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详解电源模块均流的方方面面

发布时间:2020-07-21 18:32:32 阅读: 来源:开关套厂家

在很多大电流输出的场合,为了提高系统的可靠性,比较常用的一个方法就是采用热备份——多个电源模块并联使用。每个电源模块还具备在线插拔的功能。以便于拆卸和维修、维护。

但是我们知道,每个电源模块的内阻是略有不同的,而输出电压也不可能做到完全一致。故而,稳压输出的电压源是不可以直接并联的,或者是即便并联了,每个模块的输出功率各不相同。有可能会出现闲的闲死,忙的忙死的现象——有的模块在超负荷工作,损耗发热都比较厉害,寿命会降低。而有的工作于轻载,甚至都没有进入较好的工作状态(例如移相全桥,轻载时不容易实现软开关),也对电源健康不利。

这时候,我们需要一种手段,让各模块输出功率基本相同。这种把负载平均分配到各模块的手段,我们称之为均流。

均流的方法有很多种,例如:

1,输出阻抗法,又叫下垂法、倾斜法、电压调整率法。是通过调节电源的输出内阻的方式来实现的。这个方法的特点是简单。但最大的缺点是电压调整率差。

2,主从设置法,人为的在并联的模块中选一个主模块,别的模块的输出向这个模块靠拢。最大的问题是,如果主模块失效,那么整个电源系统都不能工作了。

3,平均电流自动均流法,把各模块的电流采样放大后通过一个电阻连到公用的均流母线上,大家按照均流母线上的平均电压来实现调整完成均流。平均电流自动均流法可以实现精确均流,但如果均流母线发生短路,或者某个模块发生故障,母线电压下降会使各模块电压下调。

4,最大电流自动均流法,又叫自动主从均流、民主均流,在所有并联模块中,输出电流最大的那个模块自动成为主模块,其他模块的输出向这个模块靠拢。

5,还有其他很多方法,例如热应力自动均流、外加均流控制器的均流等等。

目前应用比较广泛的是最大电流自动均流法,有专门为这设计的IC,例如UC3907等。但是在这里,我不打算用专用IC,仅采用普通的运放,来尝试实现此功能。采用ORCAD来仿真。

具体的工作原理其实很简单,就是把本模块的电流采样值和均流的值进行误差放大,然后用误差放大器的值去调节电压反馈环路的值,使输出电压发生变化,以调节本模块的输出电流,使电流反馈值与均流母线的值相同,从而实现了最大电流自动均流。

下面的图,就是单个模块内部的均流电路,U1A是电压误差放大器,U2A是电压采样的电压跟随器,U3A是电流采样放大器,把采集到的电流信号,反向放大100倍为正电压信号,U4A为均流误差放大器,U5A为电压跟随器,将本模块输出电流的采样信号输出到均流母线上,但此电压跟随器稍微有点变化,就是如果均流母线上的电压比本模块的电流采样信号的电压高的话,那么本模块的信号就不会输出到母线上。所以,母线上的电压信号,永远是输出电流最大的那个模块的。此外,还有一个模型E,这是一个把输出电压放大的模块,此处用来作为电源变换器来使用,将电压误差放大器的输出信号放大作为输出,增益设置为10。负载,我用了一个9A的电流源来模拟恒流负载。

好,我们把图中中间带着运放的这部分电路,再复制两份,贴在同一电路图中。然后,在其中一个模块的输出上反串联一个电压源,用将这个电压源慢慢升高的方法来模拟此电源模块出故障了的过程,来尝试观察其他的模块是否可以继续保持均流。当然,如果大家有更好的模拟方法,也可以提出来一起研究。

电路复制后,要选择菜单里的windows->j,进入OPJ管理窗口,然后选择标签Hierarchy,点击schematic1,再选菜单TOOLS->annotate,弹出Annotate对话框,在action项选择Unconditional reference update,点击OK。

再从菜单windows回到电路图窗口,进行直流扫描仿真,设定我们反串的电压源从0V扫描到5V,步长0.01V。

进行仿真,放上电流探头,

看仿真结果

可以看到,在反串的电压源电压从0变化到3V的过程中,由于电路的调节功能,模块的输出还是能保持均流的。随后由于模拟反串电压源的电压升高,超出了电路的调节能力,模块的输出电流开始下降,而另外两个模块的输出开始上升,对于那两个正常模块来说,电流还是均衡的。等到故障模块彻底不输出电流了,负载电流完全由两个正常模块平均提供。

改变图1中的R20的阻值,可以改变均流误差放大器对输出电压调节的能力。如果我们将每个模块的这个电阻改为3K,重新做一次仿真,再看电流波形,就可以看出来,在反串电压源从0到5V变化的整个范围,所有模块依然可以均流输出。(电源网原创转载请注明出处)

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