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开关转换器的并联

发布时间:2008/10/17 0:00:00 访问次数:597

  集中式供电电源系统,是直接将交流电压转换成5 v或3 v的直流电压提供给图1所示。与集中式供电电源系统相比较,分布式供电电源系统采用的是模块提高了系统的灵活性、容易扩展功率容量;可以将小功率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,使整个的供电电源系统的体积重量下降。



  图:集中式供电电源系统的示意图

  电源供电系统采用多个模块并联结构,还负载可以增加n+n冗余功能。所谓n+n功率冗余系统,是指n+n个容量为p的转换器模块并联工作,负载功率为np,冗余(备用)功率为np。正常工作时,单个均流的转换器模块所承担的功率为其容量的 ;当其中一个或几个(不超过几个)转换器模块出现故障时,故障模块立即被切除,而其余模块正常运行,供电电源系统仍能保证提供100%的负载功率。采用冗余技术,除了能使系统增加了容错冗余功率外,还可以实现热更换(hot swap)(也称热插拔),即在保证系统不间断供电的情况下,更换系统中的失效模块。

  设计转换器模块并联系统,应当使负载电流在各模块之间平均分配,简称均流(currentsharing)。电源模块的发热和温升对系统的可靠性影响很大,如当电子元、器件温升从25℃上升到50℃时,其寿命将大大降低,仅为25℃时的1/6。在并联系统中采用均流技术,可以保证各模块之问的电流应力和热应力均匀分配,防止一台或多台模块工作在电流极限值(限流)状态。如果不采取均流技术,则由于并联工作的各个模块的特性并不一致,输出电压较高的模块将承担更多的电流、甚至过载,从而使某些外特性较差的模块工作于轻载,甚至空载运行,其后果必然是分担电流多的模块,热应力大,寿命下降,降低了系统的可靠性。

  对于dc/dc转换器模块并联系统的基本要求如下:

  (1)各模块电流应能自动平衡,实现均流。
  
  (2)为了提高系统的可靠性,应尽量不增加外部均流控制的措施,并使均流与冗余技术结合。

  (3)当输入电压和/或负载电流变化时,应保持输出电压的稳定,并且均流的瞬态响应要好。

  并联模块的电流不均衡度是并联均流控制的最重要指标之一。定义模块尼的电流不均衡度为


  式中 io——并联系统的负载电流;
   iok——模块屁承担的负载电流;
   iokr——模块尼的额定电流;
   n——并联模块数。

  如果模块的实际输出电流iok与该模块应分担的负载电流iokg不相等,两者的差值为

  式中 △iok——环流。

  环流实际上是一个等效电流。模块尼的输出电流可以分解为两部分:一部分为iokg流向负载;另一部分△iokg只在并联模块之间流动,而不流经负载。

  显然,在相同负载下,各模块电流的不均衡度越大,则模块之间的环流也越大。

  以两个相同容量的dc/dc模块的并联为例,如图2所示。模块的输出电流分别为io1和io2负载rl上的电流为

  io=io1+io2

  每个模块应分担的负载电流为

  io1g=io2g=io/2

  环流 △io1=io1-io1g=(io1 -io2)/2,=-δio2

  人们已经提出了许多的均流方法,如外特性下垂法(简称下垂法)、主从均流法、自动均流法(按平均电流或热应力)、民主均流法等。分析这些均流方法的特点,可以在并联的电源模块系统中更好地应用均流技术,以保证供电电源系统的可靠性。

  图2 两个并联模块之间的环流

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)



  集中式供电电源系统,是直接将交流电压转换成5 v或3 v的直流电压提供给图1所示。与集中式供电电源系统相比较,分布式供电电源系统采用的是模块提高了系统的灵活性、容易扩展功率容量;可以将小功率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,使整个的供电电源系统的体积重量下降。



  图:集中式供电电源系统的示意图

  电源供电系统采用多个模块并联结构,还负载可以增加n+n冗余功能。所谓n+n功率冗余系统,是指n+n个容量为p的转换器模块并联工作,负载功率为np,冗余(备用)功率为np。正常工作时,单个均流的转换器模块所承担的功率为其容量的 ;当其中一个或几个(不超过几个)转换器模块出现故障时,故障模块立即被切除,而其余模块正常运行,供电电源系统仍能保证提供100%的负载功率。采用冗余技术,除了能使系统增加了容错冗余功率外,还可以实现热更换(hot swap)(也称热插拔),即在保证系统不间断供电的情况下,更换系统中的失效模块。

  设计转换器模块并联系统,应当使负载电流在各模块之间平均分配,简称均流(currentsharing)。电源模块的发热和温升对系统的可靠性影响很大,如当电子元、器件温升从25℃上升到50℃时,其寿命将大大降低,仅为25℃时的1/6。在并联系统中采用均流技术,可以保证各模块之问的电流应力和热应力均匀分配,防止一台或多台模块工作在电流极限值(限流)状态。如果不采取均流技术,则由于并联工作的各个模块的特性并不一致,输出电压较高的模块将承担更多的电流、甚至过载,从而使某些外特性较差的模块工作于轻载,甚至空载运行,其后果必然是分担电流多的模块,热应力大,寿命下降,降低了系统的可靠性。

  对于dc/dc转换器模块并联系统的基本要求如下:

  (1)各模块电流应能自动平衡,实现均流。
  
  (2)为了提高系统的可靠性,应尽量不增加外部均流控制的措施,并使均流与冗余技术结合。

  (3)当输入电压和/或负载电流变化时,应保持输出电压的稳定,并且均流的瞬态响应要好。

  并联模块的电流不均衡度是并联均流控制的最重要指标之一。定义模块尼的电流不均衡度为


  式中 io——并联系统的负载电流;
   iok——模块屁承担的负载电流;
   iokr——模块尼的额定电流;
   n——并联模块数。

  如果模块的实际输出电流iok与该模块应分担的负载电流iokg不相等,两者的差值为

  式中 △iok——环流。

  环流实际上是一个等效电流。模块尼的输出电流可以分解为两部分:一部分为iokg流向负载;另一部分△iokg只在并联模块之间流动,而不流经负载。

  显然,在相同负载下,各模块电流的不均衡度越大,则模块之间的环流也越大。

  以两个相同容量的dc/dc模块的并联为例,如图2所示。模块的输出电流分别为io1和io2负载rl上的电流为

  io=io1+io2

  每个模块应分担的负载电流为

  io1g=io2g=io/2

  环流 △io1=io1-io1g=(io1 -io2)/2,=-δio2

  人们已经提出了许多的均流方法,如外特性下垂法(简称下垂法)、主从均流法、自动均流法(按平均电流或热应力)、民主均流法等。分析这些均流方法的特点,可以在并联的电源模块系统中更好地应用均流技术,以保证供电电源系统的可靠性。

  图2 两个并联模块之间的环流

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