以AT89C51單片機為核心的高頻開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)均流系統設計

　　模塊化是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢，并聯(lián)運行是電源產(chǎn)品大容量化的一個(gè)有效方案，可以通過(guò)設計N＋l冗余電源系統，實(shí)現容量擴展。本系統是多臺高頻開(kāi)關(guān)電源（1000A/15V）智能模塊并聯(lián)，電源單元和監控單元均以AT89C51單片機為核心，電源單元的均流由監控單元來(lái)協(xié)調，監控單元既可以與各電源單元通信，也可以與PC通信，實(shí)現遠程監控。

　　1 PWM控制電路

　　TL494是一種性能優(yōu)良的脈寬調制控制器，TL494由5V基準電壓、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)表現為或輸出控制特性，也就是說(shuō)在兩個(gè)放大器中，輸出幅度大者起作用；當腳3的電平變高時(shí)，TL494送出的驅動(dòng)脈沖寬度變窄，當腳3電平變低時(shí)，驅動(dòng)脈沖寬度變寬；

　　腳4為死區電平控制端，從腳4加入死區控制電壓可對驅動(dòng)脈沖的最大寬度進(jìn)行控制，使其不超過(guò)180°，這樣可以保護開(kāi)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，脈沖調寬電壓送到PWM比較器的同相輸入端，通過(guò)PWM比較器進(jìn)行比較，輸出一定寬度的脈沖波。當調寬電壓變化時(shí)，TL494輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變開(kāi)關(guān)管的導通時(shí)間ton，達到調節、穩定輸出電壓的目的。脈沖調寬電壓可由腳3直接送入的電壓來(lái)控制，也可分別從兩個(gè)誤差放大器的輸入端送入，通過(guò)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)放大器可獨立使用，如分別用于反饋穩壓和過(guò)流保護等，此時(shí)腳3應接RC網(wǎng)絡(luò )，提高整個(gè)電路的穩定性。

　　如圖1所示，PWM脈沖的占空比有內部誤差放大器EA1來(lái)調制，而內部誤差放大器EA2則用來(lái)打開(kāi)和關(guān)斷TL494，用于保護控制。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驅動(dòng)脈沖寬度主要由腳1（PWM調整控制端）來(lái)控制；腳16是系統保護輸入端，系統的過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫等故障以及穩壓或穩流切換時(shí)關(guān)斷信號都是通過(guò)腳16來(lái)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。內部?jì)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）分別驅動(dòng)V1和V2，從而控制S1和S2，S3和S4管輪流導通和關(guān)閉。

圖1 PWM控制電路

　　2 軟件介紹

　　2.1 電源單元和監控單元的軟件

　　高頻開(kāi)關(guān)電源單元主要有數據采集，電壓電流輸出給定，鍵盤(pán)和LED顯示，故障處理以及與監控單元RS485通信等子程序組成。監控單元主要有鍵盤(pán)和液晶顯示，EEPROM以及與電源單元和PC機RS485通信等子程序組成。EEPROM用于存放工作參數和其他不能丟失的信息，它采用X5045芯片，X5045有512字節，內涵看門(mén)狗電路，電源VCC檢測和復位電路。

　　如果出現故障，電源單元立即做出相應處理，并主動(dòng)向監控單元申請中斷，將故障數據傳送給監控單元，監控單元立即調用故障處理程序，如果故障嚴重將切除故障電源，并啟動(dòng)備份電源，而且將故障情況傳送給PC機。

　　2.2 均流處理程序

　　高頻開(kāi)關(guān)電源單元將各自的電壓和電流發(fā)送給監控單元，監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。本程序將根據均流精度的要求，計算出該由哪個(gè)電源單元進(jìn)行怎樣的調節以達到均流要求。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)現電源單元電壓偏移超過(guò)要求，馬上進(jìn)行相應調節，保證其電壓為要求值；第二個(gè)模塊用于進(jìn)行均流計算，該模塊將找出電流偏移平均值超過(guò)規定要求的電源單元，并進(jìn)行相應的調節。均流流程圖如圖2所示。

圖2 均流處理流程圖

　　由于在實(shí)際運用中，各電源單元的電壓值并非完全一致，所以本系統對多電源單元并聯(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)兼顧了盡量提高穩壓精度和防止電壓調節過(guò)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％（本電源要求穩壓精度<1％）。

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

　　第二個(gè)模塊用于對各模塊的電流進(jìn)行均流計算，在本系統中，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(guò)了精度范圍，程序將設置相應標志位，然后啟動(dòng)通信程序，通知相應電源模塊啟動(dòng)調節程序。

　　3 結語(yǔ)

　　現場(chǎng)運行表明，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，調試方便。由于電源單元出現故障時(shí)，電源單元將主動(dòng)申請與監控單元中斷，從而大大提高了實(shí)時(shí)性。電源單元既可以具有獨立功能，也可以由監控單元統一管理，多臺電源單元并聯(lián)工作。