基于高频电力操纵电源均流控制的研究.docx

基于高频电力操纵电源均流控制的研究摘要：本文主要对高频电力操纵电源的均流控制原理进展了介绍，同时给出了几种均流控制方案，并介绍了各自的优缺点，最后本文采用UC3902来实现了系统的均流控制。关键字：均流控制；UC3902；TheResearchonCurrentSharingControlofthehighfrequencyelectricpowerHarbinJiuzhouElectricCo.,Ltd.GeXinQinTaoWangGuoqiangAbstract：Inthispaper,thecurrentsharingcontrolprincipleofthehighfrequencyelectricpowerareintroduced,somewerealsogiventheprogramflowcontrol,anddescribestheirrespectiveadvantagesanddisadvantages,andfinallybyUC3902torealizethissystemareflowcontrol.Keywords：Currentsharingcontrol；UC3902；1引言电力操纵电源系统在当代动力系统中占有重要的地位，主要用于发电厂、变电站中，作为直流机构、继电保护、信号、自动控制、事故照明、仪器仪表以及应急事故负荷等的重要电源。其性能和质量直接关系到电网的平安运行和设备的平安。本文通过对常用的均流方法的分析以及两种自动选主的均流方法的小信号模型的建模分析，选择了自动选主的主从均流方法。采用该均流方法可实现模块电源间的均流，进步均流环的响应速度，实现模块电源并联络统的冗余。使用均流集成控制芯片UC3902实现动态均流，并设计了基于自动选主的主从均流的控制电路，实现了系统的均流控制。2均流控制的根本原理为了能使各电源均分负载电流，首先需要深化分析电源电流分配不均的机理，然后采取相应的对策。多个电源并联后的情况如图1所示。所有电源输出连接在一起，因此它们的输出电压都是一样的，但每个电源的给定量、反应比例系数略有差异，再考虑到运放的失调电压也各不一样，因此各电源误差信号也各不一样(下角标k均表示第k个电源)。各电源的电压调节器通常都采用比例-积分(PI)调节器。当各电源的输出刚并联到一起时，有的电源误差信号为正，电压调节器正向积分，开路电压进步，输出电流增加；有的电源为负，电压调节器反向积分，开路电压降低，输出电流变小。当负载电流小于单台电源的最大限流值时，最终进入稳态后的情况是，有一台电源的为零，调节器正常工作，而其它电源的为负值，调节器处于下限饱和状态。全部的负载电流都由为零的点源承当，其它电源输出电流为零。图1并联后的电源系统当负载电流较大，超过了单台电源的最大限流值，情况就略微复杂一些。有些电源的为正，有些电源为负，最多有一个电源为零。为正的电源输出电流为最大限流值，为负的电源输出电流为零，为零的电源输出电流介于零和限流值之间。所有的电源的输出电流和即是负载电流。根据以上的分析，电源并联后输出电流不相等的原因是，在输出电压一样的条件下，电压调节器误差信号不同，这反映了电路参数的分散性。为了可以补偿这种分散性，使各电源的输出电流相等，并且都即是零，必须采取控制措施。因此，并联运行均流控制的根本原理就是通过检测模块的输出电流，判定它的不均流程度，用这个信号去改变直流输出电压的给定或反应的量，使电压调节器误差信号为零以及各模块电源电压调节器输出的电流给定一样，以到达控制均流的目的。3均流控制方案实现均流的方式多种多样，他们的均流精度以及均流原理也是各不一样。根据控制机理可以分为两大类，即下降特性法和动态电流平衡法，其中动态均流法包括构造规划与电流规划两个方面。3.1下降法下降特性法又称为Droop(倾斜)法，电压调整法，如下列图，其机理是调节变换器的外特性倾斜度输出阻抗在各模块间公道分配电流，本质是利用开关电源输出阻抗的开环技术来获取电流输出平衡。当某个模块的电流增加的很多，上升，下降，使得该模块的输出电压随着下降，即外特性下降，接近其他模块的外特性，进而使其他模块电流增大，实现近似均流，但是模块本身的电压调整率变差。这种均流的缺点很明显，本质上是一种开环控制。由于通常的变换器都设计成低输出阻抗的电压源，为了到达下降特性实现均流，弱化了负载调节才能；在重载时分配性能好一些，而且各模块需要个别调整，对于不同额定功率的模块难以实现均流。图2下降特性法均流控制原理图动态均流法动态电流平衡法包含控制构造和电流规划策略两局部。根本的控制构造有三种：内环调节构造、外环调节构造、外部控制器构造。1在内环调节构造中，各个模块采用共同的参考电压、反应电压和调节器。这种构造的优点是电流平衡稳定、输出电压调节准确，缺点是降低了系统的模块性和容错性。对于具有电流内环的开关变换器，实现这种构造非常方便，只需要一个变换器的电压外环控制所有变换器的电流内环；2在外环调节构造中，各个变换器利用电流规划误差调节电压外环的给定来到达电流平衡，它的主要特征是每个变换器模块有独立的输出电压反应。这种构造的优点是具有合适工业消费的模块性和标准性、系统易扩展易维护、对单个模块失效有很好的容错性，缺乏是暂态经过可能出现不稳定、电压反应增益受限；3外部控制器构造那么采用一个外部控制器控制所有的变换器来实现电流平衡，由它比拟各模块的负载电流信号并调整各模块的反应信号来平衡电流。这种系统可以获得很好的性能，但需要一个外部控制器和各个控制器和电源之间的互连。但是由一个控制器控制所有的模块，系统的可靠性就会降低，大量的互相连线也会导致系统不平安。但是随着当代的分布式电源系统技术的开展，这种技术显示了很多上风，使用也越来越多。它采用集中控制，有利于实现动态脉冲交织以降低电磁干扰、易实现错监测、易于利用已存在的监控系统，到达很好的电流平衡和输出电压调节性能。从电流的规划上可得到很多的均流方法。电流规划策略是动态电流平衡策略的一个重要环节，它的作用是协调各个并联变换器的电压调节器，获得每个模块的电流平衡误差并通过误差放大器反应给电压调节器，目前此常用的主要有两类：平均电流规划策略和主从电流规划策略。1)平均电流规划策略平均电流规划策略由各个模块电流总和经加权获得各模块的参考电流值，与反应电流相比拟获得电流误差，再通过误差放大器反应给各模块的电压调节器，各模块调节自身输出电压以保持在输出总电流所占比重。就目前比拟成熟的技术，自动均流平均电流法应用比拟广泛。各个模块的内部均流原理如图3所示。电阻R上的压降代表该模块均流误差电压。通过此误差信号调节输出使得该模块的输出端的等效直流电势减少，使得输出电流向计算的平均电流靠近，起到均流作用。它的缺点是明显的。任何模块故障或均流母线短路都会使得系统不能稳定工作，而且当某种模块输出到达极限值时，其他模块输出电压会下降到极限。图3平均电流控制法均流控制原理2)主从均流策略主从电流规划策略由选定主模块的电流信号作为所有模块的参考电流值，和反应电流相比拟获得电流误差，由此调节其他主从模块自身输出电压以保持其在输出总电流所占比重。缺点是主模块的故障会使整个系统瘫痪，无冗余性能；各模块高频带环被连接在一起，给系统带来很大噪声干扰。这一类的策略主要有：制定主模块法,轮流主模块法,自动主模块法。图4描绘了自主均流的扼要原理。通过单向缓冲电路实现输出电流最大的模块控制均流母线电压，可以实现主模块的自动选择，对故障模块自动隔离，实现系统冗余和热插拔，母线开路或者短路都不影响各模块独立工作，进步系统的可靠性。图4低差自动主从均流控制原理简图基于以上的分析，下降法的均流精度比拟低，平均电流法无法实现冗余技术，因此并联电源系统的可靠性得不到保证，外加控制器法使得系统变得相当复杂，不利于技术的转化。动态均流中三环控制与电流规划相结合，可以得到很多均流精度较高的控制方法，在要求较高的系统中，动态均流越来越被广泛的应用，尤其是主从控制法。4电路的设计目前Unitrode公司消费的UC3902、UC3907的均流控制芯片是理想的。本文采用UC3902设计了电源的均流控制电路。UC3902负载均流集成控制器是一种能为多台独立电源并联，实现准确均分系统总电流功能的单片均流控制集成电路。UC3902本身即是根据自主均流的原理来设计的，所以它集成了均流补偿电路，它的外围只需要小量的无源器件，其内部构造框图以及外围参数的连接如图5。参数设置前，必须理解额定输出电压、最大输出电流和电压最大允许调节范围。对于母线电压的选择要综合考虑对噪声的敏感度、均流度、以及并联模块的个数。由于实际均流母线只由主模块驱动，每个从模块在母线上代表10k的电阻，就是每增加一个模块将会增加主模块100uA的供电电流。为进步均流精度，检测电阻要采用高精度的电阻，(电流检测放大器最高输出电压，它是10V与中较小的一个)选用6V,电流检测放大器增益为40，模块最大输出电流40A。因此：RSENSE=6/(40×40)=0.003571)图5UC3902内部构造框图即调整放大器的最大电流,它的值保持在，由于较低一点可能会引起系统对噪声的敏感。它的实际电流由ADJR管脚电压2.6V和与之连接电阻决定。2)实际取。的选择应该尽量减少，典型值在20-120之间，以确保不影响变换器正常电压反应，选取3)由于均流环嵌入在已存在的电压环上，要防止各控制环节之间的干扰，以保证电压环的稳定性，所以均流环的交越频率至少低于电压环交越频率的1/10，以最小化电流环对系统稳定性的影响。均流补偿电容的设计是为获取期望的均流环交越环交越频率。4)式中均流环路误差放大器的跨导，通常为4.5ms均放逐大系数，UC3902中为固定值40电压环在交越频率处的增益综合分析，设定均流环交越频率为600rad/sec,此时电压环增益40DB,计算的为3.06,实际取52个10电容并联。5)由此可得,实际取51。5总结本文通过对模块化电源并联络统分析得到均流的根本原理，即使电压调节器误差信号为零以及各模块电源电压调节器输出的电流给定一样，进而到达均流的目的。针对本课题中输出电流较大，元器件承受高电压大电流的实际情况，采用了UC3902芯片实现自主均流，实现了稳定可靠的均流系统和信号收集、反应电路，解决了并联络统的可靠性问题，进而保证实验装置的稳定运行。参考文献1.路秋生,张艳杰.电源并联均流技术.通讯电源技术.2000,(6):12142.谢勤岚,陈红.开关电源并联络统的均流技术.船舶电子工程.2003,(4):7578