直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實現(xiàn)

摘  要 本文介紹了直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流控制常用方法和工作原理、實現(xiàn)電路。

關鍵詞 均流、冗余、電源并聯(lián)

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

通過直流穩(wěn)壓電源的并聯(lián)運行可達到以下目的：

1.1 擴展容量，實現(xiàn)大功率電源供電系統(tǒng)。

1.2 通過N+1，N+2冗余實現(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)進行維護，實現(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)擴容后，總電源系統(tǒng)的源電壓效應，負載效應，瞬態(tài)響應等技術指標都應保持在系統(tǒng)所要求的技術指標范圍內。

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，當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)應有足夠的負載能力。

2.4 盡可能不改變電源模塊單元的內部電路結構，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負載電流。即通過并聯(lián)均流應使整個電源系統(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 改變輸出內阻法（外特性下垂法，改變輸出斜率法）
利用電流反饋，調節(jié)電源模塊單元的輸出阻抗，實現(xiàn)均流。

3.2 主/從法
在并聯(lián)運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，電流值可獨立設置。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節(jié)放大器輸出一個誤差電壓，從而調節(jié)模塊單元的輸出電流，達到均流目的。

平均電流法可以精確地實現(xiàn)均流，但當公共母線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，結果促使各電源模塊輸出電壓下調，甚至達到下限值，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，調節(jié)相應的反饋信號實現(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比較從而自動調節(jié)輸出電流達到均流。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)運行的電源模塊單元工作在所設定的電流值上，均流精度可達2.5%，它的內部工作框圖如圖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節(jié)，從而達到均流目的。

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：為最負端，應盡量接在靠近功率電源處。
（4）7腳；Vref端：內部參考電壓相對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；組成最大值比較驅動器，用以驅動均流母線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。

圖1 UC3907內部工作框圖

圖2 采用UC3907的電源均流系統(tǒng)連接

圖3 UC3907的控制框圖

五、應用電路

5.1 離線式負載均流電路
圖4所示電路為采用UC3907的離線式負載均流電路。UC3844為電源控制器，它的開關工作頻率Fs = 1.72/Rt