模块电源的并联均流技术
论高频开关电源模块并联均流之设计
55科协论坛·2009年第2期（下）工程技术与产业经济模块化是高频开关电源的发展方向之一，对于并联运行的模块，最关键的问题是单个模块根据各自的功率等级平均负担负载电流，也就是并联模块之间的均流问题。
1 高频开关电源模块并联均流方案之比较为了提高系统的稳定性和实用性，并联电源必须具有下列特性：各模块承受的电流能动平衡，实现均流；当输入电压或负载电流变化时，应保持输出电压稳定，并且均流的瞬态响应好；采用冗余供电系统保证任一电源模块故障时，负载可以获得足够的功率，并且能实现故障模块自动隔离和热更换。
笔者重点对输出阻抗法、主从设置法、平均值均流法和最大电流自动均流法的优缺点进行归纳总结：输出阻抗法是最简单实现并联均流的方法，不需要在并联模块之间建立连线，各个电源模块之间比较独立，它是通过改变模块等效内阻实现并联均流的。
在提高均流性能的同时必然会导致电压调整率的下降，难以应用在电压调整率要求较高的电源系统中。
由于等效内阻相对较小，此方法在大电压、高功率的电源系统中使用收到很大的限制，但由于其简单性，在小功率场合中有着广泛的应用。
主从设置法利用双环控制，提高均流效果，使电源系统的容量大大提高。
但是在工程实践中应用很少，它没有真正实现了冗余系统，主模块的稳定性决定了整个电源系统的性能，失去并联均流系统的大部分优势。
平均电流值自动均流法可以精确的实现均流，可靠性较高。
但当均流母线发生短路，或任何某个模块不工作时，均流母线电压下降，导致系统电压下降，造成电源无法正常工作。
在每个模块输出电流信号和均流母线间串接一个可控开关，在故障情况下及时断开该模块，保证系统正常的工作。
最大电流自动均流法的均流母线体现输出电流最大的那个模块的电流信号即主模块，当其它从模块的输出电流超过主模块的输出电流会自动变成主模块。
此方法可以实现较好的冗余，其控制方法也比较多，是比较理想的均流方法。
2 高频开关电源模块并联负载均流方案通过对不同均流方法的分析，可知不同方法各有各自的优点和缺点。
电路设计必看 CCM模块电源并联均流原理分析
电路设计必看CCM模块电源并联均流原理分析
提起CCM模式，相信很多工程师必然不会陌生。
在模块电源以及适配器等电子产品的设计过程中，一个很重要的环节就是要进行电感电流连续模式（CMM）下工作稳定性的检测。
今天我们将要进行的是CCM模块电源并联均流技术分析，看CCM工作模块是如何完成并联电路设置的。
在电路系统的设置中，我们可以看到，CCM电源模块可以等效为一个理想电压源和阻值很小的输出电阻串联而成的高性能电压源，其作用也与高性能电压源类似。
将两个CCM工作模块直接并联，其等效电路如图1所示。
如果每个模块参数相同，即理想电压源和输出电阻都相等，则每个模块均匀承担总输出电流亦即模块间自然实现均流。
图1 两模块并联等效电路
在完成CCM模块的并联连接后，我们就可以进行性能测试和曲线检测了。
下图中，图2为两个CCM工作模块直接并联输出特性曲线，通过曲线图我们可以看到其输出电阻值较小，这也就意味着理想电压源值较高的模块将输出大部分负载电流。
由此我们可以得出一个结论，那就是模块输出电阻越小，其输出特性斜率越大，并联后均流性能越差。
如图3所示，我们可以增大各并联模块输出电阻，使它们输出特性斜率减小。
通过这一方法，能够有效地改善并联均流性能，但同样的这一方法也会相应的造成系统效率下降，尤其在要求输出大电流场合，会使并联系统输出电压调节特性变差。
工程师在电路系统设计时应当及时注意以上问题，并采取相应的控制措施。
图2 两模块直接并联输出特性。
DCDC变换器并联均流技术
DCDC变换器并联均流技术第卷第期. . 安徽工业大学学报自然科学版旦垫生竺竺坚 :坚墅墅堕竺垫里堂竺墅型墅型.兰堑竺生.?;??‘。
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一一文章编号:/变换器并联均流技术刘晓东。
姜婷婷,方炜安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山摘要:开关电源多模块并联系统发挥了分布式电源供电大容量、高效率和低成本等优势,同时提高了整个电源系统的可靠性,实现平均分配各模块负载电流的并联均流技术是开关电源模块并联的关键技术之一。
常用/并联均流技术有无源法与有源法,有源法依据输出电压调节方式和均流母线产生方式不同而有多种组合控制方法。
对目前电源并联均流技术原理、主要均流方法进行分析,综述无主模块均流控制和无均流线控制等新型均流策略,指出并联均流技术朝着智能化、数字化方向发展的趋势。
关键词:多模块并联;/;均流;控制策略中国分类号: 文献标志码: :./..?.../,,/: . / 删... ①田。
.: ;/; ;随着科技的迅猛发展,大量电子设备需要安全、可靠、大容量的电源供电,单电源难以实现这方面的需求。
分布式电源系统具有大容量、高效率、高可靠性等优点,,其广泛采用多模块并联方式,但模块间因为控制参数不同,且各模块输出是电压源性质,如果没有特殊的均流措施,输出电压的微小偏差会导致输出电流很大的差别,一旦某个模块过载,将造成一个或多个功率器件热应力过大,从而降低系统的稳定性。
为了获得并联电源的理想特性,已经提出一系列并联均流方法酬,现有的/并联均流技术具体可分为两大方法【”,即无源法和有源法。
无源法又叫输出阻抗法,有源法由控制方法和均流母线形成方法组合而成,其控制方法主要用来调节各并联电源的输出电压,有种,即改变输出电压基准或反馈。
改变电流内环的给定或反馈,同时改变输出电压和电流基准以及采用外部闭环控制。
这种方法对应有种均流控制方法,即外环调节、内环调节、双环调节和外控制器法。
从均流母线产生方法来看,有源法可分为两大类,即平均法和主从法包括指定主从法和最大电流自动均流法。
什么是并联均流技术
什么是并联均流技术
在实际应用中，往往由于一台直流稳定电源的输出参数（如电压、电流、功率）不能满足要求，而满足这种参数要求的直流稳定电源，存在重新开发、设计、生产的过程，势必加大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度。
因此在实用中往往采用模块化的构造方法，采用一定规格系列的模块式电源，按照一定的串联或并联方式，分别达到输出电压、输出电流、输出功率扩展的目的。
但是电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。
不论电源模块是扩压还是扩流，均存在一个均压、均流的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。
并联均流技术就是并联以后，每个电阻元件的两端电压是相等的，而总电路电流等于两个电阻上电流之和，所以说起到了一定的分流作用。
均流技术应满足条件：
-所有电源模块单元应采用公共总线。
手把手教你学会模块电源并联均流主从设置法
手把手教你学会模块电源并联均流主从设置法
在昨天的技术文章介绍中，我们详细的分析了如何利用输出阻抗法实现模块电源并联均流。
然而，这种方法在实际工作中存在很多缺陷，这就需要工程师合理进行选择。
今天要为大家介绍的是利用主从设置法完成电源模块并联并实现均流的方式，希望能够通过本文的介绍，帮助工程师更好的完成多电源模块并联工作。
所谓的主从设置法，指的是在并联的n个变换器模块中，通过人为的程序制定，将这些电源其中的一个指定为主模块，而其余各模块跟从主模块分配电流，称为从模块。
该方法适用于有电流型控制的并联开关电源系统中，电流型控制是指开关电源模块中有电压控制和电流控制，电流环为内环，电压环为外环。
下图为n个变换器模块并联的主从控制原理图。
图为主从模块设置法均流控制原理图
从上图中我们可以很清楚的看到，图中每个电源模块珺为双环控制系统，在这种控制系统中，工程师将模块l设定为主模块并使其按电压控制规律工作，其余的n一1个模块按电流型控制方式工作。
vr为主模块的基准电压，Vf为输出电压反馈信号。
经过电压误差放大器，得到误差电压Ve，它是主模块的电流基准，与Vll（该参数反映主模块电流Il大小）比较后，产生控制电压Vc，控制调制器和驱动器工作。
主模块电流将按电流基准vc调制，即模块电流近似与ve成正比。
在完成并联设置后，各个从模块的电压误差放大器接成跟随器的形式，主模块的电压误差ve输入各跟随器，跟随器输出均为Ve，为从模块的电流基准，因此各个从模块的电流均按同一Vc值调制，与主模块电流基本一致，从而实现模块间的均流。
UPS逆变模块的N+m冗余并联结构和均流
3个UPS模块的并联可以将可靠性提高4个数量级，不可靠性由原来的1％降到了0.000001％。
1.2 可用性的提高
UPS的可用性的一般定义为
可用性（Availability）=MTBF/(MTBF+MTTR） （1）
式中：MTBF为平均无故障时间，反映UPS的可靠性及冗余性；
2.1.1 监控均流母线对地短路故?的措施
均流母线工作正常时电压UB为一定值，且等于各模块电流Ik检测信号电压UIk的平均值；而均流母线短路时其电压UB=0，利用这个特点，在均流电路中接一个均流母线电压检测电路，就可以及时发现母线短路故障。检测电路，它由光耦、继电器和声光报警器组成。
2.1.2 任一模块不工作时的监控措施
1）各个UPS模块的频率、相位、相序、电压幅值和波形必须相同；
2）各个UPS模块在输入电压和负载的变化范围内，必须能够实现对负载有功和无功电流的均匀分配，为此要求均流电路的动态响应特性要好，稳定度要高；
3）当均流或同步出现异常情况或UPS模块出现故障时，应能自动检出故障模块，并将其迅速切除而又不影响UPS的正常运行。
模块失效时，其输出电流也为零，相应的模块电流Ik检测信号电压UIk=0，即图6中a点电压等于零。因此，在整流放大器的输出端接一个电压检测电路，就可以实现对模块失效的监控。监控电路，它由光耦、继电器和声光报警器组成。模块正常工作时，UIk>0，光耦导通，继电器K工作，K的常开接点闭合，均流采样电阻R接入母线，K的常闭接点断开，报警器不工作；当模块失效时，UIk=0，光耦截止，K失电，K的常开接点断开，模块与母线隔离，保证了其他模块不下调，K的常闭接点闭合，报警器工作，告知用户该模块失效。
模块电源并联均流控制方法研究
设计应用技术模块电源并联均流控制方法研究段洵宇，汪宇，李茂（中国船舶集团第七二二研究所，湖北整流电源多模块并联所组成的分布式电源供电系统有着容量大、效率高、成本低的优点，多模块一起协同工作使得电源系统的可靠性更胜一筹。
如何实现电源系统各个模块负载电流的均衡分配，并联均流技术是保证模块电源并联系统稳定运行的关键技术之一。
文中从模拟均流控制和数字均流控制的角度分析了主要的均流方法，综述了一些新型的均流控制策略，指出未来均流技术会朝着数字化、精准化的方向发展。
多模块并联；均流技术；均流控制策略；直流电源Research on Parallel Current Sharing Control Method of Module Power SupplyDUAN Xunyu, WANG Yu, LI MaoResearch Institute of China Shipbuilding Corporation, WuhanAbstract: Paralleled rectifier power module can achieve the expansion of capacity limberly, enhance the reliabilityof the whole power system and realize large capacity. The current-sharing is one of the key technologies in Paralleled power module to distribute the load current equally.The main current sharing method are systematically analyzed while）中通过调整模块输电阻以调整模块的输出阻抗大小，调整两个模块的外特性曲线靠近后实现电流的平+-V L ）两台主电路相同且容量相同的电源模块并联系统需要有电压电流双闭环控制模式，主模块通过电压控制规律工作，给定的基准电压为块实际输出电压反馈回来的信号，到的结果经过放大得到的信号，主模块产生的基准，V 小i f 1信号进行比较，比较得到的主模块电流实际的大小与模式见图随主模块产生的电压误差信号即电流基准基准与实际电压输出信号比较后产生电流误差信号，每个从模块再与各自实际输出电流值比较后生成用于PWM 电流基本一致，实现并联均流控制。
让输出阻抗法帮你轻松实现模块电源并联均流
让输出阻抗法帮你轻松实现模块电源并联均流
目前，将多个模块电源通过并联的方式进行均流输出，已经成为了很多生产商在进行新产品研发时的选择。
这种并联均流输出的方式能够充分保障电源电池的工作稳定性，在某一个电源模块出现故障时，其他模块还可以正常运行，能够为工程师提供充足的维修检测时间。
本文将会就电源模块并联的方法之一，输出阻抗法，进行简要介绍，帮助工程师快速掌握其原理。
在日常的工作中，电源模块的输出阻抗并联输出法也被称作电压调节率法，这种方法是通过调节开关变换器的外特性即调节输出阻抗达到并联模块接近均流的目的。
下图中，图1为一个开关变换器的外特性，Vo=f（Io）。
在该外特性中，我们可以看到R为开关变换器的输出阻抗，其中也包括这个开关变换器模块连接到负载的导线电阻。
空载时模块输出电压为Vomax。
由此可见，当电流变化量为△I时，负载变化量为△V，因此AV/△I=R，R为该模块的输出阻抗。
△V/△I同时也代表开关变换器的输出电压调整率。
图1 开关变换器外特性Vo=f（Io）
在正常工作的前提下，该开关变换器的负载电压与负载电流的关系可通过公式表示为Vo=Vomax—Rio。
若将两台具有相同容量、相同参数的开关变换器相互并联，则有：Vol=Vomax—R1Iol，V02=Vomax—R210。
R1、R2分别为模块l及模块2的输出阻抗。
设负载电阻为RL，则有Io1=[R2Vol+（vol—v02）RE]/Rx，Io2=[R1V02+（Vol—V02）RL]/R，式中Rx=R1R2+
（R1+R2）RL。
图2并联变换器及其外特性。
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主要内容
一，概述 二，常用并联均流技术 三，应用实例 四，注意事项
一，概述
为什么要并联？
扩容：满足大功率电源系统的负载功率要 求。 冗余：某一个单元电源损坏后整个电源系 统的输出还有足够的负载能力
提高电源系统的工作可靠性
一，概述
早期并联的方法：
功耗大 压降大 可能有环流
V s1 V s 2 V o1 V o 2 V o R2 Vo I o1 R1 R 2 RL Io 2 R 1 V o R1 R 2 RL
Io 2
I o1
Io
电压初始设定相等，外特性斜率不等
二，常用均流技术介绍
空载有环 流
V s1 V s 2 R1 R 2 R V s1 V o I o1 R Io 2 V s 2 V o R
电压初始设定不等，外特性斜率相等
二，常用均流技术介绍
外特性“软化”实现近似均流
Vo
Vo
Vo
Vo
V o
V o
O
I o 2 I o 2
I o 1
I o1
Io
O
I o 2 I o 2
I o 1 I o1
Io
改变斜率
二，常用均流技术介绍
“软化”实现：
串电阻，功耗大； 检测电流信号，控制驱动脉宽
A N G D 5 S A E D V HRA J 1 U0 31 R06 34 1 4 1 23 D0 35 B W6 T A 5L 1 2 1
IS V 5 1
9 1 0
L 34 R M2 D
L 34 R M2 D 1 3 1 8 R07 34
+ -
+
U0 31
R09 34 2 1 2 R01 35 1 R03 35 R02 35 2 1 2 1 C2 38 2 2 A N G D
EMERSON #1 EMERSON #2
仲裁制度
. . .
EMERSON #N-1 EMERSON #N
接班制
上岗制
二，常用均流技术介绍
自动均流－平均值均流
Vb 1 (V a 1 V a 2 ... V an )
n V a 1 V a 2 ... V an
注意：a,b是悬浮电压，需要用差分放大进行检测
U 7A R 66 6 5 R 71 7 + R 62 R 80
Vccs
+Vo
R 61
R 61A
R u1
R u2 C 62
a
Trim
R 67
2
R 64
C 52 R 63 C 65 R d1 R d2
C 54
1 R 68
3
U8 R 65
R95 R96
U 7B RJ2
RJ1
Vo
1
3 2
VV+
R97
JPGND
二极管
MOSFET
并联需要有均流技术
一，概述
常用的均流技术:
输出阻抗法（Droop） 主从法 自动均流（包括平均值均流、最大值均流） 外控法均流 热应力均流
一，概述
基本要求：
（1）并联系统内，模块承受的电流可以自动平衡； （2）并联扩容后，总电源系统的源电压效应和负载效应 保持在所要求的技术指标内； （3）采用冗余技术，某一个单元电源损坏后整个电源系 统的输出还有足够的负载能力。
二，常用均流技术介绍
自动均流－最大值均流
a
b
V b V a max
1，二极管压 降 2，R分压效应
R
b
a
R
二，常用均流技术介绍
自动均流法的特点：
1）均流度高，主动均流； 2）电压调整率、动态响应基本不受影响； 2）需要均流母线，系统较复杂。
三，应用实例（CBB）
Case 1 二次电源 AVE200-48S68-6
R 65A
R 64A
C 63
+
m
R S1
n
－－《模块自然均流功能电路》
三，应用实例（CBB）
Case 2 信佳DCDC电源（T1R3560Z）
1
R03 34
2
5 S V H 2 R05 34
2 1 D0 34 B W6 T A 5L 1 1 1 3 C2 36 V C C 2 1 2 R04 34 2 2 1
二，常用均流技术介绍
常用的均流技术:
输出阻抗法（Droop） 主从法 自动均流（包括平均值均流、最大值均流）
二，常用均流技术介绍
输出阻抗法（Droop）
Vo
Vo
V o 1 V s 1 R 1 I o 1 V o 2 V s 2 R 2 I o 2 Vo I o1 I o 2 RL
输出外特性－－斜率
二，常用均流技术介绍
“下垂法”的特点：
1）无互连线，结构简单可靠，可实现近似均流； 2）电压调整率降低； 3）对“均流”而言为开环控制，小电流时分配特性差； 4）受硬件参数影响，均流可能变化。
参见外特性图
二，常用均流技术介绍
主从法
二，常用均流技术介绍
主从法的特点：
1）双环控制，从模块跟随主模块的电流基准信号； 2）通信联系，系统复杂； 3）可靠性取决于主模块，只能均流，不能构成冗余系统。 优化
C2 37 2 A N G D
－－《用运放实现的自主均流控制电路设计规范》
三，应用实例（CBB）
UC3902D Case 3 3G基站电源模块 （HM48S27/1800）
－－《均流电路设计规范》
三，应用实例（CBB）
实际应用中需要注意的问题：
1，热插拔 主电、控制电、均流控制电源等的上电顺序。 2，故障退出 主母线向模块灌电流，及时退出并联系统。包括控制 连接和主功率连接。