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并联均流高频开关电源的研究

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:随着分布式电源系统的发展,开关电源并联技术的重要性日益增加。文中介绍了一种新型高频开关电源及220V/10A整流模块的实现方案。其中整流模块采用高可靠性电流型PWM整流器及全桥变换电路来分别实现三相功率因数校正和DC/DCF变换,并在模块间采用最大电流自动均流法实现自主均流。
  关键词:开关电源PWM并联均流模块
  
  1引言
  
  在发电厂和变电所中,为了给控制、信号、保护、自动装置、事故照明和交流不停电电源等装置供电,一般都要求有可靠的直流电源。为此,发电厂和110kV以上的变电所通常用蓄电池作为直流电源,但要求上述电源具有高度的可靠性和稳定性,并且其电源容量和电压能在最严重的事故情况下保证用电设备的可靠工作。
  
  另外,目前由于半导体功率器件、磁性材料等方面的原因,单个开关电源模块的最大输出功率只有上千瓦,而实际应用中往往需用几十千瓦甚至几百千瓦以上的开关电源为系统供电,因此,要通过电源模块的并联运行来实现。大功率电源系统需要采用若干台开关电源并联的形式,以满足负载的功率要求。在并联系统中,每个变换器应处理较小的功率以降低应力,还应采用冗余技术来提高系统的可靠性。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,同时也是实现组合大功率电源系统的关键。
  
  2常用的均流方法
  
  由于大功率电源负载需求的增加以及分布式电源系统的发展,开关电源并联技术的重要性也日益增加。但是并联的开关变换器在模块间通常需要采用均流(Currentsharing)措施。它是实现大功率电源系统的关键,其目的在于保证模块间电源应力和热应力的均匀分配,防止一台或多台模块运行在电流极限(限流)状态。因为并联运行的各个模块特性并不一致,外特性好(电压调整率小)的模块可承担更多的电流,甚至过载,从而使某些外特性较差的模块运行于轻载状态,甚至基本上是空载运行。其结果必然加大了分担电流多的模块的热应力,从而降低了可靠性。
  
  开关电源并联系统常用的均流方法有:
  
  (1)输出阻抗法
  
  (2)主从设置法
  
  (3)按平均电流值自动均流法
  
  (4)最大电流自动均流法(又叫自主均流法)。
  
  直流模块并联的方案很多,但用于电力操作电源,都存在着这样或者那样的缺陷,其主要表现在:输出阻抗法的均流精度太低;主从设置法和平均电流法都无法实现冗余技术,因而并联电源模块系统的可靠性得不到很好的保证;外加均流控制器法使系统变得过于复杂,不利于把这一技术转化成实际的产品。而自主均流法以其均流精度高,动态响应好,可以实现冗余技术等特点,越来越受到产品开发人员的青睐。
  
  所谓自主均流技术,就是在n个并联模块中,以输出电流最大的模块为主模块,而以其余的模块为从模块。由于n个并联模块中,一般都没有事先人为设定哪个模块为主模块,而是通过电流的大小自动排序,电流大的自然成为主模块,“自主均流法”因此而得名。
  
  3220/10A整流模块
  
  笔者设计了一个220V/40A高频开关电源,可用于发电厂、变电所、变电站等电力控制的直流屏系统。该设计方案采用4个220V/10A模块并联来实现模块间的自主均流,从而为电力系统提供了一种

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