电源、万瑞达电气、可调直流稳压电源

自动负载、电流自动均流在电源系统中的应用

   大功率电源系统采用多台开关电源并联运行实现，是目前电源技术的发展方向之一。可并联运行的模块化电源具有很多优点，一是小功率的电源模块可以方便地组合成大功率的电源系统，其容量可以任意扩展；二是实现电源系统的冗余设计，多路可调电源，提高其可靠性；三是使用场合不受限制，根据需要组合，方便灵活。图1所示为多台开关电源并联均流实现大功率电源系统的示意图。本文就自动均流技术及其应用做简要讨论。

　　自动均流技术是常用的硬件电流均流技术之一。该方法是通过均流总线和相并联各电源间电流信号的比较获得相应修正量，来实现各单元电源间电流均匀分配的。在这里主要讨论平均电流的自动负载均流法和较大电流自动均流法。

　　平均电流的自动负载均流

　　1 工作原理

　　这种均流方式采用了一个窄带电流放大器，输出端通过阻值为R的电阻连到均流母线上，N个单元电源采用N个这种结构（见图2）。

　　当输出达到均流时，电流放大器输出电流为零，这时电源系统处于均流工作状态。当输出达不到均流时，在电阻R上产生一个Vab，由这个电压控制A1，由A1再控制单元功率的输出电流，较终使它达到均流。

　　2 特点

　　① 均流效果好，易实现准确均流；

　　② 在具体使用中，如出现均流母线短路或接在母线上的一个单元电源不工作时，母线电压下降，将使每个电源输出电压下调，甚至达到下限，以致造成故障。并且，当某一模块的电流上升到I0MAX时，电流放大器输出电流也达到极限值，同时致使其他单元电源输出电压自动下降。

　　3 具体应用电路

　　① 用运放和功率开关实现负载均流电路；

　　如图3所示，实现了两个模块均流电流的连接，实现了当负载变化时，每台电源的输出电压变化相同，母线电流IO=（IO1+IO2…+IOM）/n，从而实现均流。这个电路的优点就是，当其中一个模块不能正常工作时，通过开关QC1和QC2截断此模块的工作，以避免过大的电流通过。

　　图3? 双模块的均流连接

　　采用运放产生电流误差信号，电路的灵敏度很高，特别是对噪声的干扰，因此系统的稳定性较差。为提高稳定性，给出图3所示的电路，用低通滤波器加上比较器，代替运放来产生误差信号。

　　② 用低通滤波器和比较器实现负载均流电路。

　　图4中的电路表示应用均流电路的两个模块的连接。这种均流技术不采用运放来产生电流误差信号，因而电路十分稳定且容错性强，电路简单易行。R2、R3、C1组成低通滤波器，电流源Is表示与输出电流以成比例的取样电流。为实现和维持所需的均流，电流均分母线将各模块的均流电路连接在一起，电源，电流均分母线上的电压确定了模块所需的输出电流。

中国新能源汽车继续崛起

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   稳压电源设计和研发是很多工程师较常接触的，而直流稳压电源的设计与制作则是基础中的基础。对于刚刚开始从事稳压电源设计及产品研发的新人工程师来说，快速掌握直流稳压电源的设计与制作流程，是非常有必要的。

   为了提高稳压电源设计方案的质量及其可靠性，在进行直流稳压电源的设计与制作之前，我们需要对电源输出电压进行采样、比较、放大，并用此误差放大信号来调节其输入电压，使得负载变化时输出电压保持稳定。这是进行电源设计工作前的*环节。同时，为了提高电源的使用安全性能，我们也需要为这一研发中的方案设计一个简单可靠的过压过流保护电路，防止电压电流过大时损坏负载元件。下面我们将从电源主电路、控制电路、保护电路设计等3个方面简要介绍一种直流稳压电源的设计和制作方法。

一、主电路设计

   在这一直流稳压电源的设计和制作环节中，直流稳压电源的主电路部分主要包括电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路设计。其完整的主电路图如下图图1所示。在该电路系统中，变压器把高压交流电变为所需要的低压交流电，整流器把交流电变为脉动直流电。滤波器滤除直流中的交流成分，稳压器把波动较大的直流电压变为稳定的直流电压输出

   在这一直流稳压电源设计过程中，可调直流稳压电源，电源变压器在整个主电路系统中的主要工作，一般是将单相工频交流220V电压转换成电压较低的交流电，上海 大功率电源，以此来满足后续电路的需要。此时工程师应当根据电路所要求输出的直流电压和电流值，来确定电源变压器次边的抽头个数和各个抽头应输出的电压和功率。这里需要注意一点是，在某些要求比较高的行业中，如果需要减小电源变压器的体积和重量，那么工程师可以选择高频电源变压器。

  在进行这一直流稳压电源的设计与制作过程中，工程师还需要注意的一点是，在实际设计中应当根据所制作电源要求的输出精度和质量特性，来选择合理的整流方式。依据国内的实际应用情况，直流稳压电源设计中一般利用电感、电容等储能元件两端电压不能突变的特，性对交流电压进行滤波，从而输出波动较小的直流电。

    然而，这种通过滤波输出的直流电本身仍会含有较多的交流成分，因此不能直接加在负载两端，需对其进行稳压。在实际应用中，我们一般会选用输出稳定可靠的三端集成稳压器，来实现稳压效果，不仅能够满足电源设计要求，某种程度上还可以缩短设计周期、降低设计成本。

二、控制电路设计

   稳压电源设计在完成了主电路系统的设置后，是可以进行工作的，但是此时的直流稳压电源自身的带载能力还是比较差的，当负载电流增大时输出电压会降低，不能满足大多数电子元件工作的电源要求。就目前常用的几种技术来看，一般工程师会通过闭环反馈控制和扩大输出电流来提高电源性能。在这里我们为了保证电源的输出电压不会随着负载的变化而变化，应使电源自身具有反馈调节能力，其控制电路的设计原理如下图中图3所示。

    当负载两端电压发生变化时，电阻网络的采样电压随之改变，将此采样的电压值与给定的基准电压进行比较，并将此微弱的误差信号进行放大进而调节控制元件的工作状态，从而调节负载两端的电压，使其保持稳定。该控制电路中的控制元件应选用工作状态可调节的元件，如三极管，其发射较电流会随着基较电流的变化而改变，因此通过控制三极管基较的电压即可调节三级管的导通程度，从而可调节电路的输出电压使其满足要求。

   在直流稳压电源的设计与制作过程中，为了能够进一步提高电源的带载能力，我们可以采用三极管将电源的输出电流进行扩大

在这一直流稳压电源的电流扩大电路设计中，当电路系统内的负载电流较小时，负载所需的电流完全由稳压模块提供。而当负载电流增大时，电阻R上的压降增大，将使串联调整三极管Q导通，三极管与稳压模块一起提供负载电流。

三、保护电路设计

    直流稳压电源的设计与制作环节中，保护电路设计是比较重要的一环。为了提高电源的使用可靠性和安全性能，我们通常需要设计一些简单的保护电路，如过压、过流保护等。

    该系统保护电路主要是由过电压保护电路、预稳压电路、过流保护电路和电流扩大电路四个部分来组成的。F1、Q1、R5、R6共同组成了直流稳压电源的过电压保护电路。当负载两端的电压升高时，R6上的压降增大，晶闸管门较得触发电流，晶闸管导通，瞬时大电流使F1熔断，从而起到保护电路的作用。同时，R1、Q2、D1共同组成了预稳压电路，将稳压模块的输入电压固定在某一电压值，使得输入电压不随负载变化。而过流保护电路主要由R2、Q3、R4组成，当电路系统中的电流过大时，电阻R2上的压降增大，使得三极管Q3导通，从而为大电流提供通路，防止电路中电流过大损坏电路元件和伏在元件。R3、Q4组成电流扩大电路，提供电路的带载能力。