直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實(shí)現(xiàn)

2019-11-03 09:57:40

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北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院路秋生　　摘要: 本文介紹了直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流控制常用方法和實(shí)現(xiàn)電路。

　　關(guān)鍵詞: 均流；冗余；電源并聯(lián)

引言

　　電源并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品模塊化、大容量化的一個(gè)有效方法，是電源技術(shù)的發(fā)展方向之一，是實(shí)現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前由于半導(dǎo)體功率器件、磁性材料等原因，單個(gè)開關(guān)電源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實(shí)際應(yīng)用中往往需用幾百千瓦以上的開關(guān)電源為系統(tǒng)供電，在大容量的程控交換機(jī)系統(tǒng)中這種情況是時(shí)常遇到的。這可通過電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

　　通過直流穩(wěn)壓電源的并聯(lián)運(yùn)行可達(dá)到以下目的：

　　● 擴(kuò)展容量，實(shí)現(xiàn)大功率電源供電系統(tǒng)。

　　● 通過N+1，N+2冗余實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)功能，帶電熱插拔，便于在不影響系統(tǒng)正常工作的情況下，對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的不間斷供電。

直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)擴(kuò)容的要求

　　● N+m(m表示電源系統(tǒng)冗余度)個(gè)電源模塊并聯(lián)擴(kuò)容后，總電源系統(tǒng)的源電壓效應(yīng)，負(fù)載效應(yīng)，瞬態(tài)響應(yīng)等技術(shù)指標(biāo)都應(yīng)保持在系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。

　　● 每個(gè)直流穩(wěn)壓電源模塊單元具有輸出自動(dòng)均流功能。

　　● 采用冗余技術(shù)，當(dāng)某個(gè)電源模塊單元發(fā)生故障時(shí)，不影響整個(gè)電源系統(tǒng)的正常工作，電源系統(tǒng)應(yīng)有足夠的負(fù)載能力。

　　● 盡可能不改變電源模塊單元的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，確保電源系統(tǒng)的高可靠性。

　　● 公共均流總線帶寬要小，以降低電源系統(tǒng)噪聲。

　　● 確保每個(gè)供電單元分擔(dān)負(fù)載電流。即通過并聯(lián)均流應(yīng)使整個(gè)電源系統(tǒng)像一個(gè)整體一樣工作，同時(shí)通過并聯(lián)均流技術(shù)使整個(gè)供電系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。

圖1 UC3907功能框圖

圖2 采用UC3907的電源均流系統(tǒng)連接

圖3 UC3907的控制框圖

圖4 UC3907在離線式隔離模塊電源中的應(yīng)用

圖5 UC3907在非隔離DC-DC變換器中的應(yīng)用

圖6 采用UC3907的線性穩(wěn)壓器均流電路

圖7 利用電源模塊的遠(yuǎn)程檢控輸入端子實(shí)現(xiàn)均流

常用的均流方法

　　改變輸出內(nèi)阻法(外特性下垂法，改變輸出斜率法)

利用電流反饋，調(diào)節(jié)電源模塊單元的輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)均流。

主/從法

　　在并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊單元中，選定一個(gè)電源模塊單元作為主電源模塊，其余電源模塊作為從電源模塊。主電源模塊工作于電壓源方式，而從電源模塊工作于電流源方式，電流值可獨(dú)立設(shè)置。在這種方式下，一旦主模塊失效，則整個(gè)系統(tǒng)崩潰，顯然不具備冗余功能。平均電流自動(dòng)均流法

　　這種方法不用外加均流控制器，在各電源模塊單元間接一條公共均流母線CSB，均流母線的電壓Ub為N個(gè)電源模塊代表各自輸出電流的電壓信號(hào)Ui的平均值(即代表電源系統(tǒng)的平均電流)。Ub與每個(gè)電源模塊的取樣電壓信號(hào)比較后通過調(diào)節(jié)放大器輸出一個(gè)誤差電壓，從而調(diào)節(jié)模塊單元的輸出電流，達(dá)到均流目的。

　　平均電流法可以精確地實(shí)現(xiàn)均流，但當(dāng)公共母線CSB發(fā)生短路或接在母線上的任一電源模塊單元不工作時(shí)，使CSB電壓下降，結(jié)果促使各電源模塊輸出電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限值，引起電源系統(tǒng)故障。

外接控制器法

　　使用一個(gè)外加的均流控制器，比較所有模塊的電流，調(diào)節(jié)相應(yīng)的反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)均流。這種控制方法效果較好，但需要一個(gè)外加的均流控制器和附加連線。

熱應(yīng)力自動(dòng)均流法

　　利用監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)中每個(gè)電源模塊單元的溫度來實(shí)現(xiàn)均流，使其溫度高的模塊單元輸出電流小，溫度低的電源模塊輸出電流大。最大電流均流法(民主均流法、自動(dòng)均流法)

　　這種方法采用一套最大值比較器，每一時(shí)刻輸出電流最大模塊作為主模塊，其輸出電流轉(zhuǎn)化成的電壓信號(hào)Ui送至均流母線CSB，即CSB上的電壓Ub反映的是各電源模塊單元中Ui的最大值，即電流最大值。各從模塊的Ui與Ub比較從而自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到均流。UC3907就是采用這種工作原理的均流控制芯片。這種均流芯片目前使用較廣泛。

UC3907

　　UC3907均流控制芯片能使并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊單元工作在所設(shè)定的電流值上，均流精度可達(dá)2.5%，它的框圖如圖1所示，圖2表示采用UC3907的電源均流系統(tǒng)連接圖，圖3表示UC3907的控制框圖。UC3907檢測(cè)相應(yīng)電源模塊單元的輸出電流，每個(gè)電源模塊單元的輸出電流信號(hào)反饋放大后送至均流母線CSB上，按最大電流均流控制原理控制各單元模塊的輸出電流調(diào)節(jié)，從而達(dá)到均流目的。

應(yīng)用電路

離線式負(fù)載均流電路

　　圖4所示電路為采用UC3907的離線式負(fù)載均流電路。UC3844為電源控制器，它的開關(guān)工作頻率Fs = 1.72/Rt·Ct。電阻R5用以檢測(cè)初級(jí)電感電流，UC3844的最大峰值電流由Ismax = 1.0V/R5決定。R1，C5為UC3844的啟動(dòng)電路，D3，R2，C4為RCD吸收回路，用以保護(hù)功率場(chǎng)效應(yīng)管。UC3844的軟啟動(dòng)電路由Q1，R9，C10組成。注意電路中的電阻Rset和調(diào)節(jié)補(bǔ)償是連接到了假地引腳(6引腳)。“假”地是“真”地(4引腳)電壓的一個(gè)映射，為負(fù)檢測(cè)引腳電壓再加上0.25V的電位偏置。對(duì)地有關(guān)元件的連接是一個(gè)低阻抗引腳。

　　主控指示燈電路用以指示負(fù)載電流最大的模塊單元電流，并可檢測(cè)輸出電壓，它可用以檢測(cè)過流/過壓的電源模塊單元。

UC3907在非隔離變換器中的應(yīng)用

圖5為采用UC3524A 、 UC3907的降壓型PWM變換器的并聯(lián)均流系統(tǒng)。

　　對(duì)非隔離的并聯(lián)電源均流系統(tǒng)，電流檢測(cè)電阻不能接在電源模塊的地引腳，而只能接在電源輸出的非地引腳，否則幾個(gè)并聯(lián)電源系統(tǒng)的電流檢測(cè)電阻為并聯(lián)，致使系統(tǒng)不能正確并聯(lián)均流，即使有故障模塊單元也不易檢測(cè)出來。這種連接的唯一限制就是UC3907的電流放大器有一個(gè)0~-2V的共模電壓范圍，所以需用某種形式的電平偏置或平均電流檢測(cè)。

　　由于不需用光電耦合器，所以電路得到簡化。UC3524A的誤差放大器為一反相放大器，未使用驅(qū)動(dòng)放大器并使UC3907送至UC3524A的信號(hào)相位滿足要求。Iset(8引腳)電壓的變化范圍為0~3.8V。通過從UC3907的電流放大器輸出信號(hào)并送至UC3524A的限流放大器實(shí)現(xiàn)限流，限流值由下式?jīng)Q定：

UC3907在線性穩(wěn)壓器中的應(yīng)用

　　圖6為UC3907在線性穩(wěn)壓器中應(yīng)用的均流電路圖，由光電耦合器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管Q1、Q2，由Q3、C1、R11、R12實(shí)現(xiàn)限流，限流值由下式?jīng)Q定：

外部負(fù)載均流法

　　采用少數(shù)幾個(gè)元件就可利用UC3907使電源模塊實(shí)現(xiàn)均流，負(fù)載均流環(huán)同前面的電路，但通過調(diào)節(jié)UC3907的內(nèi)部參考電位，即通過調(diào)節(jié)電源模塊的(+)Sense引腳電位實(shí)現(xiàn)均流。最大調(diào)節(jié)電壓由下式?jīng)Q定，(如圖7所示)。

結(jié)語

　　本文主要討論了電源并聯(lián)均流的主要方法，幾種并聯(lián)均流的典型電路。實(shí)際應(yīng)用中，UC3907的并聯(lián)均流效果較好并且應(yīng)用也最廣泛。■

摘自《電子產(chǎn)品世界》

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