大功率電源系統(tǒng)采用多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，是目前電源技術(shù)的發(fā)展方向之一。可并聯(lián)運(yùn)行的模塊化電源具有很多優(yōu)點(diǎn)，一是小功率的電源模塊可以方便地組合成大功率的電源系統(tǒng)，其容量可以任意擴(kuò)展;二是實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，提高其可靠性;三是使用場合不受限制，根據(jù)需要組合，方便靈活。原則上，多臺(tái)電源并聯(lián)構(gòu)成的大功率電源系統(tǒng)，應(yīng)像單臺(tái)電源一樣，在輸入總線和輸出負(fù)載情況下，除系統(tǒng)的輸出電壓始終保持穩(wěn)定外，還能長期、無故障的可靠運(yùn)行。這就要求系統(tǒng)中各臺(tái)電源承受的電、熱應(yīng)力基本相當(dāng)。也就是說，必須采取某種相應(yīng)的措施，保證系統(tǒng)不致因各電源承載情況的差異，造成電熱不平衡而引起的惡性循環(huán)，影響系統(tǒng)特性和可靠運(yùn)行。均流技術(shù)就是對(duì)系統(tǒng)中各并聯(lián)電源的輸出電流加以控制，盡可能均分系統(tǒng)輸入總電流，確保多臺(tái)電源可靠運(yùn)行的一種特殊措施。圖1所示為多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)均流實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的示意圖。本文就自動(dòng)均流技術(shù)及其應(yīng)用做簡要討論。

圖1 多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)均流實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)

自動(dòng)均流技術(shù)是常用的硬件電流均流技術(shù)之一。該方法是通過均流總線和相并聯(lián)各電源間電流信號(hào)的比較獲得相應(yīng)修正量，來實(shí)現(xiàn)各單元電源間電流均勻分配的。在這里主要討論平均電流的自動(dòng)負(fù)載均流法和最大電流自動(dòng)均流法。

平均電流的自動(dòng)負(fù)載均流

1 工作原理

這種均流方式采用了一個(gè)窄帶電流放大器，輸出端通過阻值為R的電阻連到均流母線上，N個(gè)單元電源采用N個(gè)這種結(jié)構(gòu)(見圖2)。

圖2 平均均流工作原理

當(dāng)輸出達(dá)到均流時(shí)，電流放大器輸出電流為零，這時(shí)電源系統(tǒng)處于均流工作狀態(tài)。當(dāng)輸出達(dá)不到均流時(shí)，在電阻R上產(chǎn)生一個(gè)Vab，由這個(gè)電壓控制A1，由A1再控制單元功率的輸出電流，最終使它達(dá)到均流。

2 特點(diǎn)

① 均流效果好，易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確均流;

② 在具體使用中，如出現(xiàn)均流母線短路或接在母線上的一個(gè)單元電源不工作時(shí)，母線電壓下降，將使每個(gè)電源輸出電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限，以致造成故障。并且，當(dāng)某一模塊的電流上升到I0MAX時(shí)，電流放大器輸出電流也達(dá)到極限值，同時(shí)致使其他單元電源輸出電壓自動(dòng)下降。

3 具體應(yīng)用電路

① 用運(yùn)放和功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均流電路;

如圖3所示，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)模塊均流電流的連接，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，每臺(tái)電源的輸出電壓變化相同，母線電流IO=(IO1+IO2…+IOM)/n，從而實(shí)現(xiàn)均流。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)就是，當(dāng)其中一個(gè)模塊不能正常工作時(shí)，通過開關(guān)QC1和QC2截?cái)啻四K的工作，以避免過大的電流通過。

圖3 雙模塊的均流連接

采用運(yùn)放產(chǎn)生電流誤差信號(hào)，電路的靈敏度很高，特別是對(duì)噪聲的干擾，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。為提高穩(wěn)定性，給出圖3所示的電路，用低通濾波器加上比較器，代替運(yùn)放來產(chǎn)生誤差信號(hào)。

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② 用低通濾波器和比較器實(shí)現(xiàn)負(fù)載均流電路。

圖4中的電路表示應(yīng)用均流電路的兩個(gè)模塊的連接。這種均流技術(shù)不采用運(yùn)放來產(chǎn)生電流誤差信號(hào)，因而電路十分穩(wěn)定且容錯(cuò)性強(qiáng)，電路簡單易行。R2、R3、C1組成低通濾波器，電流源Is表示與輸出電流以成比例的取樣電流。為實(shí)現(xiàn)和維持所需的均流，電流均分母線將各模塊的均流電路連接在一起，電流均分母線上的電壓確定了模塊所需的輸出電流。

圖4 應(yīng)用均流電路的雙模塊連接

最大電流的自動(dòng)均流法

1 工作原理

將圖2所示均流框圖中的電阻用一個(gè)二極管代替，二極管正端接A，負(fù)端接B，這樣只有當(dāng)N個(gè)單位電源中輸出電流最大的一個(gè)電流放大器輸出才能使二極管導(dǎo)通，從而影響均流母線電壓，進(jìn)而達(dá)到均流調(diào)節(jié)的目的。這種方法一次只有一個(gè)單元參與調(diào)節(jié)工作。

2 特點(diǎn)

①在這種均流方式下，參與調(diào)節(jié)的單元由這幾個(gè)單元的最大電流輸出單元決定，每次只有這個(gè)最大電流輸出單元工作，這個(gè)最大電流單元是隨機(jī)的。由于一旦最大均流單元工作，就處于主控狀態(tài)，而別的單元?jiǎng)t處于被控狀，因此這種方法又叫自動(dòng)主/從控制法。

②由于二極管總有正向壓降因而主單元均流總有誤差，而從單元電源的均流效果是較好的，UC3902均流控制芯片就工作在這種方式下。

3 UC3902均流芯片的應(yīng)用實(shí)例

(1)外圍電路參數(shù)確定

電源模塊并聯(lián)時(shí)的原理如圖5所示。電源模塊輸出最高電壓為143V，最低電壓120V，最大電流10A，輔助電源采用15V供電。芯片內(nèi)部的運(yùn)算放大器最高輸出電壓為10V，這也是均流母線上的最高電壓。對(duì)母線電壓的選擇要綜合考慮噪聲的敏感度，均流精度和并聯(lián)的模塊數(shù)。均流母線只由主模塊驅(qū)動(dòng)，從模塊在均流母線上代表10k電阻的負(fù)載，這意味著每個(gè)模塊單元在均流母線上將以100A/V增加主模塊芯片均流端的供電負(fù)載。為提高均流精度，檢測電阻采用精度比較高的電阻，選VCSAO為6V，因此，RSENSE=6/(1040)=0.015電阻RG的值依賴于NPN緩沖三極管和RADJ電阻。三極管的集電極電流應(yīng)該小于10mA，為安全使用選為5mA。較小的電流會(huì)增加對(duì)噪聲的靈敏度，而過高的電流會(huì)增加三極管的損耗，在芯片內(nèi)部緩沖三極管的損耗是很重要的一部分。它的實(shí)際電壓由ADJR管腳上的最高電壓(2.6V),為此，RG=2.6V/5mA=520，實(shí)際選為510。

圖5

電阻RADJ由最大電壓輸出范圍決定，VOmax=(143-120)/25=0.91V，式中，25=(Rout1+Rout2)/Rout2

RADJ=(0.91-100.015)/5mA =152，因此，實(shí)選RADJ=150。

補(bǔ)償元件CC和RC可由均流環(huán)增益求得：

ASH=APWR(RSENSE/RLOAD) 40GM(1/sCc+Rc)(RADJ/RG)24

假設(shè)均流環(huán)的交越頻率=500(rad/s),此點(diǎn)處電壓環(huán)的增益為0,GM=4.5mA/V,所以：

CC=40(0.015/14.3)404.5 10-3(1/2&pi;103)(150/510)24 =8.5F

實(shí)際取CC=10F。

電阻RC的值由選擇的交越頻率和電容CC決定。由此可得RC=200。

(2)試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)際用4個(gè)模塊做并聯(lián)實(shí)驗(yàn)，均流結(jié)果見表1。由表1可知，它的半載均流精度控制在2.5%以內(nèi)。IERROR =IOmax-IOmin;均流精度為100%。

結(jié)論

本文所討論的這幾種常用的自動(dòng)均流技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用電路各有其特點(diǎn)，根據(jù)具體電路需要及性能價(jià)格比，可做不同的選擇。這幾種方法的應(yīng)用都比較廣泛。隨著模塊內(nèi)部采用微處理智能均流控制，進(jìn)行軟件均流，就會(huì)使均流效果理想。