一种负载适用范围广的节能型开关电源及其冗余控制

摘要

开关电源具有效率高、功率因数高、体积小、可靠性高等特点，已成为现代电源的主流形式，也是各类用电设备必需的基础技术，需求量大。但是普通的开关电源难以给同功率规格的直流电动机类负载供电，由于普通的开关电源在给直流电动机(特别是机械特性硬的直流电动机类)负载供电时，因电动机的动态电流往往高过其额定值的许多倍，使得开关电源给同功率规格的电机类负载供电时常因过电流保护关机而无法工作、或需要大幅降额使用而造成极大浪费等问题。本文针对这一问题提出了一种适于电机负载且负载适用范围广的新型AC/DC开关电源方案，不仅能解决开关电源给同功率规格的硬特性直流电动机负载供电的难题，而且具有很好的动态恒流与稳态恒压的性能。
　　 新型开关电源采用ZCS-PWM变换器的软开关技术以减小开关电源内部的动态功耗，降低能源消耗，同时将电动机负载的制动能量进行储存达到能量回收的效果。采用冗余电源方案进一步提高对负载供电的可靠性。本文还采用嵌入式技术使新型开关电源的功能得到扩展，这对扩大开关电源的应用范围将具有重要的技术与经济意义。
　　 本文介绍了新型开关电源的总体设计方案，分析其结构与原理。在建立直流电动机负载条件下的开关电源数学模型基础上，提出了新型开关电源综合控制算法：以稳压控制为内环(工作于ID调节方式)、以动态最大电流约束控制为外环(工作于NDPI调节方式)。通过MATLAB对各种调节方式进行仿真、比较、分析，验证了该方案的可行性。
　　 完成新型开关电源的软硬件设计。硬件部分包括开关电源的主电路、辅助电路、蓄电池充放电电路、电压电流信号检测电路、控制器外围电路等；软件部分主要包括电压、电流信号的采集、综合控制算法的实现、PWM信号的生成等，同时介绍了功能扩展基础，包括μC/OS-Ⅱ在嵌入式芯片MC9S12NE64上的移植、MC9S12NE64以太网功能的初始化等。本系统基本达到了预期目的，将具有良好的应用前景。