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UPS无线并机均流控制技术
摘要: 预料以后的微处理器将呈现出更强的带载能力和更快的暂态响应能力。当今的电压调整模块( VRM )需要更大更多的滤波器以满足其要求,这无疑会使现存的 VRM 拓扑变得不再实用。作为候选拓扑之示了 MOSFET 模型,它等效于串联了电阻的开关,电阻是 MOSFET 导通电阻,
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图 6 ( b )显示了同步整流 BUCK 逆变器的等效模型 ,RON1 和 RON2 代表了上下开关的开通电阻 ,R3 是线路阻抗和 LAYOUT 电阻的总和 , 如果考虑寄生 ,BUCK 逆变器的占空比如下 :
在高电压 , 低电流运用中 , 因为 VO 远大于 IO*(RON2+RON3), 这种效应可以忽略 , 但在低电压 , 大电流运用中 , VO 很小 , IO*(RON2+RON3) 的影响变得不容忽视。例如,如果 VO 为 2V , VIN 是 5V , RON1 和 RON2 是 14m Ω ,当负载从 0~30A 变化时,逆变占空比将在 ~ 之间变化,正常情况下, MOSFET 导通电阻远大于线阻和 LAYOUT 的电阻, R3 和 VIN 大于 IO* ( RON2-RON1 )。方程( 1 )可简化为:
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这种特性严重影响电流均分的结果,图 7 显示了只有电压环两个模块并机的电路图。
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对于模块 1 ,占空比为:
对于模块 2, 占空比为 :
IO1 和 IO2 是各个模块的输出电流, RON12 和 RON22 是每个模块同步整流的导通电阻,因为误差信号, VC 是同一个比较斜坡的用于产生各个模块的占空比控制的信号,如果斜坡幅值一样, D1 等于 D2 。由( 3 )和( 4 ):
只有当 RON12 等于 RON22 时能得到均分电流,但是这是非常难控制的部分,通常有在同一类型的设备中有 20% 差异。表 Ⅱ 显示了来自工业的数据。运用这种控制方式很难实现均分的电流。图 8 显示了 MOSFET 导通电阻对电流均分的影响,负载越大,均分结果越糟糕。
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B. 峰值电流模式控制为了避免开关管导通电阻的影响,可以用电流模式控制,峰值电流模式控制是现在最流行的一种控制方式,其运行非常简单,图 9 显示其控制框图,从电压环补偿器过来的误差信号作为每个模块峰值电流信号的比较参考信号,比较结果是每个模块占空比的周期信号。
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这种方式简单并且不受设备寄生现象的影响,缺点是在轻载时其军流能力较弱,和每个模块电感值得影响。图 10 显示了不同电感值对均流的影响,因为在这种并机系统中其输入和输出都是一样的,如果模块的电感值不一致,电感的峰值电流将不一致,电感值小的模块的峰峰电流值将比其他大,由于峰值电流模式只限制电流最大值,而每个模块的平均值将不受直接控制,结果,电感小的模块的电流小,实际上,电感的值很难控制,正常情况下,电感的值可能有 20%~30% 的差异。图 11 显示了不同电感值得影响,
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影响可以表示成:
fs是开关频率,每个模块电流差异从轻载到重载固定不变,在轻载时,均流很差,在 VRM 中
Ⅲ 均流控制技术
A.一个简单的电流侦测网络
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对于将来低电压,高电流并机系统来讲,需要一个简单,低成本,对寄生参数免疫的电流侦测和均流控制电路。
图 12 显示了 RC 开关网络,两个开关管处于互补的开关状态:
像在同步整流的 BUCK 逆变器重,当上管 S1 开,下管 S2 关,输出电容由输入电压与电容电压的差值通过 R 充电,假设 R 〉〉 RON1 和 RON2 ,我们得到:
当 S1 OFF , S2 ON 输出电容通过 R 和 S2 放电:
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开关网络像没有负载的 BUCK 逆变器,唯一的差别是输出电感和电阻 R 重新放置了,占空比周期是:
实际上,稳态时电阻上的平均电压为 0 ,因为通过输出电容流出的电流的平均值是 0 ,如果这一开关网络联合同步整流 BUCK 电路,见图 13 , VC 可以用来估计电感的电流值,图 13 中, R3 是线阻和 LAYUOT 的总电阻, RON1 和 RON2 是 MOSFET 的导通电阻。
稳态时,充放电压可以由下表示:
IO 是负载电流,其也等于电感的平均电流, TON 是开关的导通时间,图 13 中电感的充放电可由下表示:
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