【正文】 通 、 斷開關(guān) 的 工作方式把一種直流電壓（ 或 電流）變換為高頻方波電壓（ 或 電流），再 通過 整流 濾 波 電路變成 另一種直流電壓輸出。而 兩對開關(guān)導(dǎo)通 存在 時間差。 推挽型變換器 推挽型變換器是典型的逆變整流型變換器，電路結(jié)構(gòu)和工作波形如圖 23 所示。 D C / D C變 換 器比 較放 大P W M驅(qū) 動 器U IU rR 1U oR 2 圖 21 開關(guān)電源的基本構(gòu)成 V 3P W MA+TV 1V 2LC+_U oU r+U iR 1R 2 圖 22 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路 DC/DC 變換器有多種形式， 運用最多 的有 PWM 變換器 和諧振型變換器，其中PWM 變換器的工作波形為方波，諧振型變換器的工作波形為準(zhǔn)正弦波 。 （ 3）電力工程直流電源設(shè)計的標(biāo) 準(zhǔn)化和規(guī)范化，先后三次修訂了全國性的直流系統(tǒng)典型設(shè)計修訂，有效地促進(jìn)了電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化 [10]。 以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的高頻開關(guān)電源。 目前市場上開關(guān)電源中功率管多 采用 MOSFET 的開關(guān)電源，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)100kHz。 如果 采用多個高頻開關(guān)電源模塊 ，并將其 并聯(lián)運行， 并聯(lián) 的電源 系統(tǒng)中每個 整流模塊處理較小功率 ，系統(tǒng)就能 提供大功率 的 輸出 ，使得 上述單臺電源遇到的問題 得以解決。 Evenness of current in parallelling。電力控制必須具備安全可靠的控制電源。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集 體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 本文 詳細(xì)討論了均流的幾種控制方法 ，得出民主均流法為電力系統(tǒng)中最實用的均流 方式， UC3902 芯片的問世，加速了民主均流技術(shù)的推廣，并廣泛應(yīng)用于電力控制電源。 由于 變電站繼電保護裝置、自動化裝置、事故照明、通信電源和交流不停電電源（ UPS）的直流逆變負(fù)載的 增多 ，組建一個容量 大 、安全可靠、不間斷供電的 直流 電源系統(tǒng) 是非常急迫的 。 供電電源的小型化是 電子裝置 的 小型 和 輕量化的 重要環(huán)節(jié) ，因此 必須 盡可能 使電源電路的損耗 降低。 高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)有多種 [2]： （ 1）按 DC/DC 變換器的工作方式分：①單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式等；②降壓型、升壓型和升降壓型等。 2． 發(fā)展研究直流系統(tǒng)規(guī)范化階段 20 世紀(jì) 80 年代中期至 20 年代末為發(fā)展研究直流系統(tǒng)規(guī)范化階段。開 關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖 21 所示，其中的核心部分是 DC/DC 變換器 ， 進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，此外還有起動 電路 、過流與過壓保護 電路 、噪聲濾波等電路。 該 變換器把直流電壓或電流變換為高頻方波電壓或電流， 通過 變壓器升壓或降壓后，再 通過 整流 器和 濾波 器 變?yōu)?平滑的直流電壓或電流，故該 變換器又稱逆變整流型變換器。 為 了 避免 S1 和 S2 同時導(dǎo)通引起的變壓器一次側(cè)繞組 發(fā)生 短路，每個開關(guān)的占空比應(yīng)滿足 的條件為： onstD T? ≤ 50%， 并且 還要留有死區(qū) 。因此變壓器鐵芯和繞組可得到最佳利用，從而使 傳送效率 得到提高。對 PWM 控制器，加在開關(guān)管S 兩端的電壓 us 及通過 S 的電流 is 的波形近似為方波，如圖 27 所示。 D C / D CU sRR L U oU oΔ UU o m a xΔ IR =Δ UΔ II o (a) 單臺 開關(guān)變換器的外特性 D C / D C 變 換 器R 1R L12R 2I 1I 2U oU o m a xI oU oU o 39。 后者就是均流技術(shù)的基礎(chǔ) [8]。實質(zhì)是利用開關(guān)電源輸出電阻的開環(huán)技術(shù)來獲取電流輸出平衡。 采用引入輸出電流反饋的方法實現(xiàn)均流。rU 是基準(zhǔn)電壓 rU 和均流控制電壓 cU 的綜合，它與 fU 進(jìn)行比較放大后，產(chǎn)生 eU （電壓誤差）來控制 PWM 及驅(qū)動器。rU ，以達(dá)到均流的目的。 +U e電 流 放 大U rU I 1P W M1主 模 塊+U eU I kP W Mk從 模 塊U cU c+U eU I nP W Mn從 模 塊U c......U f 圖 34 主從設(shè)置法均流控制原理圖 圖中每個模塊都是雙環(huán)控制系統(tǒng)。通常希望主控電源電壓取樣反饋回路的帶寬不宜太寬，主從電源 間 的連接應(yīng)盡量短 [16] [17] [18]。 ++功 率 級負(fù) 載 均 流電 流放 大電 壓 放 大a b均流母線U b均 流 控 制 器U cU r++U fU r ’U IU e 圖 35 最大電流法自動均流控制原理圖 最大電流自動均流法與主從設(shè)置均流法相比較，不同的是最大電流法實現(xiàn)負(fù)載均流時，其主電源模塊是隨時變換的。但它的缺點也很明顯：首先它是通過改變模塊等效內(nèi)阻實現(xiàn)均流，在提高均流性能的同時會導(dǎo)致模塊的電壓調(diào)整率下降。 電 流 檢 測 放 大 器12348765偏 差 欠 壓 鎖 定G N DS E N S EA D JA D J R緩 沖 級 調(diào) 整 放 大 器0 . 6 V5 0 m V跨 導(dǎo) 式 誤 差 放 大 器V c cS H A R E +S H A R E C O M P均 流 檢 測 放 大 器負(fù) 載 均 分 控 制 器限 壓 2 . 3 VR4 0 R均 流 驅(qū) 動 放 大 器 圖 41 UC3902 內(nèi)部電路原理圖 電流檢測放大器，其增益為 40。如果把反饋網(wǎng)絡(luò)連接在誤差放大器的反向輸入端與輸出端，那么所代表的輸出電流是不準(zhǔn)確的。就是通過 ADJI 改變 ADJR 上的電壓來調(diào)節(jié)模塊的輸出電壓，從而實現(xiàn)模塊間的均流 [20][23]。 對檢測電阻的選擇 要考慮 2 個因素： ① 最大功耗； ② 通過檢測電阻的最大壓降。 AVo→Vis ： 該增益是輸出電壓和檢測電阻上電壓間的關(guān)系，由負(fù)載阻抗值決定 ： SENSEVo VisLRA R? ? （ 44） ACSA：電流檢測放大器 的 增益， 其值 為 40 不變 。 確定電流檢測電阻 RSENSE 由 （ 41）式， m a xm a x m a xS E N S E S E N S ES E N S EO C S A OUUR I A I?? ?， 式中： USENSEmax 為電流檢測放大器的最高電壓， ACSA 為增益， ACSA=40； IOmax為電源模塊的最大輸出電流， IOmax=25 A。 確定調(diào)整電阻 RADJ 由（ 43）式， m a x m a xm a xO O S E N S EA D JA D JU I RR I? ? ?? ， ΔUOmax 為輸出電壓最大調(diào)整范圍。 CC 和 RC 也可經(jīng)過實際電路調(diào)整。OI （有均流）的測試結(jié)果如表 41 所示。憑著優(yōu)越的技術(shù)性能和良好的價格性能比，高頻開關(guān)電源將成為直流電源更新?lián)Q代的首選產(chǎn)品。并且一旦單臺電源發(fā)生故障，則導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰 [10]。通過比較幾種均流方法，總結(jié)出民主均流法是高頻模塊并機使用的最佳方案。這除了自身努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。 時間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤。高頻開關(guān)電源是電氣工程學(xué)科一直探討的熱門話題，老師的諄諄誘導(dǎo)、同學(xué)的出謀劃策及家長的支持鼓勵，是我堅持完成畢業(yè)論文的動力源泉。 同時本文也存在不足之處，比如 二極管總存在正向壓降， 因此主模塊的均流會有誤差；均流是一個從模塊電流上升并超過主模塊電流的過程，系統(tǒng)中主、從模塊的身份不斷交替，各模塊輸出電流存在低頻振蕩。并聯(lián)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。因直流電源故障而引發(fā)的事故時有發(fā)生。 咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 無均流控制時，兩模塊并聯(lián)運行的輸出電流動態(tài)波形如圖 45 所示。仿真時特建立了輸出特性不一致的兩個模塊進(jìn)行并聯(lián)均流分析。 確定補償元件 RC 和 CC 補償元件 RC 和 CC 可由均流環(huán)增益求得。由于 RSENSE 的選擇要從電阻的最大功耗及其最大壓降來考慮，功耗受效率和器件額定功率的限制。 AEA：誤差放大器增益 ， EA M CO MPA G X?? （ 45） 式中 GM 為跨導(dǎo)， XCOMP 為復(fù)頻函數(shù)補償器件的阻抗。最大壓降 要 與芯片內(nèi)部對信號的限制相對應(yīng)， 關(guān)鍵 是防止電流檢測放大器的飽和， 電流檢測 放大器輸出的最高電壓 maxSENSEU 是CCU 的函數(shù)，根據(jù)芯片 手冊 和實際調(diào)試的經(jīng)驗，取 5 10VV? 左右 ，相應(yīng)可得： maxSENSESENSECSAUU A? ， 式中電流檢測放大器的增益 40CSAA ? 。此芯片只需要很少的外部元器件。同時，跨導(dǎo)放大器需要一高的輸入與輸出阻抗，用電流源輸出阻抗代替電壓源輸出阻抗，相應(yīng)的跨導(dǎo)被定義為 A/V，乘以帶有補償網(wǎng)絡(luò)阻抗的跨導(dǎo) Gm，就轉(zhuǎn)化為 V/V。因為均流驅(qū)動放大器為單位增益，所以均流驅(qū)動放大器的輸出電壓等于電流 檢測放大器的輸出電壓。它為每一個模塊電源提供 一個電流基準(zhǔn)值，而所有并聯(lián)模塊電源則依據(jù)這個基準(zhǔn)值來調(diào)整 輸出電流，實現(xiàn)系統(tǒng)總電流在各并聯(lián)電源中的精確均分，是一種優(yōu)良的均流方法 [16]。因而這種控制方法能夠?qū)收夏K自動隔離，便于實現(xiàn)系統(tǒng)冗余和熱插拔，提高系統(tǒng)的可靠性 [16] [17] [18]。這種方法和平均電流法相似，只是將后者和均流線相連的電阻換成了二極管（令 a咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 點接二極管陽極， b 點接陰極）。 rU 為主模塊的基準(zhǔn)電壓， fU 為輸出電壓反饋信號。 按平均電流均分負(fù)載電流的方法可以精確的實現(xiàn)負(fù)載均流，但它同時存在缺陷。 現(xiàn)在討論兩個模塊并聯(lián)（ n=2）的情況， 1IU 及 2IU 分別為模塊 1 和 2 的電流信號，都經(jīng)過阻值相同的電阻 R 接到母線 b，因此，當(dāng)流入母線的電流為零時，可得下式： 12 0I b I bU U U URR???? （ 39） 或 122IIb UUU ?? （ 310） 即母線電壓 bU 是 1IU 和 2IU 的平均值，也代表了模塊 l、模塊 2 輸出電流的平均值。 由于用輸出阻抗法均流的系統(tǒng) 的 電壓調(diào)整率差，因此這一方法不可能用在電壓調(diào)整率要求很高（ 例如 3%或小于 3%）的電源系統(tǒng) 中 [16] [17] [18]。而且為了實現(xiàn)均流，各模塊需要個別調(diào)整，對于不同額定功率的模塊難以實現(xiàn)均流。這就要求系統(tǒng)在任何時刻都得確保相關(guān)聯(lián)的各臺電源承受的電、熱應(yīng)力基本相當(dāng)。 I o 1 39。一種是保持開關(guān)工作周期 Ts 不變，控制開關(guān)導(dǎo)通時間 ton 的脈沖寬度調(diào)制（ PWM）方式， 這種方式普遍采用。 對全橋型變換器用 PSIM 軟件做了仿真，電路圖和波形圖見附錄。 全橋型變換器 全橋型變換器電路如圖 24 所示， S S3 及 S S4 是兩對開關(guān)，重復(fù)交互通斷。非隔離型變換器用到的場合不多，本文從略。圖 22 是一種電路實現(xiàn)形式 [2]。 （ 2）以閥控鉛酸蓄電池和智能高頻開關(guān)電源模塊裝置為代表的直流新技術(shù)、新設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用，奠定了直流電源技術(shù)的基礎(chǔ)。 （ 3）按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分，有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。另一方面，開關(guān)電源中的變壓器、電抗器等磁性元件及電容元件的損耗，也隨頻率的提高而增加 [3]。并且一旦系統(tǒng)中某 臺電源發(fā)生故障，則 易 導(dǎo)致整個系統(tǒng) 處于 崩潰 狀態(tài) 。 Highfrequency switching power。 作者簽名： 日 期： 摘 要 III 摘 要 電力控制系統(tǒng)是電力設(shè)備安全運行的保證。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐?的部分或全部內(nèi)容。 關(guān) 鍵 詞 ：控制電源；高頻開關(guān)電源；并聯(lián)均流；民主均流 咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 IV