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锂离子电池的发展趋势

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

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:并联;冗余;均流

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1所示,就不但可以提供所需电流,而且还可以形成N+m冗余结构,(范文先生网www.fwsir.com收集整理)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大缩短。国外有资料表明,电子元器件在工作环境温度超过50℃时的寿命是在常温(25℃)时的1/6。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。

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][3][4]。在文章的最后部分,对并联均流的发展做了简单的展望。

2 N+m冗余结构的好处

采用N+m冗余结构运行,可以提高系统稳定性。

N+m冗余结构,是指N+m个电源模块一起给系统供电。这里N表示正常工作时电源模块的个数,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。
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    在正常的工作情况下,由N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。

以某个输出电流为100A的系统为例来说明冗余结构运行的好处,这里只讨论1+1,2+1,3+1三种工作方式,如图2所示。各电源模块的工作情况由Kn的闭合情况决定。

如果采用1+1冗余结构,即采用两个输出电流为100A的电源模块并联供电。正常情况下只有一个模块工作,当它发生故障,退出工作时,另一个模块开始工作,系?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50A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,退出工作时,另一个模块开始工作,系统仍然能正常运行。

如果采用3+1冗余结构,即采用4个输出电流为33A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+1这种方式最好,这是因为,1+1方式中有一半的功率被闲置,而3+1方式中使用元器件太多,成本过高,经济性不好。

3 几种传统的并联均流方案

3.1 下垂法

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,主要是利用电流反馈信号来调节各模块的输出阻抗,也就是调节Vo=f(Io)的斜率,从而调节输出电流。其工作原理图如图3所示。

Ri为任一并联模块输出电流Io的采样电阻,经电流放大产生电流反馈电压信号Vi,Vf为输出电压反馈,Vr为Vi与Vf的和,Vg为控制基准电压(5V),Ve为误差电压。当某一模块输出电流Io偏大时,电压与电流反馈合成信号Vr=Vi+Vf增大,与Vg进行比较后,使Ve减小,Ve反馈回电源模块的控制部分,使该模块的输出电压Vo下降,则Io减小,即Vo=f(Io)外特性下调。每个模块各自调整自己的输出电流,

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