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直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實(shí)現(xiàn)

時(shí)間:2025-07-01 14:54:28來(lái)源:21ic電子網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):?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(guò)電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

  通過(guò)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)。

  冗余容錯(cuò):通過(guò) 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。

  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。

  對(duì)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(guò)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(guò)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。

  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。當(dāng)電源模塊輸出電流增加時(shí),通過(guò)反饋調(diào)節(jié)使輸出電壓下降斜率增大,即輸出內(nèi)阻增大,從而使該模塊輸出電流減小,達(dá)到均流目的。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,但均流精度相對(duì)較低,且電源輸出電壓會(huì)隨負(fù)載電流變化而有較大波動(dòng)。

  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。主模塊控制整個(gè)系統(tǒng)的輸出電壓,從模塊根據(jù)主模塊的指令調(diào)節(jié)自身輸出電流以實(shí)現(xiàn)均流。然而,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,因此在對(duì)可靠性要求高的場(chǎng)合較少使用。

  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(guò)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),會(huì)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 ,所以對(duì)均流母線的可靠性要求較高。

  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。均流控制器實(shí)時(shí)采集各電源模塊的輸出電流,通過(guò)內(nèi)部算法計(jì)算出各模塊應(yīng)輸出的電流值,并向各模塊反饋調(diào)節(jié)信號(hào)。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,增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜度,同時(shí)也可能影響系統(tǒng)的可靠性。

  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(lái)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。因?yàn)殡娫茨K輸出電流越大,自身功耗越大,溫度也就越高。通過(guò)這種方式可使各模塊的熱應(yīng)力分布更加均勻,延長(zhǎng)電源模塊的使用壽命。但該方法響應(yīng)速度較慢,且溫度檢測(cè)的精度和穩(wěn)定性會(huì)影響均流效果 。

  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 。它能使并聯(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)較高水平。

  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%。它的內(nèi)部工作框圖包含多個(gè)功能模塊協(xié)同工作。其工作原理如下: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。

  UC3907 引腳功能簡(jiǎn)介如下:

  4 腳:系統(tǒng)地端,這是個(gè)高阻抗端,用于通過(guò)測(cè)量功率返回線上的電壓降來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)地。

  6 腳:假地端,這是個(gè)低阻抗端,比 4 腳高出 250mV。

  5 腳:功率返回端,為最負(fù)端,應(yīng)盡量接在靠近功率電源處。

  7 腳:Vref 端,內(nèi)部參考電壓相對(duì) 4 腳為 2V,相對(duì) 6 腳為 1.75V。

  11 腳:電壓放大器的反相輸入端,負(fù)載電壓反饋信號(hào)(2V 左右)引到該端與同相端信號(hào)相比較。具體使用時(shí),還要在 11、12 腳間加補(bǔ)償電容。

  8、9、12 腳:組成緩沖放大器,固定增益為 2.5。8 腳接一個(gè)電流設(shè)定電阻,對(duì)主模塊,該端輸出高電壓(2.5V - 3.5V),9 腳流入電流(可達(dá) 10mA)。對(duì)于從模塊,8 腳電壓接近零伏,9 腳電流也為零。

  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(hào)并放大 20 倍。

  1、15 腳:組成最大值比較驅(qū)動(dòng)器,用以驅(qū)動(dòng)均流母線 CSB。

  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(lái)調(diào)整給定參考電壓。

  16 腳:狀態(tài)指示,是一個(gè)集電極開路輸出端,用以指示主電源模塊,當(dāng)為低電位時(shí),表示該模塊為主模塊。

  10 腳:Ucc 電源供電端,供電電壓范圍為 4.5V - 35V。

  采用 UC3907 的離線式負(fù)載均流電路中,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)側(cè)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)償是連接到了假地端子(第 6 腳)?!凹佟?地(第 6 腳)是 “真” 地(第 4 腳)電壓的一個(gè)映射,為負(fù)檢測(cè)端子電壓再加上 0.25V 的電位偏置。對(duì)地有關(guān)元件的連接是一個(gè)低阻抗端子。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(guò)流 / 過(guò)壓的電源模塊單元。

  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(yīng)用較為廣泛。在采用 UC3524A、UC3907 的降壓型(BUCK)PWM 變換器的并聯(lián)均流系統(tǒng)中,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端子,而只能接在電源輸出的非地端子,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(lái)。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(jiǎn)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(第 8 腳)電壓的變化范圍為 0 ~ 3.8V。通過(guò)從 UC3907 的電流放大器輸出信號(hào)并送至 UC3524A,實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊輸出電流的調(diào)節(jié),從而達(dá)到均流目的。

  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。不同的均流方法和應(yīng)用電路適用于不同的場(chǎng)合,在設(shè)計(jì)大功率電源系統(tǒng)時(shí),需要綜合考慮系統(tǒng)的性能要求、成本、可靠性等因素,選擇合適的均流方案和芯片,以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供電。

標(biāo)簽: 電源

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