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模块电源并联均流的方法

来源:上海宏允电子有限公司 日期:2016年11月05日  点击数:载入中...

随着模块电源市场日趋成熟,一些低电压输入超大功率的模块电源越来越受到客户的青睐,但是在一些低压大功率场合中,单台模块电源是无法满足负载功率要求的,于是就需要考虑并联。利用多台中/小功率的电源并联,不仅可以达到负载功率要求,降低应力;而且还可以应用冗余技术,提高系统的可靠性。实验证明,两台并联系统的故障率远小于单台电源的故障率,因此多台的情况下,系统的可靠性将显著增强。

模块电源并联要解决的首要问题就是均流问题。均流以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配,防止一台或多台模块运行在电流极限状态。因为并联运行的各模块特性并不一致,外特性好的可能承担更多的电流,甚至过载;而外特性差的运行在轻载,甚至空载。这样不均匀的电流使得热应力大,降低了可靠性。实验证明,电子元器件温升从25度上升到50度时,其寿命仅为25度时的1/6

    因此,对若干个开关变换器模块并联的电源系统,其要求是:

    1) 各模块承受的电流能自动平衡,实现均流

    2) 为提高系统的可调性,尽可能不增加外部均流控制的措施,并使均流与冗余技术结合

    3) 当输入电压和/或负载电流变化时,应保持输出电压稳定,并且均流的瞬态响应好

常见的均流方法有:

1、 输出阻抗法(下垂法,电压调整率法)

并联的各模块的外特性呈下垂特性,负载越重,输出电压越低。在并联时,外特性硬(内阻小)的模块输出电流大;外特性软的模块输出电流小。输出阻抗法的思路是,设法将外特性硬(内阻小、斜率小)的外特性斜率调整得接近外特性软的模块,使得两个模块的电流分配接近均匀。


2、 主从设置法

主从设置法即是认为选定一个模块作为主模块(Master Module),其余模块作为从模块(Slave Module)。用主模块的电压调节器来控制其余并联模块的电压调整值,所有并联模块内部具有电流型内环控制。由于各从模块电流按同一基准电流调制(主模块的电压误差转换成的基准电流),从而与主模块电流一致,实现均流。

主从设置法的主要缺点:

    1) 主从模块之间必须有通讯联系,使系统复杂

    2) 若主模块失效,整个系统将不能工作,不适用与冗余并联系统

    3) 电压环的带宽大,容易受外界干扰

3、 平均电流自动均流法

用均流母线来连接所有电源模块输出电流取样电压的输出端,均流母线上的电压由所有并联电源模块系统取样电压,经各电源模块的均流电阻所提供。通俗地说,即是均流母线的电压为各模块电流信(以电压呈现)的平均值,然后各模块的电流信号(以电压呈现)再与均流信号比较,得到补偿量用来进行控制。

平均电流自动均流法可以精确均流。但是,当连接在母线上的某一个模块不工作时,将导致母线平均值降低,电压下调,到达下线时出现故障。

4、 最大电流法自动均流

又称“民主均流法”,该法与主从设置法相似,区别在于主模块是不固定的,系统中电流最大的模块自动作为主模块工作。

5、 热应力自动均流法

该法按每个模块的电流和温度(即热应力)自动均流。系统中仍以各模块电流平均值得到均流母线作为比较参考,各模块的电流信号再与均流母线作比较得到误差,进而补偿控制。(目前不太明白与前面的平均电流法的区别)

6、 外加均流控制器

应用此法时,每个模块的控制电路中都需要加一个特殊的均流控制器,用以检测并联各模块电流不均衡情况,调整控制信号,从而实现均流。但是均流控制器的引入增加了系统的复杂性,若设计不正确,可能使系统不稳定。

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