（中北大学朔州校区036000）
摘要：本系统以Buck升压斩波电路为核心，以12c5a60s2单片机为主控制器和PWM信号发生器，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出。系统输出直流电压8V，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A，电压调整率和负载调整率低，DC-DC变换器的效率达到93.9%。能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。
关键词：开关电源；电源并联；均流技术
0引言
在电源的实际使用过程中，各种负载对于供电的可靠性要求不同，当单台电源不能提供负载的全部容量的时，就需要多个电源模块并联使用，以提高电源的容量和运行的可可靠性。由于电源各自参数的分散性，开路电压有很小的差异就会导致各电源的输出电流有较大的差异，这种状态会导致各个电源的寿命衰减不一致，达不到电源的可靠性和稳定性的要求，这就要求在电源并联使用过程中使用均流技术。
1系统方案
本系统主要由DC/DC模块、PWM模块、电流采集模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
2方案论证选择
2.1主电路方案论证
方案一，间接直流变流电路：将电压降至下一级的最简单方法是使用LDO稳压器。LDO具有成本低，封装小、外围器件少和噪声小的特点。但是LDO的缺点是低效率，且只能用于降压的场合。这样低的效率在输出电流较大时，不仅会浪费很多电能，而且会造成芯片发热，影响系统稳定性。
方案二，利用由L4978构成的可调式开关电源，L4978的最大功率仅为1W（L4978D仅为0.8W），其具有低功率，工作稳定，高效率等特点。结合降压开关电源的原理，将L4978的输出通过LC型低通滤波器，变为直流输出。
方案三，运用降压开关电源原理，通过控制开关，把直流信号变为PWM波形，经过近似无损耗的LC型低通滤波器后，变为直流输出。开关打开时，电流从电源流过电感，为电容充电并且为负载提供电流；开关关断时，电源没有连入电路，电感为负载提供电流，点容放电，续流二极管为整个电路提供回路，加入负反馈后，系统稳定，电源的性能能得到较好的改善。
综合上述三种方案，我们选用方案二。
2.2控制方法及实现方案
方案一：采用脉冲频率调制PFM（PulseFrequencyModulation）的控制方式，其特征是固定脉冲宽度，利用改变开关频率的方法来调节占空比。输出电压的调整范围大，但要求滤波电路必须在宽频带下工作。
方案二：采用脉冲宽度调制PWM（PulseWildthModulation）的控制方式，其特征是固定开关的频率，通过改变脉冲宽度改变占空比，控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
基于上述选择主电路及具体要求，我们选用方案二。
2.3均流技术的论证方案
方案一：斜率控制法：小电流时均流效果较差，大电流时均流效果较好；对于电压源来说，降低了电源输出的负载特性，即以牺牲电路的技术指标来实现均流。
方案二：主从控制法：控制系统复杂；其可靠性取决于主模块，只能均流，不能构成冗余系统。
方案三：平均均流法：均流效果好，易实现准确均流；可以构成冗余系统，均流模块数理论上可以不限；可以实现自动均流。
综合本方案以及主电路模块考虑，我们选用方案三。
3理论分析与计算
3.1、PWM波形产生
PWM波有很多产生方法：施密特触发器产生、与门（与非门）产生、555电路产生、晶振产生、单片机产生等。晶振能输出非常稳定的脉冲，是现代数字电路中最常用的器件，是现代数字电路中最常用的器件；555电路是通过3个电阻精确分压，得到的是很精确的波形，功能强大，也是非常常用的器件；施密特触发器和与门都是通过比较门槛电压来构成振荡；而门槛电压会因各种原因变化，构成的振荡电路会有输出频率不够稳定的缺陷。而单片机能够产生稳定的PWM波型，可以调节PWM的频率，调整PWM的占空比，更于方便控制PWM波，实现电压和电流的调控。
3.2、系统总体方案的确定
单片机输出PWM波形，用大功率三极管TIP42c作为开关管，把直流变成方波，经过LC电路滤波，滤平峰尖脉冲，得到直流电压。通过负反馈，把电压最终稳定在所要的数值上。系统框图如下图所示：
3.3、开关器件的选择
开关器件选择mos管。其具有输出稳定，输出精度高，功耗低，具备线路降压补偿等点。
效率的分析及参数计算：
（1）IO=2A，当U2从15V到21V时，电压调整率。
（2）U2=18V，IO从0A到2A时，负载调整率
（3）DC-DC变换器效率，其中，。
3.4、开关部分各参数设计
电感滤波电容的选用和纹波密切相关，占空比D=Vo/Vi=8/24/0.33（比实验得到的低，但是可以通过反馈来稳定输出电压）。当负载取10欧，开关频率为20kHz，纹波
ΔV/Vo=0.05%的时候，根据电容电感充放电公式有：
L=（1-D）*RT/2=（1-0.33）*10*0.00005/2=268µH
C=VoDT2/8LΔVo=0.42*5*（0.00005）2/8*268*10-6*0.005=61.5µF
LC低通滤波器的截止频率：
f=1/（2π√（LC））=1/（2π√268*61.8*10-6*10-6）≈1.2kHz
小于开关频率，能够很好地滤除开关高频噪声。
3.5、电流采集部分设计
电流采样我们选用ACS712，带2.1kRMS电压绝缘及低电阻电流导体的全集成、基于霍尔效应的线性电流传感器IC，其特点是低噪音模拟信号路径，5V单电源操作可通过新的滤波引脚设置器件带宽，5µs的输出上升时间，对应步进输入电流，80千赫的带宽，总输出误差为1.5%接近零的磁滞，以及电源电压的成比例输出等。典型应用包括电动机控制、载荷检测和管理、开关式电源和过电流故障保护。足以检测开关电源输出的电流。把输出电流转化为电压输出至单片机的AD输入。将采集到的电流运用到过流保护和短路保护。
4效率分析计算
DC-DC电路输入电压UIN=24
信号占空比D=1—UIN/UO=0.58
输出功率PO=UO*IO=80W
输入电压有效值IIN=IO/（1—D）=6A
肖特基二极管的损耗：PD=IOVD，又IO=4A。所以取二极管压降VD为0.35V，带入可得PD=1.4W
两只采样电阻上得总损耗为0.9W
综上所述此电路可满足设计
5结束语
本系统以12c5a60s2单片机为控制核心，设计并制作了开关电源并联供电系统，其主电路拓扑为同步降压电路，运用PID数字闭环控制。电源可稳压分流输出，还具有过流、短路保护功能。该系统较好的完成了各项要求，并具输出参数显示功能，系统稳定。希望可以为电气工作者提供一些参考意见。
参考文献：
[1]杜炜，王聪，何安然.采用无电流传感器实现两相BUCK变换器的均流方法[J].电源学报，2011年
[2]耿铭慈.高压高效率同步降压变换器功率级电路的分析与设计[D].成都：西南交通大学.2009年
[3]花凯，闫波．基于ITc4350并联均流技术应用研究阴．通信电源技术，2011
作者简介：
姓名：王璐毅（1996.5--）性别：男，山西省长治市人，学历：本科，专业：能源与动力工程。单位名称：中北大学朔州校区