基于并联开关电源的功率比例分配研究(2)

1.1开关电源技术发展方向

进入21世纪，开关电源技术将有更大的发展，主要集中在以下几个方面 a.高性能碳化硅功率半导体器件

可以预见，碳化硅将是21世纪最有可能成功应用的新型功率半导体器件材料，碳化硅的优点就是：禁带宽，工作温度高，通态电阻小，导热性能好，漏电流极小，PN结耐压高等等。

b.高频磁技术

基于并联开关电源的功率比例分配研究

高频开关电源中用了多种磁原件，有许多基本问题需要研究，如磁芯损耗的数学建模，磁滞回线仿真建模，高频变压器一维和二维仿真模型等。此外，高频磁原件的设计决定了高频开关电源的性能，损耗分布和波形，因此，人们希望给出设计推测、方法、磁参数和结构参数与电路性能的依赖关系，明确设计的自由度与约术条件等，同时，人们将研究损耗更小，散热性能更好，磁性能更优越的高频磁性材料。高频磁技术材料的研究还包括磁电混合集成技术，即将铁氧体或其他薄膜材料高密度集成在硅片上，或者将硅材料集成在铁氧体上。

c.新型电容器

研究开发适用于功率电源系统用的新型电容器和超大电容。要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。20世纪90年代末，美国已经开发出330uF新型固体钽电容，其ESR显著下降。

d.功率因数校正AC-DC开关变换技术

开关电源输入侧有整流器、电容平波电路，使其输入电流呈尖脉冲状，谐波分量很高，一半功率因数仅有0.65左右。对电网产生很大的谐波污染；同时对其他设备有很大的干扰，引起仪器仪表和保护装置的误测量、误动作。开关电源的高次谐波抑制，及功率因数的提高主要采用无源功率因数校正技术（PFC）有源功率因数校正技术（APFC）和简化电路方式等方法。

e.高频开关电源的电磁兼容研究

高频开关电源的电磁兼容问题通常涉及到开关过程产生的di/dt,du/dt,它引起强大的传导性电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危机附近操作人员的安全。同时，开关电源内部的控制电路也必须能承受主电路及工业应用现场的

电磁噪声的干扰，显然，在电磁兼容领域，有许多前沿课题有待研究，如典型电路与系统的传导干扰和辐射干扰建模；印制板电路和开关电源EMC优化设计软件；大功率开关电源EMC测量方法的研究。

f.开关电源的设计、测量技术

建模、仿真和CAD是一种新的、方便且节省的设计工具。为了仿真开关电源，首先要进行建模。仿真模型中应包括电力电子器件，变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁原件和磁场分布模型，电路分布参数模型等，还要考虑开关管的热模型，可靠性模型和EMC模型。开关电源的CAD，包括主电路和控制电路设计、

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器件选择、参数优化、磁设计、热设计EMI设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。此外，开关电源的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展。

g.开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高

低电压、大电流的开关电源的开数据处理系统的速度和效益日益提高，新一代处理器的逻辑电压抵达1.1到1.8V，而电流达50到100A，其提供电源低电压、大电流输出DC-DC变换器模块将会成为开关电源新的研究方向之一。

1.2题目分析

开关电源电路是电力电子电路的一种，被广泛应用在小功率及各种电子设备领域，顾名思义，开关电源就是电力电子器件在看管状态的电源 ，对于DC/DC电路，可以变换的对象主要是电压和电流。在这道题中，要求使用两块开关电源模块并联形成的供电系统，输出电压稳定在8V，电流比例可调节。这道题的难点就在与实际操作中开关电源不能同时控制输出电压和电流，但既要输出稳定电压，又要电流呈一定比例。利用MATLAB仿真技术搭建电路，掌握PWM波产生原理及其占空比的调节方法，降压斩波电路的原理及搭建，输出电压反馈的调节，并利用MATLAB的Simulink环境，搭建降压结构DC/DC转换器的仿真电路，采用电流分配法，用调节电源模块的输出，来实现并联模块之间的电流分配。建立其线性模型，得到由控制到输出的传递函数，对系统进行补偿，使系统的稳定性达到最优。并进行仿真分析，调整电路结构、元件参数和仿真参数。

1.3设计任务与指标

设计一个有两个额定输出功率为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统，如图1.1所示。

图1.1两个DC/DC模块并联供电系统主电路示意图

a.调整负载电阻值额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压Uo 8.0 0.4V。

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b.额定输出功率工作状态下，供电形同效率不低于60%。

c.调整负载电阻，保持输出电压Uo 8.0 0.4V,是两个模块输出电流之比为1:1和1:2。

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2 并联特性及电流分配方法

2.1并联特性

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。如果两个模块的参数完全相同，即V1max V2max，R1 R2，两条外特性曲线重合，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1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1将运行于满载或超载限流状态，影响了系统可靠性。

（a）并联等效电路

（b）输出外特性

图2.1两个模块并联均流原理图

可见，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。

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2.2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。

2.2.1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2.1（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2.2（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2.2（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2.2（a）调节基准电压

图2.2（b）调节反馈电压

常用的下垂法均流控制框图如图2.3所示。Vi为电流放大器输出信号， …… 此处隐藏：2738字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……