大功率开关电源并联均流系统的研究
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大功率开关电源并联均流系统的研究
文本预览
10S4263
密级：——
单位代码： !Q墨曼旦
分类号： 工K86
学 号：Q!!!塑!!!!!!?2
舍肥工学火警
Hefei of
University Technology
硕士学位论文
M A S T E R D I S S E R T A T I o N
论文题目： 大功率开关电源并联均流系统的研究
学历硕士
学位类别：
学科专业：
(工程领域 电力电子与电力传动
作者姓名： 申 翔
苏建徽教授
导师姓名：
2007年5月
完成时间：大功率开关电源并联均流系统的研究
摘 要
在大量电子设备的实际应用过程中，往往因为使用单台直流电源的输出参
数(如电压、电流、功率)不能满足要求或发生故障，这样就引起整个系统效率
低下甚至系统崩溃。所以在实际应用中通常采用多个电源并联运行。并联均流
技术是当前电力电子技术发展的重点．大功率开关电源并联均流系统利用多个
中、小功率的电源模块并联，通过改变并联模块的数量来满足不同功率的负载，
每个模块承受较小的电应力，使得电源保持较高的效率和较快的动态响应，可
以很好地满足大功率电源在性能、重量、体积、效率和可靠性等方面的要求。
论文中采用推挽式PWM DC／DC电路研制了大功率开关电源的子模块，并
设计出多个电源模块并联运行时的均流控制电路。论文重点分析了相关工作原
理，设计了电路参数，研制成功了样机并对其进行实验验证。
文中首先研究了推挽式PWM DC，DC变换器的工作原理，使用控制芯片
SG3525设计了控制电路，其次分析和比较了开关电源并联运行的常用均流技
术，详细讨论了最大电流自动均流法。并且针对最大电流自动均流法的特点，
采用了三环控制法，对其进行小信号分析，并采用均流控制芯片UC3907设计
了电源的均流控制电路，使模块单元具有可并联功能，实现了多电源模块并联
组成更大功率的电源系统，最后分析了原理样机的试验结果和多台电源并联运
行的效果。
关键词：大功率开关电源；推挽式变换器；并联均流；UC3907Research on the Parallel Current-Sharing System
of High Power Switch Supply
Abstract
In the process of the practical applications in many electronic facilities,
sometimes because the output parameters(for example voltage，current，power)of
the onlyORe DC power supply don’t sarisfy the demand orgo fault．It could leadto
the lowefficiency andyet break downin entire system．Therefore，we usuallyadopt
multi—module power supplies parallel connection in practice．The technique of
parallel current-sharing is atendency of the power electronics，and the middle or
low multi—module power supplies combination can satisfy many different power
load in use of changing the number of the modules，and then each module could
support the lesser electrical stress．So the parallel current—sharing system of high
power switch supply car keep the higher efficiency and the quicker dynamic
response，can well satisfythe need ofhigh—powersupply oncharacteristic，capacity,
weight，volume，efficiency and reliability．
In this paper,a high power switch supply is designed using push-pull PWM
DC／DC oonvelter circuit and the cllrrent—sharing circuit is designed for parallel
operation of mufti—module．The relative operation principle is analyzed and the
circuit parameters are designed．At last，a prototype is developed to validate the
results．
Firstly,the theory of push-pull PWM DC／DC convener circuit is studied and
the controller SG3525 is used for centrel circuit．Secondly，the maximum current
automatic current-sharing method has also been discussed in detail in the paper．
According to the features of the maximum current-sharing method，three loops
control have been adopted and the small—signal analysis method has been utilized．
The current．sharing controller UC3907 is adoptedto design current—sharing circuit
for power supply,it can realize parallel multi·module to compose power supply
system much more huge than one module．Finally,experimental results of the
prototype are presented in the paper and the results of paralleling operation for
two-power supply are presented．
Key words：Hi曲Power Switch Supply；Push-Pull Converter；Parallel Current-Sharing；
UC3907
n插图清单
图1．1分布式电源并联结构图…………………………………………………………．1
图2．1两个模块并联均流原理图……………………………………………………7
图2，2输出阻抗法原理图………………………………………………………8
图2．3主从模块设置法均流控制原理示意图……………………………………一9
图2．4平均电流法自动均流控制电路原理图…………………………………lO
图2．5最大电流法自动均流控制电路原理图…………………………………．1l
图2-6热应力自动均流控制电路原理图………………………………………．1l
图2．7外加均流控制器的均流控制电路原理图………………………………12
图3-1并联系统总体结构图……………………………………………………………．．15
图3．2推挽变换器原理图………………………………………………………16
图3-3推挽变换器的控制电路………………………，…………………………………2l
图3．4输入过欠压保护和输出过压保护电路……………………………．2l
图3-5输出过流保护电路……………………………………………………………．．22
图3-6过温保护电路………………………………………………………………………．22
图3．7由UC3844构成的控制电源……………………………………………………23
图4．1整流模块电源并联均流示意图…………………………………………24
图4．2 UC3907的引脚排列图…………………………………………………………．26
图4．3 UC3907内部结构框图……………………………………………………………27
图4．4采用最大电流法均流的并联DC／DC变换器……………………………．29
图4．5 n个DC／DC变换器并联工作示意图…………………………………．29
图4．6最大电流自动均流法原理图……………………………………………一30
图4．7 UC3907在电源模块的应用…………………………………………………．．31
图4．8 UC3907与SG3525连接示意图………………………………………………．32
图4．9 UC3907环路结构示意图………………………………………………………．．33
图4．10单个电源模块的小信号框图…………………………………………～35
图4．11反馈控制电路………………………………………………………………一37
图4．12 Z(5)、Z(s)、L(s)三个开环传递函数的波德图…………………。39
图4．13输出外部增益T(s)的波德图………………………………………………～39
图4．14 UC3907的外部电路图…………………………………………………………．40
密级：——
单位代码： !Q墨曼旦
分类号： 工K86
学 号：Q!!!塑!!!!!!?2
舍肥工学火警
Hefei of
University Technology
硕士学位论文
M A S T E R D I S S E R T A T I o N
论文题目： 大功率开关电源并联均流系统的研究
学历硕士
学位类别：
学科专业：
(工程领域 电力电子与电力传动
作者姓名： 申 翔
苏建徽教授
导师姓名：
2007年5月
完成时间：大功率开关电源并联均流系统的研究
摘 要
在大量电子设备的实际应用过程中，往往因为使用单台直流电源的输出参
数(如电压、电流、功率)不能满足要求或发生故障，这样就引起整个系统效率
低下甚至系统崩溃。所以在实际应用中通常采用多个电源并联运行。并联均流
技术是当前电力电子技术发展的重点．大功率开关电源并联均流系统利用多个
中、小功率的电源模块并联，通过改变并联模块的数量来满足不同功率的负载，
每个模块承受较小的电应力，使得电源保持较高的效率和较快的动态响应，可
以很好地满足大功率电源在性能、重量、体积、效率和可靠性等方面的要求。
论文中采用推挽式PWM DC／DC电路研制了大功率开关电源的子模块，并
设计出多个电源模块并联运行时的均流控制电路。论文重点分析了相关工作原
理，设计了电路参数，研制成功了样机并对其进行实验验证。
文中首先研究了推挽式PWM DC，DC变换器的工作原理，使用控制芯片
SG3525设计了控制电路，其次分析和比较了开关电源并联运行的常用均流技
术，详细讨论了最大电流自动均流法。并且针对最大电流自动均流法的特点，
采用了三环控制法，对其进行小信号分析，并采用均流控制芯片UC3907设计
了电源的均流控制电路，使模块单元具有可并联功能，实现了多电源模块并联
组成更大功率的电源系统，最后分析了原理样机的试验结果和多台电源并联运
行的效果。
关键词：大功率开关电源；推挽式变换器；并联均流；UC3907Research on the Parallel Current-Sharing System
of High Power Switch Supply
Abstract
In the process of the practical applications in many electronic facilities,
sometimes because the output parameters(for example voltage，current，power)of
the onlyORe DC power supply don’t sarisfy the demand orgo fault．It could leadto
the lowefficiency andyet break downin entire system．Therefore，we usuallyadopt
multi—module power supplies parallel connection in practice．The technique of
parallel current-sharing is atendency of the power electronics，and the middle or
low multi—module power supplies combination can satisfy many different power
load in use of changing the number of the modules，and then each module could
support the lesser electrical stress．So the parallel current—sharing system of high
power switch supply car keep the higher efficiency and the quicker dynamic
response，can well satisfythe need ofhigh—powersupply oncharacteristic，capacity,
weight，volume，efficiency and reliability．
In this paper,a high power switch supply is designed using push-pull PWM
DC／DC oonvelter circuit and the cllrrent—sharing circuit is designed for parallel
operation of mufti—module．The relative operation principle is analyzed and the
circuit parameters are designed．At last，a prototype is developed to validate the
results．
Firstly,the theory of push-pull PWM DC／DC convener circuit is studied and
the controller SG3525 is used for centrel circuit．Secondly，the maximum current
automatic current-sharing method has also been discussed in detail in the paper．
According to the features of the maximum current-sharing method，three loops
control have been adopted and the small—signal analysis method has been utilized．
The current．sharing controller UC3907 is adoptedto design current—sharing circuit
for power supply,it can realize parallel multi·module to compose power supply
system much more huge than one module．Finally,experimental results of the
prototype are presented in the paper and the results of paralleling operation for
two-power supply are presented．
Key words：Hi曲Power Switch Supply；Push-Pull Converter；Parallel Current-Sharing；
UC3907
n插图清单
图1．1分布式电源并联结构图…………………………………………………………．1
图2．1两个模块并联均流原理图……………………………………………………7
图2，2输出阻抗法原理图………………………………………………………8
图2．3主从模块设置法均流控制原理示意图……………………………………一9
图2．4平均电流法自动均流控制电路原理图…………………………………lO
图2．5最大电流法自动均流控制电路原理图…………………………………．1l
图2-6热应力自动均流控制电路原理图………………………………………．1l
图2．7外加均流控制器的均流控制电路原理图………………………………12
图3-1并联系统总体结构图……………………………………………………………．．15
图3．2推挽变换器原理图………………………………………………………16
图3-3推挽变换器的控制电路………………………，…………………………………2l
图3．4输入过欠压保护和输出过压保护电路……………………………．2l
图3-5输出过流保护电路……………………………………………………………．．22
图3-6过温保护电路………………………………………………………………………．22
图3．7由UC3844构成的控制电源……………………………………………………23
图4．1整流模块电源并联均流示意图…………………………………………24
图4．2 UC3907的引脚排列图…………………………………………………………．26
图4．3 UC3907内部结构框图……………………………………………………………27
图4．4采用最大电流法均流的并联DC／DC变换器……………………………．29
图4．5 n个DC／DC变换器并联工作示意图…………………………………．29
图4．6最大电流自动均流法原理图……………………………………………一30
图4．7 UC3907在电源模块的应用…………………………………………………．．31
图4．8 UC3907与SG3525连接示意图………………………………………………．32
图4．9 UC3907环路结构示意图………………………………………………………．．33
图4．10单个电源模块的小信号框图…………………………………………～35
图4．11反馈控制电路………………………………………………………………一37
图4．12 Z(5)、Z(s)、L(s)三个开环传递函数的波德图…………………。39
图4．13输出外部增益T(s)的波德图………………………………………………～39
图4．14 UC3907的外部电路图…………………………………………………………．40
