基于微控制器的冗余并联开关电源设计

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1、2012年8月宇航计测技术Aug．，2012文章编号：1000—7202(2012)04—0055—05中图分类号：TM56文献标识码：A基于微控制器的冗余并联开关电源设计李然1闵子健1李永刚1袁慧梅1李延节2(1．首都师范大学信息工程学院，北京100048；2．中国科学技术大学软件学院，苏州215123)摘要目前，应用冗余并联结构设计的电源已成为提升供电能力和电源可靠性、降低成本的重要途径。分析了采用冗余结构和并联均流法设计电源的一般方法，并以集成开关降压器LM2576和MSP430单片机为例介绍一种可变电压的冗余并联电源设计方案。关键词开关电源并联均流冗

2、余系统微控制器DesignoftheRedundantParallelSwitchingPowerSuljplyBasedonMicrocontrollerLIRanlMINZiqianlLIYong．gan91YUANHui·meilLIYan-jie2(1．CoHegeofInformationEngineefing，CapitalNormalUniversity，Beijing100048；2．SoftwareInstitute。UniversityofScienceandTeehno昭yofChina，Suzhou215123)AbstractAtp

3、resent，Thepowersupplywithredundantparallelstructurehasbecomeaeffectivemethodtoincreaseitscapacity，reliabilityandreducecost．Thepaperdiscussedprinciplesandtraitsofcommonly．usedredundancystructureandparMldcurrentsharing，andintroducedadesignofredundancyparallelcurrentsharingstructureth

4、atoutputvoltageCallbeadjustedbasedOllintegratedbuckchipLM2576andmierocontrollerMSP430．KeywordsSwitcfiingpowersupplyParallelcurrentsharingRedundantsystemMicrocontroller1引言高效率、高可靠、结构紧凑的电源一直是人们追求的目标。采用集成开关电源模块实现稳压并通过并联供电增大功率的电源设计无疑是一种较好的设计选择，且可以兼顾电源的冗余度。因为电源模块间相互独立工作，若其中任一模块出现故障，不会立即导

5、致供电中断，而备用模块在MCU控制下可以迅速切入供电，恢复正常使用。电路设计时需采用均流技术，结合冗余结构实现容错。2冗余结构系统2．1N+m冗余分析Ⅳ+m(m≥1)结构为目前最常用的冗余结构，旨在提升电源系统的可靠性及可维护性。即在电源收稿日期：2012—03—09，修回日期：2012—04-24作者筒介：李然(1989一)，男，本科，主要研究方向：综合电子技术，电源应用。宇航计测技术2012芷系统中采用Ⅳ+m个功能相同的电源模块，n代表总模块数，Ⅳ代表提供电量所需模块数，m代表冗余备份模块数。若设计Ⅳ+m型冗余结构，当总模块n=N+m时，系统的可靠度为⋯

6、R。(f)=RM。)(￡)+f旦)R，(￡)⋯[1一只(￡)]“‘(1)MTBFN。。为一撕)虻(÷+击+”·+点)MTBFon￡、nn—l一，n，(2)当n=N+in=3，设单个模块的可靠性R=90％，则月．(故障率)=1—0．9=0．1R2(系统)=1一(1—0．9)3=0．999=99．9％冗余结构可以使系统的可靠性大幅提高，但并不是意味着冗余模块数量越多越好，若无限度的增加冗余模块数量，会导致模块处于轻载，造成资源浪费。且系统连接更为复杂，维护成本更高，要适当考虑冗余模块的数量才可。2．2冗余备份方式通常有两种备份方式，即冷备份和热备份。冷备份：当原

7、模块出现故障后，备用模块立即启动，但模块从得到信号到启动工作，需要一定响应时间，容易出现供电暂时中断。热备份：启动后所有模块均处于接人状态，由工作模块进行供电，备份模块空载。当出现故障后，自动切换至备份模块供电。该方法响应速度快，供电几乎不中断，影响较小，使用较为广泛。3并联均流技术及特性分析系统中每个功率器件的外特性不相同。若其中某模块输出阻抗明显小于其余模块，则大部分电流将由输出阻抗低的模块承担，仅将电源模块并联使用会造成模块间负载不均衡，需采用均流技术解决这一问题。3．1主从模块控制法人为指定一个主模块来控制电压，迫使其余模块像电流源一样工作。由于误差

8、电压和负载电流成比例，所以误差放大器会迫使所有模块输