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功率设计

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自动负载均流法和电流自动均流在电源系统中的应用

导读: 大功率电源系统采用多台开关电源并联运行实现,是目前电源技术的发展方向之一。可并联运行的模块化电源具有很多优点,一是小功率的电源模块可以方便地组合成大功率的电源系统;二是实现电源系统的冗余设计;三是使用场合不受限制。

  大功率电源系统采用多台开关电源并联运行实现,是目前电源技术的发展方向之一。可并联运行的模块化电源具有很多优点,一是小功率的电源模块可以方便地组合成大功率的电源系统,其容量可以任意扩展;二是实现电源系统的冗余设计,提高其可靠性;三是使用场合不受限制,根据需要组合,方便灵活。原则上,多台电源并联构成的大功率电源系统,应像单台电源一样,在输入总线和输出负载情况下,除系统的输出电压始终保持稳定外,还能长期、无故障的可靠运行。这就要求系统中各台电源承受的电、热应力基本相当。也就是说,必须采取某种相应的措施,保证系统不致因各电源承载情况的差异,造成电热不平衡而引起的恶性循环,影响系统特性和可靠运行。均流技术就是对系统中各并联电源的输出电流加以控制,尽可能均分系统输入总电流,确保多台电源可靠运行的一种特殊措施。图1所示为多台开关电源并联均流实现大功率电源系统的示意图。本文就自动均流技术及其应用做简要讨论。

  

  图1 多台开关电源并联均流实现大功率电源系统

  自动均流技术是常用的硬件电流均流技术之一。该方法是通过均流总线和相并联各电源间电流信号的比较获得相应修正量,来实现各单元电源间电流均匀分配的。在这里主要讨论平均电流的自动负载均流法和最大电流自动均流法。

  平均电流的自动负载均流

  1 工作原理

  这种均流方式采用了一个窄带电流放大器,输出端通过阻值为R的电阻连到均流母线上,N个单元电源采用N个这种结构(见图2)。

  

  图2 平均均流工作原理

  当输出达到均流时,电流放大器输出电流为零,这时电源系统处于均流工作状态。当输出达不到均流时,在电阻R上产生一个Vab,由这个电压控制A1,由A1再控制单元功率的输出电流,最终使它达到均流。

  2 特点

  ① 均流效果好,易实现准确均流;

  ② 在具体使用中,如出现均流母线短路或接在母线上的一个单元电源不工作时,母线电压下降,将使每个电源输出电压下调,甚至达到下限,以致造成故障。并且,当某一模块的电流上升到I0MAX时,电流放大器输出电流也达到极限值,同时致使其他单元电源输出电压自动下降。

  3 具体应用电路

  ① 用运放和功率开关实现负载均流电路;

  如图3所示,实现了两个模块均流电流的连接,实现了当负载变化时,每台电源的输出电压变化相同,母线电流IO=(IO1+IO2…+IOM)/n,从而实现均流。这个电路的优点就是,当其中一个模块不能正常工作时,通过开关QC1和QC2截断此模块的工作,以避免过大的电流通过。

  

  图3 双模块的均流连接

  采用运放产生电流误差信号,电路的灵敏度很高,特别是对噪声的干扰,因此系统的稳定性较差。为提高稳定性,给出图3所示的电路,用低通滤波器加上比较器,代替运放来产生误差信号。

  ② 用低通滤波器和比较器实现负载均流电路。

  图4中的电路表示应用均流电路的两个模块的连接。这种均流技术不采用运放来产生电流误差信号,因而电路十分稳定且容错性强,电路简单易行。R2、R3、C1组成低通滤波器,电流源Is表示与输出电流以成比例的取样电流。为实现和维持所需的均流,电流均分母线将各模块的均流电路连接在一起,电流均分母线上的电压确定了模块所需的输出电流。

  

  图4 应用均流电路的双模块连接

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