高頻開關電源雙閉環(huán)反饋并聯系統(tǒng)

單臺高頻開關電源構成一個電流負反饋控制系統(tǒng)，簡稱內環(huán).自動控制原理如圖3所示.

圖3中采用了PI調節(jié)器的單閉環(huán)電流負反饋控制系統(tǒng)，既保證了動態(tài)穩(wěn)定性，又能做到無靜差，很好地解決了動.靜態(tài)的矛盾.其調節(jié)原理：在電流給定值不變的情況下，當負載變動或電源內部原因造成了電源輸出電流變動時，自動控制調節(jié)過程為：

通過以上的調節(jié)過程，可以保證單臺高頻開關電源輸出穩(wěn)定的電流.這樣，把各個單獨工作的高頻開關電源輸出并聯在一起，且工作在穩(wěn)流狀態(tài)下，接受同一的電流給定值，就可保證各臺高頻開關電源輸出同樣大小的電流.

從而實現并聯系統(tǒng)的擴流輸出.為了提高系統(tǒng)的整體可靠性，還可根據系統(tǒng)的要求，增加N+1冗于設計.這種簡單的組合在一起，當某臺高頻開關電源出現故障，可立即把其關電退出運行并斷開輸出連接，把備份的高頻開關電源通電投入運行即可.從而把處理故障的時間減少到最小.

3.2 系統(tǒng)自動控制原理

雙閉環(huán)并聯系統(tǒng)自動控制原理如圖4所示.

圖4中在高頻開關電源系統(tǒng)外增加了一個比例積分調節(jié)器，用來調節(jié)并聯系統(tǒng)的電壓.

把并聯系統(tǒng)的輸出電壓反饋和并聯系統(tǒng)給定值進行比較，其差值經信號放大，作為高頻開關電源系統(tǒng)電流給定值，而高頻開關電源系統(tǒng)根據不斷變化的電流給定值來調節(jié)自身的輸出電壓，以此保證自身的輸出電流根據給定值變化而變化.從而也保證了并聯系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定.從閉環(huán)反饋的結構上看，電流調節(jié)環(huán)在高頻開關電源系統(tǒng)內部，是內環(huán);電壓調節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán).二者之間實行串級連接，即以電壓調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出作為并聯系統(tǒng)輸出電壓的控制，那么兩種調節(jié)器作用就能互相配合，相輔相成了.這就形成電壓.電流雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng).為了獲得良好的靜.動態(tài)性能，兩個調節(jié)器一般都采用PI調節(jié)器.

當由于負載擾動，造成了并聯系統(tǒng)電壓輸出變動，則系統(tǒng)自動控制調節(jié)過程為：

上述電壓調節(jié)過程可以保證并聯系統(tǒng)在穩(wěn)壓工作狀態(tài)下，輸出電壓穩(wěn)定.若系統(tǒng)要工作在穩(wěn)流狀態(tài)下，只需通過系統(tǒng)內部的選擇開關，把外環(huán)電壓反饋單元關閉，直接把電壓給定信號加到各臺高頻開關電源，由于各臺高頻開關電源本身工作在穩(wěn)流狀態(tài)下，從而可以保證并聯系統(tǒng)的每臺高頻開關電源輸出同等大小電流.

從動態(tài)穩(wěn)定性上看，在設計過程中，先把單臺高頻開關電源設計調整好，使之能穩(wěn)定的輸出額定電流.然后把各臺并聯連接在一起，加上電壓反饋外環(huán)，再按系統(tǒng)設計要求并調整外環(huán)，使系統(tǒng)輸出電壓保持穩(wěn)定.需要注意的是：內環(huán)根據其設計指標要逐一開啟和外環(huán)連調，等所有的內環(huán)調整好后，再把所有內環(huán)開啟，與外環(huán)一同調節(jié)系統(tǒng)的輸出電壓和電流.

4.實驗與結論

應用以上原理，制作了一臺組合式并聯的72KW高頻開關電源.具體參數為：AC380V±10%,穩(wěn)壓輸出18VDC;限流電流4100ADC;穩(wěn)流輸出4000ADC;限壓電壓18.5VDC.該并聯系統(tǒng)由五臺單獨的高頻開關電源并聯組合，每臺高頻開關電源都輸出同等的800A/18V.系統(tǒng)在穩(wěn)壓工作時，即使輸出短路也能限流在4100A穩(wěn)定工作;穩(wěn)流工作時，輸出端開路能實現限壓而穩(wěn)定工作.若為了提高并聯系統(tǒng)的可靠性，還可增加一臺備份.該電源在電鍍行業(yè)鍍鉻工藝中現場運行已有近兩年，基本上達到了設計要求，用戶反應良好.