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基于UCC29002的电源均流电路设计

作者:时间:2012-03-10来源:网络收藏

在分布式电源系统中,并联工作的各个电源模块特性不可能完全一致,如不采取措施可能会导致某个模块承受较大的电流压力,引起该模块甚至整个系统的故障[1-2]。因此,在多模块并联运行系统中必须引入有效的均流控制策略,从而使各模块均匀地承担负载功率,提高系统的可靠性。

目前,开关电源并联系统常用的均流方法有:输出阻抗法、主从均流法、平均电流自动均流法、和外加均流控制器法等[3],其中因其均流精度高、负载调整率高、动态响应好、易于实现冗余的优点而得到广泛应用。其工作原理是:在n个并联的模块中,输出电流最大的模块,将自动成为主模块,其余的模块则为从模块。各从模块的电压误差依次被整定,以校正负载电流分配的不均衡。采用这种方法可以较好地实现冗余,不会因某一个模块的故障而影响整个系统的运行[4]。

1 均流简介

是根据开发的8引脚均流控制器,它提供了多个独立电源或者DC/DC模块并联均流所需的所有功能。其主要特点是[5]:
(1)精度高:全负载范围均流误差小于1%;
(2)可高端和低端检测电流;
(3)超低失调电压的电流检测放大器;
(4)全量程可调节;
(5)均流总线对地短路或接电源正极短路保护;
(6)小尺寸8管脚MSOP封装,外围器件少;
(7)工作温度范围:-40°~+105°。

图1为内部框图。其均流过程为:电流检测电阻在模块电源的输出端检测到一个与模块电源输出电流成比例的信号,送入电流检测放大器,而电流检测放大器的输出与模块电源的输出电流成正比例,且作为输入信号供给均流驱动放大器的正输入端。由于均流驱动放大器增益为1,所以均流驱动放大器与电流检测放大器的输出电压相等。当该电压相对于所有模块电源的电位为最高时,则该电源模块称为主模块,主模块均流驱动放大器的输出决定了均流母线电压。其他模块电源成为从模块,由于串联在均流驱动放大器输出端的二极管的作用,从模块的均流驱动放大器输出不与均流母线相通。

基于UCC29002的电源均流电路设计

误差放大器稳定状态的输出电压是电流检测放大器的输出与均流检测放大器输出电压差的函数,当工作在主模块状态时电压差为零。为确保误差放大器正确的输出状态,有25 mV的偏置电压串联在它的反向输入端,以增加主从模块之间的转换裕度。同时将确保工作在主模块状态的误差放大器输出为零,但所有的从模块均产生非零的误差电压,该误差电压与各模块电源电流检测放大器的输出和母线电压之差成比例的。

误差电压用来调整模块电源的输出电压,以平衡所有并联模块电源的负载电流,这是通过调整放大器和缓冲三极管来实现的。调整放大器输出的误差信号用于驱动缓冲三极管。误差信号定义为iADJ,通过iADJ改变RADJUST上的电压来调节模块电源的输出电压,从而实现模块电源间的均流。

误动作保护单元通过比较CSO和LS端的值防止均流总线对地短路或接电源正极短路。当发生故障时,通过控制调整放大器启动和调整逻辑单元,防止输出错误的调节信号,实现对系统的保护。

2 自动均流控制电路设计

2.1 电路设计

以两台输出直流电压28 V,额定输出电流20 A的模块电源并联工作为例。UCC29002均流控制器应用电路如图2所示。设计中UCC29002的工作电压由模块电源提供。

基于UCC29002的电源均流电路设计

2.2.4 确定误差放大器补偿

CEAO和REAO作为误差放大器的补偿元件,其取值涉及系统的稳定性。为了避免均流控制环与电压控制环之间相互干扰,保证系统的稳定性,均流控制环的交越频率应不超过电压控制环穿越频率的十分之一。CEAO和REAO可由下式计算:
基于UCC29002的电源均流电路设计

内,满足国标要求。

基于UCC29002的电源均流电路设计

最大电流自动均流法通过微调输出电压,实现模块间的负载均衡,实际上就是牺牲恒压精度获取电流分配误差指标。此外,为防止并联系统中电源模块故障或短路时电流反灌,并联的电源模块需要连入OR-ing管。而OR-ing管的功耗和导通压降也会对电源性能产生影响。如何兼顾输出电压精度和均流误差精度,仍需要进一步研究和完善。

参考文献
[1] 韦聪颖,张波.开关电源并联运行及其均流技术[J].电气自动化,2004,26(2):3-5.
[2] HSIN H H,HORNG C K.Improved current sharing performance by dynamic droop scaling technique in multiple power systems[J].IEEE Transaction.On Power Electronics Specialists Conference,2007,17(6):189-190.
[3] 施三保.开关电源的分布式并联均流技术概述[J].船电技术,2006,6(2):19-23.
[4] 王宇飞.基于最大电流法的DC/DC变换器并联系统研究[D].中国科学院,2004.
[5] Texas Instruments.Application note.UCC29002 advanced 8-pin load-share controller[M].2008.



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