电力电子系统建模及控制 第8章 DCDC变换器模块并联系统的动态模型及均流控制.ppt

第8章DC/DC变换器模块并联系统的动态模型及均流控制将若干个DC／DC变换器模块的输出并联起来构成DC／DC变换器模块并联供电系统，如图8-1所示。DC/DC变换器模块并联供电系统有许多优点，可以增加电源的输出功率，实现N+1冗余备份功能，提高了系统可靠性。从制造的角度来看，DC／DC变换器模块成为标准件，可以提高批量、降低成本同时提高可靠性。从应用的角度也变得十分灵活。为了使DC／DC变换器模块并联供电系统中的各变换器模块承受的电压、电流应力状况一致，即并联供电系统输出的总负载电流必须平均分配到每一个变换器模块，因此需要设计均流控制。8.1DC/DC变换器模块并联均流技术下面介绍几种代表性的均流方法。
1．输出阻抗法
输出阻抗法是通过调节DC/DC变换器的输出外特性倾斜度，即输出阻抗，来达到并联模块均流的目的。图8-2表示一个DC/DC变换器的输出特性，Vo=ƒ(Io)。DC/DC变换器的负载电压Vo与负载电流Io的关系可用下式：
流增量为△I时，DC/DC变换器输出阻抗上的电压增量为△V，得△V/△I=R，△V/△I代表DC/DC变换器的输出电压调整率。两台DC/DC变换器模块并联，如图8-3所示。DC/DC变换器#2输出特性为输出阻抗小，分担的电流Io1大；#2的输出特性斜率大，即输出阻抗大，分担的电流Io2小。因此#1比#2分担的电流多。如果能设法将#1的输出特性斜率调整得接近#2，则可使这两个DC/DC变换器的电流分配更加均匀。
输出阻抗法利用DC/DC变换器的输出下垂特性实现均流控制，优点是各模块间不需要均流母线的连接，即各模块均流控制独立进行。但是，其负载调整率差，均流精度低。实质上它是以牺牲外特性换取各模块之间的均流。2．最大电流法
主从均流法是指定某一模块为主模块，它的输出电流作为均流命令信号；剩余模块作为从模块，其输出电流跟随主模块电流实现均流。
这种方法的缺点是一旦主模块故障，就会使整个系统瘫痪，无法实现冗余。为此，出现了最大电流自动均流法。这是一种自动设定主模块和从模块的方法，即在N个并联的模块中，输出电流最大的模块将自动成为主模块，而其余的模块则为从模块。最大电流作为指令电流，各从模块根据自身电流与指令电流之间的差值调节各自模块的输出电压，校正负载电流的分配不均匀，实现模块间均流。这种方法又称为自动主从控制法。图8-4给出了最大电流法自动均流的控制示意图。由于二极管的单向导通性，只有输出电流最大的模块的二极管导通，均流母线电压Vb才受该模块电压Va的影响。设在正常情况下，各模块输出电流是均匀的，如果某个模块的输出电流突然增大，成为n个模块中最大的一个，该模块的Vi上升，二极管导通，该模块自动成为主模块，而其他模块则成为从模块。由前所述可知，这时Vb=Vimax，各个从模块的Vi与Vb(Vimax)比较，通过调整放大器调整反馈电压Vf，自动实现均流。这种方法的均流效果较好，支持热插拔(失效模块不会影响整个系统)，而且有现成的均流芯片(UC3907、UC3902等)可供使用，是目前一种较好的均流方法。3．平均电流法
所有模块通过一根均流母线相互连接，每个子模块从母线上获得自身的电流参考信号，通过控制环的调节实现均流。由于每个模块都只与均流母线发生联系，模块能够在线热插拔，从而实现系统的在线维修。
若将图8-4中a、b两点间的二极管用电阻代替，则均流母线电压VAC成为代表各模块输出电流平均值的电压信号，而各个模块的输出电流都自动跟踪各模块平均输出电流。显然与最大电流自动均流法相比，这种方法不存在主模块，所以各模块的均流情况相同。图8-5中，Vi1、Vi2至Vin为各模块负载电流经检测、放大后的电压信号，VAC为均流母线电压，Vo1、Vo2至Von。为各模块均流控制器的输出电压，则VAC为8.2平均电流均流法与DC／DC变换器模块的动态模型立单个DC/DC变换器电压控制模型，设计能够保证其闭环稳定工作的补偿网络。它可以等效为一个开关占空比为d的Buck电路，设每个双管正激变换器的开关占空比为d1，于是组合双管正激变换器的占空比为d=2d1。图中，rL为输出滤波电感等效串联电阻，rC为输出滤波电容的等效串联电阻。通过电路分析，得到稳态关系式图8-8给出了组合双管正激变换器的输出电压闭环控制框图。vref(s)为给定输出电压扰动量，Gvd(s)为DC/DC变换器的传递函数，Gcv(s)为补偿网络传递函数，Fv为分压系数、Fm为脉宽调制器(PWM)的传递函数，系统的开环传递函数为假设组合双管正激变换器的参数为：Vin=385V，Vo=220V，n=1.19，RL=25Ω，L=300μH，rL=0.05Ω，C=380μF，rc=0.02Ω。假设PWM的传递函数为常数Fm=1/Vm，Vm为锯齿波电压幅值(3.3V)。