直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實現(xiàn)

1、直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實現(xiàn) 一、簡介 電源并聯(lián)運行是電源產(chǎn)品模塊化，大容量化的一個有效辦法，是電源技術(shù)的進展方向之一，是實現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前因為功率器件、磁性材料等緣由，單個模塊的最大輸出功率惟獨幾千瓦，但實際應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系統(tǒng)中這種狀況是不時碰到的。這可通過的并聯(lián)運行實現(xiàn)。 通過直流的并聯(lián)運行可達到以下目的：1.1 擴展容量，實現(xiàn)大功率電源供電系統(tǒng)。1.2 通過n+1，n+2冗余實現(xiàn)容錯功能，帶電熱插拔，便于在不影響系統(tǒng)正常工作的狀況下，對電源系統(tǒng)舉行維護，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的不間斷供電。二、直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)擴容的要求2.1 n+

2、m(m表示電源系統(tǒng)冗余度)個電源模塊并聯(lián)擴容后，總電源系統(tǒng)的源效應，負載效應，瞬態(tài)響應等技術(shù)指標都應保持在系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標范圍內(nèi)。2.2 每個直流穩(wěn)壓電源模塊單元具有輸出自動均流功能。2.3 采納冗余技術(shù)，當某個電源模塊單元發(fā)生故障時，不影響囫圇電源系統(tǒng)的正常工作，電源系統(tǒng)應有足夠的負載能力。2.4 盡可能不轉(zhuǎn)變電源模塊單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保電源系統(tǒng)的高牢靠性。2.5 對公共均流帶寬要小，以降低電源系統(tǒng)噪聲。2.6 確保每個供電單元分擔負載。即通過并聯(lián)均流應使囫圇電源系統(tǒng)像一個整體一樣工作，同時通過并聯(lián)均流技術(shù)使囫圇供電系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。三、常用的幾種均流辦法3.1 轉(zhuǎn)變輸出內(nèi)阻法(外特性

3、下垂法，轉(zhuǎn)變輸出斜率法) 利用電流反饋，調(diào)整電源模塊單元的輸出阻抗，實現(xiàn)均流。3.2 主/從法 在并聯(lián)運行的電源模塊單元中，選定一個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，電流值可自立設置。在這種方式下，一旦主模塊失效，則囫圇系統(tǒng)崩潰，明顯不具備冗余功能。3.3 平均電流自動均流法 這種辦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個電源模塊代表各自輸出電流的電壓信號ui的平均值(即代表電源系統(tǒng)的平均電流)。ub與每個電源模塊的取樣電壓信號比較后通過調(diào)整輸出一個誤差電壓，從而調(diào)

4、整模塊單元的輸出電流，達到均流目的。平均電流法可以精確地實現(xiàn)均流，但當公共母線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，使csb電壓下降，結(jié)果促使各電源模塊輸出電壓下調(diào)，甚至達到下限值，引起電源系統(tǒng)故障。3.4 外接控制器法 用法一個外加的均流控制器，比較全部模塊的電流，調(diào)整相應的反饋信號實現(xiàn)均流。這種控制辦法效果較好，但需要一個外加的均流控制器和附加連線。3.5 熱應力自動均流法 利用監(jiān)測電源系統(tǒng)中每個電源模塊單元的溫度來實現(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。3.6 最大電流均流法(民主均流法、自動均流法) 這種辦法采納一套最大值，每一時刻輸出電流

5、最大模塊作為主模塊，其輸出電流轉(zhuǎn)化成的電壓信號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比較從而自動調(diào)整輸出電流達到均流。uc3907就是采納這種工作原理的均流控制芯片。這種均流芯片目前用法較廣泛。四、uc3907簡介uc3907均流控制芯片能使并聯(lián)運行的電源模塊單元工作在所設定的電流值上，均流精度可達2.5%，它的內(nèi)部工作框圖1所示，圖2表示采納uc3907的電源均流系統(tǒng)銜接圖，圖3表示uc3907的控制框圖。工作原理如下：uc3907檢測相應電源模塊單元的輸出電流，每個電源模塊單元的輸出電流信號反饋放大后送至均流母線

6、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)整，從而達到均流目的。4.1 uc3907引腳功能簡介如下： (1)4腳;系統(tǒng)地端：這是個高阻抗端，用于通過測量功率返回線上的電壓降來監(jiān)控系統(tǒng)地。 (2)6腳;假地端：這是個低阻抗端，比4腳高出250mv。 (3)5腳;功率返回端：為最負端，應盡量接在逼近功率電源處。 (4)7腳;vref端：內(nèi)部參考電壓相對4腳為2v，相對6腳為1.75v。 (5)11腳;電壓放大器的反相輸入端，負載電壓反饋信號(2v左右)引到該端與同相端信號相比較。詳細用法時，還要在11，12腳步間加補償。 (6)8、9、12腳;組成緩沖放大器，固定增益為2.5。8

7、腳按一個電流設定，對主模塊，該端輸出高電壓(2.5v3.5v)，9腳流入電流(可達10ma)。對于從模塊，8腳電壓臨近零伏，9腳電流也為零。 (7)1、2、3腳;組成電流放大器，取樣并聯(lián)電源模塊輸出電流信號并放大20倍。 (8)1、15腳;組成最大值比較驅(qū)動器，用以驅(qū)動均流母線csb。 (9)13、14、15腳;將各模塊單元輸出電流與主模塊輸出電流相比較，利用輸出值來調(diào)節(jié)給定參考電壓。 (10)16腳;狀態(tài)指示：是一個集電極開路輸出端，用以指示主電源模塊，當為低電位時，表示該模塊為主模塊。 (11)10腳;ucc電源供電端，供電電壓范圍為4.5v35v。圖1 uc3907內(nèi)部工作框圖圖2 采納

8、uc3907的電源均流系統(tǒng)圖3 uc3907的控制框圖五、應用電路5.1 離線式負載均流電路 圖4所示電路為采納uc3907的離線式負載均流電路。uc3844為電源控制器，它的開關(guān)工作頻率fs = 1.72/rtct。電阻r5用以檢測初級側(cè)電流，uc3844的最大峰值電流由ismax = 1.0v/r5打算。r1，c5為uc3844的啟動電路，d3，r2，c4為rcd汲取回路，用以庇護功率。uc3844的軟啟動電路由q1，r9，c10組成。注重電路中的電阻rset和調(diào)整補償是銜接到了假地端子(第6腳)。假地(第6腳)是真地(第4腳)電壓的一個映射，為負檢測端子電壓再加上0.25v的電位偏置。對

9、地有關(guān)元件的銜接是一個低阻抗端子。主控指示燈電路用以指示負載電流最大的模塊單元電流，并可檢測輸出電壓，它可用以檢測過流/過壓的電源模塊單元。5.2 uc3907在非隔離變換器中的應用 下面是利用uc3907構(gòu)成的dc-dc非隔離變換器在并聯(lián)均流系統(tǒng)中的應用。圖5為采納uc3524a 、 uc3907的降壓型(buck)變換器的并聯(lián)均流系統(tǒng)。對非隔離的并聯(lián)電源均流系統(tǒng)，電流檢測電阻不能接在電源模塊的地端子，而只能接在電源輸出的非地端子，否則幾個并聯(lián)電源系統(tǒng)的電流檢測電阻為并聯(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出來。這種銜接的唯一限制就是uc3907的電流放大器有一個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。因為不需用光電耦合器，所以電路得到簡化。uc3524a的誤差放大器為一反相放大器，未用法驅(qū)動放大器并使uc3907送至uc3524a的信號相位滿足要求。iset(第