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开关电源模块并联供电系统
摘要：
本作品主要以TI公司的TPS54332开关控制IC，LM301,INA169 ，TL431为功能器件，以LPC1768为管理模块的开关电源并联供电系统。系统由此两模块并联而成，电压源稳定电压，电流源实现电流的分流；最终实现了8V稳压输出，两支路电流可均流也可按设定比例输出。
关键字：开关电源 并联供电 均流 按比例分流

1 前言：
题意分析：制作两组额定输出一致的各16w功率开关电源。若两组结构和参数完全一致，后面的功能需要每个电源模块均实现电压电流的调整。两个电源模块均要有电压，电流调整环路。另外题目中要求电流可调，电压稳定，这不是单独的开关电源能解决的，因为电流是根据负载的变化而变化的，必须在稳压电路上家可调恒流源。因此可以用硬件解决电压的问题，比如电压的稳定，纹波。电流可通过采集电流应用软件控制恒流源的大小。两组的输出并联，可以使用共同的电压采样反馈，这样两组功率模块可能工作在不同的开关频率及不同的占空比下。电路工作模式及调整相对复杂。
功能实现：设计单个电压源，可稳定输出8V电压；另设计一电流源，输出电流可调，范围为0.5A～3.5A。电压源负责控制负载上的电压，电流源控制整个支路的电流。这样通过调整电流源模块的输出电流，可以实现两个电源模块上的电流分别调整（电压源模块电流跟随）。
2 系统方案设计与比较：
方案一两完全可控电源模块并联，见图三；开关电源控制对象为PWM波，其可调参数无非两个——输出频率，占空比。电压控制易于实现，关键在于电流的可控。见图五，将续流二极管与MOS管串联，模仿PWM波控制MOS管开关从而控制输出电压幅值，将MOS管与续流二极管串联，通过PWM波控制MOS管的开关从而控制输出电流的流通，即可控制输出电流的大小，高频率的PWM波计算生成及分配可由DSP完成。
方案二：

3、DC-DC控制回路
方案一：采用恒频脉宽调制控制器TL494，这是一种固定频率脉宽调制芯片，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为1～300KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA，驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。使用时间最长，稳定性好，容易实现同步。
方案二：采用DC-DC转换器控制芯片MC34063，该器件本身包含了DC-DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC-DC变换器仅用少量的外部元器件。
方案三：选用的是TI的TPS54332，该芯片是开关型降压稳压器和外围的电感和续流二极管构成的Buck拓扑结构。该芯片内部集成了一个低内阻的高位开关MOS管，自带栅极升压电路，能连续通过3.5A的电流，并且提供了良好的过压，欠压，过流，过热保护。该芯片具有3.5V到28的宽输入电压范围，最大占空比95%，内部误差放大器的参考电压为0.8V。它的开关频率达到了1MHz, 高速开关频率能有效
减少输出电感及输出电容的体积和容量，减小了电路体积的同时也降低了输出纹波。当负
载比较轻时，芯片能自动降频工作，减少开关损耗而导致的效率降低。在本系统中，降压部分的效率在最高电压输出时能超过95%。芯片周边辅助电路有减少上电震荡的缓启动电路，外部过压与欠压保护电路等。由于
芯片开关频率非常高，在电感的选用上，铁氧体磁芯已经无法满足1MHz 的超高速开关频
率，本系统选用了由坡莫合金制作的高频罐装一体化贴片电感，最大连续通过直流电流
7A。超高速的开关频率有效减少了电感的体积和容量，能将整个电感的大小控制在1平方
厘米以下。滤波电容选用超低内阻的贴片钽电容和Nichicon HD 系列开关电源专用滤波电
容，并采用小容量并联的方式减少等效内阻，有效抑制输出纹波。
由于TPS的优良特性，我们选择方案三。

以下是各个模块的具体分析。
1、 恒流源模块

图 1
R1/R2=R3/R4
经过R5和RL的电流I=V*R2*(R3+R4)/(R5*R3*(R1+R2))
I与V成正比，因此只要控制R1左端的电压就可以控制输出电流。Q1:LPC1768采集电流，经过PID运算得到PWM控制Q1的栅极.

A、 LM301是单电源运放，如图2是电路为它提供电压

图 2
R1/R2=2
2、稳压模块

图 3
这个模块式利用TI的在线SwitcherPro Desigenr设计的。经过自己的计算：
电感:占空比D = 8/24 =0.33 L = VIN^2*TON^2*F/(2*VO*IO) = 2uh，实际中考虑到电感的漏感和饱和，设计成10uH,是合理的。
3、采集电流模块
系统采用芯片INA169对康铜丝上的电压进行采样并间接推算出电流值。选择标称值为50 mΩ的康铜丝作为采样对象，并以此在采集输出电流时进行软件修正。INA169的输出脚OUT直接接入单片机内置A/D转换输入端，其输出电压
　　VOUT=ItxR10xRs3/1K （1）
　　当R10=50 mΩ，It=0.5 A，Rs3=20 kΩ时，可算出VOUT=0.5 V，以此类推，当I=1 A，VOUT=1 V，It=2 A时，VOUT=2 V，此比例关系可以方便单片机采样电压。
　　系统对输出电压采样时，在负载两端并联1 kΩ电阻以及10 kΩ可调电阻，单片机采集输出电压在R11两端的电压，调节可调电阻，使单片机内置A/D输入端采集到的电压与输出电压成比例1:8的关系。输出电压、电流采样电路如图4所示。

图 4

本系统需要并联的两个模块，因此以上各个模块都要要有两个。最后是各个模块的联立，先看一个支路，把图3的VOUT与图1的RL上端相连，把各个模块的VIN相连，康铜丝串联在图5的红丝箭头位置

图5