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基于DSP的新型恒壓雙并聯模塊電源的設計

技術中心

Technology

基于DSP的新型恒壓雙并聯模塊電源的設計

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2019/10/16
瀏覽量

引言
隨著現代科技的發展,高精度儀器設備的大量使用,使用特種電源供電的設備日益增多,高次諧波的干擾和瞬間斷電都是不可接受的。因此,對電源供電的可靠性和供電的質量都提出了很高的要求¨-2 J。由于雙并聯恒壓模塊電源可以提高系統配置的靈活性,該電源滿足了用戶對不同功率的需求,降低了不同容量電源的設計成本并避免了重復投資,提高了電源供電系統的可靠性和穩定性。所以電源并聯的供電方式受到了電源行業的高度重視,成為現代電源技術發展的重要方向之一,是電力、電子和控制學科研究的重要內容。目前,國內外專家學者對多電源的并聯運行方式已經展開了深入的研究。并聯電源系統具有很多優點:大容量、高效率、高可靠性、冗余特性、模塊化和成本低。但是,DC-DC電源的并聯在應用中還存在一些問題,主要問題是通常要求并聯的模塊負載是均分的,若采用一般的主從或自主均流控制模式,由于參與并聯的DC-DC電源模塊的輸出特性存在差異,會導致模塊存在環流。此外,均流控制下的模塊也無法實現并聯模塊負載按指定的比例分配,并聯的靈活性受到一定的限制。為此,本文引入了控制系統中的比例控制方法,提出了可按指定比例分配負載的雙模塊并聯方法。
1 主電路設計
雙模塊并聯電路結構如圖1所示,系統主電路采用2路Buck降壓斬波電路并聯組成,輸入電壓為24 V,輸出電壓為8 V,最大輸出電流為4 A,并有過流保護功能,模塊的負載電流可按比例指定。本系統采dsPIC30F401 1作為控制芯片。
 
1.1 控制系統設計與原理分析
本設計首先是制作2個輸出電壓穩定的DC-DC變換器,然后對電路中的電流、電壓進行檢測,并將檢測的結果送給DSP處理。一方面DSP將采集到的電流、電壓信號顯示在液晶屏上,另一方面DSP根據采集到的信號通過數字PI算法對輸出PWM波占空比進行調節,從而控制輸出電壓、電流。與此同時,根據采集到的電流大小,DSP可對電路進行實時監控,實現過流保護功能。在保證完成各項功能的同時,為了提高電源的效率,在電路結構和器件的選擇上要盡可能地降低功耗。系統整體框圖如圖2所示。
 
控制系統采用電壓電流雙閉環控制方式,由dsPIC30F401 1發出隨反饋調節變化的PWM波來實現全數字化控制,控制原理圖如圖3所示。、
 
1.2 控制過程與功能分析
本系統通過DSP發出的PWM驅動N溝道MOS管FQB19N20構成Buck斬波電路進行DC-DC轉換。系統對負載的電壓進行采樣,并運用反饋調節的方式控制Buck電路實現恒壓,從而穩定輸出電壓;對流過Buck1與Buck2電路的電流進行采樣,并運用反饋調節方式實現恒流;同時DSP對負載電流進行采樣,按分流比例計算后通過PWM控制Buck電路,從而實現按比例分流,并實時監測負載的電流,實現短路保護功能。兩電源的輸出電流通過水泥電阻采集,再經過信號調制電路后送到DSP的AD采樣口進行轉換,得到反饋信號Vf與If。電壓參考給定信號Vref與Vf進行比較得到誤差信號Verr,通過電壓PI調節器調節后作為電流環的給定信號Iref;Iref與電流反饋信號If,比較得到誤差信號Ierr,再通過電流PI調節器后調節PWM脈寬的占空比,所得驅動信號經過隔離電路后控制開關管的動作。
電路系統中還包含很多硬件保護電路:輸入過流保護、欠壓保護、過載保護,在軟件設計中也有相應的軟件保護。
2 實驗數據與波形
為驗證上述控制方式,對不同分流比情況下的負載進行了測試,結果如表1所示。
 
 

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