模块电源阵列两种串联电压调整电路的比较-电子发烧友网

模块电源阵列两种串联电压调整电路的比较

1 常规串联调压电路及其误差分析

1．1 VICOR模块电压调整

VICOR公司模块提供电压调整端，调整方法相似．第一代模块的电压调整范围为额定电压输出值的50％～110％，第二代模块的电压调整范围为标称电压输出值的10％～110％．

第二代模块内部误差放大器的连接形式如图1所示．其SC为调整端，连接到误差放大器的同相输人端，模块内部提供一个1．23 V的基准电压，通过一个1 kQ电阻连接到误差放大器的同相输人端，反相输入端连接模块的实际输出值的检测端，改变SC端对一s端的电压即可调整输出电压，调整后模块实际输出电压为:

式中，VNOM为模块标称输出电压；Vref为在SC端对-S端所加的控制电压，其中0V

1．2 常规电路

常规电路形式如图2所示，Q11为执行器，实质是一可变电阻，集电极接U2的SC端，发射极接U2的-OUT端．改变Q11的基极所加电流，即可改变Q11的导通特性，进而可以改变U2的SC端对-OUT端的电压，由式(1)可知，U2的输出电压可以调整．图2中，U1为主模块，U2为串联模块，输出电压V0为U1和U2输出电压的和．当Vref减小时，U1输出电压减小，R11中瞬时电流不变，该电流分两路，一路流向R12，一路注入Q11的基极，由于模块U1输出电压的下降，使R12中电流减小，注入Q11基极的电流增大，Q11等效电阻减小，导致U2的输出电压也下降，实现了两个串联模块的电压跟随调整，反之亦然．

该电路的优点是所用元件少、成本低廉，缺点是跟随精度差．实际应用中，实现多个模块串联输出调压时，跟随误差较大．笔者在实现6个5 V、400W模块串联跟随调压的实际应用中发现，若设定Vref使U1输出电压为2．5 V，则U2实际跟随电压为2．8 V，后一个模块的实际输出较前一个模块有0．3 V的误差．直接后果为整体电压调节范围的减小，并造成每个模块在实际工作中输出功率的不均衡．因为是串联工作，在输出同样电流的情况下，端电压低的电路输出功率小，端电压高的输出功率大．这就直接影响到电源的可靠性．

1．3 误差原因分析和改进措施

实际测量模块的阶跃响应曲线，其传递函数可近似为

式中，T=0．037 s为惯性时间常数，S为拉氏算子．跟随系统的开环传递函数为:

式中，Kp为控制器的比例系数．稳态误差为

式中

减小这个误差的措施有：：①提高K，这可以通过提高Q11的电流放大倍数来实现．笔者将Q11接成达林顿形式，以增加Q11的电流放大倍数．试验证明，可以减小误差，增大电压的调整范围，但工作情况不稳定，原因是轻载和重载电压调整范围不同，造成控制的不定性，使电路调整困难．②改变控制规律，采用Pl调节器．由式(4)可知，造成误差的原因是为Go(s)为0型，若提高系统的型次，由0型提高为1型，理论上可消除系统跟随位置输入信号的ess．

2.采用PI调节的实现方案

2．1 电路形式

PI调节器的电路形式如图3所示，U1、U2模块串联连接，控制器由运算放大器O1接成PI形式，O1的同相端检测U2的实际输出电压，反相端检测两模块串联后的实际输出电压．调整要点：当给定Vref=1．23 V，使U1输出为NNOM，调整R1使U2的输出也为VNOM即可，调整方便、简单．

2．2 采用PI调节的优点

应用此电路对6个串联模块的电压调整电路进行改造，改造后当设定Vref，使U1输出为2．5V(VNOM的50％)时，其它串联跟随模块的实际输出情况见表1．