直流穩壓電源並聯均流及實現

　　一、簡介 電源並聯運行是電源產品模塊化，大容量化的一個有效方法，是電源技術的發展方向之一，是實現組合大功率電源系統的關鍵。目前由於半導體功率器件、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供電，在大容量的程控交換機系統中這種情況是時常遇到的。這可通過電源模塊的並聯運行實現。

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　　通過直流穩壓電源的並聯運行可達到以下目的：

　　1.1 擴展容量，實現大功率電源供電系統。

　　1.2 通過N+1，N+2冗餘實現容錯功能，帶電熱插拔，便於在不影響系統正常工作的情況下，對電源系統進行維護，實現供電系統的不間斷供電。

　　二、直流穩壓電源並聯擴容的要求

　　2.1 N+m(m表示電源系統冗餘度)個電源模塊並聯擴容後，總電源系統的源電壓效應，負載效應，瞬態響應等技術指標都應保持在系統所要求的技術指標範圍內。

　　2.2 每個直流穩壓電源模塊單元具有輸出自動均流功能。

　　2.3 採用冗餘技術，當某個電源模塊單元發生故障時，不影響整個電源系統的正常工作，電源系統應有足夠的負載能力。

　　2.4 儘可能不改變電源模塊單元的內部電路結構，確保電源系統的高可靠性。

　　2.5 對公共均流總線帶寬要小，以降低電源系統噪聲。

　　2.6 確保每個供電單元分擔負載電流。即通過並聯均流應使整個電源系統像一個整體一樣工作，同時通過並聯均流技術使整個供電系統的性能得到優化。

　　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，調節電源模塊單元的輸出阻抗，實現均流。

　　3.2 主/從法 在並聯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，其餘電源模塊作為從電源模塊。主電源模塊工作於電壓源方式，而從電源模塊工作於電流源方式，電流值可獨立設置。在這種方式下，一旦主模塊失效，則整個系統崩潰，顯然不具備冗餘功能。

　　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(即代表電源系統的平均電流)。Ub與每個電源模塊的取樣電壓信號比較後通過調節放大器輸出一個誤差電壓，從而調節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均流，但當公共母線CSB發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，調節相應的反饋信號實現均流。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 利用監測電源系統中每個電源模塊單元的溫度來實現均流，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) 這種方法採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比較從而自動調節輸出電流達到均流。UC3907就是採用這種工作原理的均流控制晶片。這種均流晶片目前使用較廣泛。

　　四、UC3907簡介

　　UC3907均流控制晶片能使並聯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表示採用UC3907的電源均流系統連接圖，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後送至均流母線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，從而達到均流目的。

　　4.1 UC3907引腳功能簡介如下： (1)4腳;系統地端：這是個高阻抗端，用於通過測量功率返回線上的電壓降來監控系統地。 (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，應儘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;組成緩衝放大器，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)。對於從模塊，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，取樣並聯電源模塊輸出電流信號並放大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，供電電壓範圍為4.5V~35V。

　　

>圖1 UC3907內部工作框圖

 

　　

>圖2 採用UC3907的電源均流系統 >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所示電路為採用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·Ct。電阻R5用以檢測初級側電感電流，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，用以保護功率場效應管。UC3844的軟啟動電路由Q1，R9，C10組成。注意電路中的電阻Rset和調節補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，為負檢測端子電壓再加上0.25V的電位偏置。對地有關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載電流最大的模塊單元電流，並可檢測輸出電壓，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用 下面是利用UC3907構成的DC-DC非隔離變換器在並聯均流系統中的應用。圖5為採用UC3524A 、 UC3907的降壓型(BUCK)PWM變換器的並聯均流系統。

　　對非隔離的並聯電源均流系統，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，否則幾個並聯電源系統的電流檢測電阻為並聯，致使系統不能正確並聯均流，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的共模電壓範圍，所以需用某種形式的電平偏置或平均電流檢測。

　　由於不需用光電耦合器，所以電路得到簡化。UC3524A的誤差放大器為一反相放大器，未使用驅動放大器並使UC3907送至UC3524A的信號相位滿足要求。Iset(第8腳)電壓的變化範圍為0~3.8V。通過從UC3907的電流放大器輸出信號並送至UC3524A的限流放大器實現限流。

　　

 

　　六、結束語 本文主要討論了電源並聯均流的主要方法，幾種並聯均流的典型電路。實際應用中，UC3907的並聯均流效果較好並且應用也最廣泛。

　　標籤 ：均流冗餘電源並聯