直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實(shí)現(xiàn)

　　一、簡介 電源并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品模塊化，大容量化的一個有效方法，是電源技術(shù)的發(fā)展方向之一，是實(shí)現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前由于半導(dǎo)體功率器件、磁性材料等原因，單個開關(guān)電源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實(shí)際應(yīng)用中往往需用幾百千瓦以上的開關(guān)電源為系統(tǒng)供電，在大容量的程控交換機(jī)系統(tǒng)中這種情況是時常遇到的。這可通過電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

　　通過直流穩(wěn)壓電源的并聯(lián)運(yùn)行可達(dá)到以下目的：

　　1.1 擴(kuò)展容量，實(shí)現(xiàn)大功率電源供電系統(tǒng)。

　　1.2 通過N+1，N+2冗余實(shí)現(xiàn)容錯功能，帶電熱插拔，便于在不影響系統(tǒng)正常工作的情況下，對電源系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的不間斷供電。

　　二、直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)擴(kuò)容的要求

　　2.1 N+m(m表示電源系統(tǒng)冗余度)個電源模塊并聯(lián)擴(kuò)容后，總電源系統(tǒng)的源電壓效應(yīng)，負(fù)載效應(yīng)，瞬態(tài)響應(yīng)等技術(shù)指標(biāo)都應(yīng)保持在系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。

　　2.2 每個直流穩(wěn)壓電源模塊單元具有輸出自動均流功能。

　　2.3 采用冗余技術(shù)，當(dāng)某個電源模塊單元發(fā)生故障時，不影響整個電源系統(tǒng)的正常工作，電源系統(tǒng)應(yīng)有足夠的負(fù)載能力。

　　2.4 盡可能不改變電源模塊單元的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，確保電源系統(tǒng)的高可靠性。

　　2.5 對公共均流總線帶寬要小，以降低電源系統(tǒng)噪聲。

　　2.6 確保每個供電單元分擔(dān)負(fù)載電流。即通過并聯(lián)均流應(yīng)使整個電源系統(tǒng)像一個整體一樣工作，同時通過并聯(lián)均流技術(shù)使整個供電系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。

　　三、常用的幾種均流方法

　　3.1 改變輸出內(nèi)阻法(外特性下垂法，改變輸出斜率法) 利用電流反饋，調(diào)節(jié)電源模塊單元的輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)均流。

　　3.2 主/從法 在并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊單元中，選定一個電源模塊單元作為主電源模塊，其余電源模塊作為從電源模塊。主電源模塊工作于電壓源方式，而從電源模塊工作于電流源方式，電流值可獨(dú)立設(shè)置。在這種方式下，一旦主模塊失效，則整個系統(tǒng)崩潰，顯然不具備冗余功能。

　　3.3 平均電流自動均流法 這種方法不用外加均流控制器，在各電源模塊單元間接一條公共均流母線CSB，均流母線的電壓Ub為N個電源模塊代表各自輸出電流的電壓信號Ui的平均值(即代表電源系統(tǒng)的平均電流)。Ub與每個電源模塊的取樣電壓信號比較后通過調(diào)節(jié)放大器輸出一個誤差電壓，從而調(diào)節(jié)模塊單元的輸出電流，達(dá)到均流目的。

　　平均電流法可以精確地實(shí)現(xiàn)均流，但當(dāng)公共母線CSB發(fā)生短路或接在母線上的任一電源模塊單元不工作時，使CSB電壓下降，結(jié)果促使各電源模塊輸出電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限值，引起電源系統(tǒng)故障。

　　3.4 外接控制器法 使用一個外加的均流控制器，比較所有模塊的電流，調(diào)節(jié)相應(yīng)的反饋信號實(shí)現(xiàn)均流。這種控制方法效果較好，但需要一個外加的均流控制器和附加連線。

　　3.5 熱應(yīng)力自動均流法 利用監(jiān)測電源系統(tǒng)中每個電源模塊單元的溫度來實(shí)現(xiàn)均流，使其溫度高的模塊單元輸出電流小，溫度低的電源模塊輸出電流大。

　　3.6 最大電流均流法(民主均流法、自動均流法) 這種方法采用一套最大值比較器，每一時刻輸出電流最大模塊作為主模塊，其輸出電流轉(zhuǎn)化成的電壓信號Ui送至均流母線CSB，即CSB上的電壓Ub反映的是各電源模塊單元中Ui的最大值，即電流最大值。各從模塊的Ui與Ub比較從而自動調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到均流。UC3907就是采用這種工作原理的均流控制芯片。這種均流芯片目前使用較廣泛。

　　四、UC3907簡介

　　UC3907均流控制芯片能使并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊單元工作在所設(shè)定的電流值上，均流精度可達(dá)2.5%，它的內(nèi)部工作框圖如圖1所示，圖2表示采用UC3907的電源均流系統(tǒng)連接圖，圖3表示UC3907的控制框圖。工作原理如下：UC3907檢測相應(yīng)電源模塊單元的輸出電流，每個電源模塊單元的輸出電流信號反饋放大后送至均流母線CSB上，按最大電流均流控制原理控制各單元模塊的輸出電流調(diào)節(jié)，從而達(dá)到均流目的。

　　4.1 UC3907引腳功能簡介如下： (1)4腳;系統(tǒng)地端：這是個高阻抗端，用于通過測量功率返回線上的電壓降來監(jiān)控系統(tǒng)地。 (2)6腳;假地端：這是個低阻抗端，比4腳高出250mV。 (3)5腳;功率返回端：為最負(fù)端，應(yīng)盡量接在靠近功率電源處。 (4)7腳;Vref端：內(nèi)部參考電壓相對4腳為2V，相對6腳為1.75V。 (5)11腳;電壓放大器的反相輸入端，負(fù)載電壓反饋信號(2V左右)引到該端與同相端信號相比較。具體使用時，還要在11，12腳步間加補(bǔ)償電容。 (6)8、9、12腳;組成緩沖放大器，固定增益為2.5。8腳按一個電流設(shè)定電阻，對主模塊，該端輸出高電壓(2.5V~3.5V)，9腳流入電流(可達(dá)10mA)。對于從模塊，8腳電壓接近零伏，9腳電流也為零。 (7)1、2、3腳;組成電流放大器，取樣并聯(lián)電源模塊輸出電流信號并放大20倍。 (8)1、15腳;組成最大值比較驅(qū)動器，用以驅(qū)動均流母線CSB。 (9)13、14、15腳;將各模塊單元輸出電流與主模塊輸出電流相比較，利用輸出值來調(diào)整給定參考電壓。 (10)16腳;狀態(tài)指示：是一個集電極開路輸出端，用以指示主電源模塊，當(dāng)為低電位時，表示該模塊為主模塊。 (11)10腳;Ucc電源供電端，供電電壓范圍為4.5V~35V。

　　五、應(yīng)用電路

　　5.1 離線式負(fù)載均流電路 圖4所示電路為采用UC3907的離線式負(fù)載均流電路。UC3844為電源控制器，它的開關(guān)工作頻率Fs = 1.72/Rt·Ct。電阻R5用以檢測初級側(cè)電感電流，UC3844的最大峰值電流由Ismax = 1.0V/R5決定。R1，C5為UC3844的啟動電路，D3，R2，C4為RCD吸收回路，用以保護(hù)功率場效應(yīng)管。UC3844的軟啟動電路由Q1，R9，C10組成。注意電路中的電阻Rset和調(diào)節(jié)補(bǔ)償是連接到了假地端子(第6腳)。"假"地(第6腳)是"真"地(第4腳)電壓的一個映射，為負(fù)檢測端子電壓再加上0.25V的電位偏置。對地有關(guān)元件的連接是一個低阻抗端子。

　　主控指示燈電路用以指示負(fù)載電流最大的模塊單元電流，并可檢測輸出電壓，它可用以檢測過流/過壓的電源模塊單元。

　　5.2 UC3907在非隔離變換器中的應(yīng)用 下面是利用UC3907構(gòu)成的DC-DC非隔離變換器在并聯(lián)均流系統(tǒng)中的應(yīng)用。圖5為采用UC3524A 、 UC3907的降壓型(BUCK)PWM變換器的并聯(lián)均流系統(tǒng)。

　　對非隔離的并聯(lián)電源均流系統(tǒng)，電流檢測電阻不能接在電源模塊的地端子，而只能接在電源輸出的非地端子，否則幾個并聯(lián)電源系統(tǒng)的電流檢測電阻為并聯(lián)，致使系統(tǒng)不能正確并聯(lián)均流，即使有故障模塊單元也不易檢測出來。這種連接的唯一限制就是UC3907的電流放大器有一個0~-2V的共模電壓范圍，所以需用某種形式的電平偏置或平均電流檢測。

　　由于不需用光電耦合器，所以電路得到簡化。UC3524A的誤差放大器為一反相放大器，未使用驅(qū)動放大器并使UC3907送至UC3524A的信號相位滿足要求。Iset(第8腳)電壓的變化范圍為0~3.8V。通過從UC3907的電流放大器輸出信號并送至UC3524A的限流放大器實(shí)現(xiàn)限流。

　　六、結(jié)束語 本文主要討論了電源并聯(lián)均流的主要方法，幾種并聯(lián)均流的典型電路。實(shí)際應(yīng)用中，UC3907的并聯(lián)均流效果較好并且應(yīng)用也最廣泛。

　　標(biāo)簽 ：均流冗余電源并聯(lián)