基于UCC29002的電源均流電路設計

在分布式電源系統中，并聯工作的各個電源模塊特性不可能完全一致，如不采取措施可能會導致某個模塊承受較大的電流壓力，引起該模塊甚至整個系統的故障[1-2]。因此，在多模塊并聯運行系統中必須引入有效的均流控制策略，從而使各模塊均勻地承擔負載功率，提高系統的可靠性。

目前，開關電源并聯系統常用的均流方法有：輸出阻抗法、主從均流法、平均電流自動均流法、最大電流自動均流法和外加均流控制器法等[3]，其中最大電流自動均流法因其均流精度高、負載調整率高、動態響應好、易于實現冗余的優點而得到廣泛應用。其工作原理是：在n個并聯的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動成為主模塊，其余的模塊則為從模塊。各從模塊的電壓誤差依次被整定，以校正負載電流分配的不均衡。采用這種方法可以較好地實現冗余，不會因某一個模塊的故障而影響整個系統的運行[4]。

1 均流控制芯片UCC29002簡介

UCC29002是根據最大電流自動均流法開發的8引腳均流控制器，它提供了多個獨立電源或者DC/DC模塊并聯均流所需的所有功能。其主要特點是[5]：
(1)精度高：全負載范圍均流誤差小于1%；
(2)可高端和低端檢測電流；
(3)超低失調電壓的電流檢測放大器；
(4)全量程可調節；
(5)均流總線對地短路或接電源正極短路保護；
(6)小尺寸8管腳MSOP封裝，外圍器件少；
(7)工作溫度范圍：-40°～+105°。

圖1為UCC29002內部框圖。其均流過程為：電流檢測電阻在模塊電源的輸出端檢測到一個與模塊電源輸出電流成比例的信號，送入電流檢測放大器，而電流檢測放大器的輸出與模塊電源的輸出電流成正比例，且作為輸入信號供給均流驅動放大器的正輸入端。由于均流驅動放大器增益為1，所以均流驅動放大器與電流檢測放大器的輸出電壓相等。當該電壓相對于所有模塊電源的電位為最高時，則該電源模塊稱為主模塊，主模塊均流驅動放大器的輸出決定了均流母線電壓。其他模塊電源成為從模塊，由于串聯在均流驅動放大器輸出端的二極管的作用，從模塊的均流驅動放大器輸出不與均流母線相通。

誤差放大器穩定狀態的輸出電壓是電流檢測放大器的輸出與均流檢測放大器輸出電壓差的函數，當工作在主模塊狀態時電壓差為零。為確保誤差放大器正確的輸出狀態，有25 mV的偏置電壓串聯在它的反向輸入端，以增加主從模塊之間的轉換裕度。同時將確保工作在主模塊狀態的誤差放大器輸出為零，但所有的從模塊均產生非零的誤差電壓，該誤差電壓與各模塊電源電流檢測放大器的輸出和母線電壓之差成比例的。

誤差電壓用來調整模塊電源的輸出電壓，以平衡所有并聯模塊電源的負載電流，這是通過調整放大器和緩沖三極管來實現的。調整放大器輸出的誤差信號用于驅動緩沖三極管。誤差信號定義為iADJ，通過iADJ改變RADJUST上的電壓來調節模塊電源的輸出電壓，從而實現模塊電源間的均流。

誤動作保護單元通過比較CSO和LS端的值防止均流總線對地短路或接電源正極短路。當控制芯片發生故障時，通過控制調整放大器啟動和調整邏輯單元，防止輸出錯誤的調節信號，實現對系統的保護。

2 自動均流控制電路設計

2.1 電路設計

以兩臺輸出直流電壓28 V，額定輸出電流20 A的模塊電源并聯工作為例。UCC29002均流控制器應用電路如圖2所示。設計中UCC29002的工作電壓由模塊電源提供。

2.2.4 確定誤差放大器補償

CEAO和REAO作為誤差放大器的補償元件，其取值涉及系統的穩定性。為了避免均流控制環與電壓控制環之間相互干擾，保證系統的穩定性，均流控制環的交越頻率應不超過電壓控制環穿越頻率的十分之一。CEAO和REAO可由下式計算：

內，滿足國標要求。

最大電流自動均流法通過微調輸出電壓，實現模塊間的負載均衡，實際上就是犧牲恒壓精度獲取電流分配誤差指標。此外，為防止并聯系統中電源模塊故障或短路時電流反灌，并聯的電源模塊需要連入OR-ing管。而OR-ing管的功耗和導通壓降也會對電源性能產生影響。如何兼顧輸出電壓精度和均流誤差精度，仍需要進一步研究和完善。

參考文獻
[1] 韋聰穎，張波.開關電源并聯運行及其均流技術[J].電氣自動化，2004，26（2）：3-5.
[2] HSIN H H，HORNG C K.Improved current sharing performance by dynamic droop scaling technique in multiple power systems[J].IEEE Transaction.On Power Electronics Specialists Conference，2007，17(6)：189-190.
[3] 施三保.開關電源的分布式并聯均流技術概述[J].船電技術，2006，6（2）：19-23.
[4] 王宇飛.基于最大電流法的DC/DC變換器并聯系統研究[D].中國科學院，2004.
[5] Texas Instruments.Application note.UCC29002 advanced 8-pin load-share controller[M].2008.