开关转换器的自动均流法[2]

时间:2008-10-20
  自动均流法(Automatic Approach)又称做外加均流控制器法(External Controller Ap-proach)。在每个模块的控制电路中都需要加一个特殊的均流控制器SC(Sharing Con-troller)。用以检测并联各模块电流的不均衡情况,通过调节控制信号UC,以实现均流。这种方法还需要有一根带宽较窄的通信线,称为均流母线(Share Bus)连接各个模块。以下证明均流母线电压Ub与各模块电流的平均值成正比,因此有的文献也称这种控制方法为平均值均流法(Average Current Method)。

  模块k(k=1,2,…,n)的均流控制器SCk,其输入为均流母线电压Ub和模块K负载电流Iok的检测信号Uik,SCk的输出USCK与基准电压Ur进行比较,并连同负载反馈电压Uf(由电压检测器提供)经过电压放大器(图中未画出),去控制PWM及驱动器。在各均流控制器的输人端各接一个电阻R。

  以n=2的并联系统为例,来说明均流控制器的工作原理,其电路如图1所示。每个均流控制器由开关Sk(k=1,2),电压跟随器(又称为缓冲放大器)和误差放大器组成。电压跟随器的输入端经过开关Sk接到均流母线上。当所有的开关S都合上时,忽略电压跟随器的输人电流,有

时并联均流的控制原理电路图

  图1 n=2时并联均流的控制原理电路


  即母线电压Ub是Ui1和Ui2的平均值,它代表了模块1和模块2输出电流的平均值。

  Uik与Ub之差代表均流误差(环流),通过误差放大器生成信号USCK(Ub可能大于也可能小于Uik,因此USck可能为正,也可能为负)。当Uik=Ub时,电阻R上的电压为零,USCK=0,表明这时已实现了均流。当R上有电压出现时,说明模块之间电流分配不均匀,Uik≠Ub,这时基准电压将按式(1⒈12)修正:

  U'r=Ur-USCk

  相当于通过均流误差放大器改变 U'r,以达到均流的目的。如模块k的输出电流偏大,则

  Uik>Ub

  模块尼的等效基准电压U'rk变小,因此通过电压闭环调节,其输出电压降低、输出电流随之减小。

  平均值自动均流法可以地实现均流,但具体应用时会出现一些特殊问题。例如,当均流母线发生短路,或接在母线上的任一个模块不能工作时,母线电压下降,将使各个模块电压下调,甚至到达其下限,结果造成故障。

  对于几个模块并联的情况

  Ub=(Uil+…+Uik+…+Ui)/n

  如果第屁个模块失效,则第k个均流控制器的开关Sk断开,第k个SC从均流母线上撤出,这时Ub代表剩下的n-1个模块的平均电流为∑Im(n -1),m=1,2,…,k-1,k+1,…,n根据上述原理,同样可以实现n -1个并联模块的均流。

  采用这种方法实现自动均流,可以使几个并联模块的电流不均匀度(即均流误差,见式(11-1))在5%以内。

  一般来说,应用均流母线技术,既要检测模块电流,又要在窄频带的均流环中用运算放大器产生电流误差信号,以调节基准电压,将使并联电源系统的瞬态过程复杂化。为了避免使系统瞬态性能变坏,甚至不稳定,应该正确设计均流环的增益。此外,这种均流电路对噪声很敏感,应注意合理布线和接地。为了解决这些问题,有的参考文献提出用比较器和低通滤波器(无源积分器)电路来代替电流误差放大器的方案。
  


  

参考文献:

[1]. n-1 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/n-1_1997158.html.


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