《電子技術應用》
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詳解電源模塊均流的方方面面
摘要: 在很多大電流輸出的場合,為了提高系統(tǒng)的可靠性,比較常用的一個方法就是采用熱備份——多個電源模塊并聯(lián)使用。每個電源模塊還具備在線插拔的功能。以便于拆卸和維修、維護。
Abstract:
Key words :

 

在很多大電流輸出的場合,為了提高系統(tǒng)的可靠性,比較常用的一個方法就是采用熱備份——多個電源模塊并聯(lián)使用。每個電源模塊還具備在線插拔的功能。以便于拆卸和維修、維護。 

但是我們知道,每個電源模塊的內(nèi)阻是略有不同的,而輸出電壓也不可能做到完全一致。故而,穩(wěn)壓輸出的電壓源" title="電壓源">電壓源是不可以直接并聯(lián)的,或者是即便并聯(lián)了,每個模塊的輸出功率各不相同。有可能會出現(xiàn)閑的閑死,忙的忙死的現(xiàn)象——有的模塊在超負荷工作,損耗發(fā)熱都比較厲害,壽命會降低。而有的工作于輕載,甚至都沒有進入較好的工作狀態(tài)(例如移相全橋,輕載時不容易實現(xiàn)軟開關),也對電源健康不利。

這時候,我們需要一種手段,讓各模塊輸出功率基本相同。這種把負載平均分配到各模塊的手段,我們稱之為均流" title="均流">均流。

均流的方法有很多種,例如:

1,輸出阻抗法,又叫下垂法、傾斜法、電壓調(diào)整率法。是通過調(diào)節(jié)電源的輸出內(nèi)阻的方式來實現(xiàn)的。這個方法的特點是簡單。但最大" title="最大">最大的缺點是電壓調(diào)整率差。

2,主從設置法,人為的在并聯(lián)的模塊中選一個主模塊,別的模塊的輸出向這個模塊靠攏。最大的問題是,如果主模塊失效,那么整個電源系統(tǒng)都不能工作了。

3,平均電流自動均流法,把各模塊的電流采樣" title="電流采樣">電流采樣放大后通過一個電阻連到公用的均流母線上,大家按照均流母線上的平均電壓來實現(xiàn)調(diào)整完成均流。平均電流自動均流法可以實現(xiàn)精確均流,但如果均流母線發(fā)生短路,或者某個模塊發(fā)生故障,母線電壓下降會使各模塊電壓下調(diào)。

4,最大電流自動均流法,又叫自動主從均流、民主均流,在所有并聯(lián)模塊中,輸出電流" title="輸出電流">輸出電流最大的那個模塊自動成為主模塊,其他模塊的輸出向這個模塊靠攏。

5,還有其他很多方法,例如熱應力自動均流、外加均流控制器的均流等等。

 

目前應用比較廣泛的是最大電流自動均流法,有專門為這設計的IC,例如UC3907等。但是在這里,我不打算用專用IC,僅采用普通的運放,來嘗試實現(xiàn)此功能。采用ORCAD來仿真。

具體的工作原理其實很簡單,就是把本模塊的電流采樣值和均流的值進行誤差放大,然后用誤差放大器的值去調(diào)節(jié)電壓反饋環(huán)路的值,使輸出電壓發(fā)生變化,以調(diào)節(jié)本模塊的輸出電流,使電流反饋值與均流母線的值相同,從而實現(xiàn)了最大電流自動均流。

下面的圖,就是單個模塊內(nèi)部的均流電路,U1A是電壓誤差放大器,U2A是電壓采樣的電壓跟隨器,U3A是電流采樣放大器,把采集到的電流信號,反向放大100倍為正電壓信號,U4A為均流誤差放大器,U5A為電壓跟隨器,將本模塊輸出電流的采樣信號輸出到均流母線上,但此電壓跟隨器稍微有點變化,就是如果均流母線上的電壓比本模塊的電流采樣信號的電壓高的話,那么本模塊的信號就不會輸出到母線上。所以,母線上的電壓信號,永遠是輸出電流最大的那個模塊的。此外,還有一個模型E,這是一個把輸出電壓放大的模塊,此處用來作為電源變換器來使用,將電壓誤差放大器的輸出信號放大作為輸出,增益設置為10。負載,我用了一個9A的電流源來模擬恒流負載。

好,我們把圖中中間帶著運放的這部分電路,再復制兩份,貼在同一電路圖中。然后,在其中一個模塊的輸出上反串聯(lián)一個電壓源,用將這個電壓源慢慢升高的方法來模擬此電源模塊出故障了的過程,來嘗試觀察其他的模塊是否可以繼續(xù)保持均流。當然,如果大家有更好的模擬方法,也可以提出來一起研究。

 

電路復制后,要選擇菜單里的windows->xxx.opj,進入OPJ管理窗口,然后選擇標簽Hierarchy,點擊schematic1,再選菜單TOOLS->annotate,彈出Annotate對話框,在action項選擇Unconditional reference update,點擊OK。

再從菜單windows回到電路圖窗口,進行直流掃描仿真,設定我們反串的電壓源從0V掃描到5V,步長0.01V。

 

進行仿真,放上電流探頭,

 

看仿真結果

  

可以看到,在反串的電壓源電壓從0變化到3V的過程中,由于電路的調(diào)節(jié)功能,模塊的輸出還是能保持均流的。隨后由于模擬反串電壓源的電壓升高,超出了電路的調(diào)節(jié)能力,模塊的輸出電流開始下降,而另外兩個模塊的輸出開始上升,對于那兩個正常模塊來說,電流還是均衡的。等到故障模塊徹底不輸出電流了,負載電流完全由兩個正常模塊平均提供。

改變圖1中的R20的阻值,可以改變均流誤差放大器對輸出電壓調(diào)節(jié)的能力。如果我們將每個模塊的這個電阻改為3K,重新做一次仿真,再看電流波形,就可以看出來,在反串電壓源從0到5V變化的整個范圍,所有模塊依然可以均流輸出。(電源網(wǎng)原創(chuàng)轉載請注明出處)

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