大功率开关电源 大工 奥鹏.doc

大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目： 大功率开关电源并联均流技术的研究 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日II大功率开关电源并联均流技术的研究内容摘要新时代对电源的三大基本要求是：高可靠性、高效率、低电磁干扰。近几年来，开关电源技术随着近些年的发展已经日渐成熟，但是研制大功率高性能的开关电源仍是人们不断努力和追求的目标。本文就详细介绍了一种大功率开关电源的先进技术大功率开关电源并联均流技术。在大量电子设备的实际应用过程中，往往因为使用单台直流电源的输出参数（如电压、电流、功率）不能满足要求或发生故障，这样就引起整个系统效率低下甚至系统崩溃。大功率开关电源并联均流系统利用多个中、小功率的电源模块并联，通过改变并联模块的数量来满足不同功率的负载，每个模块承受较小的电应力，使得电源保持较高的效率和较快的动态响应，可以很好地满足大功率电源在性能、重量、体积、效率和可靠性等方面的要求。关键词：电源；大功率开关电源；并联均流技术目 录内容摘要I引 言11 开关电源的并联均流系统概念32 开关电源的并联均流技术42.1 均流的概念42.2 均流的一般原理42.3 常用的均流方法53 结束语10参考文献11引 言早在70年代，分布式电源系统DPs(Distributing PowerSystem)概念就已出现，最初应用于计算机供电系统和通信电源中。在此之前，每个通信系统往往各有两套完全一样的电源设备，虽然提高了可靠性，但成本增加了一倍。相对于传统集中式供电系统，它是利用最新电源理论和技术做成相对较小的电源功率模块来组合成积木式、智能化的大功率电源系统。分布式电源系统的引进，在提高可靠性和规范性的同时，也降低了成本，引起了人们的关注。图1分布式电源并联结构图随着分布式电源系统的发展，越来越多的电源系统采用模块并联技术。如图1所示，多个开关电源模块灵活地并联组合成大功率分布式电源体系是目前实现开关电源大功率化的主要途径。由于负载功率均分在各个并联模块中，每个模块的容量减小了，简化了热设计，提高了系统可靠性。模块电源具有独立性和灵活性，其容量可以任意扩展，更容易实现电源系统的冗余。它完全打破了功率上的局限，可根据用户的需求、如同搭积木似地任意组合模块，增大系统功率；使电源系统的体积、重量大为降低；且系统可方便地采用冗余设计，从而提高了系统的可靠性，当某一模块发生故障，可以热更换此模块，其它模块则平均分摊故障模块的负载，丝毫不影响系统的正常工作，从而提高了系统的安全性。由于系统可由标准化的模块组合而成，因而电源产品的种类也可减少，便于规范化，这样一方面可降低不同容量电源的设计成本和重复投资，另一方面还可减少生产和维护费用。所以，模块化电源为实现大功率、高可靠度的电源系统提供了可能。由于模块化分布电源具有规范化、模块化堤计，便于扩容，可靠性高，功率密度大(目前DCDC电流模块中功率级的功率密度可达6Wcm3)，维修方便等待点，分布式电源系统也广泛应用在航天、大型计算机供电系统、通讯电源系统，银行电源系统、仪器仪表和家用电器等许多应用领域中。在模块化分布电源系统中，为了实现完全稳定可靠的冗余系统，模块化电源的并联技术则显得尤为重要，一直以来是电源领域研究的热点问题。并联运行中每个模块的外特性不一致，外特性好(电压调整率小)的模块，可能承担更多的电流，甚至过载，从而使某些外特性差的模块运行于轻载或者空载的状态下，其结果必然是分担电流多的模块可靠性大大降低。因而，在多模块并联运行系统中必须引入有效的负载分配机构或均流控制策略。这种并联模块均流技术是实现模块化大功率电源系统的重点，它可保证各模块间电应力和热应力的均匀、合理分配，防止一个或多个模块工作于电流极限状态。因此，实现开关电源模块的并联运行是进一步提高分布式电源系统运行可靠性和扩大供电容量而需要解决的技术问题，也成了近年来电源领域人们研究的一个热门问题。获取完整word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款1 开关电源的并联均流系统概念电源系统的发展方向之一是用分布式电源系统代替集中式电源供电系统。和集中式电源系统相比，分布式电源系统有更多的优点：提高了系统的灵活性：可将模块的开关频率提高到兆赫级，从而提高了模块的功率密度，使电源系统的体积、重量下降；各个模块的功率半导体器件的电应力减小，提高了系统的可靠性，分布系统可方便的实现冗余；减少产品种类，便于标准化。当今供电系统的要求趋势一个是高可靠性，一个是大功率化，这两者都与开关电源的并联运行控制密切相关。开关电源的并联运行主要有以下三个好处：(1)可以用来灵活地扩大开关电源系统的容量；(2)可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性；(3)具有极高的系统可维修性能，在单个模块出现故障时，可以很方便的进行热插拔更换或维修。由于以上的原因，即大功率负载需求和分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流(Current Sharing)措施，用以保证模块间电应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台工作在电流极限状态。因为并联运行的各个模块特性并不一样，外特性好的模块，可能承担更多的电流，其结果必然是分担电流多的模块，热应力大，降低了可靠性。对若干个开关变换器模块并联的电源系统，基本要求是：(1)各模块承受的电流能自动平衡，实现均流。(2)为了提高系统的可靠性，每个模块应尽可能不增加外部均流控制措施，使均流技术与冗余技术相结合。(3)当输入电压或负载电流变换时应保持输出电压稳定并且均流的瞬态响应好。(4)当有公共的均流母线时，其带宽应小，以降低噪音。均流的主要任务有：(1)当负载变化时，每台负载的输出电压变化相同；(2)使每台电源的输出电流按功率份额均摊。电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个电源系统在扩展后能够稳定、可靠地工作。不论电源模块是扩压还是扩流，都存在一个“均压”，“均流”的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。2 开关电源的并联均流技术2.1 均流的概念一套开关电源系统至少需要两个开关电源模块并联工作，功率大的电源系统甚至需要数十个电源模块并联工作，这就要求并联工作的电源模块能够共同平均分担负载电流，即均分负载电流。均分负载电流的作用是使系统中的每个模块都能有效地输出功率，使系统中各模块处于最佳工作状态，以保证电源系统能够稳定、可靠、高效地工作。负载均分性能一般以负载不平衡度指标来衡量，负载不平衡度越小，其均分性能越好，即各模块实际输出电流值距系统要求值的偏离点和离散性越小。国家有关标准和信息产业部入网要求其均分负载不平衡度不大于输出额定电流值5。 2.2 均流的一般原理并联电源系统中各模块按照外特性曲线分配负载电流，外特性的差异是电流难以均分的根源。正常情况下，各并联模块输出电阻为恒值，输出电流不均衡主要是由于各模块输出电压不相等引起。均流的实质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，以达到均分电流的目的。一般开关电源是个电压型控制的闭环系统，均流的基本思想是采用各自输出电流信号，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，可以直接调节系统的基准电压、反馈电压误差或者反馈电流误差，形成多种均流方案，以满足不同的稳态性能和动态响应。在电源模块并联化的过程中主要解决的问题是模块间的均流问题，即如何将负载电流平均地分配给每一个模块电源，同时使输出电压符合要求并保证系统稳定工作。如果无法保证并联模块间负载电流的均分，必将使某些模块的输出电流较大，而另外一些输出电流较小，甚至不输出，这样会导致分担电流多的模块开关器件的热应力增大，系统的可靠性降低。此外为了实现DCDC模块的并联均流还要解决包括提高系统容错能力和动态响应速度，降低噪声等问题。并联模块输出电流不平均的根本原因是模块参数的不一致，每一个DCDC模块电源都有其相应的输出特性曲线。图2.1为两个模块并联工作时的等效电路及其外特性曲线。a并联等效电路获取完整word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款b输出外特性图2.1 两个模块并联均流原理图如果两个模块的参数完全相同，即V1=V2，置；R1=R2，两条外特性曲线重台，负载电流均匀分配。如果其中一个模块的电压参考值较高，输出电阻较小(外特性斜率小)，如图2.3中的模块1，则该模块将承受大部分负载电流，负载增大，模块l将运行于满载或过载限流的状态，影响了系统可靠性。可见，并联电源系统中各模块按照外特性曲线分配负载宅流，外特性差异是电流难以实现均分的根源。2.3 常用的均流方法2.3.1 输出阻抗法获取完整word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上的受他们剥削，所以我们代写价格最便宜，我们承诺您可以通过之后再付款图2.2 输出阻抗法原理图2.3.2 主从设置法2.3.3 平均电流自动均流法2.4.4 最大电流自动均流法这是一种自动设定主模块和从模块的方法，即在n个并联的模块中，输出电流最大的模块，将自动成为主模块，而其余的模块则为从模块，它们的电压误差依次被整定，以校正负载电流分配的不平衡，又称为“自动主从控制法”。由于在n个并联的模块中，事先没有人为设定哪个模块为主模块，而是按电流大小排序，电流大的模块，自动成为主模块，所以也有人称这个方法为“民主均流法”。图25所示最大电流自动均流法与图2.4所示的平均电流自动均流法的差别，仅在于将连接在电流放大器和均流总线之间的电阻用二极管(令a点接二极管阳极，b点接阴极)代替。这时均流母线上的电压Vb反映的是并联各模块的Vf中的最大值。由于二极管的单向性，只有对电流最大的模块，二极管才导通，a点才能通过它与均流母线相连。假设在正常情况下，各模块分配的电流是均衡的。如果某个模块电流突然增大，成为n个模块中电流最大的一个，于是Vf上升，该模块自动成为主模块，其它各模块为从模块。这时Vb=VImax，而各模块的Vf与Vb (即VImax)比较，通过调整放大器调整基准电压，自动实现均流。图2.5最大电流法自动均流控制电路原理图美国Unitrode集成电路公司根据最大电流自动均流法的均流原理，研制开发了UC3907系列负载均流集成控制器。为了减少主模块均流误差，UC3907用单向缓冲器(Buffer)代替二极管。UC3907可调节电源模块的电压，并实现模块间的均流，简化了并联电源(线性或开关电源)系统的设计与调试。3 结束语本文详细介绍了了开关电源并联均流技术的概念及特点、均流的概念以及并联均流的一般原理。并且详细分析了常用的均流控制方法，其中以输出阻抗法和最大电流自动均流法应用最为广泛，并且已有现成的集成控制芯片。而且对常用的均流方法进行了比较：输出阻抗法的均流精度太低；主从设置法和平均电流法都无法实现冗余技术，因而电源模块系统的可靠性得不到很好的保证。因此最大电流自动均流法以其均流精度高，动态响应好，可以实现冗余等技术特点，越来越受到产品开发人员的青睐。 获取完整word格式文档或者论文代写请联系：QQ 248173788电话们是在校研究生，同时也一直写各个专业的奥鹏论文，直接跟我们联系，省去了找他们代写网站上的