2022年开关电源并联均流技术研究报告 .docx

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1、精品_精品资料_开关电源并联均流技术1 引言在实际应用中,往往由于一台直流稳固电源的输出参数如电压、电流、功率）不能满意要求,而满意这种参数要求的直流稳固电源,存在重新开发、设计、生产的过程,势必加 大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度.因此在有用中往往采纳模块化的构造方法, 采纳肯定规格系列的模块式电源,根据肯定的串联或并联方式,分别达到输出电压、输出电 流、输出功率扩展的目的.但是电源输出参数的扩展,仅仅通过简洁的串、并联方式仍不能完全保证整个扩展后的电源系统稳固牢靠的工作.不论电源模块是扩压仍是扩流,均存在一个“均压”、“均流” 的问题,而解决方法的不同,对整个电源扩展系统的稳固性、

2、牢靠性都有很大的影响.由于目前稳固电源输出扩流应用较多,本文仅争论开关电源并联均流技术.均流的主要任务是：1）当负载变化时,每台电源的输出电压变化相同.2）使每台电源的输出电流按功率份额均摊.2 提高系统牢靠性方法1）在电源并联扩流过程中,为了提高系统工作稳固性,可采纳Nm冗余的方法.其中 m表示冗余份数, m值越大,系统工作牢靠性越高,但是系统成本也相应增加.2）采纳均流技术保证系统正常工作.在电源并联扩流中,应用较为广泛的方法是自动均流技术.它通过取样、电子掌握调剂环路来保证整个系统的输出电流按每个单元的输出才能均摊,以达到既充分发挥每个单元的输出才能,又保证每个单元牢靠工作的目的.3）均

3、流技术应满意条件：全部电源模块单元应采纳公共总线.整个系统应有良好的均流瞬态响应特性.整个并联输出扩流系统有一个公共掌握电路.4）常用的几种并联均流技术：转变单元输出内阻法 斜率掌握法）主/ 从掌握法 master/slave）外部掌握电路法平均电流型自动负载均流法最大电流自动均流法 自动主 / 从法、民主均流法）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_强迫均流法3 关于均流技术中常用的一些概念3.1 1 稳压源CV）电路框图和特性曲线分别如图1a）、b）所示,输出电压 UO=RFUREF/R1a）b）图 13.2 2 稳流源CC）电路框图和特性曲线分别如图2a）、b）所示,输出电流

4、IO=RFUREF/RSR）1a）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_b）图 23 3CV/CC恒压/ 恒流交叠）特性曲线如图 3 所示图 34 常用几种均流技术的工作原理4.1 转变单元输出内阻法 斜率掌握法、电压下垂式、输出特性斜率掌握式） 实现方式：UO固定,转变斜率斜率固定,转变输出电压1）工作原理和特性曲线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_a）b）图 4见图 4a）、b）,图中 Imax= UOImax/ Uslope,内阻 RO=UO/IO当单元输出电流 IO1 增加时, IO1 在电流检测电阻 RS上的压降增加,致使 A1输出电压增加,与单元电压反馈信号

5、 Uf 叠加后送至 A2 反相输入端,经 A2 放大后输出 Ur 变负,利用这个 Ur 电压掌握单元输出电流,从而实现均流.由图 4b）可以看出：当典型值 UO=0.1 , Uslope=2, 就Imax=0.05Imax, 即调整精度为 5.这种调剂精度对大多数调剂系统来说是能接受的.2）转变单元输出内阻法 斜率法）特点小电流时均流成效较差,这点可从公式Imax=0.05Imax 看出.大电流时均流成效较好.对电压源来说,内阻RO斜率）应越小越好,但是这种均流方法利用转变RO 来实现均流,降低了电源输出的负载特性,即以牺牲电路的技术指标来实现均流.随着微处理器技术的进展,这种方法很简洁实现程

6、控,从而实现比较抱负的均流掌握特性.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4.2 2 主/ 从掌握法 Master/Slave ）1）工作框图见图 5,在这种工作方式下用 n 个单元,其中一个单元 主控单元）工作在电压源 CV）方式, 其余 n 1 个单元工作于电流源 CC）方式,利用来自输出电流的误差电压U来实现均流控 制.它实际上是由电压环 外环）和电流环 内环）构成电流掌握型的双环掌握,或说成是电压掌握的电流源.2）主要特点一旦主控单元显现故障就整个系统崩溃.图 5由于电压环工作频带宽,易受噪声干扰.主/ 从单元间必需要有通讯联系,所以整个系统较复杂.牢靠性取决于主模块,只能均

7、流,不能构成冗余系统.适用于 n 个功率单元的系统.4.3 3 外部电路掌握法1）工作原理每一个单元加一个输出电流检测电路来检测它的电流,产生的反馈信号调剂每个单元的电流,从而达到各单元间输出均流的目的.在这种情形下,每个单元间应有公共总线.2）优缺点这种掌握方法均流成效较好,但是每个单元需附加一个电流掌握电路,成为掌握环路的一部分,需满意环路的总体要求,否就会降低单元的技术指标及工作稳固性,降低系统的动态响应特性.由于每个单元都需要一个掌握电路,所以整个扩流系统连线较多.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4.4 4 平均电流型自动负载均流法 自动均流）1）工作框图见图 6,这种

8、均流方式采纳一个窄带电流放大器,输出端通过阻值为R的电阻连到均流母线上, n 个单元采纳 n 个这种结构.图 6当输出达到均流时,电流放大器输出电流I1 为零,这时 IO1 处于均流工作状态.反之, 在电阻 R上产生一个 Uab,由这个电压掌握 A1,由 A1 再掌握单元功率级输出电流,最终达到均流.2）特点均流成效较好,易实现精确均流.在详细使用中,如显现均流母线短路或接在母线上的一个单元不工作时,母线电压下降, 将使每个单元输出电压下调,甚至达到下限,以致造成故障.并且当某一模块的电流上升至Iomax 时,电流放大器输出电流也达到极限值,同时致使其它单元输出电压自动下降.可以构成冗余系统,

9、均流模块数理论上可以不限.缺点为了使系统在动态调剂过程始终稳固,通常要限制最大调剂范畴,要将全部电压调剂到电压捕获范畴以内.假如有一个模块均流线短路,就系统无法均流.单个模块限流也可能引起系统不稳固.在大系统中,系统稳固性与负载均流瞬态响应的冲突很难解决.假如在图6 中的 R支路上串一只二极管,就构成所讲的最大电流自动均流法.4.5 5 最大电流自动均流法 民主均流法,自动主 / 从掌握法）1）工作原理将图 6 所示均流框图中的电阻 R用一个二极管代替,二极管正端接a,负端接 b.这样只有当 n 个单元中输出电流最大的一个电流放大器输出才能使二极管导通,从而影响均流母线电压,进而达到该单元均流

10、调剂作用.这种方法一次只有一个单元参加调剂工作.2）特点可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_在这种均流方式下,参加调剂的单元由n 个单元中的最大输出电流单元打算,一次只有这个最大输出电流单元工作,这个最大电流单元是随机的,所以有人把这种均流方法叫做“民 主均流法”.又由于一旦最大均流单元工作,它处于主控状态,别的单元就处于被控状态, 因此又有人把这种方法叫做“自动主 / 从掌握法”.由于二极管总有正向压降,因而主单元均流总有误差,而从单元的均流成效是较好的.美国优尼就公司的 UC3907集成均流掌握芯片就工作在这种方式下.最大均流法的特点和平均电流法的特点相像.4.6 6 强迫均流

11、法所谓强迫均流,就是通过监控模块实现均流.实现方式主要有软件掌握和硬件掌握两种.软件掌握是通过软件运算,比较模块电流与系统图 7平均电流,然后再调整模块电压,使其电流与平均电流相等.软件方式易于实现,均流精度高,但其瞬态响应比较差,调剂时间长.硬件掌握方式原理如图 7 所示,取样电压 Us 与系统基准电压 Ur 相比较产生误差电压Ue,该电压送至每个模块,与模块电流相比较,调剂模块参考电压,从而转变输出电压,调 节输出电流,实现均流.这样,每个模块都相当于电压掌握的电流源.这种均流方式精度高, 动态响应好,可掌握模块多,可以很便利的组成冗余系统.对这种硬件强迫均流方法的一种改进就是所谓的PWM

12、强迫均流法.工作原理如图 8 所示.图 8强迫均流依靠监控模块,假如监控模块失效,就无法均流,这一点使用时应留意.在强迫均流中,每个监控系统监控的模块数可达100 个,参数设置好后 即使模块电压相差较大, 如 1 伏或更大）不需任何调整,均流精度高于2.5 , 负载响应快 在几百 ms内）,无振荡现象.5 小结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_本文主要争论了 6 种常用的均流技术.其中转变单元输出内阻法斜率法）和最大电流自动均流法、强迫均流法应用较广,并且已有现成的集成掌握芯片.同时,随着微处理技术 的快速进展,整个系统可采纳智能总线结构,从而实现均流冗余掌握、故障检测、故障信息 显示等功能,就会使均流成效更抱负、使用界面更友好、更便利可编辑资料 - - - 欢迎下载