1引言

在實際應(yīng)用中,，為了獲得需要的容量和一定的冗余，電源系統(tǒng)經(jīng)常將電源模塊并聯(lián)使用,，對電源系統(tǒng)的基本要求是：

——在電網(wǎng)擾動或負載擾動時,，保持輸出電壓穩(wěn)定,；

——控制各模塊電流,，使其均分負載電流,。

為了最大程度地獲得系統(tǒng)穩(wěn)定性，電源系統(tǒng)還有以下要求：

——設(shè)置模塊冗余,，使任一模塊損壞,，剩下的模塊能提供足夠的電流,，而不致影響電源系統(tǒng)的工作；

——完成負載均分功能,，而不需其它的外置控制設(shè)備,。

另外，針對完成均流,，電源系統(tǒng)還需要以下的功能：

——有一個公共的,、低帶寬的均流總線來連接所有的模塊單元；

——具有良好的均流瞬態(tài)響應(yīng),；

——使用一個控制器調(diào)節(jié)輸出電壓,。

總之，希望由各模塊構(gòu)成的電源系統(tǒng)能形成一個整體,，各模塊平均分配應(yīng)力。并且這時如果使用均流技術(shù),，系統(tǒng)的穩(wěn)定性最高,。我們在設(shè)計20A和50A的電源模塊應(yīng)用電路時就采用了美國UNITRODE公司的均流芯片，相對其它均流方法取得了較好的均流效果,，并為電源模塊熱插拔的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ),。

2均流方法

電流均流法很多，有：下垂法,、主從法,、外接控制器法、平均電流法,、最大電流法等,。相對而言最大電流法性能最好，調(diào)整簡單易實現(xiàn),，均流母線開路或短路都不會影響各電源模塊的獨立工作,，任一模塊的故障也不會影響均流功能的實現(xiàn)。UC3907采用的就是最大電流法,，如圖1所示,。原理是各模塊電流和模塊的最大電流相比較，相應(yīng)調(diào)整參考電壓以校正模塊輸出電流的不均衡度,。這種方法和平均電流法相似（如圖2）,，只是將后者和均流母線相連的電阻換成了二極管，這樣就只允許電流最大的模塊和母線相連,。最大電流法克服了平均電流法的一些缺點,，不會因某個模塊短路或限流等原因?qū)⒕髂妇€電壓降低。最大電流法能使從模塊很好地均流,，但由于主模塊和母線相連的二極管壓降也帶來了誤差,。UC3907用一個單向緩沖器代替二極管以消除上述誤差,。

圖1最大電流均流法圖2平均電流均流法

圖2

圖3UC3907的結(jié)構(gòu)圖

3UC3907結(jié)構(gòu)

UC3907的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖3可知,，UC3907從結(jié)構(gòu)上可以分為電壓環(huán)和電流環(huán)兩部分,。電壓環(huán)由電壓放大器、地放大器和驅(qū)動放大器構(gòu)成,；電流環(huán)由電流放大器,、調(diào)整放大器、緩沖放大器和狀態(tài)指示構(gòu)成,。

31電壓環(huán)

（1）電壓放大器

電壓放大器是作模塊輸出電壓調(diào)整的反饋控制級,，整個電壓回路補償通常就連在該放大器上。輸出偏差限定在2V,，以提高系統(tǒng)的大信號響應(yīng),。在檢測中電壓放大器和地放大器配合，電壓放大器完成高阻抗正極性測試,，地放大器完成高阻抗負極性測試,。

（2）地放大器

地放大器是一個具有－0.25V偏置的單位增益緩沖器。在保持負極性輸入端高阻抗時（該端被認為是“真的地”—4腳）,，該偏置使放大器有足夠的負電壓來提供所有的控制偏置和工作電流,。地放大器的輸出（6腳）是模擬地。0.25V的偏置加到1.75V的參考電壓以在電壓放大器正輸入端得到2V的參考電壓,，微調(diào)±1.25％,。

地返回端（5腳）能得到最大負電壓，并且比負極性測試輸入端（4腳）低0到5V,。所有芯片電流通過該管腳返回芯片,。

（3）驅(qū)動放大器

驅(qū)動放大器是增益為－2.5的反置放大器，它將反饋信號耦合到功率控制器,。電流設(shè)定電阻Rset用來建立控制環(huán)的前饋轉(zhuǎn)換功能和最大驅(qū)動電流,。驅(qū)動放大器的極性這樣來設(shè)定：在正檢測輸入端（11腳）電壓的升高，光耦電流增加,，原邊PWM的占空比減少,。這將保證正確的啟動，因為在電源開機時副邊沒有能量,。

驅(qū)動放大器將電壓放大器的輸出轉(zhuǎn)換為誤差電流,，提供給光耦。誤差電流IOPO為：IOPO=

式中：Ve為電壓放大器的輸出,。

電壓誤差和小信號的增益為：

32電流環(huán)

（1）電流放大器和緩沖放大器

芯片的均流部分使用了電流放大器,、緩沖放大器和調(diào)整放大器。電流放大器的輸出是代表了負載電流的模擬信號（VCA=20×RS×IOUT），電流放大器的輸出連到驅(qū)動均流母線的單向緩沖器,。因為緩沖器只提供電流,，這保證了最大電流的模塊成為主模塊，并通過低阻抗驅(qū)動均流母線,，所有其它模塊的緩沖放大器由10k阻抗到地而無效,。

（2）調(diào)整放大器

調(diào)整放大器將模塊自身的負載電流和最大模塊電流相比較，以調(diào)整模塊電壓放大器的參考電壓來保持均流,。調(diào)整放大器是一種跨導(dǎo)型的放大器以限定帶寬,，防止噪聲進入?yún)⒖茧妷赫{(diào)整電路。調(diào)整放大器的輸出（14腳）通過一個補償電容到模擬地（6腳）,。地參考補償類似于內(nèi)部補償,，但沒有正信號的問題，因此輸入端濾去了不需要的噪聲,。調(diào)整放大器在反向輸入端有一個內(nèi)置50mV的偏置,，它使模塊作為主模塊時產(chǎn)生低輸出，不產(chǎn)生調(diào)整指令,。當(dāng)50mV的偏置代表了均流誤差,，電流放大器將通過檢測電阻將其減少到2.5mV。這使所有的從模塊均流,，而主模塊運行值稍高于從模塊。這個偏置也抑制了循環(huán)和低頻噪聲爭奪主模塊的位置,。

（3）狀態(tài)指示

狀態(tài)指示腳用來指示哪個模塊是主模塊,。當(dāng)調(diào)整放大器的輸出為低，集電極觸發(fā),。當(dāng)并聯(lián)模塊中一個模塊過流,，該引腳將指示電流最大的模塊幫助診斷出錯模塊。零電流或低電流錯誤對其他模塊沒有影響,，并且對電壓控制和均流沒有影響,。

4并聯(lián)模塊的啟動

模塊并聯(lián)時必須考慮啟動狀態(tài)，4個5V電源模塊并聯(lián)的啟動時序圖如圖4所示,，一旦原邊提供功率,，功率級將需要最大占空比直到單模塊反饋信號控制輸出電壓。在時間t1,，模塊＃1由于電流最大成為主模塊,，這使輸出電壓高于其他模塊。其他模塊將反饋零占空比信號到功率級,，并保持空閑狀態(tài),。在這一點主模塊提供所有的負荷電流，并且在均流母線上輸出響應(yīng)電流。其它模塊的調(diào)節(jié)放大器檢測到其負載電流和主模塊電流的差異,，開始轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)放大器的輸出來提高電壓放大器的參考電壓,。同時主模塊的調(diào)整放大器輸出保持鉗位在低于調(diào)整門限，從而保持原參考電壓不變,。在時間t2,，其他的三個調(diào)整放大器超過調(diào)整門限，開始改變參考電壓,。在時間t3,，模塊＃2的參考電壓最接近主模塊，并且負載電流在這兩個模塊間均分,。另外兩個模塊＃3和＃4依然在調(diào)節(jié)參考值,。在時間t4，模塊＃3取得理想電壓,，負載電流在這三個模塊間均分,。在時間t5，最后一個模塊完成了參考值調(diào)節(jié),，因此電流均分,。如果需要模塊電流緩慢建立，可在控制芯片上設(shè)置啟動時間比調(diào)整時間慢很多的軟啟動,。從t1到t5的調(diào)整時間t為：t=,，CI=

式中：gm的典型值為3；

f為調(diào)整放大器的單位增益頻率,；

CI為調(diào)整放大器補償電容,；

Va為調(diào)整放大器偏差；

I為調(diào)整放大器最大電流（220μA）,。

為了限制電流環(huán)的帶寬,，調(diào)整放大器需連電容CI補償。若所需調(diào)整放大器的帶寬為500Hz,，CI為1μF,。最低參考電壓時，調(diào)整放大器輸出為：

Vadj=(VREFmax－VREFmin)17.5＋1

=30mV×17.5＋1

=15.3V

5電壓環(huán)和均流環(huán)設(shè)計

均流系統(tǒng)包括兩個環(huán)路：電壓環(huán)和均流環(huán),。電壓環(huán)調(diào)整輸出電壓,，并且為了有良好的瞬態(tài)響應(yīng)，電壓環(huán)的響應(yīng)比電流環(huán)快,。電流環(huán)是一個低帶寬環(huán)以抑制從均流母線上產(chǎn)生的噪聲,，并且?guī)拺?yīng)該足夠低以防和電壓環(huán)相互作用,即電流環(huán)比電壓環(huán)的交越頻率低并且分得足夠開，但電流環(huán)的交越頻率也不能太低,，因為這需要過大的補償電容,。電壓環(huán)的響應(yīng)由調(diào)制電路拓撲、環(huán)路其他增益函數(shù)決定。為了穩(wěn)定性,，電流環(huán)在電壓環(huán)的交越頻率處不能產(chǎn)生過度的相移,，所以電流環(huán)的交越頻率比電壓環(huán)的交越頻率至少要低10dB/十倍頻，最好低20dB/十倍頻,；并且電流環(huán)的零點應(yīng)該在

圖4用UC3907完成的4模塊啟動時序（無軟啟動）

圖5

圖6模塊均流電路

電壓環(huán)的交越頻率的左邊,，如可以在電流環(huán)的交越頻率處設(shè)置一個零點，這樣可以減小電流環(huán)在電壓環(huán)的交越頻率處產(chǎn)生的影響,。

根據(jù)電流環(huán)均流電路,，功率電路及整個系統(tǒng)（均流電路和功率電路的組合）的幅頻特性、相頻特性作出的波特圖如圖5所示,。

整個電壓環(huán)的增益GV(S)如下：GV(S)=A(S)式中：為不同拓撲電路輸出到PWM控制信號的增益,；為PWM控制信號的增益到電壓放大器輸出的誤差信號；

A(S)為電壓放大器的傳遞函數(shù),。

整個電流環(huán)的增益GI(S)如下：

GI(S)=AO·ACS·ABA·AADJ·APWR

式中：AO為輸出電壓和檢測電阻上的電壓之比,；

ACS為電流放大器的增益（20）；

ABA為緩沖放大器的增益（1）,；

AADJ為調(diào)整放大器的增益,；

APWR為功率級的傳遞函數(shù)。

6實驗結(jié)果

用UC3907設(shè)計均流的50V/80A電源系統(tǒng),，使用4個20A電源模塊并聯(lián),，模塊均流電路如圖6所示。

UC3907的14腳輸出在1.5V到2.25V之間,，6,、7腳和電阻R1、R2構(gòu)成回路,，使發(fā)射極約為1.5V。對于主模塊,，14腳輸出為1.5V,，所以NPN三極管不通，集電極接5V的高電位到控制電路,；對于從模塊,，14腳約為2.25V，三極管導(dǎo)通,集電極電位從5V下降到4.75V左右,，再接控制電路調(diào)整輸出跟隨主模塊,。

實驗數(shù)據(jù)如表1、表2所列,。

表1負載電流40A時的均流狀況

表2負載電流60A時的均流狀況

7結(jié)論

從利用UC3907設(shè)計的均流電路的實驗數(shù)據(jù)可以看出UC3907是一種性能比較好的均流芯片,，能很好地完成均流任務(wù)。