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          電源模塊均流的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法及仿真應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2013-12-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          在很多大電流輸出的場(chǎng)合,為了提高系統(tǒng)的可靠性,比較常用的一個(gè)方法就是采用熱備份——多個(gè)并聯(lián)使用。每個(gè)還具備在線插拔的功能。以便于拆卸和維修、維護(hù)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/227290.htm

          但是我們知道,每個(gè)的內(nèi)阻是略有不同的,而輸出電壓也不可能做到完全一致。故而,穩(wěn)壓輸出的電壓源是不可以直接并聯(lián)的,或者是即便并聯(lián)了,每個(gè)模塊的輸出功率各不相同。有可能會(huì)出現(xiàn)閑的閑死,忙的忙死的現(xiàn)象——有的模塊在超負(fù)荷工作,損耗發(fā)熱都比較厲害,壽命會(huì)降低。而有的工作于輕載,甚至都沒有進(jìn)入較好的工作狀態(tài)(例如移相全橋,輕載時(shí)不容易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)),也對(duì)電源健康不利。

          這時(shí)候,我們需要一種手段,讓各模塊輸出功率基本相同。這種把負(fù)載平均分配到各模塊的手段,我們稱之為均流

          均流的方法有很多種,例如:

          1,輸出阻抗法,又叫下垂法、傾斜法、電壓調(diào)整率法。是通過調(diào)節(jié)電源的輸出內(nèi)阻的方式來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單。但最大的缺點(diǎn)是電壓調(diào)整率差。

          2,主從設(shè)置法,人為的在并聯(lián)的模塊中選一個(gè)主模塊,別的模塊的輸出向這個(gè)模塊靠攏。最大的問題是,如果主模塊失效,那么整個(gè)電源系統(tǒng)都不能工作了。

          3,平均電流自動(dòng)均流法,把各模塊的電流采樣放大后通過一個(gè)電阻連到公用的均流母線上,大家按照均流母線上的平均電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)整完成均流。平均電流自動(dòng)均流法可以實(shí)現(xiàn)精確均流,但如果均流母線發(fā)生短路,或者某個(gè)模塊發(fā)生故障,母線電壓下降會(huì)使各模塊電壓下調(diào)。

          4,最大電流自動(dòng)均流法,又叫自動(dòng)主從均流、民主均流,在所有并聯(lián)模塊中,輸出電流最大的那個(gè)模塊自動(dòng)成為主模塊,其他模塊的輸出向這個(gè)模塊靠攏。

          5,還有其他很多方法,例如熱應(yīng)力自動(dòng)均流、外加均流控制器的均流等等。

          目前應(yīng)用比較廣泛的是最大電流自動(dòng)均流法,有專門為這設(shè)計(jì)的IC,例如UC3907等。但是在這里,我不打算用專用IC,僅采用普通的運(yùn)放,來嘗試實(shí)現(xiàn)此功能。采用ORCAD來仿真。

          具體的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單,就是把本模塊的電流采樣值和均流的值進(jìn)行誤差放大,然后用誤差放大器的值去調(diào)節(jié)電壓反饋環(huán)路的值,使輸出電壓發(fā)生變化,以調(diào)節(jié)本模塊的輸出電流,使電流反饋值與均流母線的值相同,從而實(shí)現(xiàn)了最大電流自動(dòng)均流。

          下面的圖,就是單個(gè)模塊內(nèi)部的均流電路,U1A是電壓誤差放大器,U2A是電壓采樣的電壓跟隨器,U3A是電流采樣放大器,把采集到的電流信號(hào),反向放大100倍為正電壓信號(hào),U4A為均流誤差放大器,U5A為電壓跟隨器,將本模塊輸出電流的采樣信號(hào)輸出到均流母線上,但此電壓跟隨器稍微有點(diǎn)變化,就是如果均流母線上的電壓比本模塊的電流采樣信號(hào)的電壓高的話,那么本模塊的信號(hào)就不會(huì)輸出到母線上。所以,母線上的電壓信號(hào),永遠(yuǎn)是輸出電流最大的那個(gè)模塊的。此外,還有一個(gè)模型E,這是一個(gè)把輸出電壓放大的模塊,此處用來作為電源變換器來使用,將電壓誤差放大器的輸出信號(hào)放大作為輸出,增益設(shè)置為 10。負(fù)載,我用了一個(gè)9A的電流源來模擬恒流負(fù)載。

          電源模塊均流的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法及仿真應(yīng)用

          好,我們把圖中中間帶著運(yùn)放的這部分電路,再?gòu)?fù)制兩份,貼在同一電路圖中。然后,在其中一個(gè)模塊的輸出上反串聯(lián)一個(gè)電壓源,用將這個(gè)電壓源慢慢升高的方法來模擬此電源模塊出故障了的過程,來嘗試觀察其他的模塊是否可以繼續(xù)保持均流。當(dāng)然,如果大家有更好的模擬方法,也可以提出來一起研究。電路復(fù)制后,要選擇菜單里的windows->xxx.opj,進(jìn)入OPJ管理窗口,然后選擇標(biāo)簽 Hierarchy,點(diǎn)擊schematic1,再選菜單TOOLS->annotate,彈出Annotate對(duì)話框,在action項(xiàng)選擇 Unconditional reference update,點(diǎn)擊OK。

          電源模塊均流的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法及仿真應(yīng)用

          再?gòu)牟藛蝫indows回到電路圖窗口,進(jìn)行直流掃描仿真,設(shè)定我們反串的電壓源從0V掃描到5V,步長(zhǎng)0.01V。

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          進(jìn)行仿真,放上電流探頭

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          看仿真結(jié)果

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          可以看到,在反串的電壓源電壓從0變化到3V的過程中,由于電路的調(diào)節(jié)功能,模塊的輸出還是能保持均流的。隨后由于模擬反串電壓源的電壓升高,超出了電路的調(diào)節(jié)能力,模塊的輸出電流開始下降,而另外兩個(gè)模塊的輸出開始上升,對(duì)于那兩個(gè)正常模塊來說,電流還是均衡的。等到故障模塊徹底不輸出電流了,負(fù)載電流完全由兩個(gè)正常模塊平均提供。


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