宋 偉，李昊遠(yuǎn)，張?jiān)?，徐浩東，韓 猛

（黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引 言

Buck變換器是一種降壓型開關(guān)控制器，以高輸入、低輸出、效率優(yōu)良和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可適用于當(dāng)前許多應(yīng)用場景[1]。為了滿足開關(guān)電源系統(tǒng)的容量、減少元器件所承擔(dān)的電壓與電流應(yīng)力，模塊化串并聯(lián)Buck變換器應(yīng)運(yùn)而生。但是，模塊化技術(shù)的引入會(huì)帶給各個(gè)模塊間不均衡的問題，直接影響B(tài)uck變換器的動(dòng)態(tài)性能和可靠性。因此，分析Buck變換器的工作原理，進(jìn)一步研究并聯(lián)均流的方法，對研究Buck變換器的動(dòng)態(tài)性能和提高其可靠性具有重要作用。

1 均流方法

設(shè)計(jì)采用一種數(shù)字邏輯控制均流方式，電路原理如圖1所示。將各塊Buck裝置并聯(lián)，通過采集參數(shù)t1、t2、…、tn各分模塊的電流，將各模塊的電流和負(fù)載總電流經(jīng)過A/D裝換模塊輸送到可編程邏輯器件。對比各模塊電流和總負(fù)載電流，通過分析電流的大小輸出不同占空比的PWM波調(diào)制各模塊，從而使各模塊電流得到均衡。數(shù)字邏輯控制均流方式具有均流精度高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)[2]，特別是在航天等具有較高均流精度要求的場合下具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

圖1 數(shù)字邏輯控制均流法電路原理圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

以2路Buck變換器為例，對Buck變換器模塊系統(tǒng)進(jìn)行均流設(shè)計(jì)，系統(tǒng)控制原理如圖2所示。對系統(tǒng)進(jìn)行電壓和電流檢測，以2個(gè)Buck模塊的電流為內(nèi)環(huán)，采用PID模糊控制方式對2個(gè)Buck模塊進(jìn)行控制，使2個(gè)Buck模塊的電流能夠通過PID模糊控制方式按照定比進(jìn)行均流[3]。通過采集模塊總的輸出電壓，將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，使整個(gè)系統(tǒng)的輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)恒定值，從而保證均流系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 軟件部分

系統(tǒng)中，軟件的主要作用是完成命令輸入、輸出采樣、軟件過流保護(hù)和結(jié)果顯示等功能，主程序流程如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)控制原理圖

圖3 主程序流程圖

圖4 為監(jiān)控模塊的軟件控制流程。為保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對整個(gè)并聯(lián)均流系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控處理。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)控制單元會(huì)自動(dòng)中斷，以達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的[4]。

圖4 監(jiān)控模塊的軟件控制流程圖

4 實(shí)驗(yàn)測試

利用仿真軟件仿真測試電路的各個(gè)模塊，對輸入電壓進(jìn)行擾動(dòng)測試，突增輸入電壓設(shè)為2～34 V，突減輸入電壓設(shè)為2～14 V。測得相同輸入電壓擾動(dòng)下，4種不同均流方法下的輸出電壓的變化和恢復(fù)到穩(wěn)定所需的時(shí)間。系統(tǒng)的擾動(dòng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4種不同均流方法下的擾動(dòng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)表

由表1可知，在輸入電壓擾動(dòng)的情況下，4種不同均流方法下，系統(tǒng)所具有的動(dòng)態(tài)性能是不同的。在雙環(huán)模糊PID方法控制下，系統(tǒng)電壓波動(dòng)的幅度最小，且恢復(fù)到穩(wěn)定所需的時(shí)間最短。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，PID數(shù)字控制均流系統(tǒng)具備輸出電壓穩(wěn)定、恢復(fù)速度快和均流精度高的優(yōu)點(diǎn)，能進(jìn)一步提高并聯(lián)均流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和可靠性。

5 結(jié) 論

通過對Buck變換器并聯(lián)均流系統(tǒng)的研究，分析數(shù)字均流方式和雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：數(shù)字控制均流方法可以達(dá)到很好的均流效果；當(dāng)參數(shù)攝動(dòng)或負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能保持良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性，具有控制靈活、響應(yīng)快和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高精度和高魯棒性控制，具有一定的自適應(yīng)能力和智能水平。