2023-06-07

输出并联均流电路的设计


我们如何实现电流均衡?当两个模块并联使用时,通常一个模块具有高输出电流,而另一个模块具有低输出电流。在这种情况下,如果我们可以降低具有高输出电流的模块的电压或增加具有低输出电流的模块的电压,我们可以在电流共享的方向上调整每个模块的电流。

实现模块的均流功能一般有以下几种方式:

(1) 输出阻抗法 (下垂法)

该方法通过调整模块的输出阻抗来实现近似均流。如下图所示,单独使用时,如果模块的输出电流增加,则电流信号通过电流检测电阻R1放大并叠加在电压回路的负反馈输入端上。与参考电压Vr比较后,输出信号通过环路反馈,导致输出电压降低,模块输出电流降低。

当并联使用模块时,假设模块1的输出电流高,通过负反馈的电流信号导致模块1的输出电压降低。此时,模块1的输出电流减小,因此模块2的输出电流将增加。最后两个模块实现电流共享。

而且这种均流方式,随着电流的增加,输出电压会下降,不适合对电压精度有要求的后端设备,均流精度相对较低。

(2) 主从设置方法

此方法涉及手动设置一个主模块,所有其他模块都由主模块分配电流作为参考,如下图所示:

图中的每个功率模块是一个双环控制系统。在该控制系统中,工程师将模块l设置为主模块并使其在电压控制下运行,而其他模块被设置为辅助模块并在电流型控制下运行。

Ur为主模块的参考电压,Uf为输出电压反馈信号。在通过电压误差放大器之后,获得误差电压Ue,其用作主模块的电流参考。在与Ui1 (其反映主模块电流的大小) 比较之后,产生控制电压Uc1以控制调制器和驱动器的操作。将根据电流参考Ue来调制主模块电流。

当模块并联使用时,每个从模块的电压误差放大器以跟随器的形式连接。主模块的电压误差Ue被输入到每个跟随器,并且跟随器的输出是Ue,其成为每个从模块的电流参考。因此,根据Ue值调制每个从模块的电流,这与主模块的电流基本一致,从而实现了模块之间的电流共享。

该方法可有效保证产品的稳定运行,不存在电流分布特性差等问题。然而,这种电流共享方法需要主模块和从模块之间的通信连接,并且如果主模块发生故障,则整个电源系统无法正常工作。因此,主模块的稳定性决定了整个系统的可靠性,因此只能用于均流,不适合形成冗余并联系统。

(3) 平均电流法

这种电流共享方法要求每个模块的电流放大器的输出端通过一个阻值相同的电阻R并联到公共总线上,称为ShareBus,如下图所示:

上图为并联模块中各单体模块根据平均电流自动均分电流的电路原理图。从上图可以看出,电压放大器的输入为Vr ',反馈电路为Vr。Vr' 是参考电压Vr和电流共享控制电压VC的和。将其与Vf进行比较和放大以生成Ve (误差电压放大),该Ve控制PWM和驱动器以调节功率级的输出。

当模块并联使用时,所有模块的输出都通过电流采样进行放大,并连接到公共电流共享总线。根据基尔霍夫定律,从所有分支流入母线的电流之和为0,表明:

此时,Vb反映所有模块的平均电流,Vi与Vb之差即为均流误差。在通过误差放大器之后,获得控制电压Vc。当Vb = Vi时,表示各模块电流相等; 当Vb ≠ Vi时,表示电流分布不均匀。不均匀模块的Vi与均流总线Vb之间的误差控制信号与Vr相加并输入到电压放大器以输出误差信号Ve,从而调整模块输出以实现每个模块的均流。

这种方法可以准确地实现均流,但是当均流总线接地或模块发生故障时。它将导致模块电压降低,导致输出故障。

(4) 母线峰值电流法

峰值电流法要求每个模块的电流放大器的输出端并联,通过同一个二极管D连接到同一个电流共享总线 (ShareBus),如下图所示:

当模块并联使用时,电流共享总线Vb等于Vi Vdf (二极管电压降)。即,此时的均流母线电压与各模块的最大Vb正相关。这种电流共享方法可以自动将具有最高负载电流的模块变成主模块,而其他模块控制电路以使输出电流更接近主模块。

这种方法可以确保当一个模块出现故障时,系统仍然可以正常运行,而其他模块将选择另一个主模块。但是,由于均流总线的电流采样电压与模块之间存在一个二极管压降的差异,其他模块无法保持与主模块相同的电流,这对均流的准确性有一定的影响。

3、总结
根据不同的市场应用环境和产品需求定位,可以选择不同的均流方案。目前市场上常见的均流方式是母线峰值电流方式: 例如金盛阳的LMF1000系列,通过母线峰值电流均流方式,不仅可以实现较高的均流精度,还可以实现并联冗余功能,确保一个模块的故障不会对后端产生重大影响,大大提高了系统的可靠性和稳定性。

凭借对市场需求的探索和研究,金盛阳始终致力于电源技术创新,为客户提供更高质量、更稳定的一站式电源解决方案。

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