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dcdc电源模块并联均流

2018-05-31
类别:技术信息
eye 550
文章创建人 拍明


DC/DC,表示的是高压(低压)直流电源变换为低压(高压)直流电源。例如车载直流电源上接的DC/DC变换器是把高压的直流电变换为低压的直流电。

什么是DC(Direct Current)呢?家庭用的220V电源是交流电源(AC)。若通过一个转换器能将一个直流电压 (3.0V)转换成其他的直流电压(1.5V或5.0V),我们称这个转换DCDC原理器为DC/DC转换器,或称之为开关电源或开关调整器。

DCDC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换),只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器。

具体是指通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电,再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出,或者通过倍压整流电路将交流电转换为高压直流电输出。

dcdc电源模块并联均流.png

利用多个DC-DC模块电源并联均流并实现输出电压的稳定保持,是工程师在实际操作中比较常见的工作之一。此前我们曾经为大家介绍过多种不同的并联均流技术,那么这些技术在实际应用的过程中应该如何进行选择?下面我们将会通过一个案例进行实例说明,看在实际操作中怎样选择最恰当的并联均流输出方法。

在本案例中,我们要求设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W、8V的DC-DC电源模块构成的并联供电系统,其具体的电路系统设计如下图所示:

在该案例中,具体的设计要求主要有以下四个方面:调整负载电阻至额定输出功率工作状态,供电系统的直流输出电压UO=8.0±0.4V;额定输出功率工作状态下,供电系统的效率不低于60%;调整负载电阻,保持输出电压UO=8.0±0.4V,使两个模块输出电流之和IO=1.0A且按I1:I2=1:1模式自动分配电流,每个电源模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。具有负载短路保护及自动恢复功能,保护阈值电流为4.5A。

依据上述的设计要求,我们开始选择相应的多个DC-DC电源模块并联均流输出方案。这里共提供了三种方案进行参考。首先我们来看方案一。方案一的设计是,工程师分别采用两片TL494来为两路电源提供PWM,当两路并联时,利用其中一片TL494的一个内部误差放大器对电压进行调节,使其输出稳定在8V。利用两片高精度差动放大器INA133对两路电源的电流进行取样,将取样电压分别送入另一片TL494的一个内部误差放大器的正负输入端,通过两片TL494的内部误差放大器进行电流电压复合负反馈,从而进行稳压并实现均流。为了电路工作稳定,使误差放大器工作在闭环状态,此时通过调整误差放大器的放大倍数即可调节均流精度,但由于误差放大器的放大倍数有限,只能近似实现均流。

在针对以上两种方案进行了实际分析后,我们再来看第三种方案,即使用主从均流法实现多个电源模块的均流输出。主从法的均流思想是在并联电源系统中,人为的指定一个模块为主模块,直接连接到均流母线,其余的为从模块,从母线上获取均流信号主模块工作于电压源方式,从模块的误差电压放大器接成跟随器的形式,工作于电流源方式。因为系统在统一的误差电压下调整,模块的输出电流与误差电压成正比,所以不管负载电流如何变化,各模块的电流总是相等。采用这种均流方法,精度高,控制结构简单,模块间联线少,易于拓展为多路。缺点是一旦主模块出现故障,整个系统将瘫痪。

通过对以上三个方案的简要分析,结合了开头所提供的设计要求和设计图纸,我们可以很清晰的看出,第三种DC-DC模块电源并联均流输出的设计方法的电路结构相对简单,不用使用软件算法,直接由硬件来实现。速度快且精度高,控制结构很简单,所以最终我们选择方案三来实现均流控制。

DC/DC电源模块

电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器,有降压和升压两种,其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。

DC/DC电源模块.png

工作原理

DC-DC是用开关电源的思想实现的。DC-DC有降压和升压两种,在这里只说降压,比如说你给DC-DC输入10V,DC-DC内部有个振荡器和斩波模块,例如,把在一个时间段允许10V通过,另一时间段内不允许10V通过(等于0v)。而在输出端有一个电容进行滤波,只要电容足够大,其结果就等于将中间的那个脉冲波形进行微积分,而输出一个5V的直流波形。

这个降压的过程相对于稳压模块来说,更大限度地避免了电能在降压模块上面的消耗,并且内部震荡部分控制其占空比就能改变输出电压大小(在10V范围内),使其输出能恒定(比如某个DC-DC规定输入范围是6V到16V,输出5V,只要是在这个输入范围内,输出都是5v误差只有零点零几伏,而稳压模块的输出则和输入电压有一定的线性关系,输入7V的输出电压和输入14V的输出电压差得比较大)

采用电源模块的优点

不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块,而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相同。采用电源模块可以节省开发时间,使产品可以更快推出市场,因此电源模块比集成式的解决方案优胜。电源模块还有以下多个优点:

● 每一模块可以分别加以严格测试,以确保其高度可靠,其中包括通电 测试,以便剔除不合规格的产品。相较之下,集成式的解决方案便较难测试,因为整个供电系统与电路上的其他功能系统紧密联系一起。

● 不同的供应商可以按照现有的技术标准设计同一大小的模块,为设计电源供应器的工程师提供多种不同的选择。

● 每一模块的设计及测试都按照标准性能的规定进行,有助减少采用新技术所承受的风险。

● 若采用集成式的解决方案,一旦电源供应系统出现问题,便需要将整块主机板更换;若采用模块式的设计,只要将问题模块更换便可,这样有助节省成本及开发时间。

要特点

※ 小体积、高可靠性;

※ 输出稳压,精度可达±3%;

※ 高性能价格比;

※ 多种输入、输出电压;

※ 内置输入滤波器,低电磁兼容特性;

※ 铝壳磨沙氧化,六面屏蔽。

※ 典型应用:工业仪表、数字电路、电子通信设备、卫星导航、遥感遥测、地面通讯科研设备等领域。

1、输入特性

输入电压范围:

4.75VDC—5.25VDC

11.40VDC—12.60VDC

14.25VDC—15.75VDC

22.80VDC—25.20VDC

45.60VDC—50.40VDC

2、输出特性

输出电压精度:标称输出电压±3%

负载效应:20%~100%负载变化时

≤±1.0%(最大值)

源效应:输入电压从低端至高端变化时

≤±1.0%(最大值)

纹波及噪声:≤50mVpk-pk(最大值)

温度系数:≤±0.02%/℃(最大值)

3、隔离电压:输入至输出(1分钟漏电流<2mA)1000VDC

最大壳温:+90℃

应用领域

模块电源应用在几大方面

1.电力,主要有集成器和电表以及智能电表

2.工控, 工业控制领域

3.医疗,医疗设备,主要有护胎仪,监护仪等等

4.军工,军工业是应用很广泛的一个方面。军用设备里。

产品指标

功率 P=UI,是输出电压和输出电流的乘积。

输入电压分交流输入和直流输入2种。

输出电压一般是直流输出,但也有交流输出的。

工作温度

隔离电压:隔离就是将输出与输入进行电路上的分离。有以下几个作用:

一,电流变换;

二,为了防止输入输出相互干扰;

三,输入输出电路的信号特性相差太大,比如用弱信号控制强电的设备

封装尺寸有插针,贴片的,和螺旋。

输出有单路输出,双路输出及多路输出。一般来说,这类模块称为负载点 (POL) 电源供应系统或使用点电源供应系统 (PUPS)。由于模块式结构的优点甚多,因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。


责任编辑:Davia

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