电源模块并联供电的冗余机合及均流本事

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所属分类:电源点
电源模块并联供电的冗余结构及均流技术_材料科学_工程科技_专业资料。第 7巷第 2 2 0 0 4年 2月 电 浚教 石 阙 、 f O 1 . 7 NO. 2 F e b r u a r y 2 00 4
电源模块并联供电的冗余机合及均流本事

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电源模块并联供电的冗余机合及均流本事

电源模块并联供电的冗余机合及均流本事

电源模块并联供电的冗余机合及均流本事

  电源模块并联供电的冗余结构及均流技术_材料科学_工程科技_专业资料。第 7巷第 2 2 0 0 4年 2月 电 浚教 石 阙 、 f O 1 . 7 NO. 2 F e b r u a r y 2 00 4 POg ER L 第 7巷第 2 2 0 0 4年 2月 电 浚教 石 阙 、 f O 1 . 7 NO. 2 F e b r u a r y 2 00 4 POg ER L PL 、 I ' ECH NOl OGl ES AN I 】AP PLI CA… 1 I ONS 电源模块 并联供 电的冗余结构及均流技术 田 浩, 杨 向宇 。 , 张伟 刚 , 龚 晟, 孙 明 ( 1 .华南理 工 大学 电力 学院雅达 电源 实验 室 , 广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) ( 2 .广 州四方邦 德 实业有 限公 司 , 广东 广州 5 1 0 6 5 6 ) 摘 要 : 介 绍 了将 电源模 块并联 , 并构 成 冗余结构 进行供 电的好 处, 讲述 了几种传 统的 并联 均流 电 路, 讨 论 了各种 方式 下的 工作过 程及 优缺 点 , 并 对均 流技 术的发展 做 了展 望 : 关键 词 : 电源模 块 ; 并联 ; 冗余 ; 均流 Re d und a nt S t r uc t u r e a nd Cur r e nt Sh a r i ng Te c hn o l o g y o f Pa r a l l e l e d PS U TI AN Ha o。 , YANG Xi a n g — y u。 , ZHANG We i — g a n g ! , GONG S h e n g。 , S UN Mi n g 。 ( 1 . AS TEC P o we r S u p p l y L a b S o u t l 1 Un i '  ̄ e r s i t y o f Te c h n o l o g y . G u a n g z h o u Gu a n g d o n g 5 1 0 6 4 0 C h i n a ) ( 2 . Gu a n g z h o u S i f a n g B D C o L t d , G u a n g z h o u Gu a n g d o n g 5 1 0 6 5 6 C h i n a ) Ab s t r ac t : Th e a d v a n t a g e s o f a d o p t i n g p a t a l l e l p o we r s u p p1 )u n i t s a n ( 1 r e du n d a n t s t r u c t u r e a r e i nt r o d u c e d. So me c us t o n l c ur r e nt s h a r i n g ci r c ui t s a r e d e s c r i b e d .a n d t h e i r wo r k c o u r s e .a ( h ’ an t a g es a n d d i s a d v a n t a g e s a r e di s c u s s e d . Th e n a v i e w o f t h e i mp r o v eme n t o f c ur r e n t s h a r i n g t e c hn o l o g  ̄i s f ( 】 r e c a s t e d . Ke y wo r d s : p o we r s u p p l y u n i t ( P S U) :p a r a l l e l :r e d u n d a n t :( u ne l i t s h a r i n g 中图分 类号 : T N 8 6 文献标 识码 : A 文章编 号 : 0 2 l 9— 2 7 l 3 ( 2 0 0 4 ) 0 2一 O 1 1 4— 0 4 1 概 述 随着 电 力 电子技 术 的发 展 ,各种 电 子装置 对 电源 功率 的要 求 越来 越高 ,对 电流 的要求 也 越来 越大 , 但 受构成 电源 模块 的半 导体功 率器 件 , 磁性 材 料 等 自身性 能 的影 响 ,单 个开关 电源模 块 的输 出参数 ( 如 电压 、 电流、 功率 ) 往往不 能 满足要求 。 若 采用 多个 电源 模块 并联 供 电 , 如 图 l所示 , 就不 但 可 以提供 所需 电流 ,而且 还 可以形 成 Ⅳ+m冗 图 1 多个 电 源模 块 并 联 供 电框 图 大缩 短 :国外有 资料 表 明 ,电子 元器 件在 工 作环 境 温度 超过 5 &C时 的寿命 是 在常 温 ( 2 5  ̄ C)时 的 l / 6 。因此 , 使 各 并联 电 源模块 的输 出电 流平 均分 配 ,是提 高并 联 电源 系统 稳定 性 的一 个必 须 解决 的 问题 = 余 结构 , 提 高 了系统 的稳定 性 , 可谓一 举两 得 : 但 是 ,在 电 源模块 并 联 运行 时 ,由 于各 个模 本 文从均 流 电路 的拓 扑结 构 出发 ,介 绍 几种 传统 的并联 均流 方案 , 对 于其他 均流 方案 ( 比如按 热应 力 自动 均 流法 ) , 暂不 做讨 论 。对于 文 中提 到 块 参数 的分散性 ,使其 输 出 的电流 不 可能 完全 一 样, 导 致有 些模 块 负荷 过 重 , 有些 模块 过 轻 。这 将 使 系统 的稳 定性 降 低 ,会给 我 们 的生产 和生 活 带 来严 重 的后 果 ,而且 电源模 块 自身 的寿 命也 会 大 的每一 种均 流方法 , 都 做 了详细 的介 绍 , 并 结合 简 单 电路 图 , 讲述 其工 作 原理及优 缺点 …1 2 I I 。在 文章 的最 后部 分 ,对并 联 均流 的 发展做 了简单 的 展 望 收 稿 日期 : 2 0 0 3—1 0—2 9 l l 4 电源模块并联供电的冗余结构及 ◇ 鳙 述 垫 . _ 1 : : 2 N+m 冗 余 结 构 的 好 处 采用 Ⅳ+m 冗余结 构运 行 ,可 以提 高系统 稳 定性 。 如果 采用 3+l 冗 余结 构 , 即采 用 4个输 出 电 流为 3 3 A的 电源模块 并联 供 电 ,正 常情 况下 只有 3个模块 工作 , 当其 中之 一发 生故 障 , 退 出工作 时 , 另一个 模块 开始 工作 , 系统 仍然 能正 常运行 。 比较上 面三 种工作 方 式 , 采用 2+l 这种方 式 Ⅳ+m 冗余结 构 , 是指 Ⅳ+m 个电 源模块 一 起 给 系统 供 电 。这里 』 、 r 表示正 常工 作时 电源模块 最好 ,这 是 因为 ,1 +1 方式 中有一 半 的功率 被 闲 置, 而 3+l 方式 中使 用元 器件 太多 , 成 本过 高 , 经 济性 不好 。 E 的个数 , m表示 冗余 模块 个数 。 m值越 大 , 系统工 作可靠 性越 高 , 但 是 系统成 本也 会相 应增加 。 在正 常的工 作情 况下 ,由 Ⅳ个 模块 供 电。 当 其 中某个 或 者某些 模块 发 生故 障时 ,它们 就退 出 供 电 ,而 由 m个 模块 中 的一个或 全部 顶 替 ,从 而 保证整 个 系统工 作 的持 续性 及稳 定性 。 3 几种传统的并联均流方案 3 . 1 下垂 法 以某个 输 出 电流 为 1 0 0 A的 系统 为 例 来说 明 冗余结 构运 行 的好处 , 这里 只讨论 1 +l , 2+l , 3+ l三种工 作方 式 , 如图 2所示 。各 电源模 块 的工作 下 垂法 全称 外特 性下 垂 法 ,也 叫做斜 率控 制 法。 在 并联 电源模块 系统 中 , 各 个电源模块 是 独立 工作 的 每 个模 块根 据其 外 特性 以及 电压 参 数值 来确 定输 出 电流 。 在 下垂 法 中 , 主要 是 利用 电流 反 情况由 K 的 闭合情 况决 定 。 馈 信 号 来 调 节 各 模 块 的输 出阻 抗 ,也 就 是 调 节 = 厂 ( , . , ) 的斜率 , 从 而调节 输 出电流 。 其 工作 原理 图如图 3所示 。 K K 图3 下 垂 法 工 作原 理 图 尺 . 为任 一并 联模块 输 出电流 的采样 电 阻 , 经 电流放 大产生 电流 反馈 电压信 号 , 为输 出 电压反 馈 , 为 与 的和 , 为控 制基 准 电压 ( c ) 3+1 ( 5 V) , 为误差 电压 。当某一 模块输 出电流 , . 偏 图2 三 种 冗 余 结 构 大时 , 电压 与 电流反馈 合成 信号 I / r = + 增大, 与 进行 比较 后 , 使 减 小 , 反馈 回 电源模块 如果 采用 1 +1冗余结 构 , 即采 用两 个输 出 电 流为 1 0 0 A的 电源 模块 并联供 电 。 正常情 况下 只有 一 的控 制部 分 ,使 该模块 的输 出电压 下降 ,则 , ¨ 减小, 即 = f( J 『 . , ) 外特性 下 调 。每个模 块 各 自调 整 自己的输 出 电流 ,就 可 以实现 各模 块 的并 联均 流. . 个模 块工 作 , 当它发生 故 障 , 退 出工作 时 , 另一 个模块 开始 工作 , 系统 仍然 能正 常运 行 。 如果 采 用 2+1 冗余 结 构 , 即采用 3个输 出电 流为 5 0 A的电源模 块 并联 供 电。正常 情况 下 只有 两个 模块 工 作 ,当其 中之一 发生 故 障 ,退 出工作 这种 方 法 的优点 是简 单 ,不需 要 外加 专 门 的 均 流装 置 , 属 于开环 控制 。缺点 是调 整精 度不 高 , 每个模 块 必须 进行 个别 调 整 ,如果 并联 的模 块 功 率 不 同 的 话 ,容 易 出现 模 块 问 电 流不 平 衡 的 现 I 】 5 时, 另 一个 模块 开始 工作 , 系统 仍然 能正 常运 行 。 第 7卷第 2期 2 0 0 4年 2月 童 潦 敷 石阙 Vo1 . 7 No. 2 Fe br ua r y 20 0 4 P OW ER SUPPLY TECHNOLOGI ES AND APPLI CAT I ONS 象。 出电压 , 它 与基 准 电压 . 比较 后 的 △ , 反 馈 3 . 2 主 从 电 源 法 回电源模 块 的控制 部分 , 从 而调节 输 出电流 , 最终 实 现均 流 。 主从 电源法 是将 并联 的多个 电源模块 中的一 个作 为主模 块 , 其他模 块 跟随 主模块 工作 。 具 体工 自动均 流法 的优点 是 , 电路 简单 , 容 易实现 。 缺点是 , 如 果有 一个模 块 与均流 总线 短路 , 则 系统 就无法 均 流 ,而且 单个 模块 限 流也 可 能引起 系统 作过 程 是 :主模 块 的工 作 电流 与输 出 反馈信 号进 行 比较 , 将差 值信 号反馈 回各 电源 模块 ( 包 括主模 块 和从模 块 ) 的控 制 电路 , 从 而 调节各 模块 的输 出 电流大小 。 不 稳定 。 若将 图 5中的电阻用一个二极 管代替 , 二极管 正端 接 a , 负端接 b 。 这样 , / v 个 并联 的电源模块 中 , 如 图 4所示 , 设模块 l 为 主模 块 , 其输 出电流 的采样 电压 为 。 ,其 他模块 输 出 电流的采 样 电压 为 。当某 一模块 输 出 电流 偏 大时 , 相应 的 增 大, 与 。 比较 , 得 到 的 减小 , 反馈 给该 模块 的 只有 输 出 电流 最 大 的那个 模块 的电流 才能 使 与它 连接 的二极 管导通 , 从而均 流总线 电压就等 于该模 块 的输 出电压 , 其他模 块则 以均 流总线上 的电压为 基准 , 来调节各 自的输 出电流 , 从 而实现均流 。 如果 单纯 以二极 管来 代替 采样 电阻 ,则 由于 二极 管本 身有 正 向压 降存 在 , 所 以, 主模块 的均流 精度 会降低 , 而从 模块 不受 影响 。这里 可 以用 图 6 控 制 电路 中 , 减小 其输 出 电流 , 从 而实 现均流 。 所示 的缓 冲器 来代替 , 从 而提高 均流精 度 。 图4 主从 电 源 法 工作 原 理 图 图6 缓 冲 器 电路 主从 模块 法 的优 点是 不须 外 加专 门 的控制 电 路 。其 缺点 是 , 各 个模 块 间需要 有通 信联 系 , 连 线 比较 复杂 ; 其 最 大缺点 是 , 一 旦 主模块 出现故 障 , 采用 这种 均流方 式 ,参 与 均流 的 / v个 电源模 块, 以输 出电流最 大 的为基准 , 这个 最 大 电流 模块 是 随机 的 , 这种 均流 方法也 叫做 “ 民主均 流法 ” 。由 则 整个 电源 系统将 崩 溃 , 所 以, 不能 用于 冗余结 构 中。 3 . 3 自动均 流法 和最大 电流 法 于最 大 均 流单元 工 作于 主控 状态 ,别的单 元 工作 于被 控状态 , 所以, 也 把 这种方 法 叫做 “ 自动 主从 均流 法 ” 。 自动均 流法 也 叫单线 法 , 其工作 原理 是 , 将 各 电源模 块 都通 过一 个 电流 传感 器 及一 个采样 电阻 接 到一 条均 流母 线所示 , 当输 出达 到均 流时 , 输 出电流 , . 美国 U n i t r o d e 公 司开 发 的 U C 3 9 0 7系列 集 成 均流 控制 芯片 就是采 用 这种工作 方式 。 U C 3 9 0 7芯 片使 多 个 并联 在 一 起 的 电源模 块 分别 承 担总 负载 电流 的一 部 分 ,并且 所 承担 的负 载 电流大t l ,  ̄ H 等。 通 过 监测每 个模块 的电流 , 电流 为零 。 反之 , 则 电阻 R上 由于有 电流 , - 流过 , 在 其 两端产 生一 个 电压 , 这个 电压经过 放 大器 A输 均衡 母 线确定 哪 个并 联模 块 的输 出 电流最 高 ,并 把 它定 为主模 块 ,再 根据 主模 块 的 电流调 节 其他 模块 的输 出 电流 , 从 而实 现均 流。 3 . 4 外 部控 制器 法 C S BUS 外 部 控 制 器法 就 是 在 各并 联 电源 模块 之外 , 加一 个专 门进行 并联均 流控 制 的外部模 块 , 如图 7 所示 。 每个模块 的输 出电流 采样 , 转化 为 电压信 号 , 与 给定 的 电压 进 行 比较 , 所 得差 值输入 到各 电 图5 单线 源模 块 的控制 部 分 ,这样 就 可 以实现 各模块 输 出 ◇ 蕾 述 电源模 块并联供 电的 冗余 结构及 流垫 二: : : 由于单 片机 及 D S P技 术 的迅 速发 展 , 有 人用 它们 来 控 制并 联 的 电源 模块 均 流 , 效 果 很好 。不 过 由于 芯 片造 价 较 高 , 而 且 自身 A/ D及 D / A精 度不 够 ,若想 得 到理 想 的参数 ,还 须 外加 专 门 的 A / D及 D / A芯片 , 故还 未普 及使用 。 参 考 文 献 【 l l 蔡 宣三 .并联 开 关 电 源 的 均 流技 术 【 J 】 .电工 电能 新 技 术. 1 9 9 5, ( 3) : l 2一l 6 . 【 2 1 路秋 生, 张 艳 杰 .电 源 并 联 均 流技 术 【 J 】 .黑 龙 江 电 图7 外部 控 制 法 工作 原 理 图 子技 术, l 9 9 9 , ( 8 ) : 1 6—1 8 . 【 3 】 刘成 芳 , 钟利平, 蔡 传 波 .负载 均 流 I C ( U C 3 9 0 7 ) 在 并 电流 的并联 均流 。 联 电 源 中 的应 用 [ J 】 .国 外 电子 元 器件 . 1 9 9 5 ,( 1 】 ) : 26— 38 . 这种 工作方 式 , 需要 外加 专 门控 制 器 , 加 大 了 投资 , 而且控 制器 与个 电源模 块要 进行 多路连 接 , 连线 较复 杂 , 但 是均 流效 果非 常好 , 各模 块输 出 电 流基 本相 等 。 【 4 】 肖岚 , 胡 文斌 , 蒋谓 忠 , 严 仰 光 .基 于 主 从 控 制 的 逆 变器 并联 系统研 究 【 J 】 .东 南 大学 学报 , 2 0 0 2 , 3 2 ( 1 ) : l 3 3一l 3 7. 【 5 】 殷 庆 纵 .负 载 均 衡 控 制 器 U C 3 9 0 7 【 J 】 .电 子 技 术 , 1 9 9 9 , ( 3 ) : 3 4—3 7 . 【 6 l Un i t od r e I n t e g r a t e d Ci r c u i t .P r o d u c t a n d A p p l i c a t i o n Ha n d B o o k【 Z】 . 1 9 9 3—1 9 9 4 . 4 电源 并 联 均 流 技 术 发 展 的 现 状 及 未 来 展 望 目前 使 用较 多 的 并 联 均 流 技 术 是 主 从 控 制 法 ,而美 国 U n i t r o d e公 司 以最 大 电流 法 为基础 开 发 出的 U C 3 9 0 7系列芯 片 , 由于其简 单 的结 构 , 强 大 的功能 , 而获得 了广泛 的应用 。 其 详细 参数 及工 作过程 , 可参 阅文献 【 6 】 。 ( 上接 P 1 0 9 ) P a r a l l e l P o we r F a c t o r C o r r e c t o r S c h e me 【 J 】 . I E EE T r a n  ̄ o n P o w e r El e c t r o n i c s , 1 9 9 4 ,( 9 ) : 1 1 4 5—1 1 5 1 . 作 者 简 介 田 关 电 源 浩( 1 9 8 0一) , 男, 硕 士研 究 生 , 研 究 方 向 为特 种 开 杨向宇 ( 1 9 6 3一) , 男, 博士 , 副 教授 , 研 究 方 向 为 电机 调速 、 电 力 电子 与 电力 传动 。 C o n v e r t e r w i t h F a s t O u t p u t V o l t a g e R e g u l a t i o n [ J 1 . I E E E Tr a m o n Po we r El e c t r o ni c s ,2 0 02,1 7:1 6 3—1 7 0. 【 7】 Hub e r L ,J o v a n o v i c M M, De s i g n O p t i mi z a t i o n S i n g l e - s t a g e ,S i n g l e - s w i t c h I n p u t - c u r r e n t S h a p e r s 【 A】 . I EE E P ES C【 C】 、 1 9 9 7 : 6 5 4—6 6 2 . 【 8 】 Ts a l F, M a r ko ws k i P, W h i t c o mb E .Of f - l l n e Fl y ba c k C o n v e r t e r w i t h I n p u t Ha r mo n i c C o r r e c t i o n【 A】 、I EE E I NT EL EC【 C】 .1 9 9 6 : l 2 0—1 2 4 . a n g J i n d o n g ,L ee F r e d C, J o v a n o v i c Mi l a n M.A n 【 9 】 Zh I mp r o v e d CCMS i ng l e — s t a g e PFC Co n v e r t e r wi t h a Lo w 【 2 】 Q i a o C M,S m e d l e y K M. A T o p o l o g y S u r v e y o f S i n g l e - s t a ge Po we r F a c t o r Co r r e c t o r wi t h a Bo o s t Ty p e I n p u t — c u r r e n t — s h a p e r [ J 】 . I E EE T r a n s o n Po we r El e c t r o n i c s 。 2 0 0 1 ,1 6 : 36 0—3 68 . 【 3 】 H u b e r L ,J o v a n o v i c M M. S i n g l e — s t a g e S i n g l e . s w i t c h I s o l a t e d Po we r S up p l y Te c h n i q u e wi t h I n p u t - c ur r e nt S h a pi n g a nd Fa s t Ou t pu t - v o l t a g e Re g u l a t i o n f o r Uni v e r s a l L i n e I n p u t - v o l t ge a - r a n g e Ap p l i c a t i o n【 J 】 、I EE E T r a n s o n Po we r El e c t r o n i c s .1 9 97.1 2: 2 72 —28 0. F r e q u e n c y A u x i l i a r y S wi t c h【 J 】.I E E E ra T n  ̄o n P we o r El e c t r o n i s ,2 0 0 3 , l 8( 1 ) : 4 4—4 9 、 e e Yi n Sh u, Li n Bo Ta o . Ad di ng Ac t i v e Cl a mpi n g a n d 【 1 01 L 【 4 】 Ma d i g a n M, E i f c k s o n R, I s m a i l E. I n t e g r a t e d H i g h Qu a l i t y Re c t i i f e r R e ul g a t o r s 【 A】 .I E EE— P ES C【 C】 . 1 992 :l 0 43 — 1 051 S o tS f wi t c h i ng t o Bo o s t ? ? ly f b ac k Si n g l e ? . s t ge a I s o l a t e d P o we r - F a c t o r - C o re c t e d P o w e r S u p p l i e s [ J 】 .I EE E ra T n s o n Po we r El e c t r o n i c s ,1 9 97 .1 2:l 0l 7—1 02 7. 【 5 】 J i a n g Y ,H u a G C 。T a n g W, L e e F C . A N o v e l S i n g l e . p h a s e P o w e r F a c t o r C o r r e c t o r S c h e me 【 A】 、I EE E A p p l i e d P o w e r E l e c t r o n i c s C o n f e r e n c e 【 C 】 . 1 9 9 3 : 2 8 7— 2 9 2 . 【 6】 Ga r c i a O s c a r , Al o u P e d r o, P i f e t o R o I ) e r t o . U c e d a J a v i e r . AS i mp l e S i n g l e - s wi t c h S i n g l e - s t a g e AC/ DC 作 者 简 介 梁奇 峰 ( 1 9 7 9 一) , 男, 硕 士研 究 生 , 研 究 方 向 为软 开 关 技 术 和 功 率 因数 校 正 。led驱动电源什么牌子好 led驱动电源品牌排行【详。 l1 7