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直流稳压电源并联均流及实现

作者:时间:2015-11-10来源:网络收藏

  一、简介 电源并联运行是电源产品模块化,大容量化的一个有效方法,是电源技术的发展方向之一,是实现组合大功率电源系统的关键。目前由于半导体功率器件、磁性材料等原因,单个开关电源模块的最大输出功率只有几千瓦,但实际应用中往往需用几百千瓦以上的开关电源为系统供电,在大容量的程控交换机系统中这种情况是时常遇到的。这可通过电源模块的并联运行实现。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/282592.htm

  通过直流的并联运行可达到以下目的:

  1.1 扩展容量,实现大功率电源供电系统。

  1.2 通过N+1,N+2冗余实现容错功能,带电热插拔,便于在不影响系统正常工作的情况下,对电源系统进行维护,实现供电系统的不间断供电。

  二、直流并联扩容的要求

  2.1 N+m(m表示电源系统冗余度)个电源模块并联扩容后,总电源系统的源电压效应,负载效应,瞬态响应等技术指标都应保持在系统所要求的技术指标范围内。

  2.2 每个直流模块单元具有输出自动均流功能。

  2.3 采用冗余技术,当某个电源模块单元发生故障时,不影响整个电源系统的正常工作,电源系统应有足够的负载能力。

  2.4 尽可能不改变电源模块单元的内部电路结构,确保电源系统的高可靠性。

  2.5 对公共均流总线带宽要小,以降低电源系统噪声。

  2.6 确保每个供电单元分担负载电流。即通过并联均流应使整个电源系统像一个整体一样工作,同时通过并联均流技术使整个供电系统的性能得到优化。

  三、常用的几种均流方法

  3.1 改变输出内阻法(外特性下垂法,改变输出斜率法) 利用电流反馈,调节电源模块单元的输出阻抗,实现均流。

  3.2 主/从法 在并联运行的电源模块单元中,选定一个电源模块单元作为主电源模块,其余电源模块作为从电源模块。主电源模块工作于电压源方式,而从电源模块工作于电流源方式,电流值可独立设置。在这种方式下,一旦主模块失效,则整个系统崩溃,显然不具备冗余功能。

  3.3 平均电流自动均流法 这种方法不用外加均流控制器,在各电源模块单元间接一条公共均流母线CSB,均流母线的电压Ub为N个电源模块代表各自输出电流的电压信号Ui的平均值(即代表电源系统的平均电流)。Ub与每个电源模块的取样电压信号比较后通过调节放大器输出一个误差电压,从而调节模块单元的输出电流,达到均流目的。

  平均电流法可以精确地实现均流,但当公共母线CSB发生短路或接在母线上的任一电源模块单元不工作时,使CSB电压下降,结果促使各电源模块输出电压下调,甚至达到下限值,引起电源系统故障。

  3.4 外接控制器法 使用一个外加的均流控制器,比较所有模块的电流,调节相应的反馈信号实现均流。这种控制方法效果较好,但需要一个外加的均流控制器和附加连线。

  3.5 热应力自动均流法 利用监测电源系统中每个电源模块单元的温度来实现均流,使其温度高的模块单元输出电流小,温度低的电源模块输出电流大。

  3.6 最大电流均流法(民主均流法、自动均流法) 这种方法采用一套最大值比较器,每一时刻输出电流最大模块作为主模块,其输出电流转化成的电压信号Ui送至均流母线CSB,即CSB上的电压Ub反映的是各电源模块单元中Ui的最大值,即电流最大值。各从模块的Ui与Ub比较从而自动调节输出电流达到均流。UC3907就是采用这种工作原理的均流控制芯片。这种均流芯片目前使用较广泛。

  四、UC3907简介

  UC3907均流控制芯片能使并联运行的电源模块单元工作在所设定的电流值上,均流精度可达2.5%,它的内部工作框图如图1所示,图2表示采用UC3907的电源均流系统连接图,图3表示UC3907的控制框图。工作原理如下:UC3907检测相应电源模块单元的输出电流,每个电源模块单元的输出电流信号反馈放大后送至均流母线CSB上,按最大电流均流控制原理控制各单元模块的输出电流调节,从而达到均流目的。

  4.1 UC3907引脚功能简介如下: (1)4脚;系统地端:这是个高阻抗端,用于通过测量功率返回线上的电压降来监控系统地。 (2)6脚;假地端:这是个低阻抗端,比4脚高出250mV。 (3)5脚;功率返回端:为最负端,应尽量接在靠近功率电源处。 (4)7脚;Vref端:内部参考电压相对4脚为2V,相对6脚为1.75V。 (5)11脚;电压放大器的反相输入端,负载电压反馈信号(2V左右)引到该端与同相端信号相比较。具体使用时,还要在11,12脚步间加补偿电容。 (6)8、9、12脚;组成缓冲放大器,固定增益为2.5。8脚按一个电流设定电阻,对主模块,该端输出高电压(2.5V~3.5V),9脚流入电流(可达10mA)。对于从模块,8脚电压接近零伏,9脚电流也为零。 (7)1、2、3脚;组成电流放大器,取样并联电源模块输出电流信号并放大20倍。 (8)1、15脚;组成最大值比较驱动器,用以驱动均流母线CSB。 (9)13、14、15脚;将各模块单元输出电流与主模块输出电流相比较,利用输出值来调整给定参考电压。 (10)16脚;状态指示:是一个集电极开路输出端,用以指示主电源模块,当为低电位时,表示该模块为主模块。 (11)10脚;Ucc电源供电端,供电电压范围为4.5V~35V。

  

>图1 UC3907内部工作框图

 

  

>图2 采用UC3907的电源均流系统
>图3 UC3907的控制框图

 

  五、应用电路

  5.1 离线式负载均流电路 图4所示电路为采用UC3907的离线式负载均流电路。UC3844为电源控制器,它的开关工作频率Fs = 1.72/Rt·Ct。电阻R5用以检测初级侧电感电流,UC3844的最大峰值电流由Ismax = 1.0V/R5决定。R1,C5为UC3844的启动电路,D3,R2,C4为RCD吸收回路,用以保护功率场效应管。UC3844的软启动电路由Q1,R9,C10组成。注意电路中的电阻Rset和调节补偿是连接到了假地端子(第6脚)。"假"地(第6脚)是"真"地(第4脚)电压的一个映射,为负检测端子电压再加上0.25V的电位偏置。对地有关元件的连接是一个低阻抗端子。

  主控指示灯电路用以指示负载电流最大的模块单元电流,并可检测输出电压,它可用以检测过流/过压的电源模块单元。

  

 

  5.2 UC3907在非隔离变换器中的应用 下面是利用UC3907构成的DC-DC非隔离变换器在并联均流系统中的应用。图5为采用UC3524A 、 UC3907的降压型(BUCK)PWM变换器的并联均流系统。

  对非隔离的并联电源均流系统,电流检测电阻不能接在电源模块的地端子,而只能接在电源输出的非地端子,否则几个并联电源系统的电流检测电阻为并联,致使系统不能正确并联均流,即使有故障模块单元也不易检测出来。这种连接的唯一限制就是UC3907的电流放大器有一个0~-2V的共模电压范围,所以需用某种形式的电平偏置或平均电流检测。

  由于不需用光电耦合器,所以电路得到简化。UC3524A的误差放大器为一反相放大器,未使用驱动放大器并使UC3907送至UC3524A的信号相位满足要求。Iset(第8脚)电压的变化范围为0~3.8V。通过从UC3907的电流放大器输出信号并送至UC3524A的限流放大器实现限流。

  

 

  六、结束语 本文主要讨论了电源并联均流的主要方法,几种并联均流的典型电路。实际应用中,UC3907的并联均流效果较好并且应用也最广泛。

  标签 :均流冗余电源并联



关键词: 稳压电源

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