该系统以C8051F340单片机为控制核心。通过对输出电压和电流的采样和计算，改变单片机的PWM占空比输出，控制MOS管的通断。实现了两个额定输出功率为16W的8V DC/DC模块的并联供电。经测试，该供电系统供电效率为70.57%；通过调节负载电阻，使两个模块的输出电流I1、I2之和在4 A的范围内，使I1、I2能以1:1和1:2方式自动分配电流，相对误差的绝对值不大于2%；具有负载短路保护功能，保护阈值电流为4.5A。
近年来，随着微电子技术和工艺、磁性材料科学、烧结工艺等边缘技术科学的不断完善和快速发展，开关稳压技术也取得了突破性进展。目前，多模块并联供电代替单一集中供电已成为电力系统发展的重要方向。并联分布式电源具有并联扩展、功率模块功率密度高、体积重量小等优点，但同时也存在一个问题，即由于功率模块直接并联，导致一个或多个模块运行在限流状态。目前，均流控制是实现大功率电源和冗余电源的关键技术。本文设计制作了光伏并网发电模拟装置，实现了双开关电源模块的并联供电，提高了系统的供电效率，实现了电流自动分配。
1设计任务
设计并制造了由两个额定输出功率为16 W的8 VDC/DC模块组成的并联电源系统，其结构框图如图1所示。要求调节负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个模块输出电流之和IO=1.0A，按照I1:I2=1:1和I1:I2=1:2两种模式自动分配电流。每个模块输出电流相对误差的绝对值不超过5%。使两个模块输出电流之和IO=4.0A，以I1:I2=1:1的方式自动分配电流，各模块输出电流相对误差的绝对值不大于2%；在额定输出功率下，供电系统的效率不低于60%；要求系统具有负载短路保护和自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A。
图1相关电源系统框图
2系统总体方案设计
并联电源系统主要由控制器模块、DC/DC转换稳压模块、电流检测模块和输出电压采样模块组成。系统的整体硬件框图如图2所示。该系统中，DC/DC变换器稳压模块采用非隔离模式的降压斩波电路；电流检测模块通过采样康铜线上的电压计算电流值；C8051F340单片机的输出PWM波调节DC/DC模块的输出，控制输出电流。
图2系统硬件框图
3 DC/DC转换稳压电路的设计
有两种DC-DC转换：隔离的和非隔离的。输入输出隔离方式虽然安全，但是会因为隔离变压器的泄漏和损耗而降低效率，而且本题目不要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式。该系统采用Buck斩波器。降压斩波电路的原理图如图3所示。根据采样的反馈电压，用单片机改变PWM波的占空比，用三极管组成的推挽电路控制P通道IRF4905开关的通断，使输出电压或电流稳定在设定值。
图3 DC-DC转换器稳压电路图
4电压和电流采样电路
该系统利用芯片INA169对康铜导线上的电压进行采样，间接计算出电流值。选取标称值为50m的康铜导线作为采样对象，经测试其实际电阻值为47m，用于采集输出电流时的软件校正。INA169的输出引脚OUT为direc
当系统对输出电压进行采样时，负载两端并联一个1k电阻和一个10k可调电阻。微控制器采集R11两端的电压并调整RS2，使微控制器A/D输入端采集的电压与输出电压成1:8比例。输出电压和电流采样电路如图4所示。
图4输出电压和电流采样电路
5系统电压和电流测控原理
该系统的测量和控制电路的原理图如图6所示。控制器模块1(MCU1)采集DC/DC模块1产生的电流和负载上的电压，并根据控制策略调整PWM信号和DC/DC模块1的输出。控制器模块2(MCU2)收集DC/DC模块2产生的电流和负载上的电压。根据控制策略调整PWM信号来调整DC/DC模块1和DC/DC模块2的输出，使系统达到控制策略设定的电流I1、、电流I2和负载电压UO。
5.1 MCU 1的电流控制策略
MCU1通过采样电流的反馈将I1的电流控制在0.5a5%。当收到MCU2的控制信号时，MCU1反而对电压进行采样，并控制PWM信号使输出电压UO稳定在80.4v，从而实现对负载电压的控制。
如果I1小于0.4 A，则返回原始控制，I1稳定在0.5 A，并向MCU2发送控制信号。如果采样的I1大于2.6 A，则通知MCU2关闭PWM信号以实现过流保护。MCU1的电流控制策略流程图如图5所示。
图5 MCU 1的电流控制策略流程图
5.2 MCU 2的电流控制策略
MCU2通过采样电压的反馈将负载电压控制在UO=80.4V。当I2大于2.2 A时，向MCU1发送控制信号，同时对电流进行采样，使I2稳定在2A2%。如果收到来自MCU1的控制信号，它将返回到控制电压周期。如果收到过流信号，PWM输出关闭。MCU2的电流控制策略流程图如图6所示。
图6 MCU 2的电流控制策略流程图
6系统指标测试及结果
系统测试主要测试系统效率、电流分配性能和负载过流保护的可靠性。测试电路图如图1所示。
1)效率测试
调节负载电阻RL，负载功率为额定功率PO(UOXIO)=32 W时，测量供电系统的输入电流IIN、输入电压UIN、输出电流IO、输出电压UO，进行三次重量测试。实测数据见表1。根据等式2计算电源系统的效率:
表1供电系统效率测试
2)当IO=1.0 A时，电流分成1:1性能测试。
调节负载电阻RL，保持输出电压UO=8.00.4v，输出电流IO=1.0A，测量两个电源的输出电流I1和I2，根据公式3计算各模块输出电流的相对误差(其中I1、I2的理论值均为0.5 A)，重复测量三次。实测和计算数据见表2。
表2当前1:1分配性能测试
DC/DC模块输出电流的相对误差为:
在公式(3)中，Iit是测量值，Ii是理论值。
3)当IO=1.5 A时，电流分为1:2性能测试。
调节负载电阻R1，保持输出电压UO=8.00.4v，输出电流IO=1.5 A，测量两个电源的输出电流I1和I2，根据公式(3)计算各模块输出电流的相对误差(其中I1的理论值为0.5 A，I2的理论值为1.0 A)，重复测量三次。实测和计算数据见表3。
表3电流1:2分配性能测试
4)输出电流为4.0 A时，电流分配性能测试为1:1。
测试电路的原理图如图1所示。调节负载电阻RL，保持输出电压UO=8.00.4v，输出电流IO=4.0 A，测量两个电源的输出电流I1和I2，根据公式3计算各模块输出电流的相对误差(I1、I2的理论值均为2.0 A)，重复测量三次。实测和计算数据见表4。
表4当前1:1分配性能测试
5)负短路保护的可靠性试验
将负载功率RL逐渐调整为I
通过以上测试数据，调整负载电阻，使两个模块的输出电流之和在4 A范围内，使电流按照I1:I2=1:1和I1:I2=1:2的模式自动分配，相对误差的绝对值不超过2%。系统供电效率大于70%，能够实现负载短路保护功能，满足设计要求。随着供电系统的数字化和专用微处理器的发展，基于CAN总线技术的交流冗余可以并联更多的模块，更好地利用复杂的控制策略，如滑模控制技术，提高鲁棒性，进一步改善系统的动态性能。
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