开关电源并联的均流技术

开关电源并联的均流技术
詹新生1,2
(1.湖北工业大学,湖北武汉　430068; 2.徐州工业职业技术学院,江苏徐州　221140)
[摘　要]采用多个电源模块并联运行来提供大功率输出是电源技术发展的一个方向,均流技术是实现大功率电源和冗余电源
关键。

本文主要讨论了常见开关电源均流技术的原理和方法。

[关键词]
开关电源;均流
中图分类号:TP303+13文献标识码:C
1　引　言采用多个电源模块并联运行来提供大功率输出是电源技术发展的一个方向。

并联运行的各模块特性不一致,可能使电压调整率小的模块承担较大的电流甚至过载,热应力大;外特性较差的模块运行于轻载其至是空载。

其结果必然使电源可靠性降低,寿命减小。

因此需要实现均流措施,来保证模块间电流应力和热应力的均匀分配,防止单个模块运行在电流极限值状态[1]。

2　开关电源并联均流的方法
211　输出阻抗法(下垂法、斜率法)
其实质是利用电流反馈调整各模块的输出阻抗或直接改变模块单元的输出电阻,使外特性斜率趋于一致,以达到并联模块接近均流的目的。

这种方法是一种简单的大致均流的方法,精度比较低。

图1为输出阻抗法均流原理图,左图为并联开关电源外特性V o =f (I o ),右图中的R 为开关电源的输出阻抗。

图1　输出阻抗法均流原理图
由上图可知,当负载电流为I L =I O1+I O2时,负载电压为V o ,按两个模块的外特性倾斜率分配负载电流,斜率不相等,电流分配也不等;当负载电流增大到I L ′=I O1′+I O2′时,负载电压为V o ′。

可知,模块1外特性斜率小,分配电流的增长比外特性斜率大的模块2增长大。

如果能设法将模
块1的外特性斜率调整得接近模块2,则可使这两个模块的电流分配均匀。

只要调整图1中的输出阻抗R ,使各个模块的外特性基本一致即可。

电阻R 不宜选的太大,以减少损耗。

这种方法是最简单的实现均流的方法,在小电流时电流的分配特性较差,大电流时较好。

缺
第29卷　第3期2009年　6月
农业与技术
Agriculture&T echnology V ol.29　N o.3
Jun.2009
・136　・
点是:电压调整率下降,为了均流,每个模块必须分别调整;对于不同额定功率的模块难以实现均流。

212　主从设置法
这种方法人为指定一个主模块,其余均为从模块,如图2所示。

主模块按电压控制规律工作,从模块按电流控制规律工作。

各个从模块的电压误差放大器接成跟随器的形式,主模块的电压误差输入到各从模块的跟随器,跟随器的输出即是从模块的电流基准,即各从模块的电流都按同一基准值调制,与主模块电流一致,从而实现了均流。

主机为稳压源,从机为稳流源,从机由主机提供控制信号进行工作。

图2　主从设置法均流原理图
这种方式特点是:主从模块有通信联系,外
围接口较复杂;电源的可靠性主要由主机的可靠性决定,如果主机失效,整个系统将关断,无法正常工作,不适用于冗余并联系统。

213　平均电流法
它是将并联工作的每个模块电流取平均值后,将平均电流值送给每个模块,各模块都以这个平均电流值为目标自动调节自己的输出电流,从而达到均流的目的。

图3为n 个并联模块中一个模块按平均电流自动均流的控制电路原理图。

其中电压放大器输入为V r ′和模块输出反馈电压V f ,V r ′是基准电压V r 和均流控制电压V c 的综合,它与V f 进行比较
放大后,产生电压误差V e ,控制PW M 及驱动器。

V i 为电流放大器的输出信号,和模块的负载电流
成比例。

V b 为母线电压。

V i 与V b 之差代表均流误差(V b 可能大于,也可能小于V i ),通过调整放大器(均流控制器)输出一个调整用的电压V c 。

当V i =V b 时,电阻R 上的电压为零,V c =0,
表明这时已实现了均流。

当R 上有电压出现,说明模块间电流分配不均匀,V i ≠V b ,这时基准电
压将按下式修正:V r ′=V r +V c ,相当于通过调整放大器改变V r ′,以达到均流的目的。

图3　平均电流法均流原理图
平均电流法均流可以精确实现负载均流,但它也有很大的缺陷。

如当均流母线发生短路或者在均流母线上的任何一个模块出现故障时,将会
使均流母线的电压降低,从而使得各模块的输出电压降低,甚至达到其下线值,引起整个系统发
生故障。

[2]
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214　最大电流法
最大值均流法和平均值均流法相似,区别只是每路电流通过一个二极管连到一条公共母线上,这种方法其实质是一种“民主均流”方法,电流最大的那个模块自动成为主模块,其他模块为从模块,从而“自动主从控制”,如图4所示。

由于
二极管的单向导电性,只有电流最大电源模块才能与均流总线相接,也就是说,均流母线上的电压V b 反映的是并联各模块的V i 中的最大值。

比较各自电流反馈与均流母线之间电压的差值,通过均流控制器输出来补偿基准电压,从而达到该模块均流调节的作用。

图4　最大电流法均流原理图
平均值均流和最大值均流法的均流母线断开或者开路都不会影响各个电源模块独立工作,并且是自动均流方法,均流精度比较高。

与主从控制法不同的是其主控电源身份实际上不固定。

能随时根据系统中电流最大的单元,不断调整各相并单元的电流,实现系统总电流在各并联电源中的精确均分,因而是一种优良的均流方法。

UC3907系列负载均流集成控制器就是根据峰值电
流均流原理工作的。

3　结束语
实际应用过程中,还有一些其它的均流方法,
如热应力自动均流法、外部电路控制法等。

随着新的均流技术和均流控制模式的不同组合的提出,将来会有更多的均流方案。

但任何控制策略都不可能是十分完美的,在具体应用时,应根据实际应用的具体总电路要求和客观标准,如均流性能指标、系统可靠性、成本费用等,选用正确且能
很好满足各条件的均流方案。

[3]
参考文献
[1]张占松,蔡宜三.开关电源的原理与设计[MI].北京:电了工业
出版社,2005
[2]张敏娟,尹斌.开关电源均流技术[J ].电工技术,2004,(8)[3]施三保.开关电源的分布式并联均流技术概述[J ].船电技术,2006,(2)
作者简介:詹新生(1975-),男,江苏铜山人,湖北工业大学硕士研究生,徐州工业职业技术学院讲
师。

研究方向:电子与电气技术应用。

V ol.29　N o.3农业与技术 2009年6月・138　・。