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基于开关电源并联均流问题的分析

摘 要:开关电源具有效率高、尺寸小等优点,在交转直供电系统中应用广泛。然而随着输出功率的持续增加,如果仅单个大功率开关电源供电,那么一旦出现故障就会带来不可预测的损失,因此,出现了使用几个小功率开关电源并联使用的新模式。本文就对其中的并联均流这一重要
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时时彩平台哪个好 www.1otf.com.cn   摘 要:开关电源具有效率高、尺寸小等优点,在交转直供电系统中应用广泛。然而随着输出功率的持续增加,如果仅单个大功率开关电源供电,那么一旦出现故障就会带来不可预测的损失,因此,出现了使用几个小功率开关电源并联使用的新模式。本文就对其中的并联均流这一重要问题进行分析。
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  关键词:开关电源 并联运行 均流 分析
  中图分类号:TM44 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)10(a)-0034-02
  开关电源体积小、效率高,在交转直供电系统中应用广泛。为弥补单个开关电源无法断电、功率不足等缺点,可以采用几个开关电源并联使用。并联均流供电技术可较好地实现高可靠性运行和大功率均匀供电,但要满足如下要求。
 ?。?)整个直流供电系统的外部特性在线电压或者负载变化时要保持输出电压稳定。
 ?。?)为减少均流失败的因素,各个供电??橹湟迪肿远涸鼐?,简化外部的控制。
 ?。?)一个供电??榉⑸收鲜?,其他??橐芴峁┏浞值牡缌魅萘?,以维持整个系统正常工作。
 ?。?)实现好的负载均流瞬态响应;用低阻抗带宽均流母线连接所有功率???。上述为附加要求。
  开关电源并联使用的示意图和端口特性如图1、图2所示。
  图1中的R1和R2为单个开关电源分别的输出总电阻,其中包含了输出端导线的电阻。在阻性负载情况下,输出电压和输出电流呈现线性关系,电压变化量和电流变化量的比值就是输出总电阻。由于存在内阻,结合图1和图2可列出两条支路的端口特性表达式分别为式(1)和(2):
  由式(5)(6)可知单个开关电源的输出电流与输出电阻,负载输出电压有关,故为了实现开关电源的并联均流运行需要关注下述两点。
 ?。?)在开关电源的设计过程中,需要尽量采用参数一致的电子元件,PCB布局和走线均要做到对称,减少对外参数的不对称。
 ?。?)可以采用反馈控制的方法,通过负反馈解决两路输出外特性差异,从而让两路参数实现一致。
  1 开关电源并联均流原理与实现策略
  为确保输出外特性的稳定,既要考虑采用并联拓扑后所带来的各路不对称差异,也要考虑采用负反馈控制回路消除各路差异,从而确保整个供电系统能够在一个允许的输出范围内安全运行。目前常用的并联均流技术有下垂均流法、主从均流法、平均电流自动均流法以及最大电流自动均流法等。
  1.1 下垂均流法
  如图3所示,下垂均流法的检测电路由电流放大器、电压放大器以及检测电阻组成。Rs为输出电流的采样电阻,Uf为电源??榈氖涑龇蠢〉缪?。电压放大器充当比较器,Ue输出误差电压信号控制单元输出电流,从而实现对输出电流的均衡控制。由于参数一致性要求很高,故下垂均流法在低电流时均流效果不佳,但在大电流时能基本维持各个??榧涞缌鞯木夤┑?。总之,下垂均流法会使得负载调整率降低,且受到参数一致性要求高的约束,故不适合在输出特性要求高的场合使用。
  1.2 平均电流自动均流法
  如图4所示,平均电流自动均流法需要外部控制器,并需要通过一条公共的均流母线接到所有电源??樯?。该方式是通过反馈的方式进行控制,电压放大器的输入是两个参数的比较,通过电压比较得到误差电压Ue。均流控制器比较来自均流母线的电流信号与各个??榈ピ缌?,并调整??榈ピ缪狗糯笃鞯幕?,实现负载的均衡电流分配。各个??榈缌骷觳馄骶缱鑂驱动公共母线,如果各分路电阻不同,均流控制器将感知到等效负载电流不平衡,并调节基准电压,所有电阻连接点是平均负载电流参与的表现,因此,平均电流自动均流法是单??楦涸氐缌饔肫骄缌飨啾冉?,调节电压放大器的基准电压而实现均流。在没有均流的情况下电阻R上存在电压,当电阻上没有电压就表示已经实现了均流。虽然使用平均电流自动均流法可以实现精确的电流均流,但是当任何一个供电单元出?F过电流的时候会出现母线电压降低。这时为了实现均流,各个??榈姆蠢】刂贫蓟峤档偷缪估词迪衷黾邮涑龅缌鞔佣迪志鞯哪康?。如果出现某单元短路则会出现输出电流急剧升高损坏负载的情况,故有必要设置过电流?;さ缏?。
  1.3 主从均流法
  如图5所示,主从均流法是一种适用于有电流型控制的开关电源并联运行系统。主从均流控制系统采用双闭环控制系统,其中电流控制环是内环,电压控制环为外环。在设置控制的时候,首先选择一个主???,其余作为从???,主??榘凑盏缪箍刂乒媛?,从??樽魑缌髟?。在图中所示的系统中,某??樯柚梦髂??,其余为从???。在主??椴糠?,按电压规律控制反馈信号经过电压放大器产生误差信号,从??榈牡缪狗糯笃鞴ぷ髟诘缪垢嫫髂J?。主从均流技术有利于简化电流模式控制。由于误差电压信号Ue与负载电流成正比,如果各个??槭涑龅缪股杓葡嗨?,误差电压将使所有单元成为相同负载电流的电流源。这种方法能够实现负载电流均匀分配但无冗余,如果主??槌鱿止收纤鸹翟蛘霾⒘┑缦低辰?。
  1.4 最大电流自动均流法
  最大电流自动均流法是平均电流自动均流法和主从均流法的联合使用。最大电流??橛敫髂?榈缌鹘斜冉?,并适当调节电压基准,以修正负载电流分配的不均匀。其原理图只是把图4中的采样电阻R换为一个二极管,其余无差异。由于二极管的单向导电性,在出现不均流的时候,二极管的电流会出现一个突增,输出电流最大的??榛岢晌髂??。但是与主从均流法不同的是,主??槭遣欢媳浠?,任何输出电流最大的??槎伎梢允侵髂??,故某个??槭Р换嵋鹣低程被?。目前畅销的欧姆龙S8VK-G系列开关电源在配置S8VK-R冗余??楹?,能实现最大电流自动均流功能。
  2 结语
  开关电源使用广泛且功率要求不断提高,故采用输出并联均流技术对于开关电源的应用发展具有重要意义。各种开关电源的并联均流技术需要有选择性使用,从而不断提高供电系统的输出功率额度和稳定性。
  参考文献
  [1] 张占松.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,1998.
  [2] 李定宣.开关稳定电源设计与应用[M].2版.北京:中国电力出版社,2011.
  [3] S8VK电池选型样本[Z].欧姆龙自动化中国有限公司.2014.

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