以AT89C51單片機(jī)為核心的高頻開關(guān)電源并聯(lián)均流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　模塊化是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)，并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品大容量化的一個(gè)有效方案，可以通過設(shè)計(jì)N＋l冗余電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展。本系統(tǒng)是多臺(tái)高頻開關(guān)電源（1000A/15V）智能模塊并聯(lián)，電源單元和監(jiān)控單元均以AT89C51單片機(jī)為核心，電源單元的均流由監(jiān)控單元來協(xié)調(diào)，監(jiān)控單元既可以與各電源單元通信，也可以與PC通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　1 PWM控制電路

　　TL494是一種性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制控制器，TL494由5V基準(zhǔn)電壓、振蕩器、誤差放大器、比較器、觸發(fā)器、輸出控制電路、輸出晶體管、空載時(shí)間電路構(gòu)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(shí)表現(xiàn)為或輸出控制特性，也就是說在兩個(gè)放大器中，輸出幅度大者起作用；當(dāng)腳3的電平變高時(shí)，TL494送出的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變窄，當(dāng)腳3電平變低時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖寬度變寬；

　　腳4為死區(qū)電平控制端，從腳4加入死區(qū)控制電壓可對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖的最大寬度進(jìn)行控制，使其不超過180°，這樣可以保護(hù)開關(guān)電源電路中的三極管。

　　振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波送到PWM比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端，通過PWM比較器進(jìn)行比較，輸出一定寬度的脈沖波。當(dāng)調(diào)寬電壓變化時(shí)，TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間ton，達(dá)到調(diào)節(jié)、穩(wěn)定輸出電壓的目的。脈沖調(diào)寬電壓可由腳3直接送入的電壓來控制，也可分別從兩個(gè)誤差放大器的輸入端送入，通過比較、放大，經(jīng)隔離二極管輸出到PWM比較器的正相輸入端。兩個(gè)放大器可獨(dú)立使用，如分別用于反饋穩(wěn)壓和過流保護(hù)等，此時(shí)腳3應(yīng)接RC網(wǎng)絡(luò)，提高整個(gè)電路的穩(wěn)定性。

　　如圖1所示，PWM脈沖的占空比有內(nèi)部誤差放大器EA1來調(diào)制，而內(nèi)部誤差放大器EA2則用來打開和關(guān)斷TL494，用于保護(hù)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(qū)動(dòng)脈沖寬度主要由腳1（PWM調(diào)整控制端）來控制；腳16是系統(tǒng)保護(hù)輸入端，系統(tǒng)的過流、過壓、欠壓、過溫等故障以及穩(wěn)壓或穩(wěn)流切換時(shí)關(guān)斷信號(hào)都是通過腳16來控制。鋸齒波發(fā)生器定時(shí)電容CT=0.01μF，定時(shí)電阻RT=3kΩ，其晶振頻率fosc==36.6kHz。內(nèi)部?jī)蓚€(gè)輸出晶體管集電極（腳8和腳11）接＋12V高電平，其發(fā)射極（腳9和腳10）分別驅(qū)動(dòng)V1和V2，從而控制S1和S2，S3和S4管輪流導(dǎo)通和關(guān)閉。

圖1 PWM控制電路

　　2 軟件介紹

　　2.1 電源單元和監(jiān)控單元的軟件

　　高頻開關(guān)電源單元主要有數(shù)據(jù)采集，電壓電流輸出給定，鍵盤和LED顯示，故障處理以及與監(jiān)控單元RS485通信等子程序組成。監(jiān)控單元主要有鍵盤和液晶顯示，EEPROM以及與電源單元和PC機(jī)RS485通信等子程序組成。EEPROM用于存放工作參數(shù)和其他不能丟失的信息，它采用X5045芯片，X5045有512字節(jié)，內(nèi)涵看門狗電路，電源VCC檢測(cè)和復(fù)位電路。

　　如果出現(xiàn)故障，電源單元立即做出相應(yīng)處理，并主動(dòng)向監(jiān)控單元申請(qǐng)中斷，將故障數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控單元，監(jiān)控單元立即調(diào)用故障處理程序，如果故障嚴(yán)重將切除故障電源，并啟動(dòng)備份電源，而且將故障情況傳送給PC機(jī)。

　　2.2 均流處理程序

　　高頻開關(guān)電源單元將各自的電壓和電流發(fā)送給監(jiān)控單元，監(jiān)控單元接收到各電源單元的電壓和電流信息后，馬上進(jìn)入均流判定處理程序。本程序?qū)⒏鶕?jù)均流精度的要求，計(jì)算出該由哪個(gè)電源單元進(jìn)行怎樣的調(diào)節(jié)以達(dá)到均流要求。該程序主要包括下面兩個(gè)模塊：第一個(gè)模塊主要完成電壓的檢查工作，發(fā)現(xiàn)電源單元電壓偏移超過要求，馬上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，保證其電壓為要求值；第二個(gè)模塊用于進(jìn)行均流計(jì)算，該模塊將找出電流偏移平均值超過規(guī)定要求的電源單元，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。均流流程圖如圖2所示。

圖2 均流處理流程圖

　　由于在實(shí)際運(yùn)用中，各電源單元的電壓值并非完全一致，所以本系統(tǒng)對(duì)多電源單元并聯(lián)后的電壓有兩條要求。

　　1）多電源單元并聯(lián)時(shí)，若各電源單元之間的最大電壓偏差>0.5％，那么并聯(lián)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(lián)后的輸出電壓應(yīng)為各電源單元電壓的中間值加0.25％誤差。本要求同時(shí)兼顧了盡量提高穩(wěn)壓精度和防止電壓調(diào)節(jié)過于頻繁的要求。

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

　　若找不到符合要求的電壓點(diǎn)，則程序認(rèn)為相互并聯(lián)的電源的電壓偏差過大，將停止均流調(diào)節(jié)，并按要求提出警告。

　　第二個(gè)模塊用于對(duì)各模塊的電流進(jìn)行均流計(jì)算，在本系統(tǒng)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?qū)⒃O(shè)置相應(yīng)標(biāo)志位，然后啟動(dòng)通信程序，通知相應(yīng)電源模塊啟動(dòng)調(diào)節(jié)程序。

　　3 結(jié)語

　　現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(diào)試方便。由于電源單元出現(xiàn)故障時(shí)，電源單元將主動(dòng)申請(qǐng)與監(jiān)控單元中斷，從而大大提高了實(shí)時(shí)性。電源單元既可以具有獨(dú)立功能，也可以由監(jiān)控單元統(tǒng)一管理，多臺(tái)電源單元并聯(lián)工作。