鉅大LARGE | 點擊量：940次 | 2020年06月23日
開關電源的數(shù)字化和數(shù)字均流技術成為其發(fā)展趨勢
計算機、通訊、空間站等的廣泛應用,要求組建大容量、安全可靠、不間斷供電的電源系統(tǒng)。如果采用單臺電源供電,該變換器勢必處理巨大的功率,電壓應力大,給功率器件的選擇、開關頻率和功率密度的提高帶來困難,且一旦電源發(fā)生故障,則整個系統(tǒng)崩潰。采用多個電源模塊并聯(lián)運行來提供大功率輸出是電源技術發(fā)展的一個方向,其系統(tǒng)中每個模塊處理較小功率,解決了單臺電源遇到的問題。然而一般情況下不允許模塊輸出之間直接進行并聯(lián),必須采用均流技術以確保每個模塊分擔相等的負載電流。若采用多個電源模塊并聯(lián)供電,不但可提供所需電流,而且可形成ｎ+ｍ冗余結構,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著采用數(shù)字控制的成本逐步降低及開關電源非線性控制理論和方法的不斷完善,開關電源的數(shù)字化和數(shù)字均流技術越來越成為其發(fā)展趨勢。本文先從電源的并聯(lián)均流的一般原理出發(fā),介紹幾種傳統(tǒng)的并聯(lián)均流方案,并結合簡單電路圖,討論其工作原理及優(yōu)缺點,最后詳細介紹一種新型實用的基于AVR單片機的數(shù)字均流方案。
1、并聯(lián)均流的一般原理
并聯(lián)電源系統(tǒng)中各模塊按照外特性曲線分配負載電流,外特性的差異是電流難以均分的根源。正常情況下,各并聯(lián)模塊輸出電阻為恒值,輸出電流不均衡主要是由于各模塊輸出電壓不相等引起。均流的實質即通過均流控制電路,調整各模塊的輸出電壓,從而調整輸出電流,以達到電流均分的目的。一般開關電源是一個電壓型控制的閉環(huán)系統(tǒng),均流的基本思想是采用各自輸出電流信號,并把該信號引入控制環(huán)路中來參與調整輸出電壓。選擇不同的電流信號注入點,可以直接調節(jié)系統(tǒng)基準電壓、反饋電壓誤差或者反饋電流誤差,形成多種均流方案,以滿足不同的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應。
2、傳統(tǒng)的電源均流技術
2.1主從方式均流法
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
實質是指定一定模塊為主模塊，工作在電壓源方式下，它直接連接到均流母線；其余的為從模塊，工作在電流源方式下，它們從母線上獲取均流信號，由于存在統(tǒng)一的誤差ΔU，模塊的輸出電流與誤差電壓成正比，所以不管負載電流如何變化，各模塊的電流總是相等的，從而實現(xiàn)均流控制。這種方式均流精度很高，可達0.5%以內。
分析可知采用這種均流法有以下特點：
①一旦主模塊出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將崩潰；
②電壓環(huán)工作頻帶寬，容易產(chǎn)生噪聲干；
③精度高，控制結構簡單；
④主/從單元有均流母線聯(lián)系，模塊間連線復雜。
2.2平均電流法（自動均流）
它是將并聯(lián)工作的每個模塊電流取平均值后，將平均電流值送給每個模塊，各模塊都以這個平均電流值為目標自動調節(jié)自己的輸出電流。
N個并聯(lián)模塊中的一個模塊按平均電流自動均流的控制電路原理圖，并聯(lián)的各模塊的電流放大器輸出端，通過一個電阻R接到均流母線上，電壓放大器輸入為基準電壓和均流控制電壓的綜合，它與Uf進行放大后，產(chǎn)生電壓誤差Ue控制PWM及驅動器。Ui為電流放大器的輸出信號，和每個模塊的負載電流成正比，Ub為母線電壓。假設N=2，也就是兩個模塊并聯(lián)運行狀態(tài)下，Ui1和Ui2分別為模塊1和2的電壓信號，都經(jīng)過阻值為R的電阻接到母線B，母線電流I值計算如下：I=（Ui1-Ub）/R+（Ui2-Ub）/R當母線電流I=0時，由上式得出：Ub=（Ui1-Ui2）/2。母線電壓Ub是Ui1和Ui2的平均值，也代表了模塊1、2的輸出電流平均值。代表均流誤差的Ui與Ub之差，經(jīng)過調節(jié)放大器，輸出調整電壓Uc，Uc值可正可負。當Ub=Ui時，電阻R上的電壓為零，調整電壓Uc=0，實現(xiàn)了均流。一旦模塊間的電流分配不均勻，Ub≠Ui，電阻R承受電壓，由這個電壓控制A1，再由A1控制功率級輸出電流，以達到均流目的。
它的特點是：
Ⅰ.當均流母線短路或某個模塊不工作時母線電壓下降，將促使每個模塊電壓下調，甚至達到下限，造成故障；
Ⅱ.均流效果較好，易實現(xiàn)準確均流；
Ⅲ.可以構成冗余系統(tǒng)，均流模塊數(shù)理論上可以不限，但應根據(jù)實際的調試確定模塊數(shù)。
2.3最大電流法
由于二極管的單向導電性，這樣只有當N個單元中輸出電流最大的一個電流放大器輸出才能使二極管導通，與均流母線相連。該模塊即為主模塊，其余的為從模塊，比較各自電流反饋與均流母線之間電壓的差異，通過誤差放大器輸出來補償基準電壓，進而達到該單元均流調節(jié)作用。其特點是：在這種均流方式下，參與調節(jié)的單元由N個單元中的最大輸出電流單元決定，一次只有這個最大輸出電流單元工作，這個最大電流單元是隨機的，所以它有稱作“民主均流法”；由于二極管存在正向壓降，因此主模塊均流總有誤差，而從單元的均流效果總是最好的。
并聯(lián)強迫均流與計算機均流控制
3.1并聯(lián)強迫均流
所謂強迫均流,就是通過監(jiān)控模塊實現(xiàn)均流。實現(xiàn)方式主要有軟件控制和硬件控制兩種。由監(jiān)控模塊獲得所有并聯(lián)模塊的平均電流值,再用這個平均電流值與模塊電流值比較,比較的結果用來補償電壓基準。軟件控制是通過軟件計算,比較模塊電流與系統(tǒng)平均電流,再調整模塊電壓,使其電流與平均電流相等。軟件方式易于實現(xiàn),均流精度高,但其瞬態(tài)響應較差,調節(jié)時間長。軟件控制時實現(xiàn)恒流控制的算法較多。
