高頻開關電源雙閉環反饋并聯系統
單臺高頻開關電源構成一個電流負反饋控制系統,簡稱內環.自動控制原理如圖3所示.

圖3中采用了PI調節器的單閉環電流負反饋控制系統,既保證了動態穩定性,又能做到無靜差,很好地解決了動.靜態的矛盾.其調節原理:在電流給定值不變的情況下,當負載變動或電源內部原因造成了電源輸出電流變動時,自動控制調節過程為:

通過以上的調節過程,可以保證單臺高頻開關電源輸出穩定的電流.這樣,把各個單獨工作的高頻開關電源輸出并聯在一起,且工作在穩流狀態下,接受同一的電流給定值,就可保證各臺高頻開關電源輸出同樣大小的電流.
從而實現并聯系統的擴流輸出.為了提高系統的整體可靠性,還可根據系統的要求,增加N+1冗于設計.這種簡單的組合在一起,當某臺高頻開關電源出現故障,可立即把其關電退出運行并斷開輸出連接,把備份的高頻開關電源通電投入運行即可.從而把處理故障的時間減少到最小.
3.2 系統自動控制原理
雙閉環并聯系統自動控制原理如圖4所示.

圖4中在高頻開關電源系統外增加了一個比例積分調節器,用來調節并聯系統的電壓.
把并聯系統的輸出電壓反饋和并聯系統給定值進行比較,其差值經信號放大,作為高頻開關電源系統電流給定值,而高頻開關電源系統根據不斷變化的電流給定值來調節自身的輸出電壓,以此保證自身的輸出電流根據給定值變化而變化.從而也保證了并聯系統輸出電壓穩定.從閉環反饋的結構上看,電流調節環在高頻開關電源系統內部,是內環;電壓調節環在外面,成為外環.二者之間實行串級連接,即以電壓調節器的輸出作為電流調節器的輸入,再用電流調節器的輸出作為并聯系統輸出電壓的控制,那么兩種調節器作用就能互相配合,相輔相成了.這就形成電壓.電流雙閉環反饋控制系統.為了獲得良好的靜.動態性能,兩個調節器一般都采用PI調節器.
當由于負載擾動,造成了并聯系統電壓輸出變動,則系統自動控制調節過程為:

上述電壓調節過程可以保證并聯系統在穩壓工作狀態下,輸出電壓穩定.若系統要工作在穩流狀態下,只需通過系統內部的選擇開關,把外環電壓反饋單元關閉,直接把電壓給定信號加到各臺高頻開關電源,由于各臺高頻開關電源本身工作在穩流狀態下,從而可以保證并聯系統的每臺高頻開關電源輸出同等大小電流.
從動態穩定性上看,在設計過程中,先把單臺高頻開關電源設計調整好,使之能穩定的輸出額定電流.然后把各臺并聯連接在一起,加上電壓反饋外環,再按系統設計要求并調整外環,使系統輸出電壓保持穩定.需要注意的是:內環根據其設計指標要逐一開啟和外環連調,等所有的內環調整好后,再把所有內環開啟,與外環一同調節系統的輸出電壓和電流.
4.實驗與結論
應用以上原理,制作了一臺組合式并聯的72KW高頻開關電源.具體參數為:AC380V±10%,穩壓輸出18VDC;限流電流4100ADC;穩流輸出4000ADC;限壓電壓18.5VDC.該并聯系統由五臺單獨的高頻開關電源并聯組合,每臺高頻開關電源都輸出同等的800A/18V.系統在穩壓工作時,即使輸出短路也能限流在4100A穩定工作;穩流工作時,輸出端開路能實現限壓而穩定工作.若為了提高并聯系統的可靠性,還可增加一臺備份.該電源在電鍍行業鍍鉻工藝中現場運行已有近兩年,基本上達到了設計要求,用戶反應良好.
評論