利用uc3907设计成熟均流电路

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利用uc3907设计成熟均流电路

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UC3907   

UC3907的结构图


由图可知,UC3907从结构上可以分为电压环和电流环两部分。电压环由电压放大器、地放大器和驱动放大器构成;电流环由电流放大器、调整放大器、缓冲放大器和状态指示构成。

31电压环

(1)电压放大器

电压放大器是作模块输出电压调整的反馈控制级,整个电压回路补偿通常就连在该放大器上。输出偏差限定在2V,以提高系统的大信号响应。在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)地放大器

地放大器是一个具有-0.25V偏置的单位增益缓冲器。在保持负极性输入端高阻抗时(该端被认为是“真的地”—4脚),该偏置使放大器有足够的负电压来提供所有的控制偏置和工作电流。地放大器的输出(6脚)是模拟地。0.25V的偏置加到1.75V的参考电压以在电压放大器正输入端得到2V的参考电压,微调±1.25%。

地返回端(5脚)能得到最大负电压,并且比负极性测试输入端(4脚)低0到5V。所有芯片电流通过该管脚返回芯片。

(3)驱动放大器

驱动放大器是增益为-2.5的反置放大器,它将反馈信号耦合到功率控制器。电流设定电阻Rset用来建立控制环的前馈转换功能和最大驱动电流。驱动放大器的极性这样来设定:在正检测输入端(11脚)电压的升高,光耦电流增加,原边PWM的占空比减少。这将保证正确的启动,因为在电源开机时副边没有能量。

驱动放大器将电压放大器的输出转换为误差电流,提供给光耦。

32电流环

(1)电流放大器和缓冲放大器

芯片的均流部分使用了电流放大器、缓冲放大器和调整放大器。电流放大器的输出是代表了负载电流的模拟信号(VCA=20×RS×IOUT),电流放大器的输出连到驱动均流母线的单向缓冲器。因为缓冲器只提供电流,这保证了最大电流的模块成为主模块,并通过低阻抗驱动均流母线,所有其它模块的缓冲放大器由10k阻抗到地而无效。

(2)调整放大器

调整放大器将模块自身的负载电流和最大模块电流相比较,以调整模块电压放大器的参考电压来保持均流。调整放大器是一种跨导型的放大器以限定带宽,防止噪声进入参考电压调整电路。调整放大器的输出(14脚)通过一个补偿电容到模拟地(6脚)。地参考补偿类似于内部补偿,但没有正信号的问题,因此输入端滤去了不需要的噪声。调整放大器在反向输入端有一个内置50mV的偏置,它使模块作为主模块时产生低输出,不产生调整指令。当50mV的偏置代表了均流误差,电流放大器将通过检测电阻将其减少到2.5mV。这使所有的从模块均流,而主模块运行值稍高于从模块。这个偏置也抑制了循环和低频噪声争夺主模块的位置。

(3)状态指示

状态指示脚用来指示哪个模块是主模块。当调整放大器的输出为低,集电极触发。当并联模块中一个模块过流,该引脚将指示电流最大的模块帮助诊断出错模块。零电流或低电流错误对其他模块没有影响,并且对电压控制和均流没有影响。

4并联模块的启动

模块并联时必须考虑启动状态,4个5V电源模块并联的启动时序图如图4所示,一旦原边提供功率,功率级将需要最大占空比直到单模块反馈信号控制输出电压。在时间t1,模块#1由于电流最大成为主模块,这使输出电压高于其他模块。其他模块将反馈零占空比信号到功率级,并保持空闲状态。在这一点主模块提供所有的负荷电流,并且在均流母线上输出响应电流。其它模块的调节放大器检测到其负载电流和主模块电流的差异,开始转换调节放大器的输出来提高电压放大器的参考电压。同时主模块的调整放大器输出保持钳位在低于调整门限,从而保持原参考电压不变。在时间t2,其他的三个调整放大器超过调整门限,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,并且负载电流在这两个模块间均分。另外两个模块#3和#4依然在调节参考值。在时间t4,模块#3取得理想电压,负载电流在这三个模块间均分。在时间t5,最后一个模块完成了参考值调节,因此电流均分。

为了限制电流环的带宽,调整放大器需连电容CI补偿。若所需调整放大器的带宽为500Hz,CI为1μF。最低参考电压时,调整放大器输出为:

Vadj=(VREFmax-VREFmin)17.5+1

=30mV×17.5+1

=15.3V

5电压环和均流环设计

均流系统包括两个环路:电压环和均流环。电压环调整输出电压,并且为了有良好的瞬态响应,电压环的响应比电流环快。电流环是一个低带宽环以抑制从均流母线上产生的噪声,并且带宽应该足够低以防和电压环相互作用,即电流环比电压环的交越频率低并且分得足够开,但电流环的交越频率也不能太低,因为这需要过大的补偿电容。电压环的响应由调制电路拓扑、环路其他增益函数决定。为了稳定性,电流环在电压环的交越频率处不能产生过度的相移,所以电流环的交越频率比电压环的交越频率至少要低10dB/十倍频,最好低20dB/十倍频;并且电流环的零点应该在

UC3907完成的4模块启动时序(无软启动)



模块均流电路


电压环的交越频率的左边,如可以在电流环的交越频率处设置一个零点,这样可以减小电流环在电压环的交越频率处产生的影响。

根据电流环均流电路,功率电路及整个系统(均流电路和功率电路的组合)的幅频特性、相频特性作出的波特图如图所示。

实验结果 :

用UC3907设计均流的50V/80A电源系统,使用4个20A电源模块并联,模块均流电路如图6所示。

UC3907的14脚输出在1.5V到2.25V之间,6、7脚和电阻R1、R2构成回路,使发射极约为1.5V。对于主模块,14脚输出为1.5V,所以NPN三极管不通,集电极接5V的高电位到控制电路;对于从模块,14脚约为2.25V,三极管导通,集电极电位从5V下降到4.75V左右,再接控制电路调整输出跟随主模块。

实验数据如表1、表2所列。

表1负载电流40A时的均流状况

  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负载电流60A时的均流状况
  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%  
结论:

从利用UC3907设计的均流电路的实验数据可以看出UC3907是一种性能比较好的均流芯片,能很好地完成均流任务。

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