一種新型的并聯(lián)開關(guān)電源的均流方法
0 引言
在大功率DC／DC開關(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(guī)范化等優(yōu)點(diǎn)。但是在并聯(lián)中遇到的主要問題就是電流不均，特別在加重負(fù)載時(shí)，會(huì)惹起較為嚴(yán)重的結(jié)果。普通的均流辦法是采取獨(dú)立的PWM控制器的各個(gè)模塊，經(jīng)過電流采樣反應(yīng)到PWM控制器的引腳FB或者引腳COMP，即反應(yīng)運(yùn)放的輸入或者輸出腳來凋節(jié)輸出電壓，從而到達(dá)均流的目的。顯然，電流采樣是一個(gè)關(guān)鍵問題：用電阻采樣，損耗比擬大，電放逐大后畸變比擬大；用電傳播感器本錢高；用電流互感器采樣不是很便當(dāng)，州時(shí)會(huì)使電流失真。本文提出了一種新型的、便當(dāng)?shù)摹o損的電流采樣辦法，并在這種電流檢測(cè)辦法的根底上完成了并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的均流。
1一種新的電流采樣辦法
如前所述，在均流系統(tǒng)中一些傳統(tǒng)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(cè)辦法的原理和應(yīng)用。
電流檢測(cè)電路由一個(gè)簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò)組成，沒流過L的電流為iL，流過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(duì)式(1)在一個(gè)開關(guān)周祈求均勻值得
式中：VL是電感上的電壓在一個(gè)開關(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(fù)載電流ILoad;
Ic是電容在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)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(cè)負(fù)載電流及電感電流的大小，只需檢測(cè)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(dāng)、簡(jiǎn)易、沒有損耗地對(duì)電流停止采樣。
2 基于新的電流采樣辦法的均流原理
以兩路并聯(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(dāng)在工藝上設(shè)計(jì)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(qǐng)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
開關(guān)電源并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)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(diào)理開關(guān)變換器的外特性傾斜度(即調(diào)理輸出阻抗)，以到達(dá)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)開關(guān)電源系統(tǒng)中。這種均流系統(tǒng)中有電壓控制和電流控制，構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種辦法請(qǐng)求每個(gè)模塊問有通訊，所以使系統(tǒng)復(fù)雜化，并且當(dāng)主模塊失效時(shí)，整個(gè)電源系統(tǒng)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上，構(gòu)成均勻值母線。當(dāng)某模塊電壓比母線電壓高時(shí)，輸出電壓降落，反之亦然。
最大值均流法戰(zhàn)爭(zhēng)均值均流法類似，區(qū)別只是每路電流經(jīng)過一個(gè)二極管連到一條公共母線上。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斷開或者開路都不會(huì)影響各個(gè)電源模塊獨(dú)立工作，并且是自動(dòng)均流辦法，均流精度比擬高。
圖4為常見均流辦法的原理圖。假如均流母線是并聯(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(dú)立的PWM控制環(huán)。
4 新的均流計(jì)劃
本文提出的計(jì)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(cè)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(duì)系統(tǒng)停止均流控制就是對(duì)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。
其工作原理和過程如下：
經(jīng)過檢測(cè)RC網(wǎng)絡(luò)中C兩端的電壓，作為電流信號(hào)，幾路電流信號(hào)(本例只要兩路)經(jīng)過一個(gè)相同的電阻就得到了均勻值均流母線，均勻值均流母線電壓值與負(fù)載有關(guān)，表征負(fù)載電流的大小。
然后將每路采樣來的電流信號(hào)與母線電壓比擬，得到誤差信號(hào)，去修正輸出電壓參考信號(hào)，從而對(duì)PWM控制器的占空比輸出停止微調(diào)，到達(dá)均流和穩(wěn)壓的目的。
5 實(shí)測(cè)結(jié)果
樣機(jī)是一臺(tái)DC5V輸入，2V／40A輸出的4路Buck并聯(lián)的開關(guān)電源，工作頻率為200 kHz，帶上滿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(wěn)定。當(dāng)輸出電流越大，即大功率并聯(lián)的電源系統(tǒng)中，均流效果越好。
6 結(jié)語(yǔ)
本文經(jīng)過對(duì)常用的電流檢測(cè)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(cè)電源輸出電流的辦法，并在這種電流檢測(cè)辦法的根底上給出了一種簡(jiǎn)單的并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)均流的計(jì)劃。這種計(jì)劃使電流檢測(cè)很便當(dāng)，能高效率、低本錢、簡(jiǎn)單、便當(dāng)?shù)赝瓿刹⒙?lián)絡(luò)統(tǒng)的均流。
來源：C114
這種辦法能夠很便當(dāng)、簡(jiǎn)易、沒有損耗地對(duì)電流停止采樣。
2 基于新的電流采樣辦法的均流原理
以兩路并聯(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(dāng)在工藝上設(shè)計(jì)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(qǐng)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
開關(guān)電源并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)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(diào)理開關(guān)變換器的外特性傾斜度(即調(diào)理輸出阻抗)，以到達(dá)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)開關(guān)電源系統(tǒng)中。這種均流系統(tǒng)中有電壓控制和電流控制，構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種辦法請(qǐng)求每個(gè)模塊問有通訊，所以使系統(tǒng)復(fù)雜化，并且當(dāng)主模塊失效時(shí)，整個(gè)電源系統(tǒng)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上，構(gòu)成均勻值母線。當(dāng)某模塊電壓比母線電壓高時(shí)，輸出電壓降落，反之亦然。
最大值均流法戰(zhàn)爭(zhēng)均值均流法類似，區(qū)別只是每路電流經(jīng)過一個(gè)二極管連到一條公共母線上。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”。
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