【文章內(nèi)容簡介】 分配負(fù)載電流，外特性的差異是電流難以分配的根源 .正常情況下，各并聯(lián)模 塊輸出電阻是個恒值，輸出電流不均衡主要是由于各模塊輸出電壓不相等引起。電流分配的實(shí)質(zhì)即是通過均流控制電路，調(diào)整各模塊的輸出電壓，從而調(diào)整輸出電流，以達(dá)到電流分配的目的。一般開關(guān)電源是一個電壓型控制的閉環(huán)系統(tǒng)，電流分配的基本思想是采樣各自輸出電流信號，并把該信號引入控制環(huán)路中，來參與調(diào)整輸出電壓。選擇不同的電流信號注入點(diǎn)，可以直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓、反饋電壓誤差、或者反饋電流誤差，形成多種電流分配方案，以滿足不同的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 電流分配方法 根據(jù)并聯(lián)電源系統(tǒng)中模塊之間有無傳遞電流分配信號的 互連線，所有電流分配方法可歸成兩大類：下垂法和有源電流分配法，下垂法為模塊之間只有輸出端導(dǎo)線相連 。有源電流分配法除了連接輸出導(dǎo)線外，還用電流母線把各模塊連在一起。 下垂法 下垂法（又叫斜率法，輸出阻抗法）是最簡單的一種 電流分配 方法。其實(shí)質(zhì)是利用本模塊電流反饋信號或者直接輸出串聯(lián)電阻，改變模塊單元的輸出電阻，使外特性的斜率趨于一致，達(dá)到 電流分配 。由圖 （ b）可見，下垂法的 電 流精度取決于各模塊的電壓參考值、外特性曲線平均斜率及各模塊外特性的差異程度。選擇不同的電流反饋信號注入點(diǎn)，可以修正控 制環(huán)路的反饋電壓值或基準(zhǔn)電壓。圖 （ a）為采用調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓來改變電壓參考值的方式下所對應(yīng)的外特性曲線圖?？梢婋妷簠⒖贾档牟町愒叫?，均流效果越好。圖 （ b）為采用調(diào)節(jié)反饋電壓值來改變斜率的方式下所對應(yīng)的外特性曲線圖。外特性斜率越陡， 電流分配 效果越好。 圖 （ a）調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓 圖 （ b）調(diào)節(jié)反饋電壓 常用的下垂法均流控制框圖如圖 所示。 iV 為電流放大器輸出信號，與模塊輸出電流成比例 iK ， fV 為電壓反饋信號，顯然 00 IKVKV iV ???? ，當(dāng)某模塊電流增加時， iV 上升， eV 下降，通過反饋使該模塊輸出電壓隨之下降，即外特西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 性向下傾斜，接近其他模塊的外特性，從而其他模塊電流增大，實(shí)現(xiàn) 電流分配 。電壓誤差放大器 E/A 具有很大的直流增益 0K，假設(shè) 0K→∞ 時? ? ViOOOre fO KKIViKIKVV V // m a x ???? ，改變電壓環(huán) 和 電流環(huán)的 比例 參數(shù)可以獲取期望的外特性。 圖 下垂法電流分配控制框圖 此外，在模塊輸出端與負(fù)載之間串聯(lián)一定的電阻值也是一種調(diào)節(jié)輸出電阻的下垂法。缺點(diǎn)為串聯(lián)電阻會消耗額外電能。較為經(jīng)濟(jì)的辦法是串聯(lián)熱敏電阻，其阻值隨在電阻上消耗的熱能變化而改變，同樣達(dá)到 電流分配 。 而且，電流不連續(xù)模式下的 Buck、 Boost、 BuckBoost 變換器和串聯(lián)諧振變換器 本身就固有一定的外特性下垂率，這類變換器可以直接并聯(lián)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自然均流。 下垂法的特點(diǎn)可歸納如下：模塊之間無互連通訊線 。實(shí)為開環(huán)控制，小電流時 電流分配 差，隨著負(fù)載增加 電流分配 效果有所改善 。對穩(wěn)壓源而言，希望外特性斜率越小越好，而下垂法則以降低電壓調(diào)整率為代價來獲取 電流分配 ，該法可以應(yīng)用在 電流分配 精度大于或等于 10%的場合 。對于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實(shí)現(xiàn) 電流分配 。 有源電流分配法 有源 電流分配 法是 電流分配 方法中的一大類別，其特征是采用互連通訊線連接所有的并聯(lián)模塊，用于提供共同的電流 參考信號。一般并聯(lián)變換器采用電流型控制，即電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)雙環(huán)控制，以下把功率級和電流內(nèi)環(huán)作為變換器的基本單元。在基本單元外設(shè)計(jì)控制結(jié)構(gòu)和母線連接方式，形成各類有源 電流分配法，如主從法、平均電流法、最大電流法等。 控制結(jié)構(gòu)指均流環(huán)與電壓環(huán)如何配置，圖 電流分配 法的三種控制西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 結(jié)構(gòu)：電壓環(huán)環(huán)外調(diào)整、環(huán)內(nèi)調(diào)整和雙環(huán)調(diào)整。環(huán)外調(diào)整中均流環(huán)從電壓環(huán)外部疊加（圖 ）， 電 流母線帶寬低，對噪音不敏感，但由于受到低帶寬電壓環(huán)限制， 電流分配 控制反應(yīng)比較緩慢 。環(huán)內(nèi)調(diào)整中 電流分配 環(huán)從電壓環(huán)內(nèi)疊加（圖） ， 電流分配 環(huán)可以很好的和電流環(huán)結(jié)合起來，整個結(jié)構(gòu)簡單， 電流分配 信號從環(huán)內(nèi)注入，其帶寬不受電壓環(huán)的限制，反應(yīng)速度快， 電 流母線的電壓從電壓調(diào)整放大器獲得，但容易引起噪聲 。雙環(huán)調(diào)整中 電流分配 環(huán)和電壓環(huán)并行一起作用于基本單元（圖 ）。 (c)雙環(huán)調(diào)整 圖 三種控制結(jié)構(gòu) 電 流母線連接方式指如何從所有的模塊中獲取公共電流參考信號，表明了模塊間的主從關(guān)系。圖 顯示了三種 電 流母線的連接：自主配置、平均配置和指定配置。自主配置（圖 ）中，各個模塊和母線之間通過二極管連接，只有具備最大電流的模塊 對應(yīng)的二極管才能導(dǎo)通， 電 流母線上代表的是最大電流信號 。平均配置（圖 ）中，各個模塊和母線之間通過參數(shù)完全一致的電阻連接，電 流母線上代表的是平均電流 。指定配置（圖 ）中，只有人為指定的模塊直接連接 電 流母線 ,成為主模塊。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 三種電流母線連接方式 最大電流法 圖 所示為最大電流法控制框圖，對比圖 、圖 可見最大電流分配技術(shù)由環(huán)外調(diào)整和母線自主配置相結(jié)合而成，不改變模塊基本單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需在電壓環(huán)外面疊加一個電流環(huán)，各模塊間接一條電流線 CSB。 圖 最大電流法 因?yàn)槎O管單向性，只有電流最大的模塊才能與電流母線相連，該模塊即為主模塊。其 余為從模塊，比較各自電流反饋與電流線之間電壓的差異，通過誤差放大器輸出來補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓達(dá)到 電流分配 。 特點(diǎn)是：（ 1）這種 電流分配 方法一次只有一個單元參與調(diào)節(jié)工作，主模塊永遠(yuǎn)存在且是隨機(jī)的，為實(shí)現(xiàn)冗余最常用的方法 。（ 2）二極管總存在正向壓降，因此主模塊的 電流分配 會有誤差 。（ 3） 電流分配 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。 Unitrode IC 公司開發(fā)的均流控制芯片 UC390 UC3907 正是基于最大電流自動 電流分配 的思想，簡 化了并聯(lián)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，得到廣泛應(yīng)用。 平均電流 分配 法 環(huán)外調(diào)整結(jié)構(gòu)和母線平均配置相結(jié)合形成平均電流 分配 法。即將 圖 中的二極管用一個電阻 R 代替。如果所有電阻 R 參數(shù)完全一致， 電流 線的電壓反映了西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 所有模塊電流的平均值。當(dāng) csba UU ? 時表明已經(jīng)達(dá)到 電流分配 ，如果電流分配不均，電阻 R上出現(xiàn)電壓，該電壓通過誤差放大器輸出一個誤差電壓，從而修正基準(zhǔn)電壓，以達(dá)到 電流分配 目的。 平均電流法是一項(xiàng)專利技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)精確的均流。缺點(diǎn)是當(dāng) 電流 母線短路或某個模塊不工作時母線 電壓下降，將促使每個模塊電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限，造成故障。解決辦法是自動地把故障模塊從 電 流母線上切除。 主從 電流分配 法 在并聯(lián)電源系統(tǒng)中，人為的指定一個模塊為主模塊，直接連接到電流母線，其余的為從模塊，從母線上獲取 電流分配 信號。圖 為采用電壓環(huán)內(nèi)調(diào)整結(jié)構(gòu)的主從電流分配法。主模塊工作于電壓源方式，從模塊的誤差電壓放大器接成跟隨器的形式，工作于電流源方式。因?yàn)橄到y(tǒng)在統(tǒng)一的誤差電壓下調(diào)整，模塊的輸出電流與誤差電壓成正比，所以不管負(fù)載電流如何變化，各模塊的電流總是相等。 圖 主從電流分配法 采用這種 電流分配 法，精度很高，控制結(jié)構(gòu)簡單，模塊間聯(lián)線復(fù)雜。缺點(diǎn)是一旦主模塊出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將完全癱瘓，寬帶電壓回路容易產(chǎn)生噪聲干擾。使用中主、從模塊間的聯(lián)線應(yīng)盡量短。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 降壓斬波電路 降壓斬波電路的概念 降壓斬波電路 是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電 路 ， 該電路 一般由 脈沖寬度調(diào)制 （ PWM）控制IC 和 MOSFET 構(gòu)成。 降壓開關(guān)電源屬于直流開關(guān)電源非隔離式單管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的派生型。 降壓斬波電路的特點(diǎn) 降壓斬波電路是將直流電流變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)直流電，也成為直接變換器。其主要特點(diǎn)有：非常小的內(nèi)部損耗；非常小的溫度漂移；很高的輸出電 壓穩(wěn)定度；很好的負(fù)載和線性調(diào)整率；很寬的工作溫度范圍；較寬的輸入范圍；外圍電路非常簡單，使用起來極為方便。 降壓斬波電路的原理 PWM 控制信號 PWM 波形的產(chǎn)生和控制是降壓斬波電路的技術(shù)核心之一，本文采用的是模擬電路構(gòu)成三角波和直流信號發(fā)生電路，用比較器來確定他們的交點(diǎn)，以形成等脈寬 PWM 波。如圖 所示。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 PWM 控制信號 降壓主電路 直流降壓斬波主電路使用一個全控電壓驅(qū)動器件 IGBT。用控制電路和驅(qū)動電路來控制 IGBT 的導(dǎo)通或關(guān)斷。當(dāng) t=0 時， V 管被激勵趨于導(dǎo)通， VD 要承受反壓。在 V 管接通的的 t1 時間內(nèi)，開關(guān)管 V 流過的電流就是電感電流，電感 L 中電流直線上升，能量存能電感中。電源 E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓 0U =E,負(fù)載電流io 按指數(shù)曲線上升。 當(dāng) t=t1 時刻 V 管 關(guān)斷，由于電感儲能作用，電感電流必須要按某一路徑流通，能量要釋放。其中二極管 VD 勢必導(dǎo)通，電感電流可通過負(fù)載， VD 形成通電回路。電流經(jīng)二極管 VD 續(xù)流，負(fù)載電壓 0U 近似零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小，故應(yīng)串聯(lián)較大的電感 L。 當(dāng)電路工作穩(wěn)定時，負(fù)載電流在一個周期的初期和終值相等， ETTU on? ，式中 onT 為 V 處于通態(tài)時間， ofT 處于斷態(tài)時 間； T為開關(guān)周期； TTon/為占空比，簡稱導(dǎo)通比。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 降壓斬波電路主電路 負(fù)載電流的平均值為 I= 0U /R 若負(fù)載中 L 值較小，則在 V 關(guān)斷后，到了 T2 時刻，負(fù)載電流已 衰減至零，會出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況。有波形可見，負(fù)載電壓 0U 平均值被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 圖 降壓電