生的PWM波实现电流反馈设计从而能够使电流按指定的比例自动分配。
关键词：PWM控制；BUCK电路；双电源并联；电流反馈；电压反馈
随着技术的发展，低电压DC-DC电源的功率越来越大，传统的单个DC-DC开关电源供电已经不能满足要求。本系统采用了DC-DC开关电源并联供电系统。比传统单电源的电流最大可多—倍的输出。此系统中的一个DC模块为恒压源。另一个DC模块则为可控电流源。这种结构可以轻松实现恒定电压输出，并且两个模块可调电流输出供电。
1 总体方案设计
本系统主要由两路并联的主电路电压产生模块、PMOS管驱动模块，电流反馈控制模块、电压反馈控制模块、辅助供电电源模块、单片机控制模块等构成。
电压产生模块1和2均产生8V直流电压，其中电压产生模块2通过SG3525硬件控制产生PWM波来实现电压的反馈设计，反馈速度极快，能使电压产生模块2的输出电压稳定在8V而不随其他因素而变化，从而使并联后的输出电压为稳定的8V，相当于电压源；电压产生模块1利用单片机产生的PWM波来实现反馈控制，通过微调输出电压从而实现电流的比例分配。如图1所示。
2 系统硬件设计与分析
2.1 主电路部分
系统主电路由两个buck电路组成，buck电路1通过电流反馈控制工作在电流源状态，buck电路2通过电压反馈控制工作在电压源状态从而产生稳定的8V直流输出电压，因为电阻上的电压8V不变，电阻阻值不变，所以总电流不变。通过调节buck电路1的电压从而实现电流的比例变化。
2.2 DC/DC 变换器稳压电路
采用PI电压反馈控制，将输出电压通过SG3525的PI控制产生误差电压，将误差电压和三角波相比较，从而产生不同占空比的PWM波来控制PMOS管的通断，进而调节输出电压的大小，产生稳定的8V输出电压。
2.3 PMOS管驱动模块
MOS管的开启很容易，但是关断缓慢，这样会使增大MOS管自身的功耗，降低电路的效率。使用三极管共射放大电路后推挽输出，PWM波动下降沿更陡峭，使PMOS管的开启和关断速度更快，降低了MOS管道自身损耗。
2.4 辅助供电电源模块
通过开关稳压集成电路LM2575来提供8V直流电源。其基本工作原理是：LM2575内含有52KHz振荡器、基准电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器、及内部稳压等电路，将稳压输出的电压转接到反馈输入端同内部电压基准比较，若电压偏低则用放大器来控制内部振荡器以提高输出占空比，从而提高输出电压。然后再通过REG1117-3.3和REG1117-5分别产生3.3V和5V电源。
3 系统软件设计
软件主要是从模块通过MSP430单片机上的电流反馈控制实现PWM波的产生，控制AD对输出电压和电流采样电压上的电压进行采样。
4 系统测试和数据分析
4.1 测试方法
（1）接欧姆负载RL，让电源处于额定输出功率工作状态下，测量直流输出电压U0和总电流I0，并利用公式n=U02/（24*I0*RL）来计算供电系统的效率。调整负载电阻，保持输出电压U0=8.0±0.4V，使两个模块输出电流之和分别为I0=1.0A和I0=1.5A，且分别设定I1 ：I2=1:1和I1 ：I2=1:2模式分配电流，测量I1 、I2的大小，计算误差。
（2）调整负载电阻，I0在 1.5~3.5A之间变化，设定电流比在（0.5~2.0）范围变化，在此，我们取两个模块输出电流之和分别为I0=2.4A和I0=3.5A，且分别设定I1 ：I2=0.8和I1 ：I2=1.8模式分配电流，测量I1、I2的大小，计算误差。
4.2 测试数据表格
4.3 数据分析
调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压U0=8.01V，供电系统功率n= 83.3%；当I0=1.0A且I1 ：I2=1:1时，I1和I2的测量误差分别为：1.2%<5%，1.0%<5%；当I0=1.5A且I1 ：I2=1:2时，I1 和I2的测量误差分别为：0.6%<5%，0.8%<5%。
在随即测试的四组数据中，两模块的输出电流最大误差为1.2%<2%；当I0=4.0A且I1：I2=1:1时，I1和I2的测量误差分别为：1.0%<2%，0.5%<2%。
5 结论
供电系统的直流输出电压U0的变化范围为（8V0.1V）。额定输出功率工作状态下，供电系统效率为83.3%；调整负载电阻，保持输出电压 U0=8.0±0.4V，使负载电流I0在1.0~4.0A之间变化，设定电流比在（0.5~2.0）范围变化，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值最大为1.2%，小于2%；具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.6A（偏差范围为0.1）。
参考文献 (References)：
[1]常承志, 李胜芳, 侯兴哲,等. 基于SG3525的脉冲跨周期调制DC/DC变换器[J]. 电力电子技术, 2010, 44(8):22-23.
[2]董晓鹏. PWM 整流器直流电压对电源电流控制的影响[J]. 电力电子技术, 1998, 32(3):7-11.
[3]胡友水, 李汉强. 高频开关电源的并联均流系统[J]. 电源技术应用, 2004, 7(1):32-34.
作者简介：
刘帅（1986.5-），男，山东青岛人，青岛大学控制工程硕士，助理工程师，单位：华电青岛发电有限公司
论文作者:刘帅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/17
标签：电压论文; 电流论文; 模块论文; 电路论文; 反馈论文; 供电系统论文; 误差论文; 《电力设备》2017年第17期论文;