直流電源均流電路設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 勻地承擔負載功率，提高系統的可靠性。目前，開關電源并聯系統常用的均流方法有：輸出阻抗法、主從均流法、平均電流自動均流法、最大電流自動均流法和外加均流控制器法等，其中最大電流自動均流法因其均流精度高、負載調整率高、動態響應好、易于實現冗余的優點而得到廣泛應用。其工作原理是：在n個并聯的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動成為主模塊，其余的模塊則為從模塊。各從模塊的電壓誤差依次被整定，以校正負載電流分配的不均衡。采用這種方法可以較好地實現冗余，不會因某一個模塊的故障而影響整個系統的運行。 UCC29002是根據最大電流自動均流法開發的8引腳均流控制器，它提供了多個獨立電源或者DC/DC模塊并聯均流所需的所有功能。其主要特點是：(1)精度高：全負載范圍均流誤差小于1%；(2)可高端和低端檢測電流；(3)超低失調電壓的電流檢測放大器；(4)全量程可調節；(5)均流總線對地短路或接電源正極短路保護；(6)小尺寸8管腳MSOP封裝，外圍器件少；(7)工作溫度范圍：40176。～+105176。如圖35是UCC29002的封裝圖：圖35 UCC29002的封裝圖如圖36為UCC29002內部框圖。其均流基本過程為：電流檢測電阻在模塊電源的輸出端檢測到一個與模塊電源輸出電流成比例的信號，送入電流檢測放大器，而電流檢測放大器的輸出與模塊電源的輸出電流成正比例，且作為輸入信號供給均流驅動放大器的正輸入端。由于均流驅動放大器增益為1，所以均流驅動放大器與電流檢測放大器的輸出電壓相等。當該電壓相對于所有模塊電源的電位為最高時，則該電源模塊稱為主模塊，主模塊均流驅動放大器的輸出決定了均流母線電壓。其他模塊電源成為從模塊，由于串聯在均流驅動放大器輸出端的二極管的作用，從模塊的均流驅動放大器輸出不與均流母線相通。圖36 UCC29002內部框圖誤差放大器穩定狀態的輸出電壓是電流檢測放大器的輸出與均流檢測放大器輸出電壓差的函數。當工作在主模塊狀態時電壓差為零時，為確保誤差放大器正確的輸出狀態，有25 mV的偏置電壓串聯在它的反向輸入端，以增加主從模塊之間的轉換裕度。同時將確保工作在主模塊狀態的誤差放大器輸出為零，但所有的從模塊均產生非零的誤差電壓，該誤差電壓與各模塊電源電流檢測放大器的輸出和母線電壓之差成比例的。誤差電壓用來調整模塊電源的輸出電壓，以平衡所有并聯模塊電源的負載電流，這是通過調整放大器和緩沖三極管來實現的。調整放大器輸出的誤差信號用于驅動緩沖三極管。誤差信號定義為iADJ，通過iADJ改變RADJUST上的電壓來調節模塊電源的輸出電壓，從而實現模塊電源間的均流。誤動作保護單元通過比較CSO和LS端的值防止均流總線對地短路或接電源正極短路。當控制芯片發生故障時，通過控制調整放大器啟動和調整邏輯單元，防止輸出錯誤的調節信號，實現對系統的保護。在最理想的情況下該芯片能達到好于1%的均流效果。實際使用中，本作品在大電流時可以達到4%的均流效果。由于多路電源均流技術還在發展，使用UCC29002 時參考資料比較少。影響該芯片均流效果的主要是adj R 。經過嘗試發現在本電路中該電阻取80 歐左右比較合適。EAO 端取10uF 和100 歐作為放電端。對均流效果影響較大的還與取樣電阻有關。由于電源芯片精度較高，小阻值取樣電阻如果誤差較大，電路效果就會很差。，滿足設計要求。由于條件所限，未能找到更小一點的取樣電阻。更小的取樣電阻可以提高電源整體效率。實際制作電路時，差動放大器的外圍電阻是經過四位半萬用表實際量取的，保證了放大器本身的低誤差。 均流芯片模塊設計的實現如圖37是加入UCC29002后的電路:圖37 加入UCC29002后的電路在幾路電源的UCC29002的均流母線連接后，系統會自動選出電流最大的一路。此路UCC29002內部的三極管截止，即沒有電流流入其ADJ腳，故該路中只是反饋線上比無UCC29002時多了一個小電阻（R4，在此取66Ω）。而在電流較小的另一路電源中，UCC29002內部三極管導通，該三極管發射極有一個500Ω電阻到地，此時通過該三極管的電流即為VEAO /500。有此附加電流流過R4后，A點電壓下降，從而B點基準電壓也下降。，TPS5430將增加PWM脈沖寬度，增加VOUT 從而提高該路電流輸出，達到均流目的。在電流取樣中，我們使用了5KΩ的取樣電阻。為了將該路電流值讀入單片機，實現更精確的過流保護，我們曾將UCC29002內部差動放大器提供一個很大的放大倍數，但導致了差動放大器的工作不穩定，同時均流誤差也很大。綜合考慮均流誤差和過流保護，我們將放大倍數減小為100倍。在R4的選擇上，我們試驗了20—100Ω。當R4取20Ω時，只有當兩路電流相差較小時，系統才具有較好的調節能力。當R4取100Ω時，系統對電流有較強的調節能力，但對輸出電壓有較大影響。為了兼顧均流能力及輸出電壓的穩定，我做出了折中的選擇，將R4選定為66Ω。 如圖38是UCC29002均流模塊原理圖1,如圖39是UCC29002均流模塊原理圖2：圖38 UCC29002均流模塊原理圖1圖39 UCC29002均流模塊原理圖2以下是均流模塊原理圖中涉及的原器件以及原理的介紹:1. 電流采樣放大器current sense amplifier (CS＋，CS－，CSO):UCC29002的電流采樣放大器通過一低值電流采樣電阻器便可獲得高精度和較高幅值的電壓。但應注意其放大倍數的設定應滿足CSO的輸出電壓小于供電電源的電壓。2. 均流總線電壓驅動放大器 load share bus driver amplifier (CSO):此放大器事實上實現一個無壓降的理想二極管功能，把二極管放置在放大器的反饋環內，二極管功能自動地被建立起來。均流總線驅動放大器能把自己的輸出電流感應電壓反饋到總線（LS）上，而當母線電壓則不會倒灌回CSO端。3. 均流總線電壓接收放大器load share bus receiver amplifier (LS):此放大器是一電壓跟隨器，把總線電壓反饋回內部供比較器用，同時也保證了均流總線在UC39002內部沒有負載。 4．誤差放大器error amplifier (EAO):放大器的同相輸入端連接均流總線的反饋電壓，反相輸入端連接自的輸出電流感應電壓，比較后的輸出電壓即為誤差電壓，并在輸出端并接3V穩壓管，對電壓峰值予于限制，再給下一級調節放大器使用。5．調節放大器輸出adjust amplifier output (ADJ):內置了500Ω下拉電阻，及用于調節的三極晶體管，采用集電極開路