基于并联开关电源的功率比例分配研究毕业论文(编辑修改稿)

基于并联开关电源的功率比例分配研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

分配负载电流，外特性的差异是电流难以分配的根源 .正常情况下，各并联模 块输出电阻是个恒值，输出电流不均衡主要是由于各模块输出电压不相等引起。 电流分配的实质即是通过均流控制电路，调整各模块的输出电压，从而调整输出电流，以达到电流分配的目的。 一般开关电源是一个电压型控制的闭环系统，电流分配的基本思想是采样各自输出电流信号，并把该信号引入控制环路中，来参与调整输出电压。 选择不同的电流信号注入点，可以直接调节系统基准电压、反馈电压误差、或者反馈电流误差，形成多种电流分配方案，以满足不同的稳态性能和动态响应。 西京学院本科毕业设计（论文） 6 电流分配方法 根据并联电源系统中模块之间有无传递电流分配信号的 互连线，所有电流分配方法可归成两大类：下垂法和有源电流分配法，下垂法为模块之间只有输出端导线相连。 有源电流分配法除了连接输出导线外，还用电流母线把各模块连在一起。 下垂法 下垂法（又叫斜率法，输出阻抗法）是最简单的一种 电流分配 方法。 其实质是利用本模块电流反馈信号或者直接输出串联电阻，改变模块单元的输出电阻，使外特性的斜率趋于一致，达到 电流分配。 由图 （ b）可见，下垂法的 电 流精度取决于各模块的电压参考值、外特性曲线平均斜率及各模块外特性的差异程度。 选择不同的电流反馈信号注入点，可以修正控 制环路的反馈电压值或基准电压。 图 （ a）为采用调节基准电压来改变电压参考值的方式下所对应的外特性曲线图。 可见电压参考值的差异越小，均流效果越好。 图 （ b）为采用调节反馈电压值来改变斜率的方式下所对应的外特性曲线图。 外特性斜率越陡， 电流分配 效果越好。 图 （ a）调节基准电压 图 （ b）调节反馈电压 常用的下垂法均流控制框图如图 所示。 iV 为电流放大器输出信号，与模块输出电流成比例 iK ， fV 为电压反馈信号，显然 00 IKVKV iV  ，当某模块电流增加时， iV 上升， eV 下降，通过反馈使该模块输出电压随之下降，即外特西京学院本科毕业设计（论文） 7 性向下倾斜，接近其他模块的外特性，从而其他模块电流增大，实现 电流分配。 电压误差放大器 E/A 具有很大的直流增益 0K，假设 0K→∞ 时  ViOOOre fO KKIViKIKVV V // m a x  ，改变电压环 和 电流环的 比例 参数可以获取期望的外特性。 图 下垂法电流分配控制框图 此外，在模块输出端与负载之间串联一定的电阻值也是一种调节输出电阻的下垂法。 缺点为串联电阻会消耗额外电能。 较为经济的办法是串联热敏电阻，其阻值随在电阻上消耗的热能变化而改变，同样达到 电流分配。 而且，电流不连续模式下的 Buck、 Boost、 BuckBoost 变换器和串联谐振变换器 本身就固有一定的外特性下垂率，这类变换器可以直接并联运行，实现自然均流。 下垂法的特点可归纳如下：模块之间无互连通讯线。 实为开环控制，小电流时 电流分配 差，随着负载增加 电流分配 效果有所改善。 对稳压源而言，希望外特性斜率越小越好，而下垂法则以降低电压调整率为代价来获取 电流分配 ，该法可以应用在 电流分配 精度大于或等于 10%的场合。 对于不同额定功率的并联模块，难以实现 电流分配。 有源电流分配法 有源 电流分配 法是 电流分配 方法中的一大类别，其特征是采用互连通讯线连接所有的并联模块，用于提供共同的电流 参考信号。 一般并联变换器采用电流型控制，即电流内环和电压外环双环控制，以下把功率级和电流内环作为变换器的基本单元。 在基本单元外设计控制结构和母线连接方式，形成各类有源 电流分配法，如主从法、平均电流法、最大电流法等。 控制结构指均流环与电压环如何配置，图 电流分配 法的三种控制西京学院本科毕业设计（论文） 8 结构：电压环环外调整、环内调整和双环调整。 环外调整中均流环从电压环外部叠加（图 ）， 电 流母线带宽低，对噪音不敏感，但由于受到低带宽电压环限制， 电流分配 控制反应比较缓慢。 环内调整中 电流分配 环从电压环内叠加（图） ， 电流分配 环可以很好的和电流环结合起来，整个结构简单， 电流分配 信号从环内注入，其带宽不受电压环的限制，反应速度快， 电 流母线的电压从电压调整放大器获得，但容易引起噪声。 双环调整中 电流分配 环和电压环并行一起作用于基本单元（图 ）。 (c)双环调整 图 三种控制结构 电 流母线连接方式指如何从所有的模块中获取公共电流参考信号，表明了模块间的主从关系。 图 显示了三种 电 流母线的连接：自主配置、平均配置和指定配置。 自主配置（图 ）中，各个模块和母线之间通过二极管连接，只有具备最大电流的模块 对应的二极管才能导通， 电 流母线上代表的是最大电流信号。 平均配置（图 ）中，各个模块和母线之间通过参数完全一致的电阻连接，电 流母线上代表的是平均电流。 指定配置（图 ）中，只有人为指定的模块直接连接 电 流母线 ,成为主模块。 西京学院本科毕业设计（论文） 9 图 三种电流母线连接方式 最大电流法 图 所示为最大电流法控制框图，对比图 、图 可见最大电流分配技术由环外调整和母线自主配置相结合而成，不改变模块基本单元的内部结构，只需在电压环外面叠加一个电流环，各模块间接一条电流线 CSB。 图 最大电流法 因为二极管单向性，只有电流最大的模块才能与电流母线相连，该模块即为主模块。 其 余为从模块，比较各自电流反馈与电流线之间电压的差异，通过误差放大器输出来补偿基准电压达到 电流分配。 特点是：（ 1）这种 电流分配 方法一次只有一个单元参与调节工作，主模块永远存在且是随机的，为实现冗余最常用的方法。 （ 2）二极管总存在正向压降，因此主模块的 电流分配 会有误差。 （ 3） 电流分配 是一个从模块电流上升并超过主模块电流的过程，系统中主、从模块的身份不断交替，各模块输出电流存在低频振荡。 Unitrode IC 公司开发的均流控制芯片 UC390 UC3907 正是基于最大电流自动 电流分配 的思想，简 化了并联电源系统的设计与调试，得到广泛应用。 平均电流 分配 法 环外调整结构和母线平均配置相结合形成平均电流 分配 法。 即将 图 中的二极管用一个电阻 R 代替。 如果所有电阻 R 参数完全一致， 电流 线的电压反映了西京学院本科毕业设计（论文） 10 所有模块电流的平均值。 当 csba UU  时表明已经达到 电流分配 ，如果电流分配不均，电阻 R上出现电压，该电压通过误差放大器输出一个误差电压，从而修正基准电压，以达到 电流分配 目的。 平均电流法是一项专利技术，可以实现精确的均流。 缺点是当 电流 母线短路或某个模块不工作时母线 电压下降，将促使每个模块电压下调，甚至达到下限，造成故障。 解决办法是自动地把故障模块从 电 流母线上切除。 主从 电流分配 法 在并联电源系统中，人为的指定一个模块为主模块，直接连接到电流母线，其余的为从模块，从母线上获取 电流分配 信号。 图 为采用电压环内调整结构的主从电流分配法。 主模块工作于电压源方式，从模块的误差电压放大器接成跟随器的形式，工作于电流源方式。 因为系统在统一的误差电压下调整，模块的输出电流与误差电压成正比，所以不管负载电流如何变化，各模块的电流总是相等。 图 主从电流分配法 采用这种 电流分配 法，精度很高，控制结构简单，模块间联线复杂。 缺点是一旦主模块出现故障，整个系统将完全瘫痪，宽带电压回路容易产生噪声干扰。 使用中主、从模块间的联线应尽量短。 西京学院本科毕业设计（论文） 11 3 降压斩波电路 降压斩波电路的概念 降压斩波电路 是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电 路 ， 该电路 一般由 脉冲宽度调制 （ PWM）控制IC 和 MOSFET 构成。 降压开关电源属于直流开关电源非隔离式单管 DC/DC 转换器的派生型。 降压斩波电路的特点 降压斩波电路是将直流电流变为另一固定电压或可调直流电，也成为直接变换器。 其主要特点有：非常小的内部损耗；非常小的温度漂移；很高的输出电 压稳定度；很好的负载和线性调整率；很宽的工作温度范围；较宽的输入范围；外围电路非常简单，使用起来极为方便。 降压斩波电路的原理 PWM 控制信号 PWM 波形的产生和控制是降压斩波电路的技术核心之一，本文采用的是模拟电路构成三角波和直流信号发生电路，用比较器来确定他们的交点，以形成等脉宽 PWM 波。 如图 所示。 西京学院本科毕业设计（论文） 12 图 PWM 控制信号 降压主电路 直流降压斩波主电路使用一个全控电压驱动器件 IGBT。 用控制电路和驱动电路来控制 IGBT 的导通或关断。 当 t=0 时， V 管被激励趋于导通， VD 要承受反压。 在 V 管接通的的 t1 时间内，开关管 V 流过的电流就是电感电流，电感 L 中电流直线上升，能量存能电感中。 电源 E向负载供电，负载电压 0U =E,负载电流io 按指数曲线上升。 当 t=t1 时刻 V 管 关断，由于电感储能作用，电感电流必须要按某一路径流通，能量要释放。 其中二极管 VD 势必导通，电感电流可通过负载， VD 形成通电回路。 电流经二极管 VD 续流，负载电压 0U 近似零，负载电流指数曲线下降。 为了使负载电流连续且脉动小，故应串联较大的电感 L。 当电路工作稳定时，负载电流在一个周期的初期和终值相等， ETTU on ，式中 onT 为 V 处于通态时间， ofT 处于断态时 间； T为开关周期； TTon/为占空比，简称导通比。 西京学院本科毕业设计（论文） 13 图 降压斩波电路主电路 负载电流的平均值为 I= 0U /R 若负载中 L 值较小，则在 V 关断后，到了 T2 时刻，负载电流已 衰减至零，会出现负载电流断续的情况。 有波形可见，负载电压 0U 平均值被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 图 降压电。