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一種新型的并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的均流方法

0 引言

在大功率DC／DC開(kāi)關(guān)電源中，為了取得更大的功率，特別是為了得到大電流時(shí)，經(jīng)常采用N個(gè)單元并聯(lián)的辦法。多個(gè)單元并聯(lián)具有高牢靠性，并能完成電路模塊規范化等優(yōu)點(diǎn)。但是在并聯(lián)中遇到的主要問(wèn)題就是電流不均，特別在加重負載時(shí)，會(huì )惹起較為嚴重的結果。普通的均流辦法是采取獨立的PWM控制器的各個(gè)模塊，經(jīng)過(guò)電流采樣反應到PWM控制器的引腳FB或者引腳COMP，即反應運放的輸入或者輸出腳來(lái)凋節輸出電壓，從而到達均流的目的。顯然，電流采樣是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：用電阻采樣，損耗比擬大，電放逐大后畸變比擬大；用電傳播感器本錢(qián)高；用電流互感器采樣不是很便當，州時(shí)會(huì )使電流失真。本文提出了一種新型的、便當的、無(wú)損的電流采樣辦法，并在這種電流檢測辦法的根底上完成了并聯(lián)絡(luò )統的均流。

1一種新的電流采樣辦法

如前所述，在均流系統中一些傳統的電流采樣力法都或多或少有些缺陷。而本文提出的這種新的電流采樣力法，既簡(jiǎn)雙方便，又沒(méi)有損耗。

下面以圖l所示的Buck電路為例，闡明這種新的電流檢測辦法的原理和應用。

電流檢測電路由一個(gè)簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò )組成，沒(méi)流過(guò)L的電流為iL，流過(guò)C的電流為ic，L兩端的電壓為vL，輸出電壓為vo上電壓為vc，則有vL+iLR1+vo．=vc+icR (1)

對式(1)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周祈求均勻值得

式中：VL是電感上的電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的均勻值，顯然VL=O；

Vo為輸出電壓均勻值；

IL電感電流均勻值，等于負載電流ILoad;

Ic是電容在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內充放電電流的均勻值，顯然Ic=0；

R1為電感的等效串聯(lián)電阻(ESR)。

于是式(2)可化為

所以，要檢測負載電流及電感電流的大小，只需檢測RC網(wǎng)絡(luò )電容上的電壓的大小就行了，這種辦法能夠很便當、簡(jiǎn)易、沒(méi)有損耗地對電流停止采樣。

2 基于新的電流采樣辦法的均流原理

以?xún)陕凡⒙?lián)Buck電路為例,如圖2所示

由式(3)知，

Vc1=IL1R1+V

Vc2=IL2R2+V

式中：Vc1、Vc2分別為C1和C2上電壓的均勻值；

IL1、IL2分別是L-和L2流過(guò)電流的均勻值，亦即兩路輸出電流均勻值；

R1及R2是濾波電感的等效串聯(lián)電阻，當在工藝上設計并聯(lián)電源每路輸出電感根本上一樣時(shí)，能夠以為R1=R2。

因而，要控制兩路電流均流，即請求IL1=IL2，于是，只需控制Vc1=Vc2就行了。所以，電容C1及C2上的電壓Vc1和Vc2能夠代表兩路電流IL1及IL2大小，可用來(lái)停止均流控制。

這樣，便可得到如圖3所示的控制框圖，

3 常用均流辦法的剖析比擬
開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)絡(luò )統常用的均流辦法有以下幾種。

輸出阻抗法即Droop(下垂，傾斜)法調理開(kāi)關(guān)變換器的外特性?xún)A斜度(即調理輸出阻抗)，以到達并聯(lián)模塊接近均流的日的。這種辦法是一種簡(jiǎn)單的大致均流的辦法，精度比擬低。

主從法適用于電流型控制的并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源系統中。這種均流系統中有電壓控制和電流控制，構成雙閉環(huán)控制系統。這種辦法請求每個(gè)模塊問(wèn)有通訊，所以使系統復雜化，并且當主模塊失效時(shí)，整個(gè)電源系統便不能工作。

均勻值均流每個(gè)并聯(lián)模塊的電放逐大器輸出端接一個(gè)相同的電阻到一條公共母線(xiàn)上，構成均勻值母線(xiàn)。當某模塊電壓比母線(xiàn)電壓高時(shí)，輸出電壓降落，反之亦然。

最大值均流法戰爭均值均流法類(lèi)似，區別只是每路電流經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管連到一條公共母線(xiàn)上。這種辦法其本質(zhì)是一種“民主均流”辦法，電流最大的那個(gè)模塊自動(dòng)成為主模塊，其他模塊為從模塊，從而“自動(dòng)主從控制”。

均勻值均流和最大值均流法的均流母線(xiàn)斷開(kāi)或者開(kāi)路都不會(huì )影響各個(gè)電源模塊獨立工作，并且是自動(dòng)均流辦法，均流精度比擬高。

圖4為常見(jiàn)均流辦法的原理圖。假如均流母線(xiàn)是并聯(lián)模塊電流的均勻值，則是均勻值均流法；假如是并聯(lián)模塊電流的最大值，則是最大值均流法；假如均流母線(xiàn)是并聯(lián)模塊中的主模塊的電流，則就是主從均流法。但是，在這些均流辦法中，每個(gè)模塊都需求有一套獨立的PWM控制環(huán)。

4 新的均流計劃

本文提出的計劃是基于前所述的每路加一個(gè)簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò )檢測其分配的電流大小。電容C兩端的電壓均勻值就能夠表征這路模塊的電流大小，所以，對系統停止均流控制就是對各路RC網(wǎng)絡(luò )C上電壓停止均壓。其均流原理圖如圖5所示。

圖5中：Vbus為均流母線(xiàn)電壓；

Vref為輸出電壓參考值；

Vs為輸出電壓的采樣值。

其工作原理和過(guò)程如下：

經(jīng)過(guò)檢測RC網(wǎng)絡(luò )中C兩端的電壓，作為電流信號，幾路電流信號(本例只要兩路)經(jīng)過(guò)一個(gè)相同的電阻就得到了均勻值均流母線(xiàn)，均勻值均流母線(xiàn)電壓值與負載有關(guān)，表征負載電流的大小。

然后將每路采樣來(lái)的電流信號與母線(xiàn)電壓比擬，得到誤差信號，去修正輸出電壓參考信號，從而對PWM控制器的占空比輸出停止微調，到達均流和穩壓的目的。

5 實(shí)測結果

樣機是一臺DC5V輸入，2V／40A輸出的4路Buck并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電源，工作頻率為200 kHz，帶上滿(mǎn)載停止丈量每一路電流輸出，均流效果好，誤差在2％以下，電源輸出穩定。當輸出電流越大，即大功率并聯(lián)的電源系統中，均流效果越好。

6 結語(yǔ)

本文經(jīng)過(guò)對常用的電流檢測辦法與均流控制的剖析研討，提出了用一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò )檢測電源輸出電流的辦法，并在這種電流檢測辦法的根底上給出了一種簡(jiǎn)單的并聯(lián)絡(luò )統均流的計劃。這種計劃使電流檢測很便當，能高效率、低本錢(qián)、簡(jiǎn)單、便當地完成并聯(lián)絡(luò )統的均流。

來(lái)源：C114

這種辦法能夠很便當、簡(jiǎn)易、沒(méi)有損耗地對電流停止采樣。