摘 要 : 介 绍 了 高 频 开 关 电 源 的 控 制 电 路 和 并 联 均 流 系 统 。 控 制 电 路 采 用 TL494脉 宽 调 制 控 制 器 来 产 生 PWM脉 冲 , 用 软 件 的 方 式 实 现 多 电 源 并 联 运 行 时 达 到 均 流 的 方 法 。 关 键 词 : 开 关 电 源 ; 脉 宽 调 制 ; 均 流
0 引 言 模 块 化 是 开 关 电 源 的 发 展 趋 势 , 并 联 运 行 是 电 源 产 品 大 容 量 化 的 一 个 有 效 方 案 , 可 以 通 过 设 计 N+ l冗 余 电 源 系 统 , 实 现 容 量 扩 展 。 本 系 统 是 多 台 高 频 开 关 电 源 ( 1 000 A/15 V) 智 能 模 块 并 联 , 电 源 单 元 和 监 控 单 元 均 以 AT89C51单 片 机 为 核 心 , 电 源 单 元 的 均 流 由 监 控 单 元 来 协 调 , 监 控 单 元 既 可 以 与 各 电 源 单 元 通 信 , 也 可 以 与 PC通 信 , 实 现 远 程 监 控 。
1 PWM控 制 电 路 TL494是 一 种 性 能 优 良 的 脉 宽 调 制 控 制 器 , TL494由 5V基 准 电 压 、 振 荡 器 、 误 差 放 大 器 、 比 较 器 、 触 发 器 、 输 出 控 制 电 路 、 输 出 晶 体 管 、 空 载 时 间 电 路 构 成 。 其 主 要 引 脚 的 功 能 为 : 脚 1和 脚 2分 别 为 误 差 比 较 放 大 器 的 同 相 输 入 端 和 反 相 输 入 端 ; 脚 15和 脚 16分 别 为 控 制 比 较 放 大 器 的 反 相 输 入 端 和 同 相 输 入 端 ; 脚 3为 控 制 比 较 放 大 器 和 误 差 比 较 放 大 器 的 公 共 输 出 端 , 输 出 时 表 现 为 或 输 出 控 制 特 性 , 也 就 是 说 在 两 个 放 大 器 中 , 输 出 幅 度 大 者 起 作 用 ; 当 脚 3的 电 平 变 高 时 , TL494送 出 的 驱 动 脉 冲 宽 度 变 窄 , 当 脚 3电 平 变 低 时 ,驱 动 脉 冲 宽 度 变 宽 ; 脚 4为 死 区 电 平 控 制 端 , 从 脚 4加 入 死 区 控 制 电 压 可 对 驱 动 脉 冲 的 最 大 宽 度 进 行 控 制 , 使 其 不 超 过 180° ,这 样 可 以 保 护 开 关 电 源 电 路 中 的 三 极 管 。 振 荡 器 产 生 的 锯 齿 波 送 到 PWM比 较 器 的 反 相 输 入 端 , 脉 冲 调 宽 电 压 送 到 PWM比 较 器 的 同 相 输 入 端 , 通 过 PWM比 较 器 进 行 比 较 , 输 出 一 定 宽 度 的 脉 冲 波 。 当 调 宽 电 压 变 化 时 , TL494输 出 的 脉 冲 宽 度 也 随 之 改 变 , 从 而 改 变 开 关 管 的 导 通 时 间 ton, 达 到 调 节 、 稳 定 输 出 电 压 的 目 的 。 脉 冲 调 宽 电 压 可 由 脚 3直 接 送 入 的 电 压 来 控 制 ,也 可 分 别 从 两 个 误 差 放 大 器 的 输 入 端 送 入 ,通 过 比 较 、 放 大 ,经 隔 离 二 极 管 输 出 到 PWM比 较 器 的 正 相 输 入 端 。 两 个 放 大 器 可 独 立 使 用 ,如 分 别 用 于 反 馈 稳 压 和 过 流 保 护 等 , 此 时 脚 3应 接 RC网 络 , 提 高 整 个 电 路 的 稳 定 性 。

如 图 1所 示 , PWM脉 冲 的 占 空 比 有 内 部 误 差 放 大 器 EA1来 调 制 , 而 内 部 误 差 放 大 器 EA2则 用 来 打 开 和 关 断 TL494, 用 于 保 护 控 制 。 脚 2和 脚 15相 连 , 并 与 公 共 输 出 端 脚 3相 连 通 , 因 脚 3电 位 固 定 , 所 以 , TL494驱 动 脉 冲 宽 度 主 要 由 脚 1( PWM调 整 控 制 端 ) 来 控 制 ; 脚 16是 系 统 保 护 输 入 端 , 系 统 的 过 流 、 过 压 、 欠 压 、 过 温 等 故 障 以 及 稳 压 或 稳 流 切 换 时 关 断 信 号 都 是 通 过 脚 16来 控 制 。 锯 齿 波 发 生 器 定 时 电 容 CT=0.01 μ F, 定 时 电 阻 RT=3 kΩ , 其 晶 振 频 率 内 部 两 个 输 出 晶 体 管 集 电 极 ( 脚 8和 脚 11) 接 + 12 V高 电 平 , 其 发 射 极 ( 脚 9和 脚 10) 分 别 驱 动 V1和 V2, 从 而 控 制 S1和 S2,S3和 S4管 轮 流 导 通 和 关 闭 。
2 软 件 介 绍 2.1 电 源 单 元 和 监 控 单 元 的 软 件 高 频 开 关 电 源 单 元 主 要 有 数 据 采 集 , 电 压 电 流 输 出 给 定 , 键 盘 和 LED显 示 , 故 障 处 理 以 及 与 监 控 单 元 RS485通 信 等 子 程 序 组 成 。 监 控 单 元 主 要 有 键 盘 和 液 晶 显 示 , EEPROM以 及 与 电 源 单 元 和 PC机 RS485通 信 等 子 程 序 组 成 。EEPROM用 于 存 放 工 作 参 数 和 其 他 不 能 丢 失 的 信 息 , 它 采 用 X5045芯 片 , X5045有 512字 节 , 内 涵 看 门 狗 电 路 , 电 源 VCC检 测 和 复 位 电 路 。 如 果 出 现 故 障 , 电 源 单 元 立 即 做 出 相 应 处 理 , 并 主 动 向 监 控 单 元 申 请 中 断 , 将 故 障 数 据 传 送 给 监 控 单 元 , 监 控 单 元 立 即 调 用 故 障 处 理 程 序 , 如 果 故 障 严 重 将 切 除 故 障 电 源 , 并 启 动 备 份 电 源 , 而 且 将 故 障 情 况 传 送 给 PC机 。 2.2 均 流 处 理 程 序 高 频 开 关 电 源 单 元 将 各 自 的 电 压 和 电 流 发 送 给 监 控 单 元 , 监 控 单 元 接 收 到 各 电 源 单 元 的 电 压 和 电 流 信 息 后 , 马 上 进 入 均 流 判 定 处 理 程 序 。 本 程 序 将 根 据 均 流 精 度 的 要 求 , 计 算 出 该 由 哪 个 电 源 单 元 进 行 怎 样 的 调 节 以 达 到 均 流 要 求 。 该 程 序 主 要 包 括 下 面 两 个 模 块 : 第 一 个 模 块 主 要 完 成 电 压 的 检 查 工 作 , 发 现 电 源 单 元 电 压 偏 移 超 过 要 求 ,马 上 进 行 相 应 调 节 , 保 证 其 电 压 为 要 求 值 ; 第 二 个 模 块 用 于 进 行 均 流 计 算 , 该 模 块 将 找 出 电 流 偏 移 平 均 值 超 过 规 定 要 求 的 电 源 单 元 , 并 进 行 相 应 的 调 节 。均 流 流 程 图 如 图 2所 示 。
由 于 在 实 际 运 用 中 , 各 电 源 单 元 的 电 压 值 并 非 完 全 一 致 , 所 以 本 系 统 对 多 电 源 单 元 并 联 后 的 电 压 有 两 条 要 求 。 1) 多 电 源 单 元 并 联 时 , 若 各 电 源 单 元 之 间 的 最 大 电 压 偏 差 >0.5% , 那 么 并 联 后 的 输 出 电 压 要 求 在 各 电 源 单 元 的 电 压 之 间 ; 若 各 电 源 单 元 之 间 的 电 压 偏 差 均 < 0.5% , 那 么 并 联 后 的 输 出 电 压 应 为 各 电 源 单 元 电 压 的 中 间 值 加 0.25% 误 差 。 本 要 求 同 时 兼 顾 了 尽 量 提 高 稳 压 精 度 和 防 止 电 压 调 节 过 于 频 繁 的 要 求 。 2) 并 联 后 的 输 出 电 压 与 任 一 电 源 单 元 工 作 时 的 电 压 之 差 ≤ 1% ( 本 电 源 要 求 稳 压 精 度 < 1% ) 。 若 找 不 到 符 合 要 求 的 电 压 点 , 则 程 序 认 为 相 互 并 联 的 电 源 的 电 压 偏 差 过 大 ,将 停 止 均 流 调 节 , 并 按 要 求 提 出 警 告 。 第 二 个 模 块 用 于 对 各 模 块 的 电 流 进 行 均 流 计 算 , 在 本 系 统 中 , 软 件 的 均 流 精 度 定 在 5% 。 程 序 找 出 大 于 或 小 于 平 均 电 流 的 模 块 , 如 果 超 过 了 精 度 范 围 , 程 序 将 设 置 相 应 标 志 位 , 然 后 启 动 通 信 程 序 , 通 知 相 应 电 源 模 块 启 动 调 节 程 序 。
3 结 语 现 场 运 行 表 明 , 以 上 RS485通 信 程 序 和 均 流 处 理 程 序 完 全 符 合 要 求 , PWM控 制 电 路 控 制 灵 活 , 调 试 方 便 。 由 于 电 源 单 元 出 现 故 障 时 , 电 源 单 元 将 主 动 申 请 与 监 控 单 元 中 断 , 从 而 大 大 提 高 了 实 时 性 。 电 源 单 元 既 可 以 具 有 独 立 功 能 , 也 可 以 由 监 控 单 元 统 一 管 理 , 多 台 电 源 单 元 并 联 工 作 。
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