直流稳压电源并联均流及实现

电源并联运行是电源产品模块化、大容量化的一个有效方法，是电源技术的发展方向之一，是实现组合大功率电源系统的关键。目前由于半导体功率器件、磁性材料等原因，单个开关电源模块的最大输出功率只有几千瓦，但实际应用中往往需用几百千瓦以上的开关电源为系统供电，在大容量的程控交换机系统中这种情况是时常遇到的。这可通过电源模块的并联运行实现。

通过直流稳压电源的并联运行可达到以下目的：

扩展容量：实现大功率电源供电系统。

冗余容错：通过 N+1、N+2 冗余实现容错功能，带电热插拔，便于在不影响系统正常工作的情况下，对电源系统进行维护，实现供电系统的不间断供电。

N+m(m 表示电源系统冗余度)个电源模块并联扩容后，总电源系统的源电压效应、负载效应、瞬态响应等技术指标都应保持在系统所要求的技术指标范围内。

每个直流稳压电源模块单元具有输出自动均流功能。

采用冗余技术，当某个电源模块单元发生故障时，不影响整个电源系统的正常工作，电源系统应有足够的负载能力。

尽可能不改变电源模块单元的内部电路结构，确保电源系统的高可靠性。

对公共均流总线带宽要小，以降低电源系统噪声。

确保每个供电单元分担负载电流。即通过并联均流应使整个电源系统像一个整体一样工作，同时通过并联均流技术使整个供电系统的性能得到优化。

利用电流反馈，调节电源模块单元的输出阻抗，实现均流。当电源模块输出电流增加时，通过反馈调节使输出电压下降斜率增大，即输出内阻增大，从而使该模块输出电流减小，达到均流目的。这种方法实现简单，但均流精度相对较低，且电源输出电压会随负载电流变化而有较大波动。

在并联运行的电源模块单元中，选定一个电源模块单元作为主电源模块，其余电源模块作为从电源模块。主电源模块工作于电压源方式，而从电源模块工作于电流源方式，电流值可独立设置。主模块控制整个系统的输出电压，从模块根据主模块的指令调节自身输出电流以实现均流。然而，在这种方式下，一旦主模块失效，则整个系统崩溃，显然不具备冗余功能，因此在对可靠性要求高的场合较少使用。

这种方法不用外加均流控制器，在各电源模块单元间接一条公共均流母线 CSB。均流母线的电压 Ub 为 N 个电源模块代表各自输出电流的电压信号 Ui 的平均值(即代表电源系统的平均电流)。Ub 与每个电源模块的取样电压信号比较后通过调节放大器输出一个误差电压，从而调节模块单元的输出电流，达到均流目的。平均电流法可以精确地实现均流，但当公共母线 CSB 发生短路或接在母线上的任一电源模块单元不工作时，会使 CSB 电压下降，结果促使各电源模块输出电压下调，甚至达到下限值，引起电源系统故障 ，所以对均流母线的可靠性要求较高。

使用一个外加的均流控制器，比较所有模块的电流，调节相应的反馈信号实现均流。均流控制器实时采集各电源模块的输出电流，通过内部算法计算出各模块应输出的电流值，并向各模块反馈调节信号。这种控制方法效果较好，但需要一个外加的均流控制器和附加连线，增加了系统成本和复杂度，同时也可能影响系统的可靠性。

利用监测电源系统中每个电源模块单元的温度来实现均流，使其温度高的模块单元输出电流小，温度低的电源模块输出电流大。因为电源模块输出电流越大，自身功耗越大，温度也就越高。通过这种方式可使各模块的热应力分布更加均匀，延长电源模块的使用寿命。但该方法响应速度较慢，且温度检测的精度和稳定性会影响均流效果 。

这种方法采用一套最大值比较器，每一时刻输出电流最大模块作为主模块，其输出电流转化成的电压信号 Ui 送至均流母线 CSB，即 CSB 上的电压 Ub 反映的是各电源模块单元中 Ui 的最大值，即电流最大值。各从模块的 Ui 与 Ub 比较从而自动调节输出电流达到均流。UC3907 就是采用这种工作原理的均流控制芯片，这种均流芯片目前使用较广泛 。它能使并联运行的电源模块单元工作在所设定的电流值上，均流精度可达较高水平。

UC3907 均流控制芯片能使并联运行的电源模块单元工作在所设定的电流值上，均流精度可达 2.5%。它的内部工作框图包含多个功能模块协同工作。其工作原理如下：UC3907 检测相应电源模块单元的输出电流，每个电源模块单元的输出电流信号反馈放大后送至均流母线 CSB 上，按最大电流均流控制原理控制各单元模块的输出电流调节，从而达到均流目的。

UC3907 引脚功能简介如下：

4 脚：系统地端，这是个高阻抗端，用于通过测量功率返回线上的电压降来监控系统地。

6 脚：假地端，这是个低阻抗端，比 4 脚高出 250mV。

5 脚：功率返回端，为最负端，应尽量接在靠近功率电源处。

7 脚：Vref 端，内部参考电压相对 4 脚为 2V，相对 6 脚为 1.75V。

11 脚：电压放大器的反相输入端，负载电压反馈信号(2V 左右)引到该端与同相端信号相比较。具体使用时，还要在 11、12 脚间加补偿电容。

8、9、12 脚：组成缓冲放大器，固定增益为 2.5。8 脚接一个电流设定电阻，对主模块，该端输出高电压(2.5V - 3.5V)，9 脚流入电流(可达 10mA)。对于从模块，8 脚电压接近零伏，9 脚电流也为零。

1、2、3 脚：组成电流放大器，取样并联电源模块输出电流信号并放大 20 倍。

1、15 脚：组成最大值比较驱动器，用以驱动均流母线 CSB。

13、14、15 脚：将各模块单元输出电流与主模块输出电流相比较，利用输出值来调整给定参考电压。

16 脚：状态指示，是一个集电极开路输出端，用以指示主电源模块，当为低电位时，表示该模块为主模块。

10 脚：Ucc 电源供电端，供电电压范围为 4.5V - 35V。

采用 UC3907 的离线式负载均流电路中，UC3844 为电源控制器，它的开关工作频率 Fs = 1.72/Rt・Ct。电阻 R5 用以检测初级侧电感电流，UC3844 的最大峰值电流由 Ismax = 1.0V/R5 决定。R1、C5 为 UC3844 的启动电路，D3、R2、C4 为 RCD 吸收回路，用以保护功率场效应管。UC3844 的软启动电路由 Q1、R9、C10 组成。注意电路中的电阻 Rset 和调节补偿是连接到了假地端子(第 6 脚)。“假” 地(第 6 脚)是 “真” 地(第 4 脚)电压的一个映射，为负检测端子电压再加上 0.25V 的电位偏置。对地有关元件的连接是一个低阻抗端子。主控指示灯电路用以指示负载电流最大的模块单元电流，并可检测输出电压，它可用以检测过流 / 过压的电源模块单元。

利用 UC3907 构成的 DC - DC 非隔离变换器在并联均流系统中的应用较为广泛。在采用 UC3524A、UC3907 的降压型(BUCK)PWM 变换器的并联均流系统中，对非隔离的并联电源均流系统，电流检测电阻不能接在电源模块的地端子，而只能接在电源输出的非地端子，否则几个并联电源系统的电流检测电阻为并联，致使系统不能正确并联均流，即使有故障模块单元也不易检测出来。这种连接的唯一限制就是 UC3907 的电流放大器有一个 0 ~ -2V 的共模电压范围，所以需用某种形式的电平偏置或平均电流检测。由于不需用光电耦合器，所以电路得到简化。UC3524A 的误差放大器为一反相放大器，未使用驱动放大器并使 UC3907 送至 UC3524A 的信号相位满足要求。Iset(第 8 脚)电压的变化范围为 0 ~ 3.8V。通过从 UC3907 的电流放大器输出信号并送至 UC3524A，实现对电源模块输出电流的调节，从而达到均流目的。

实际应用中，UC3907 的并联均流效果较好并且应用也最广泛。不同的均流方法和应用电路适用于不同的场合，在设计大功率电源系统时，需要综合考虑系统的性能要求、成本、可靠性等因素，选择合适的均流方案和芯片，以实现高效、稳定的电源供电。