摘要： 介紹了一種基于DSP 的智能電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。本系統(tǒng)以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 為控制核心，主要由信號(hào)采集模塊，電路調(diào)理模塊，DSP 處理模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，DC-DC 并聯(lián)供電模塊和輔助供電模塊等組成。設(shè)計(jì)采用BUCK 降壓變換電路實(shí)現(xiàn)DC /DC 變換，設(shè)計(jì)和制作了高效率的兩路DC-DC 變換器并聯(lián)供電，此并聯(lián)供電系統(tǒng)能夠?qū)?6 V 直流電壓轉(zhuǎn)化為12V 直流電壓，允許電流達(dá)到20 A 長(zhǎng)時(shí)間工作，并且兩個(gè)并聯(lián)開關(guān)電源模塊的電流可按照默認(rèn)分流比例分流和控制分配比例分流兩種模式工作。另外系統(tǒng)進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，使其具有較好的抗干擾能力，保證系統(tǒng)可靠工作。

　　0 引言

　　隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電源的質(zhì)量和可靠性要求越來(lái)越高，在很多關(guān)鍵的應(yīng)用場(chǎng)合，比如說(shuō)地鐵站、醫(yī)院等電源供應(yīng)不能有絲毫的差錯(cuò)，否則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的、甚至是災(zāi)難性的后果。所以在很多關(guān)鍵的地方，都設(shè)有備用電源或雙路電源并聯(lián)供電，如UPS（ 不間斷電源系統(tǒng)） 。雙路電源并聯(lián)供電的優(yōu)點(diǎn)主要有兩個(gè)： ① 擴(kuò)充容量，實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)，② 通過(guò)冗余實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)功能，即當(dāng)某電源模塊失效時(shí)，系統(tǒng)還可以提供負(fù)載功率，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的不間斷供電。

　　但是，傳統(tǒng)的雙路電源并聯(lián)供電方式有其自身的局限性，比如： ① 靈活性差，在雙路電源都在線工作時(shí)不能實(shí)現(xiàn)工作電流的獨(dú)立控制； ② 不能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能，例如在野外，太陽(yáng)能和風(fēng)能資源非常豐富，我們完全可以以這種綠色能源為主，其他供電方式為輔，為一些在野外工作的關(guān)鍵設(shè)備供電。但是有時(shí)太陽(yáng)能和風(fēng)能產(chǎn)生的電力不足以維持設(shè)備的正常運(yùn)行，如果用電池儲(chǔ)存，電池容量有限，完全舍棄不用，直接采用備用電源又有些可惜。基于此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型供電系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電源的電流可按照默認(rèn)分流比例分流或控制分配比例分流兩種模式工作［3］。這樣就避免了上述存在的問題，下面以一雙通道直流電源為例介紹其實(shí)現(xiàn)原理和方法。

　　1 方案設(shè)計(jì)與論證

　　設(shè)計(jì)一個(gè)安全可靠、低成本、輸出功率為200 W的12 V 直流并聯(lián)供電系統(tǒng)應(yīng)用于野外現(xiàn)場(chǎng)。系統(tǒng)能滿足當(dāng)負(fù)載改變時(shí)，輸出電壓基本不變。并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出電流可按照一定比例自動(dòng)分配電流，每個(gè)模塊的輸出電流的相對(duì)誤差絕對(duì)值不大于5%.具體要求如下： ① 負(fù)載改變時(shí)，保持輸出電壓不變，使負(fù)載電流Iout在10 ~ 20 A 之間變化時(shí)，兩個(gè)模塊的輸出電流可在5 ~ 15 A 范圍內(nèi)按指定的比例自動(dòng)分配，每個(gè)模塊的輸出電流相對(duì)誤差的絕對(duì)值不大于2%.② 額定輸出功率工作狀態(tài)下，進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)效率。③ 具有負(fù)載短路保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù)功能，保護(hù)閾值電流為20A（ ± 0. 2 A 的偏差） ，系統(tǒng)總體組成框圖如圖1 所示。

　　1. 1 核心處理器方案選擇

　　DSP 具有運(yùn)算速度快、支持浮點(diǎn)運(yùn)算、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。DSP 器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，可以同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使DSP 器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。DSP（ TM320LF2407A） 自帶的幾路12 位A/D 轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求的精度，DSP 器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT 快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度。另外該DSP 器件還具有高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。基于以上原因我們采用以DSP（ TM320LF2407A） 為核心的控制器。

　　1. 2 主電路DC-DC 變換器選擇

　　采用BUCK 變換電路，此電路體積小，電路相對(duì)于單端反激變換電路更加簡(jiǎn)單，效率相對(duì)于單端反激變換電路會(huì)更高，少了很多可以增加損耗的地方而且不用繞制變壓器，減少了損耗與變壓器噪聲等問題，故選擇此方案。

　　1. 3 開關(guān)管的選擇

　　選擇場(chǎng)效應(yīng)管IR2125 作為開關(guān)管，此管子導(dǎo)通壓降低且導(dǎo)通電阻僅有幾十毫歐，損耗相對(duì)于IGBT 作為開關(guān)管的方案要小很多，因此我們選擇此方案。

　　1. 4 控制策略選擇

　　本設(shè)計(jì)采用電壓、電流雙閉環(huán)PI 調(diào)節(jié)的方式控制輸出電壓，并使其開關(guān)電源并聯(lián)供電能夠按照預(yù)設(shè)比例進(jìn)行分流。我們用小電阻采集兩個(gè)開關(guān)電源各自的電流信號(hào)和總體的輸出電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)的調(diào)理傳送給DSP，采用PI 調(diào)節(jié)電流控制的方式進(jìn)行分流調(diào)控，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓分配輸出電流的效果。