DC/DC電源并聯電路詳解—電路圖天天讀（258）

　　直流電 源 裝 置 的 并 聯 是 將 兩 臺 或 兩臺 以 上 的D C / D C 電 源 裝 置 的 輸 出 并 聯 起 來 給負 載 供電 。 為 了 滿 足 本 系 統 可 調 的 四 象 限 運 行 性 能 指 標 要 求 ， 直 流電 源 需 采 用 P W M D C / D C電 源 ， 而 P W M D C / D C 電 源 的 并 聯 將 有 許 多 特 殊 問 題 需 要 解 決 ， 如 裝 置 的 動 態 與 靜 態均 流 等問 題。 為了 解 決 這 些 問 題 ， 本文對 系 統 的 結 構 ， P W M D C / D C 電 路 的 結 構 、工 作 模 式 ， 是 否 采 用 輸 入 直 流 母 線 ， 系 統 的 控 制 方 案 ， 泵 升 電 壓 的 處 理 等 問 題 進 行 了討論 與研究。

　　1 、 D C / D C 電 源 并 聯 系 統 的 拓 撲 結 構

　　D C / D C 并 聯 系 統 是由 兩 個 或兩 個以 上 D C / D C 電 源 模 塊 并 聯 而 成。 為 了 保 證D C / D C直流電 源并 聯運 行安 全 可靠， 應 選 擇 合 適 的 D C / D C 電 源 模 塊。

　　1 . 1?? D C / D C 電 源 模 塊 拓撲 結 構的 選 擇

　　D C / D C 電 源 斬 波電 路 的 常 見 拓撲 結 構 有 A 型 斬 波電 路 和 B 型 斬 波 器。 其中A 型 斬波 器 只能 在單 象限內 工 作，型 斬 波 器能 在雙 象限內 工 作輸出 的 直 流電 壓的 極 性 不 變，電 流的 極性可 變。輸出 電 壓極 性 不 變， 電 流 平 均 值 只能 維 持 一 個 方向 。 B為了 滿足系 統 要求的 能 夠四 象 限 運 行 ， 本 系 統 中 D C / D C模 塊 選 用 的 是 P W M 橋 式電 路。這 種 橋式 斬 波電 路 如圖 1 一 1所 示， 是由 四 個 功 率 管 和四 個續流二極管組 成的。

　　1 . 2?? D C / D C 電 源 并 聯 系 統 拓 撲 結 構

　　D C / D C 電 源 并 聯 有 兩 種 拓 撲 結 構 ， 一 種 是 采 用 輸 入 直 流 母 線 結 構 ， 系 統 結 構 框圖 如 圖 1 - 3 （ a ） 所 示 ， 系 統 主 要 有 整 流 變 壓 器 、 不 可 控 二 極 管 整 流 電 路 、 N 路 D C / D C變 換 器、 泵 升電 壓 抑 制 電 路 等 組 成 ; 另 一 種 是 采 用 獨 立 的A C - D C / D C 電 源 并 聯 ， 系 統結 構 圖 如 圖 1 一 3 （ b ） 所 示 。

　　圖 1 一 3 （ a ） 所 示 拓撲 結 構， 系 統 需 要 大 容 量 的 不 可 調 直 流電 源 ， 一 般 可 采 用 整 流變 壓 器 降 壓 ， 二 極 管 整 流 經 濾 波 得 到 。 這 種 結 構 雖 然 可 以 保 證 并 聯 的 每 條 支 路 有 共同 的 直 流 電 壓 輸 入， 可 以 避 免 并 聯 支 路 因 直 流 側 輸 入電 壓 的 不 同 而 帶 來 的 不 均 衡問題 ， 但 考 慮 到 該 直 流 電 源 的 容 量 大 、 電 流 達 2 0 0 0 0 安 培 ， 采 用 單 臺 整 流 變 壓 器 及 整流電 路 供電 比 較 困 難， 因 此 ， 本 設 計 采 用 如 圖 1 - 3 （ b ） 所 示 的 A C / D C 直 流 電 源 的 并聯的拓撲結構 。

　　1 . 3?? D C / D C 電 源并 聯系 統的 數 據 傳 輸

　　大 功 率 直 流 電 源 由 N 個 獨 立 的 D C / D C 環 節 并 聯 組 成 ， 一 個D C 1 D C 環 節 稱 作 一 個電 源 模 塊（ 下同 ）。每 一 個電 源 模 塊 也 由 一 個 C P U 控 制 ，負 責 實 現 控 制 要 求， 向 上 一 級 計 算 機 發 送該 電 源 模 塊的 狀 態 信息。 監 控計 算 機與 電源 模 塊 的 C P U 之 間 既 有串 行口 連 接， 也 有并口 連 接， 如圖 1 - 4 所示。 并口 的 主 要任 務 就 是 發 送電 流 給 定 信號 ， 而串 口 則 負責 接 收 從電 源 模 塊發 來 的 狀 態 信 息， 同 時也 發 送一些常 規的啟 動、 停止 指令 信號。

　　2、 D C / D C 電 源并 聯系 統的 組成結 構 和工 作原 理

　　2 . 1 ?? 受限 單 極型 P W M D C / D C 模 塊的 結 構 和 工 作原 理

　　本 系 統 采 用 的 受 限 單 極 型 的D C / D C 電 源 模 塊 的 組 成 結 構 如 圖2 - 1 所 示 。 該 模塊 由 電 源主電 路、 驅動 電 路、 控制 電 路、 保 護電 路 和輔 助開關電 源等主 要 部分組成 。

　　D C / D C 電 A 模 塊 主電 路 采 用 橋 式 P W M 斬波 電路 。開關器件 選用 富士公司生產的I G B T 。 控 制電 路主要 作用是完 成系 統的電流、 電 壓等 信號的 檢測、 A / D 轉 換、 P I 數 字電 流 調 節、 P W M 脈 沖 信號的 產生 和 邏 輯 延時等。 驅 動電 路 采 用 富 士 公 司 生 產 的 I G B T 專用 驅 動 模 塊 E X B 8 4 1 ， 其主 要 作 用 是 主 電 路 和控 制電 路的 隔離 ， 調 制 信號的 功 率 放大以 驅動主 電 路 的 功 率 管。 輔助電 源 （ 未 畫出 ） 為系 統 各部 分 提 供 適當 功 率和不 同電 壓的 工作電 源。 保 護部 分 包 含 過 流、 過 壓 保 護 等。受限 單極型 D C / D C 變換 器主電 路如圖。

　　根 據以 上 分 析， 可得 受 限 單 極 型D C / D C 電源模塊 電路原理框 圖如 圖 2 - 6 所示。

　　下面以 兩臺 P W M D C / D C 電源 并 聯 為 例 ， 說 明 一 下。 DC / D C電 源并聯 系統的 工作 原 理。 圖2 - 8 為 兩 組 D C / D C 電 源并 聯的電 路圖。 設 u i 和 u 1 分別 為P W M 輸出 的電 壓。

　　編輯點評：本文 介 紹 了 D C / D C 電 源 模 塊 以 及 并 聯 系 統 的 結 構 組 成 和 工 作 原 理 ， 分 析 了 并聯 時 各 模 塊 的 P W M 調 制 頻 率 、 占 空 比 是 否 相 等 和 調 制 是 否 同 步 等 不 同 情 況 下 的 電路 工 作 情 況 和電 流 波 形。
電子發燒友《汽車電子特刊》，更多優質內容，馬上下載閱覽