基于并联开关电源的功率比例分配研究(3)

基于并联开关电源的功率比例分配研究

图2.5三种电流母线连接方式

2.2.3最大电流法

图2.6所示为最大电流法控制框图，对比图2.4、图2.5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2.6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UC3902、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。

2.2.4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2.6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

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所有模块电流的平均值。当Ua Ucsb 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。

2.2.5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2.7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2.7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。

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3 降压斩波电路

3.1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。

3.2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。

3.3降压斩波电路的原理

3.3.1 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3.1所示。

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图3.1 PWM控制信号

3.3.2 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U0=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U0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，U TonE，T

式中Ton为V处于通态时间，Toff处于断态时间；T为开关周期；Ton/T为占空比，

简称导通比。

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图3.2降压斩波电路主电路

负载电流的平均值为I=U0/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U0平均值被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。

图 3.3降压电路波形图

3.3.3 降压反馈回路

根据题目要求，要做到不论输入电压Vi怎样变化，都要得到一定的输出电压

Vo ，并且输出电压值Vo逐渐趋于稳定，所以要设计反馈回路，以达到电压自动调

节。

由公式（3.1）知，输出电压Vo与输入电压Vi 、占空比D有关，那么当输入

电压Vi变化时，只要调节占空比D就可使输出电压Vo自动稳定到要求得到的电

压值。由PWM信号的产生方法可知，调节直流信号b的值可直接调节占空比D，b与D的关系为：

D 1 0.1b （3.1）

结合式3.1和式3.2得： b Vi0.1Vo 0.1Vi) (3.2） 由式 （3.1）可知当输入电压Vi一定时，输出电压Vo只与b有关，所以设

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计如图（3.2）所示反馈回路得到b值。

图中U为实际输出电压，U≈Vo，0.1为实际输出电压U与理想输出电压Vo的差值的反馈比例系数。

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4 软件仿真设计

4.1软件介绍

4.1.1 Matlab仿真软件介绍

Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。当前流行的Matlab 6.5/7.0包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充Matlab的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类. 目前，Matlab已经把工具包延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分 方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。

4.1.2 Simulink仿真环境介绍

Simulink是一个以Matlab的核心数学运算功能、图形处理功能和编程语言为基础的仿真系统。它是Matlab软件 …… 此处隐藏：1623字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……