直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)均流及實(shí)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(shí)現(xiàn)電路。

關(guān)鍵詞 均流、冗余、電源并聯(lián)

一、簡(jiǎn)介
電源并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品模塊化，大容量化的一個(gè)有效方法，是電源技術(shù)的發(fā)展方向之一，是實(shí)現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前由于半導(dǎo)體功率器件、磁性材料等原因，單個(gè)開關(guān)電源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實(shí)際應(yīng)用中往往需用幾百千瓦以上的開關(guān)電源為系統(tǒng)供電，在大容量的程控交換機(jī)系統(tǒng)中這種情況是時(shí)常遇到的。這可通過電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

通過直流穩(wěn)壓電源的并聯(lián)運(yùn)行可達(dá)到以下目的：

1.1 擴(kuò)展容量，實(shí)現(xiàn)大功率電源供電系統(tǒng)。

1.2 通過N+1，N+2冗余實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)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(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，實(shí)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(kuò)容的要求

2.1 N+m（m表示電源系統(tǒng)冗余度）個(gè)電源模塊并聯(lián)擴(kuò)容后，總電源系統(tǒng)的源電壓效應(yīng)，負(fù)載效應(yīng)，瞬態(tài)響應(yīng)等技術(shù)指標(biāo)都應(yīng)保持在系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。

2.2 每個(gè)直流穩(wěn)壓電源模塊單元具有輸出自動(dòng)均流功能。

2.3 采用冗余技術(shù)，當(dāng)某個(gè)電源模塊單元發(fā)生故障時(shí)，不影響整個(gè)電源系統(tǒng)的正常工作，電源系統(tǒng)應(yīng)有足夠的負(fù)載能力。

2.4 盡可能不改變電源模塊單元的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，確保電源系統(tǒng)的高可靠性。

2.5 對(duì)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(gè)供電單元分擔(dān)負(fù)載電流。即通過并聯(lián)均流應(yīng)使整個(gè)電源系統(tǒng)像一個(gè)整體一樣工作，同時(shí)通過并聯(lián)均流技術(shù)使整個(gè)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(nèi)阻法（外特性下垂法，改變輸出斜率法）
利用電流反饋，調(diào)節(jié)電源模塊單元的輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)均流。

3.2 主/從法
在并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊單元中，選定一個(gè)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(dú)立設(shè)置。在這種方式下，一旦主模塊失效，則整個(gè)系統(tǒng)崩潰，顯然不具備冗余功能。

3.3 平均電流自動(dòng)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(gè)電源模塊代表各自輸出電流的電壓信號(hào)Ui的平均值（即代表電源系統(tǒng)的平均電流）。Ub與每個(gè)電源模塊的取樣電壓信號(hào)比較后通過調(diào)節(jié)放大器輸出一個(gè)誤差電壓，從而調(diào)節(jié)模塊單元的輸出電流，達(dá)到均流目的。

平均電流法可以精確地實(shí)現(xiàn)均流，但當(dāng)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(shí)，使CSB電壓下降，結(jié)果促使各電源模塊輸出電壓下調(diào)，甚至達(dá)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(gè)外加的均流控制器，比較所有模塊的電流，調(diào)節(jié)相應(yīng)的反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)均流。這種控制方法效果較好，但需要一個(gè)外加的均流控制器和附加連線。

3.5 熱應(yīng)力自動(dòng)均流法
利用監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)中每個(gè)電源模塊單元的溫度來實(shí)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(dòng)均流法）
這種方法采用一套最大值比較器，每一時(shí)刻輸出電流最大模塊作為主模塊，其輸出電流轉(zhuǎn)化成的電壓信號(hào)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(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)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(jiǎn)介

UC3907均流控制芯片能使并聯(lián)運(yùn)行的電源模塊單元工作在所設(shè)定的電流值上，均流精度可達(dá)2.5%，它的內(nèi)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(cè)相應(yīng)電源模塊單元的輸出電流，每個(gè)電源模塊單元的輸出電流信號(hào)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(diào)節(jié)，從而達(dá)到均流目的。

4.1 UC3907引腳功能簡(jiǎn)介如下：
（1）4腳；系統(tǒng)地端：這是個(gè)高阻抗端，用于通過測(cè)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(gè)低阻抗端，比4腳高出250mV。
（3）5腳；功率返回端：為最負(fù)端，應(yīng)盡量接在靠近功率電源處。
（4）7腳；Vref端：內(nèi)部參考電壓相對(duì)4腳為2V，相對(duì)6腳為1.75V。
（5）11腳；電壓放大器的反相輸入端，負(fù)載電壓反饋信號(hào)（2V左右）引到該端與同相端信號(hào)相比較。具體使用時(shí)，還要在11，12腳步間加補(bǔ)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(gè)電流設(shè)定電阻，對(duì)主模塊，該端輸出高電壓（2.5V~3.5V），9腳流入電流（可達(dá)10mA）。對(duì)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(hào)并放大20倍。
（8）1、15腳；組成最大值比較驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)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(diào)整給定參考電壓。
（10）16腳；狀態(tài)指示：是一個(gè)集電極開路輸出端，用以指示主電源模塊，當(dāng)為低電位時(shí)，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(nèi)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(yīng)用電路

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