呂托 崔夢(mèng)宇 孫曉慧

摘 要：本文針對(duì)電源并聯(lián)運(yùn)行擴(kuò)大電源系統(tǒng)容量和提高電源系統(tǒng)可靠性提出的一種并聯(lián)方法。負(fù)載均衡是電源模塊并聯(lián)的關(guān)鍵，通過對(duì)同種電源模塊進(jìn)行了并聯(lián)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，并聯(lián)模塊運(yùn)行正常，電源模塊均流誤差小于1%。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 負(fù)載均衡技術(shù) 電源并聯(lián)

中圖分類號(hào)：TM56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（c）-0102-03

本文主要介紹的是一種電流均衡控制方式，能夠使電源很方便的擴(kuò)大功率容量，均勻分擔(dān)電源的功率分配，能夠增加電源的備份，極大地提高電源系統(tǒng)的可靠性。

在實(shí)際應(yīng)用中，往往由于一臺(tái)電源的輸出功率不能滿足要求，而滿足這種參數(shù)要求的直流穩(wěn)壓電源存在重新設(shè)計(jì)的過程，勢(shì)必加大電源的成本，影響產(chǎn)品交付進(jìn)度。因此在實(shí)用中往往采用模塊化的構(gòu)造方式，采用幾種規(guī)格系列的模塊式電源，按照一定的并聯(lián)方式，分別達(dá)到輸出功率的擴(kuò)展。

1 最大電流自動(dòng)均流技術(shù)原理

如圖1所示，為n個(gè)并聯(lián)電源模塊中的一個(gè)模塊按最大電流自動(dòng)均流法的控制電路原理圖。其中電壓放大器輸入為ΔU和電源模塊輸出反饋電壓Uf，ΔU是基準(zhǔn)電壓Ur和均流控制電壓Uc的綜合，它與Uf進(jìn)行比較放大后，產(chǎn)生電壓誤差Ue，控制PWM控制器，從而控制電源模塊主開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)，達(dá)到控制電源占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。Ui為電流放大器的輸出信號(hào)，和電源模塊的負(fù)載電流成正比。Ub為母線電壓。Ua與Ub之差代表均流誤差（Ua與Ub相差一個(gè)二極管的壓降0.7V），通過調(diào)整放大器輸出一個(gè)調(diào)整電壓Uc。由于二極管的單向?qū)щ娦?，只有電流最大電源模塊才能與均流總線相接，也就是說，均流母線上的電壓Ub反映的是并聯(lián)模塊Ui中的最大值。比較各自電流反饋與均流母線之間的電壓的差值，通過均流控制器輸出來補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓，從而達(dá)到該模塊均流調(diào)節(jié)的作用。

當(dāng)n個(gè)單元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)到該單元均流調(diào)節(jié)作用，這種方法一次只有一個(gè)單元參與調(diào)節(jié)工作。

2 負(fù)載均流控制器介紹

自動(dòng)均流控制芯片選用TI公司的UCC29002。在同類控制芯片種UCC9002均流精度較高，均流母線采用單端模式，減小了均流母線受干擾的幾率。它工作溫度是-40℃～105℃，滿足電源工作溫度要求。工作電壓是4～15V，工作電流2.5mA。

3 均流電路應(yīng)用

3.1 主功率電路設(shè)計(jì)

電源模塊主功率電路采用全橋移相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制芯片選用TI公司的UC1875J。電源模塊額定輸出28V/75A。輸出電壓信號(hào)反饋到控制芯片誤差放大器的輸入負(fù)端和基準(zhǔn)電壓比較通過調(diào)節(jié)PWM信號(hào)控制輸出電壓，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。均流電路采集分流器兩端電壓，經(jīng)過電流放大器和均流總線驅(qū)動(dòng)器給均流母線。均流母線跟隨最大電壓通過均流總線電壓接收放大器和調(diào)節(jié)放大器輸出調(diào)節(jié)UC1875J控制芯片的基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)電源模塊電壓以實(shí)現(xiàn)均流輸出。

3.2 電流采樣電路設(shè)計(jì)

電流采樣采用分流器做采樣電阻，選用TT公司的OAR系列，精度為1%，TCR小于±20×10-6℃，工作溫度范圍-40℃～125℃?？梢詽M足電源的精度要求和溫度范圍。分流器選用5mΩ，4支并聯(lián)。

3.3 供電電路設(shè)計(jì)

供電電路采用+15V輔助電源供電，通過電解電容C5（22uF/50V）和瓷介電容C4（0.1uF/50V）濾波后，給控制芯片UCC29002供電。

3.4 均流電路設(shè)計(jì)

均流電路如圖2所示。電源輸出后，通過采樣電阻R15-R18采集電流輸出電流信號(hào)，通過電阻R1﹑R2將采樣信號(hào)傳入控制芯片UCC29002，經(jīng)過電流采樣放大器將采集到的電流信號(hào)按照R3/R1的倍數(shù)放大，但應(yīng)注意其放大倍數(shù)的設(shè)定應(yīng)滿足CSO的輸出電壓小于供電電源的電壓。電壓經(jīng)過均流總線電壓驅(qū)動(dòng)放大器把自己的輸出電流感應(yīng)電壓反饋到總線（LS）上，而當(dāng)母線電壓則不會(huì)倒灌回CSO端。電流放大信號(hào)接入誤差放大器的同相輸入端連接均流總線的反饋電壓，反相輸入端連接自輸出電流感應(yīng)電壓，與C6和R5組成反饋網(wǎng)絡(luò)。UCC29002的調(diào)節(jié)放大器輸出內(nèi)置了500Ω下拉電阻，及用于調(diào)節(jié)的晶體管，采用集電極開路輸出，連接電路中的電壓調(diào)節(jié)Vadj，通過Vadj調(diào)節(jié)電源基準(zhǔn)達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，實(shí)現(xiàn)輸出電流的調(diào)節(jié)。

UCC9002的電流放大器放大倍數(shù)為：

為了防止電流誤差放大器飽和工作，誤差放大器輸出端電壓（VCSO）必需比29002供電電壓低2V。VCSO計(jì)算如下：

由于均流總線電壓驅(qū)動(dòng)放大器增益為1，所以滿載時(shí)輸出母線（Lshare）電壓也為5.2V。對(duì)母線電壓的選擇要綜合考慮噪音的敏感度、均流精度和并聯(lián)的模塊數(shù)。必要時(shí)需要在母線上增加LC濾波加大母線的抗干擾能力。

所有并聯(lián)單元的均流環(huán)都是負(fù)反饋控制環(huán)，為了可靠的工作，負(fù)反饋控制環(huán)必須服從穩(wěn)定性原則。均流環(huán)加在已存在的單個(gè)模塊電源上，所以必須避免各控制環(huán)之間的干擾。為了保證電壓環(huán)的穩(wěn)定性，均流環(huán)的交越頻率至少低于電壓環(huán)交越頻率的10倍，這樣均流環(huán)在電壓環(huán)交越頻率處被最小化。

4 試驗(yàn)結(jié)果

用兩臺(tái)同樣的電源模塊做實(shí)驗(yàn)，輸入380VAC，輸出電壓28V，輸出電流如表1所示。從表1可以看出總體趨勢(shì)是負(fù)載越大均流誤差越小，輸出負(fù)載在10%～100%均流誤差可以控制在1%之內(nèi)。

5 結(jié)語

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到，本文所介紹的均流電路是可以實(shí)現(xiàn)電源模塊的并聯(lián)均流的，均流度較高，不需要重新設(shè)計(jì)電源模塊就能很方便地做到功率擴(kuò)展。另外，最大電流自動(dòng)均流法是通過調(diào)節(jié)輸出電壓值來達(dá)到電源模塊之間的負(fù)載均衡，那必然就犧牲了電壓精度去取得電流分配的均衡。通過折中調(diào)整使得負(fù)載的均流誤差控制在1%，電壓精度控制在0.5%，這樣可以滿足電源的需求。

參考文獻(xiàn)

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