一种适用于大功率开关电源并联均流的线路及方法与流程

本发明属于电子电器领域，涉及多个大功率开关电源，具体涉及一种适用于大功率开关电源并联均流的线路及方法。

背景技术：

随着半导体各种性能的提升，对开关电源的要求越来越高，高功率密度，高可靠性，小体积，系统化是开关电源发展的主流方向，单一功率的电源模块越来越不能满足现在系统级的要求，多个大功率开关电源电源模块并联成为开关电源技术发展的重点，与单个电源供电相比，并联供电系统能够使系统保持较高的可靠性，根据需要配置冗余系统，实现电源容量的可扩充，实现高效率，降低成本，实现电源模块的标准化和模块化等。

在一个系统中，由于系统所需电源容量的大幅度提升，热应力和电流应力造成了电源模块的热不均衡，使电源模块的使用寿命大幅度降低，单个电源模块的体积也大幅度提高，电源模块的利用率也不高，而且电源模块不能扩容，使用不灵活，当电源出现故障时，使整个系统停止工作，给系统工作稳定性造成了很大的隐患。针对单一电源的缺陷性，并联均流成为市场所需，使各个电源模块承受的电流能够自动平衡，实现均流，当负载切换时，瞬态响应好，并且带宽要小，减小噪声，是均流设计的基本要求。

目前常用的大功率并联均流线路采用UC2907,UCC29002等均流控制芯片的后级控制均流方法，在正常工作过程中，均流总线PR通过监控每个电源模块的输出电流可以确定输出电流最大的电源模块，并把它定为主控模块,PR端通过与其它电源模块的采样电压比较，通过内部的调整放大器，调节其他电源模块的基准电压，从而调节各个电源模块的输出电流，使各电源模块的输出电流平衡。当另一个电源模块的输出电流变为最大时，均流总线将这个电源模块定位主控电源模块，调节其它电源模块的输出电压，使各个电源模块的输出电流在一定的误差范围之内。上述存在以下缺点：1、均流精度不高，UC2907的基准电压精度为2±1.5%，而调节各个电源模块的输出电压就是主控电压与各个电源模块的采样电压的比较，经过调整放大器控制三极管的开通与关断，调节UC2907的基准电压，而基准电压的精度的误差较大，导致输出电压的误差加大，使电源模块的均流不平衡度加大，尤其是多个电源模块并联均流时更加明显。2、闭环环路带宽窄，在高低温（-40℃~85℃）状态下，电源模块稳定性较差，多个电源模块并联时，较窄的带宽造成带宽裕量不足，电源模块很容易发生自激，啸叫，输出电压虚高等不稳定现象，给电源模块的批量生产造成了较大的麻烦。3、均流调节范围受限，输出电流采集和均流精度不能调节。不能根据电源模块所需，自由的调节，比如不同功率电源模块的并联。

技术实现要素：

本发明为了解决上述存在的均流精度不高和均流调节范围受限的现象，提供了一种适用于大功率开关电源并联均流的线路。

本发明采用如下技术方案：一种适用于大功率开关电源并联均流的线路，包括变压器，变压器前级为常用的有源钳或双正激，变压器后级由整流管、电感、输出电容、均流采样电路、均流调节电路、采样反馈电路组成；变压器B1一端分别与整流管D1阳极、电阻R1的一端连接，电阻R1另一端与电容C1的一端连接，整流管D1的阴极分别与整流管D2阴极、电阻R2、电容C1的另一端、及电感L1的一端连接，电感L1的另一端分别与电容CN1一端、采样反馈电路一端、及均流调节电路一端连接，电容CN1另一端与采样反馈电路另一端相接后回到变压器的另一端，均流调节电路与均流采样电路串联后回到变压器的另一端，电阻R2与电容C2串联后与整流管D2的阳极相接回到变压器的另一端。

均流采样电路由运算放大器IC3、二极管D3、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电流采样电阻R18和电容C6组成；变压器分别与电流采样电阻R18一端、电阻R16一端连接，电流采样电阻R18另一端分别与IC3运算放大器的4脚、电阻R17的一端相接，电阻R17另一端接到运算放大器IC3的3脚，IC3运算放大器的4脚接地，其中，运算放大器IC3的8脚接供电，运算放大器IC3的1、2、3脚为一组， 1脚输出， 2脚输入负， 3脚输入正，运算放大器IC3的5、6、7脚为另一组，5脚输入正，6脚输入负，7脚输出，电阻R16另一端分别与运算放大器IC3的2脚、电容C6相接，电容C6与电阻R14串联后与运算放大器IC3的1脚相接，运算放大器IC3的1脚通过R15接到运算放大器IC3的2脚，运算放大器IC3的1脚连接到运算放大器IC3的5脚采样VR，运算放大器IC3的6脚与D3的阴极PR均流端相接，运算放大器IC3的7脚与二极管D3的阳极相接。

进一步的，二极管D3采用多个二极管D3串联或并联，用硅二极管和锗二极管串联或并联。

均流调节电路由运算放大器IC4、三极管T1、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R19、电容C7和电容C5组成；运算放大器IC4的8脚接供电，运算放大器IC4的4脚接地， 3脚输入正，1脚输出，运算放大器IC4的5脚输入正，6脚输入负，7脚输出都不接，空脚。均流采样电路运算放大器IC3的5脚采样VR连接到运算放大器IC4的2脚，均流采样电路PR均流端连接到运算放大器IC4的3脚并输出，运算放大器IC4的 1脚接到三极管T1基极输出，运算放大器IC4的 1脚输出电压到电阻R10，电阻R10与电阻R11串联，电阻R11与三极管T1的C极相接，三极管T1的E极接电阻R12，通过电阻R12接地；电阻R19和电容C7串联后线路的两端对应接到电阻R10和电阻R11串联线路的两端，电阻R10、电阻R19输出电压+Vo，电容C5两端接到三极管T1的C、E两极。

采样反馈电路由电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R13、电容C3、电容C4、光电耦合器IC1和可编程精密电压基准TL431IC2组成；输出电压+Vo连接电阻R3、电容C3和电阻R8，电容C3和电阻R4串联后的两端对应连接到电阻R3两端对电阻R3滤波，电阻R3与光电耦合器IC1连接，电阻R5连接到光电耦合器IC1两端分流，光电耦合器IC1连接到可编程精密电压基准TL431IC2的负极，可编程精密电压基准TL431IC2的正极接地，电阻R6和电容C4串联，电阻R6另一端接到可编程精密电压基准TL431IC2的负极，电容C4另一端接到可编程精密电压基准TL431IC2的基准端，组成阻容网络实现对可编程精密电压基准TL431IC2的相位补偿，电阻R7分别与电阻R9和电阻R13连接实现输出电压的可调，其中，电阻R8和电阻R9串联连接到电阻R7的基准Vref组成调试电压的上偏电阻，电阻R13通过电阻R7的基准Vref组成调试电压的下偏电阻，电阻R7的另一端与电容C4另一端相接。

一种采用上述线路适用于大功率开关电源并联均流的方法，具体包括以下步骤：当单个电源模块运行时，变压器经过能量转换将前级电压转换到后级，通过采样反馈电路获得电源模块所需的电压，均流调节电路和均流采样电路不工作；而当多个电源模块并联时，均流采样电路采集到所需的电压，通过多个电源模块电压的比较，将均流采样电压提供给均流调节电路，均流调节电路通过调节采样反馈电路的电阻，调节输出电压，从而改变电源模块的输出电流，实现电源模块均流。

其中，均流采样电路将电流转换为电压，同时在对电源模块的采样电压进行实时监控，将采样电阻上的电压根据输出功率所需，放大10～100倍，根据电源模块需要调节采样电压，通过二极管D3输出到PR均流端。

均流调节电路把采样来的电压通过运算放大器IC4比较，通过运算放大器IC4控制三极管T1的通断，调节电阻值，改变输出电压，进而调节电源模块输出电流；如果是单个电源模块，均流调节电路不起作用，如果是多个电源模块并联，由于均流端PR比采样端VR电压低0.25V~1V，根据电源模块需要调整二极管D3串联的数量，改变误差精度，多个电源模块并联，均流端PR连接到一起，均流端PR接收到的是输出电流最大的一个电源模块电压，如果电压超过设定的电压，三极管T1导通，使电阻R10、电阻R11、电阻R12和采样反馈电路的电阻R8和R9并联，降低其它电源模块电压，增大输出电流，使各个电源模块的电流在设定误差范围之内。

采样反馈电路为开关电源常用电路，选用可编程精密电压基准TL431BQ型，通过调整电阻R6、电阻R7和电容C4调整电源模块增益和带宽，使基准的误差减小到±0.48%。

本发明的有益效果是：1、本发明降低了均流误差，将基准误差从±1.5%，减低到±0.48%，提高了多个电源模块并联均流的精度，改善了闭环环路带宽和增益，提高了电源模块的可靠性，稳定性，瞬态响应等。本发明灵活的放大倍数和比较自由的误差缩放，不同功率电源模块并联时，比如100W和200W的电源模块并联均流，100W的电流放大60倍，而将200W的电流放大30倍，通过比较，调节输出电压，在同样的误差下，带载都在50%，给不同电源模块的并联提供了方便。本发明能够应用于多个大功率开关电源模块的并联系统中，也可以应用于单个电源模块中。本发明具有能够使多个大功率电源模块并联，并联均流精度较高，线路简洁方便，多个电源模块并联时热量均衡，确保多个电源模块正常可靠的运行。

本发明均流采样电路：均流采样电路功能是将电流转换为电压，同时在对电源模块的采样电压进行实时监控，均流采样电路见图2，电流采样电阻R18一端连接到变压器的负端，一端连接到地，电阻R16接到运算放大器IC3的2脚（输入负），电阻R17接到运算放大器IC3的3脚（输入正），运算放大器IC3的1脚（输出）通过电阻R15负反馈接到运算放大器IC3的2脚，将电流采样电阻R18上的电压根据输出功率所需，放大10～100倍，根据电源模块需要能够灵活的调节采样电压，同时将运算放大器IC3的1脚（输出）接到运算放大器IC3的5脚（输入正），通过二极管D3输出到PR均流端。其中，电容C6和电阻R14形成一个滤波网络，滤除采样电阻上的噪声和尖刺，使电源模块更加可靠稳定的运行。本发明利用运算放大器IC3采集的电压，可以自由的调整放大倍数，通过调整二极管D3数量，可以自由的调整均流误差。本发明采用多个二极管D3串联可以调节误差精度，根据误差的不同，用硅二极管和锗二极管串联，或者硅二极管和锗二极管混合使用。

3. 本发明均流调节电路：多个电源模块并联，均流端PR连接到一起，均流端PR输出的是输出电流最大的一个电源模块的电压，均流调节电路把采样来的电压运算放大器IC4的2脚采样VR与运算放大器IC4的3脚均流端PR比较，通过运算放大器IC4控制三极管的通断，调节电阻值，使输出电压改变，从而实现调节电源模块输出电流的目的，使各个电源模块的电流在设定误差范围之内。R19和C7组成滤波网络，C5电容可以调节均流电源模块切换的时间，抑制噪声等。利用运算放大器IC4比较电压，通过电阻R10、电阻R11、电阻R12、三极管T1和电容C5调节电源模块的输出电压，实现电源模块均流的目的。

4. 本发明采样反馈电路为开关电源常用电路，具有良好的闭环带宽和增益，选用高精度的TL431BQ型做基准电压，降低了电源模块的输出电压误差，使基准的误差减小到±0.48%，使基准误差大幅降低，减小可以通过调整R6、R7和C4调整电源模块增益和带宽，使电源模块工作在一个裕量较为充足的状态。利用TL431的闭环环路，提高环路带宽，增大环路裕量，提高电源模块的瞬态响应，增加电源模块的稳定性。

附图说明

图1. 本发明的后级均流控制原理图；

图2. 本发明的均流采样电路图；

图3. 本发明的均流调节电路图；

图4. 本发明的采样反馈电路图。

具体实施方式

下面对本发明的线路进行详细描述：

本发明的线路具体如下：如图1所示，一种适用于大功率开关电源并联均流的线路，包括变压器，变压器前级为常用的有源钳或双正激，变压器后级由整流管、电感、输出电容、均流采样电路、均流调节电路、采样反馈电路组成；变压器B1一端分别与整流管D1阳极、及电阻R1的一端连接，电阻R1另一端与电容C1的一端连接，整流管D1的阴极分别与整流管D2阴极、电阻R2、电容C1的另一端、及电感L1的一端连接，电感L1的另一端分别与电容CN1一端、采样反馈电路一端、及均流调节电路一端连接，电容CN1另一端与采样反馈电路另一端相接后回到变压器的另一端，均流调节电路与均流采样电路串联后回到变压器的另一端，电阻R2与电容C2串联后与整流管D2的阳极相接回到变压器的另一端，完成回路。其中，电阻R1、电容C1是加在整流管D1，电阻R2、电容C2是加在整流管D2上的阻容网络，将整流后的电压连接到电感L1，电感L1和电容CN1连接对整流后的电压滤波。

如图2所示，均流采样电路由运算放大器IC3、二极管D3、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电流采样电阻R18和电容C6组成；变压器分别与电流采样电阻R18一端、电阻R16一端连接，电流采样电阻R18另一端分别与IC3运算放大器的4脚、电阻R17的一端相接，电阻R17另一端接到运算放大器IC3的3脚，IC3运算放大器的4脚接地，其中，运算放大器IC3的8脚接供电，运算放大器IC3的1、2、3脚为一组， 1脚输出， 2脚输入负， 3脚输入正，运算放大器IC3的5、6、7脚为另一组，5脚输入正，6脚输入负，7脚输出，电阻R16另一端分别与运算放大器IC3的2脚、电容C6相接，电容C6与电阻R14串联后与运算放大器IC3的1脚相接，运算放大器IC3的1脚通过R15接到运算放大器IC3的2脚，运算放大器IC3的1脚连接到运算放大器IC3的5脚采样VR，运算放大器IC3的6脚与D3的阴极PR均流端相接，运算放大器IC3的7脚与二极管D3的阳极相接。其中，电流采样电阻R18上的电压根据输出功率所需，放大10～100倍。电容C6和电阻R14形成一个滤波带宽网络，滤除电流采样电阻R18上的噪声和尖刺。二极管D3采用多个二极管D3串联或并联可以调节误差精度，优选用硅二极管和锗二极管串联或并联。

图2中采用两个运算放大器也能均流采样功能。如果采用两个单路运算放大器，即电阻R16接到单运算放大器的2脚输入负，电阻R17接到单运算放大器的3脚输入正，单运算放大器的1脚输出通过电阻R15接到2脚输入负，单运算放大器的4脚接地，单运算放大器的8脚供电，单运算放大器的1脚接到另一个单运算放大器的3脚，单运算放大器的2脚输入负接到二极管D3的阴极，单运算放大器的1脚输入正接到二极管D3的阳极，单运算放大器的4脚接地，单运算放大器的8脚供电。

如图3所示，均流调节电路由运算放大器IC4、三极管T1、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R19、电容C7和电容C5组成；运算放大器IC4的8脚接供电，运算放大器IC4的4脚接地， 3脚输入正，1脚输出，运算放大器IC4的5脚输入正，6脚输入负，7脚输出都不接，空脚。均流采样电路运算放大器IC3的5脚采样VR连接到运算放大器IC4的2脚，均流采样电路PR均流端连接到运算放大器IC4的3脚并输出，运算放大器IC4的 1脚接到三极管T1基极输出，运算放大器IC4的 1脚输出电压到电阻R10，电阻R10与电阻R11串联，电阻R11与三极管T1的C极相接，三极管T1的E极接电阻R12，通过电阻R12接地；电阻R19和电容C7串联后线路的两端对应接到电阻R10和电阻R11串联线路的两端，电容C5两端接到三极管T1的C、E两极；电阻R10、电阻R19输出电压+Vo。其中，电阻R19和电容C7串联后线路的两端对应接到电阻R10和电阻R11串联线路的两端，组成阻容网络，滤除杂波，电容C5接到三极管T1的C、E两级调节响应时间和抑制噪声。

如图4所示，采样反馈电路由电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R13、电容C3、电容C4、光电耦合器IC1和可编程精密电压基准TL431IC2组成；输出电压+Vo连接电阻R3、电容C3和电阻R8，电容C3和电阻R4串联后的两端对应连接到电阻R3两端对电阻R3滤波，电阻R3与光电耦合器IC1连接，电阻R5连接到光电耦合器IC1两端分流，光电耦合器IC1连接到可编程精密电压基准TL431IC2的负极，可编程精密电压基准TL431IC2的正极接地，电阻R6和电容C4串联，电阻R6另一端接到可编程精密电压基准TL431IC2的负极，电容C4另一端接到可编程精密电压基准TL431IC2的基准端，组成阻容网络实现对可编程精密电压基准TL431IC2的相位补偿，电阻R7分别与电阻R9和电阻R13连接实现输出电压的可调，其中，电阻R8和电阻R9串联连接到电阻R7的基准Vref组成调试电压的上偏电阻，电阻R13通过电阻R7的基准Vref组成调试电压的下偏电阻，电阻R7的另一端与电容C4另一端相接。

一种采用上述线路适用于大功率开关电源并联均流的方法，具体包括以下步骤：当单个电源模块运行时，变压器经过能量转换将前级电压转换到后级，通过采样反馈电路获得电源模块所需的电压，均流调节电路和均流采样电路不工作；而当多个电源模块并联时，将多个电源模块的均流端PR连接到一起，均流采样电路采集到所需的电压，通过多个电源模块电压的比较，均流端PR输出电流最大的一个电源模块电压，将均流采样电压提供给均流调节电路，均流调节电路通过调节采样反馈电路的电阻，调节输出电压，从而改变电源模块的输出电流，实现电源模块均流。

其中，均流采样电路将电流转换为电压，同时在对电源模块的采样电压进行实时监控，将采样电阻上的电压根据输出功率所需，放大10～100倍，根据电源模块需要调节采样电压，通过二极管D3输出到PR均流端。

均流调节电路把采样来的电压通过运算放大器IC4比较，通过运算放大器IC4控制三极管T1的通断，调节电阻值，使输出电压改变，从而实现调节电源模块输出电流的目的；如果是单个电源模块，均流调节电路不起作用，如果是多个电源模块并联，由于均流端PR比采样端VR电压低0.25V~1V，根据电源模块需要调整二极管D3串联的数量，改变误差精度，均流端PR接收到的是输出电流最大的一个电源模块电压，如果电压超过设定的电压，三极管T1导通，使电阻R10、电阻R11、电阻R12和采样反馈电路的电阻R8和R9并联，降低电源模块电压，增大输出电流，使各个电源电源模块的电流在设定误差范围之内。

采样反馈电路为开关电源常用电路，选用可编程精密电压基准TL431BQ型，通过调整电阻R6、电阻R7和电容C4调整电源模块增益和带宽，使基准的误差减小到±0.48%。

实施例1

当电源模块1和电源模块2并联时，将两个电源模块的均流端PR连接到一起，两个电源模块对各自的电流采样电阻R18进行采样，将采样到的电流通过运算放大器IC3转换为电压，比如电源模块1输出到均流端PR的电压为0.72V，而电源模块2输出到均流端PR的电压为0.78V，均流端PR输出电流最大的一个电源模块电压，由于均流端PR与运算放大器IC3的6脚和运算放大器IC4的3脚连接，将输入电源模块1运算放大器IC4的3脚电压抬高到0.78V，这个时候电源模块1运算放大器IC4的2脚（输入负）电压0.72V与电源模块2运算放大器IC4的3脚（输入正）0.78V比较，使电源模块1运算放大器IC4的1脚（输出）输出为+Vo，三极管T1导通，降低电源模块1的输出电压，增大电源模块1的输出电流，减小电源模块2的输出电流，而当电源模块1的输出电流大于电源模块2时，电源模块1的三极管T1截止，电源模块2的三极管T1导通，增大电源模块2的输出电流，减小电源模块1的输出电流，根据两个电源模块电流的大小交替导通，实现两个电源模块均流的目的。