基于UCC29002的電源均流電路設(shè)計(jì)

在分布式電源系統(tǒng)中，并聯(lián)工作的各個(gè)電源模塊特性不可能完全一致，如不采取措施可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)模塊承受較大的電流壓力，引起該模塊甚至整個(gè)系統(tǒng)的故障[1-2]。因此，在多模塊并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)中必須引入有效的均流控制策略，從而使各模塊均勻地承擔(dān)負(fù)載功率，提高系統(tǒng)的可靠性。

目前，開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法有：輸出阻抗法、主從均流法、平均電流自動(dòng)均流法、最大電流自動(dòng)均流法和外加均流控制器法等[3]，其中最大電流自動(dòng)均流法因其均流精度高、負(fù)載調(diào)整率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、易于實(shí)現(xiàn)冗余的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。其工作原理是：在n個(gè)并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動(dòng)成為主模塊，其余的模塊則為從模塊。各從模塊的電壓誤差依次被整定，以校正負(fù)載電流分配的不均衡。采用這種方法可以較好地實(shí)現(xiàn)冗余，不會(huì)因某一個(gè)模塊的故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行[4]。

1 均流控制芯片UCC29002簡介

UCC29002是根據(jù)最大電流自動(dòng)均流法開發(fā)的8引腳均流控制器，它提供了多個(gè)獨(dú)立電源或者DC/DC模塊并聯(lián)均流所需的所有功能。其主要特點(diǎn)是[5]：
(1)精度高：全負(fù)載范圍均流誤差小于1%；
(2)可高端和低端檢測(cè)電流；
(3)超低失調(diào)電壓的電流檢測(cè)放大器；
(4)全量程可調(diào)節(jié)；
(5)均流總線對(duì)地短路或接電源正極短路保護(hù)；
(6)小尺寸8管腳MSOP封裝，外圍器件少；
(7)工作溫度范圍：-40°～+105°。

圖1為UCC29002內(nèi)部框圖。其均流過程為：電流檢測(cè)電阻在模塊電源的輸出端檢測(cè)到一個(gè)與模塊電源輸出電流成比例的信號(hào)，送入電流檢測(cè)放大器，而電流檢測(cè)放大器的輸出與模塊電源的輸出電流成正比例，且作為輸入信號(hào)供給均流驅(qū)動(dòng)放大器的正輸入端。由于均流驅(qū)動(dòng)放大器增益為1，所以均流驅(qū)動(dòng)放大器與電流檢測(cè)放大器的輸出電壓相等。當(dāng)該電壓相對(duì)于所有模塊電源的電位為最高時(shí)，則該電源模塊稱為主模塊，主模塊均流驅(qū)動(dòng)放大器的輸出決定了均流母線電壓。其他模塊電源成為從模塊，由于串聯(lián)在均流驅(qū)動(dòng)放大器輸出端的二極管的作用，從模塊的均流驅(qū)動(dòng)放大器輸出不與均流母線相通。

誤差放大器穩(wěn)定狀態(tài)的輸出電壓是電流檢測(cè)放大器的輸出與均流檢測(cè)放大器輸出電壓差的函數(shù)，當(dāng)工作在主模塊狀態(tài)時(shí)電壓差為零。為確保誤差放大器正確的輸出狀態(tài)，有25 mV的偏置電壓串聯(lián)在它的反向輸入端，以增加主從模塊之間的轉(zhuǎn)換裕度。同時(shí)將確保工作在主模塊狀態(tài)的誤差放大器輸出為零，但所有的從模塊均產(chǎn)生非零的誤差電壓，該誤差電壓與各模塊電源電流檢測(cè)放大器的輸出和母線電壓之差成比例的。

誤差電壓用來調(diào)整模塊電源的輸出電壓，以平衡所有并聯(lián)模塊電源的負(fù)載電流，這是通過調(diào)整放大器和緩沖三極管來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)整放大器輸出的誤差信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)緩沖三極管。誤差信號(hào)定義為iADJ，通過iADJ改變RADJUST上的電壓來調(diào)節(jié)模塊電源的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)模塊電源間的均流。

誤動(dòng)作保護(hù)單元通過比較CSO和LS端的值防止均流總線對(duì)地短路或接電源正極短路。當(dāng)控制芯片發(fā)生故障時(shí)，通過控制調(diào)整放大器啟動(dòng)和調(diào)整邏輯單元，防止輸出錯(cuò)誤的調(diào)節(jié)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。

2 自動(dòng)均流控制電路設(shè)計(jì)

2.1 電路設(shè)計(jì)

以兩臺(tái)輸出直流電壓28 V，額定輸出電流20 A的模塊電源并聯(lián)工作為例。UCC29002均流控制器應(yīng)用電路如圖2所示。設(shè)計(jì)中UCC29002的工作電壓由模塊電源提供。

2.2.4 確定誤差放大器補(bǔ)償

CEAO和REAO作為誤差放大器的補(bǔ)償元件，其取值涉及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了避免均流控制環(huán)與電壓控制環(huán)之間相互干擾，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，均流控制環(huán)的交越頻率應(yīng)不超過電壓控制環(huán)穿越頻率的十分之一。CEAO和REAO可由下式計(jì)算：

內(nèi)，滿足國標(biāo)要求。

最大電流自動(dòng)均流法通過微調(diào)輸出電壓，實(shí)現(xiàn)模塊間的負(fù)載均衡，實(shí)際上就是犧牲恒壓精度獲取電流分配誤差指標(biāo)。此外，為防止并聯(lián)系統(tǒng)中電源模塊故障或短路時(shí)電流反灌，并聯(lián)的電源模塊需要連入OR-ing管。而OR-ing管的功耗和導(dǎo)通壓降也會(huì)對(duì)電源性能產(chǎn)生影響。如何兼顧輸出電壓精度和均流誤差精度，仍需要進(jìn)一步研究和完善。

參考文獻(xiàn)
[1] 韋聰穎，張波.開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行及其均流技術(shù)[J].電氣自動(dòng)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.開關(guān)電源的分布式并聯(lián)均流技術(shù)概述[J].船電技術(shù)，2006，6（2）：19-23.
[4] 王宇飛.基于最大電流法的DC/DC變換器并聯(lián)系統(tǒng)研究[D].中國科學(xué)院，2004.
[5] Texas Instruments.Application note.UCC29002 advanced 8-pin load-share controller[M].2008.