UC3907设计的均流电路简介在实际应用中，为了获得所需的容量和一定的冗余，电源系统往往采用电源模块并联。对供电系统的基本要求是：3354在电网扰动或负载扰动时保持输出电压稳定；3354控制每个模块的电流，以平均分配负载电流。为了最大限度地提高系统的稳定性，供电系统还具有以下要求：——设置模块冗余，使任何一个模块损坏，其余模块都能提供足够的电流而不影响供电系统的工作；3354无需其他外部控制设备即可实现负载分担功能。此外，为了实现均流，电源系统还需要以下功能：3354有一条公共的、低带宽的均流总线连接所有模块单元；3354具有良好的均流瞬态响应；3354使用控制器来调节输出电压。简而言之，就是希望各个模块组成的供电系统能够形成一个整体，各个模块的受力均匀分布。此时如果采用均流技术，系统的稳定性是最高的。在设计功率模块20A和50A的应用电路时，采用了美国UNITRODE公司的均流芯片，与其他均流方式相比达到了更好的均流效果，为功率模块热插拔的实现奠定了基础。2均流方法均流方法有很多种，包括下垂法、主从法、外控制器法、平均电流法、最大电流法等。相对而言，最大电流法性能最好，调整简单，易于实现。均流总线的开路或短路都不会影响各个电源模块的独立工作，任何一个模块的故障都不会影响均流功能的实现。UC3907采用最大电流法，如图1所示。原理是将每个模块的电流与该模块的最大电流进行比较，并据此调整参考电压，以校正该模块输出电流的不平衡。这种方法类似于平均电流法(如图2所示)，只是后者的均流总线上连接的电阻被一个二极管代替，这样只允许电流最大的模块连接到总线上。最大电流法克服了平均电流法的一些缺点，不会因为某个模块短路或限流而降低均流母线的电压。最大电流法可以使从模块很好地分担电流，但是连接在主模块和总线之间的二极管的压降也会带来误差。UC3907使用单向缓冲器代替二极管来消除上述误差。图1最大均流法图2平均均流法图2 3UC3907的结构图3uc 3907的结构如图3所示。根据图3，UC3907可分为两部分：电压回路和电流回路。电压环路由电压放大器、接地放大器和驱动放大器组成。该环路由电流放大器、调节放大器、缓冲放大器和状态指示器组成。3?1电压环(1)电压放大器电压放大器是一个反馈控制级，用于调节模块的输出电压，整个电压环补偿通常连接在这个放大器上。输出偏差限于2V，以改善系统的大信号响应。检测中，电压放大器和地放大器配合，电压放大器完成高阻抗正极性测试，地放大器完成高阻抗负极性测试。(2)接地放大器接地放大器是一个单位增益缓冲器，偏置为- 0.25V V.在保持负输入端(该端被认为是“真地”-4引脚)的高阻抗的同时，这种偏置使得放大器具有足够的负电压来提供所有的控制偏置和工作电流。接地放大器的输出(引脚6)是模拟地。将0.25V的偏置加到1.75V的参考电压上，以在电压放大器的正输入端获得2V的参考电压，微调为1.25%。回路端子(引脚5)可以得到最大的负电压，比负极性测试输入端子(引脚4)低0 ~ 5V。所有芯片电流都通过此引脚返回芯片。(3)驱动放大器dr
驱动放大器将电压放大器的输出转换为误差电流，并提供给光耦合器。误差电流IOPO为：IOPO=其中Ve为电压放大器的输出。电压和小信号的增益为：3？2电流回路(1)电流放大器和缓冲放大器芯片的均流部分采用电流放大器、缓冲放大器和调节放大器。电流放大器的输出是代表负载电流的模拟信号(VCA=20RSIOUT)，电流放大器的输出连接到驱动均流总线的单向缓冲器。由于缓冲器只提供电流，这就保证了电流最大的模块成为主模块，以低阻抗驱动均流总线。从10k阻抗到地，所有其它模块的缓冲放大器无效。(2)调节放大器调节放大器通过比较模块本身的负载电流和最大模块电流来调节模块电压放大器的参考电压，以维持均流。调节放大器是跨导放大器，用于限制带宽并防止噪声进入参考电压调节电路。调节放大器的输出(引脚14)通过一个补偿电容连接到模拟地(引脚6)。接地参考补偿类似于内部补偿，但不存在正信号问题，因此输入端会滤除多余噪声。调节放大器反向输入内置50mV的偏置，使得作为主模块的模块产生低输出，不产生调节指令。当50mV的偏置代表均流误差时，电流放大器会通过检测电阻将其降低到2.5mV。这使得所有从模块共享电流，而主模块的运行值略高于从模块的运行值。这种偏置也抑制了循环和低频噪声竞争主模块的位置。(3)状态指示器状态指示器引脚用于指示哪个模块为主模块。当调节放大器的输出为低电平时，集电极触发。当其中一个并联模块过流时，此引脚将指示电流最大的模块，以帮助诊断故障模块。零电流或小电流误差对其他模块没有影响，对电压控制和均流也没有影响。当四个并联模块的启动模块并联时，必须考虑启动状态。四个5V电源模块并联的启动顺序图如图4所示。一旦初级侧供电，功率级将需要最大占空比，直到单个模块反馈信号控制输出电压。在时间t1，模块# 1由于最大电流而成为主模块，这使得输出电压高于其他模块。其他模块将向功率级反馈零占空比信号，并保持空闲。此时，主模块提供所有负载电流，并在均流总线上输出响应电流。其他模块的调节放大器检测负载电流与主模块电流的差值，并开始转换调节放大器的输出，以提高电压放大器的参考电压。同时，主模块的调整放大器的输出被箝位在调整阈值以下，从而保持原始参考电压不变。在时间t2，其他三个调节放大器超过调节阈值，并开始改变参考电压。在时间t3，模块# 2的参考电压最接近主模块，并且负载电流在两个模块之间平均分配。另外两个模块# 3和# 4仍在调整参考值。在时间t4，模块# 3获得理想电压，并且负载电流在三个模块之间平均分配。在时间t5，最后一个模块完成参考值调整，因此电流被均分。如果需要缓慢建立模块电流，可以在控制芯片上设置软启动，启动时间比调整时间慢得多。t1到t5的调整时间t为：t=，CI=其中：gm的典型值为3；f是调整放大器的单位增益频率；CI调整放大器补偿电容；Va调整放大器偏差；一是调整放大器的最大电流(220A)。为了限制电流环路的带宽，调整放大器需要通过电容CI进行补偿。如果要调整的放大器带宽为500Hz，CI为1 F，在最低基准电压下，调整放大器输出如下：VADJ=(VREF Max-VR
电流回路是低带宽回路，以抑制均流母线产生的噪声，带宽要足够低，以防止与电压回路的相互作用，即电流回路的交叉频率要低于电压回路，并充分隔离，但电流回路的交叉频率不能太低，因为需要过大的补偿电容。环路的电压响应由环路的调制电路拓扑和其他增益函数决定。为了稳定性，电流环不能在电压环的交叉频率产生过大的相移，所以电流环的交叉频率至少比电压环低10dB/10倍，最好低20dB/10倍；并且在图4、图5、图6中UC3907完成的4模启动序列(无软启动)中，电流回路的零点应该在电压回路的交越频率的左侧。例如，可以在电流环的交叉频率处设置零点，这样可以减小电流环对电压环交叉频率的影响。根据电流环均流电路、功率电路和整个系统(均流电路和功率电路的组合)的幅频特性和相频特性，波特图如图5所示。整个电压环的增益GV(S)如下：GV(S)=A(S)其中：为不同拓扑电路输出的PWM控制信号的增益；电压放大器输出的PWM控制信号对误差信号的增益；A(S)是电压放大器的传递函数。整个电流环路的增益GI(S)如下：gi (s)=AO，ACS，ABA，aadj，apwr其中AO为输出电压与检测电阻两端电压的比值；ACS是电流放大器的增益(20 );ABA是缓冲放大器(1)的增益；AADJ是调节放大器的增益；APWR是功率级的传递函数。6实验结果用UC3907设计了一个均流50V/80A电源系统，4个20A电源模块并联。每个模块的均流电路如图6所示。UC3907的14脚输出在1.5V-2.25v之间6、7脚和电阻R1、R2形成回路使发射极在1.5V左右，对于主模块，14脚输出为1.5V，所以NPN三极管截止，集电极接5V的高电位到控制电路；对于从模块，14脚电压约为2.25V，三极管导通，集电极电位从5V下降到4.75V，然后控制电路调整输出跟随主模块。实验数据列于表1和表2中。表1 40A负载电流时的均流模块1模块2模块3模块4系统电流/A 9.8 9.9 9.9 10.4 40均流偏差-2%-1%-1%+4%表2 60A负载电流时的均流模块1模块2模块3模块4系统电流/A 15.1 14.6 14.9 15.4 60均流偏差+0.67%-3.67%-0.67%+3.67% 7 UC 30设计的均流电路的实验数据得出的结论
