一种开关电源模块并联供电系统的设计
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55科协论坛·2009年第2期(下)工程技术与产业经济模块化是高频开关电源的发展方向之一,对于并联运行的模块,最关键的问题是单个模块根据各自的功率等级平均负担负载电流,也就是并联模块之间的均流问题。
1 高频开关电源模块并联均流方案之比较为了提高系统的稳定性和实用性,并联电源必须具有下列特性:各模块承受的电流能动平衡,实现均流;当输入电压或负载电流变化时,应保持输出电压稳定,并且均流的瞬态响应好;采用冗余供电系统保证任一电源模块故障时,负载可以获得足够的功率,并且能实现故障模块自动隔离和热更换。
笔者重点对输出阻抗法、主从设置法、平均值均流法和最大电流自动均流法的优缺点进行归纳总结:输出阻抗法是最简单实现并联均流的方法,不需要在并联模块之间建立连线,各个电源模块之间比较独立,它是通过改变模块等效内阻实现并联均流的。
在提高均流性能的同时必然会导致电压调整率的下降,难以应用在电压调整率要求较高的电源系统中。
由于等效内阻相对较小,此方法在大电压、高功率的电源系统中使用收到很大的限制,但由于其简单性,在小功率场合中有着广泛的应用。
主从设置法利用双环控制,提高均流效果,使电源系统的容量大大提高。
但是在工程实践中应用很少,它没有真正实现了冗余系统,主模块的稳定性决定了整个电源系统的性能,失去并联均流系统的大部分优势。
平均电流值自动均流法可以精确的实现均流,可靠性较高。
但当均流母线发生短路,或任何某个模块不工作时,均流母线电压下降,导致系统电压下降,造成电源无法正常工作。
在每个模块输出电流信号和均流母线间串接一个可控开关,在故障情况下及时断开该模块,保证系统正常的工作。
最大电流自动均流法的均流母线体现输出电流最大的那个模块的电流信号即主模块,当其它从模块的输出电流超过主模块的输出电流会自动变成主模块。
此方法可以实现较好的冗余,其控制方法也比较多,是比较理想的均流方法。
2 高频开关电源模块并联负载均流方案通过对不同均流方法的分析,可知不同方法各有各自的优点和缺点。
开关电源模块并联供电系统设计【摘要】选用开关电源芯片LM2596和load sharing芯片UCC29002,并选用两片load sharing芯片UCC29002的配合使用,通过调节上路电路中连接在UCC29002电位器,使上下两路对称,实现自动均流。
并由单片机监控调节,确保电路安全,灵活变换。
【关键词】LM2596;UCC29002;反馈1 系统整体设计方案系统整体如图1所示。
图 1 系统整体框图2 主要模块设计方案2.1 供电系统桥式整流电路的工作原理如图2:e2为正半周时,对D1、D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。
电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
图 22.2 DC模块的选择电源芯片采用美国国家半导体的LM2596—ADJ它是一款降压型的PWM调节方式的开关稳压电源的芯片,内部振荡源频率为150KHZ,最大输出电流3A,最大输出电压40V,基本可以满足题目要求。
它通常被作为恒压电源应用,此时其通过电压取样电压反馈稳压方式达到稳定电压的目的。
2.3 输出电流比例实现方案输出电流比例实现有两种方案。
一是通过单片机控制ucc29002来实现电流比例,但电路极其复杂。
二是调节内部参数使DC-DC模块输出电流1:2。
当电流需要1:1的时候,通过检测,单片机识别选通,让均流模块电路ucc9002工作,实现电流1:1。
UCC29002采用一个高增益、高精度的放大器,能检测到外面的输入的微小的电压变化量,放大倍数的大小可以通过改变外电路的参数获得。
UCC29002中的电流检测放大器的输入偏置电压极低,使得它可以精确的检测到一个阻值很小的电流采样电阻上的微小电流变化量。