冗余开关电源均流试验分析
开关电源的并联运行及其数字均流技术
理较小功率，解决了单台电源遇到的问题。 大功率输出和分布式电源，使电源模块并联技 术得以迅速发展。然而一般情况下不允许模块输出 问直接进行并联，必须采用均流技术以确保每个模 块分担相等的负载电流，否则，并联的模块有的轻载 运行，有的重载甚至过载运行，输出电压低的模块不 但不为负载供电，反而成了输出电压高的模块的负 载，热应力分配不均，极易损坏。因而实现开关电源 并联运行的核心是均流技术。若采用多个电源模块
２传统并联均流方案与模拟控制方式
传统的并联均流方案有改变输出内阻法、主／从 法、平均电流自动均流法、外接控制器法、热应力自 动均流法及最大电流均流法等，这些均流方法多数 采用的是模拟量控制，由于模拟控制是连续的信号 处理，其带宽允许范围很大，有许多集成芯片实现成 熟的控制。图１为，ｚ个并联模块中一个模块按平均 电流自动均流的控制原理图。
监控模块和各个模块都以ＤＳＰ为控制核心，监 控模块检测输入输出总电压、电流及温度等参数，进 行欠压、过流、温度等保护，同时检测模块个数，经过 处理，设定各模块的工作方式和工作电流值或电压 值，通过ＣＡＮ总线通信，进行强制均流，并且通过 闭环反馈达到闭环控制目的。还可实现热插拔并联 冗余，当故障模块自动退出并发出报警，剩余模块按 照总控设定的工作模式自动均分负载。选用 ８２Ｃ２５０为ＣＡＮ控制器与物理总线之间的接口电 路，它能够提供对总线的差动接收和发送功能，以实 现总线上各节点间的电气隔离，高达１ Ｍｂｐｓ通信 速率完全可满足数字均流技术实时通信的目的。
基准电压【，，和均流控制电压【，。的综合△Ｕ，它与 反馈电压比较放大后产生电压误差Ｕ。，控制ＰＷＭ。 Ｕ；为电流放大器的输出信号，它与每个模块的 输出电流成正比。当ｎ＝２时，也就是两个模块并联 运行状态下，己厂ｉ。和己，ｉ。分别为模块１和２的电流信 号，它们都经过阻值为Ｒ的电阻接到均流母线上。 当流入母线的电流为零时，
浅析开关电源模块并联均流方法
浅析开关电源模块并联均流方法
张伊凡; 王乐
【期刊名称】《《电子测试》》
【年(卷),期】2013(000)005
【摘要】随着高频开关电源技术的不断发展,大功率直流电源系统可以用多台开关电源模块并联的方式实现,于是各电源模块之间均流技术的重要性与日俱增。
本文
在对开关电源模块并联运行时不均流的原因进行分析,还介绍了现有的开关电源模
块并联运行时常用的几种均流的方法,总结了这些方法的优缺点。
并指出,随着可编
程控制器件在开关电源模块控制系统中广泛的应用,基于可编程控制器的数字均流
方法也将以其灵活性、精确性、抗干扰能力强等各方面的优点将取代其他均流方法。
【总页数】3页(P34-35,41)
【作者】张伊凡; 王乐
【作者单位】西安石油大学电子工程学院 710065
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种改进的开关电源模块化并联均流方法研究 [J], 薛彪;袁斌华
2.开关电源模块设计及其并联均流研究 [J], 曾敏;徐超鹏;张艳杰
3.程控直流开关电源模块的主从式并联均流设计 [J], 李奎伟
4.开关电源模块并联均流技术研究 [J], 徐彬;王磊
5.浅析开关电源模块并联均流方法 [J], 张伊凡; 王乐
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开关电源并联均流的负载适应性研究
开关电源并联均流的负载适应性研究作者：卓沛陈根余冯清贤来源：《电子技术与软件工程》2015年第16期摘要随着电子技术的高速发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越大，对电源的负载适应性要求越来越高，这使得对开关电源并联均流技术的重要性日益增加。
为此，本文在系统地分析和总结目前开关电源主要并联均流技术原理和方法的基础上，介绍了一种大功率高频开关电源（28V/300A）的并联均流实现方案，并详细讨论了其负载适应性，做了相关试验，验证了电路的可行性。
【关键词】开关电源并联均流1 引言开关电源以其效率高，体积小，重量轻等显著特点得到广泛应用。
随着大功率电子设备的发展，大容量高频开关电源的研究和开发成为当今电力电子学的主要研究内容。
但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求[1]。
通常在实际使用过程中将多个电源模块并联运行。
但是，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻，这将使系统的稳定性降低，因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题。
本文探讨了大容量DC/DC 模块开关电源并联运行中的自动均流技术，研制出一种大功率直流开关电源（其基本参数：输入电压Uin=115V±15%，三相三相制，频率f=400Hz±5%，额定输出电压Uo=28V，额定输出电流Io=300A），并详细讨论了其负载适应性。
由于该电源的容量较大，所以采用了模块化设计，3个模块并联组成一个电源，每个模块提供100A电流，为保证电源的可靠性进行了均流控制。
2 常用均流方法2.1 输出阻抗法输出阻抗法也称电压调整率法或外特性下垂法，是一种通过调节开关变换器的输出阻抗（即调节外特性倾斜度），达到并联模块接近均流目的的方法[2]。
当某一模块的输出电流偏大时，电压与电流反馈的合成信号增大，使误差控制信号减小，使得该模块的输出电压降低，输出电流减小，从而实现均流。
一种实用的开关电源均流线路资料
一种实用的开关电源均流线路马利军，尹斌（河海大学电气工程学院，南京，210098）摘要：本文主要讨论了开关电源模块中的平均值自动均流法的原理，并在此基础上提出了一种改进思路及其实际的均流线路，做了相关实验，验证电路的可行性。
关键词：平均值自动均流法、开关电源、均流线路在电源的实际使用过程中，各种负载对于供电的可靠性要求不同，当单台电源不能提供负载的全部容量的时，就需要多个电源模块并联使用，以提高电源的容量和运行的可靠性。
通常的使用方式是并联运行或者并联冗余运行，其原理就是将 N 个电源模块并联使用提供负载的全部容量或大于负载的全部容量。
在实际的使用过程并不是简单的把各个电源并联使用就可以让电源平均承担功率。
这是由于电源各自参数的分散性，使得每个电源的开路电压和内阻均会存在差异，通常开关电源的内阻都非常小，因此开路电压很小的差异就会导致各电源的输出电流有较大的差异，这种状态会导致各个电源的寿命衰减不一致，达不到电源的可靠性和稳定性的要求，这就要求在电源并联使用过程中使用均流技术[1]。
常用的均流方法有：输出阻抗法（又称下垂（Droop）法）、主从设置法、平均电流自动均流法、热应力自动均流法、外加控制器均流法和最大电流自动均流法。
本文主要分析平均值自动均流方式以及在实际使用中的改进方式。
1、平均值电流自动均流方式[2][3]图 1.平均电流自动均流法原理图平均电流自动均流方法是建立在数学模拟电路（平均值电路）的基础上，因而不需要外部控制器，用单一总线连接所有电源模块就可以。
如图1：每个电源模块的负载电流经电流检测和放大为与负载电流成比例的电压信号Vi，各模块的Vi与均流母线的电压V相比较，b其中V为n 个电源模块的电流信号的平均值，改变电流误差放大器产生电流误差信号Ve，b叠加电源的给定电压信号Vr以调节电源电压的基准Vr' ，调整后的电压基准Vr' 与模块的反-1-馈电压 Vf 相比较产生电压误差信号，以达到控制电源 PWM 及驱动电路的目的，从而改变模块的输出电压，调节输出电流，实现模块间的负载电流的均分。
基于开关电源并联均流问题的分析
基于开关电源并联均流问题的分析作者：佘国君来源：《科技资讯》2017年第28期摘要：开关电源具有效率高、尺寸小等优点，在交转直供电系统中应用广泛。
然而随着输出功率的持续增加，如果仅单个大功率开关电源供电，那么一旦出现故障就会带来不可预测的损失，因此，出现了使用几个小功率开关电源并联使用的新模式。
本文就对其中的并联均流这一重要问题进行分析。
关键词：开关电源并联运行均流分析中图分类号：TM44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0034-02开关电源体积小、效率高，在交转直供电系统中应用广泛。
为弥补单个开关电源无法断电、功率不足等缺点，可以采用几个开关电源并联使用。
并联均流供电技术可较好地实现高可靠性运行和大功率均匀供电，但要满足如下要求。
（1）整个直流供电系统的外部特性在线电压或者负载变化时要保持输出电压稳定。
（2）为减少均流失败的因素，各个供电模块之间要实现自动负载均流，简化外部的控制。
（3）一个供电模块发生故障时，其他模块要能提供充分的电流容量，以维持整个系统正常工作。
（4）实现好的负载均流瞬态响应；用低阻抗带宽均流母线连接所有功率模块。
上述为附加要求。
开关电源并联使用的示意图和端口特性如图1、图2所示。
图1中的R1和R2为单个开关电源分别的输出总电阻，其中包含了输出端导线的电阻。
在阻性负载情况下，输出电压和输出电流呈现线性关系，电压变化量和电流变化量的比值就是输出总电阻。
由于存在内阻，结合图1和图2可列出两条支路的端口特性表达式分别为式（1）和（2）：由式（5）（6）可知单个开关电源的输出电流与输出电阻，负载输出电压有关，故为了实现开关电源的并联均流运行需要关注下述两点。
（1）在开关电源的设计过程中，需要尽量采用参数一致的电子元件，PCB布局和走线均要做到对称，减少对外参数的不对称。
（2）可以采用反馈控制的方法，通过负反馈解决两路输出外特性差异，从而让两路参数实现一致。
浅析开关电源模块并联均流方法
浅析开关电源模块并联均流方法张伊凡; 王乐【期刊名称】《《电子测试》》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】3页(P34-35,41)【关键词】开关电源; 并联; 均流【作者】张伊凡; 王乐【作者单位】西安石油大学电子工程学院 710065【正文语种】中文1 引言随着我国工业生产中对大功率电源系统需求的不断增加和开关电源模块化的发展趋势，以及半导体功率器件和磁性材料等方面的因素对单片开关电源输出功率的限制，开关电源模块往往需要并联成电源系统运行，这样既可以增加电源容量，也可以提高电源系统供电的可靠性。
但在实际应用中，由于各电源模块之间的差异，并联运行时会出现电源系统中各模块输出不均流的现象，进而引起电流应力和热应力的不均匀分配，影响电源模块的使用寿命和可靠性[4]。
所以并联均流技术成了实现组合大功率电源系统的关键。
2 电源模块不均流的原因分析从电源模块的控制系统来看，所有的电源模块并联运行，则输出电压U0都相等，也就是电压反馈值都相等，但是每个模块的给定量Ugi和反馈比例系数Kfi都有差异，运算放大器的失调电压也不同，所以给控制器件的误差信号也不相同，使有些误差信号为正的模块，电压调节器正向积分，输出电流增加；有些误差信号为负的模块，电压调节器反向积分，输出电流减小。
当系统进入稳态以后，最多有一个模块的误差为零，电压调节器正常工作。
所以负载电流都要由误差为零的模块承担，就出现了电流不平衡的现象。
另外，电源模块外特性的差异也是不均流的原因，如图1中两个电源模块并联运行，输出电压分别是U1和U2，电流分别为I1和 I2，内阻分别为 R1和 R2，母线电压为 UO，其输出特性见式（1）、（2）[5]。
由式（1）、（2）可以看出，不均流的原因是输出电压和等效内阻不一致。
图1 两模块并联运行原理图所以，各电源模块之间不均流的根本原因是由于电源模块中各器件的差异引起的，只能通过增加外部设备或控制部件的方法来解决，其主要思想就是增加一个均流母线，通过均流母线传递均流信号，或者根据电源的热应力来调节负载电流的分配，防止一台或多台模块运行在电流极限状态。
一种电源系统冗余设计方案及其功能测试的方法
一种电源系统冗余设计方案及其功能测试的方法
尹鑫;姚万业
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2012(25)11
【摘要】以某核电厂的核岛三废处理控制系统(KSN)设计为例,介绍了其电源系统的冗余与容错技术及其测试方法.由于电源系统承担了向各种控制设备提供工作电源的任务,一旦电源发生故障,将使整个系统瘫痪,造成严重后果.因此,KSN系统对电源系统采用了冗余设计,从而提高了系统的可靠性,降低了部件的失效率,提高了整个系统的平均无故障时间(MTBF).要达到以上的效果,必须通过测试对其冗余功能进行验证.通过在其功能测试过程中的研究,得出了一种思路清晰、测试内容覆盖面广的测试方法,具有一定的使用推广价值.
【总页数】3页(P116-117,119)
【作者】尹鑫;姚万业
【作者单位】华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003
【正文语种】中文
【相关文献】
1.多重转换:冗余电源系统电流限制的一种新方法 [J], Roger Chan;Alan Hastings
2.一种基于铷原子钟的频率基准源冗余设计方案浅析 [J], 张守中;赵瑞青
3.一种加速器用高压电源系统设计方案 [J], 史平君
4.一种地铁BAS系统PLC热备冗余功能设计方案的优化与实现 [J], 高明
5.一种基于铷原子钟的频率基准源冗余设计方案浅析 [J], 张守中[1];赵瑞青[1]因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅析开关电源并联系统自动均流技术
浅析开关电源并联系统自动均流技术随着我国人数逐渐增加，用电程度中也在逐渐提高。
在开关系统中，利用并联的方式进行供电，在一定程度上，能够为每户人口提供用电。
但是，在实际的使用中容易出现用电分配不均，并且在使用时，电压不稳定。
因此，论文通过对开关电源并联系统造成电流不均匀的原因进行分析，探究开关电源并联系统自动均流技术的有效方式。
此次研究的主要目的是为能够解决在电源并联系统中，电流分布不均问题，促进用户用电的安全以及用电稳定性。
【Abstract】With the increasing population of China，the degree of electricity consumption is also gradually improving. In the switching system，power is supplied in the mode of parallel，which can provide electricity to each household in a certain degree. However，in actual use，it is easy to have uneven distribution of electricity，and the voltage is unstable when in use. Therefore，through the analysis of the causes of the current inhomogeneity caused by the switching power supply parallel system，this paper probes into the effective way of automatic current-sharing technology in the switching power supply parallel system. The main purpose of this paper is to solve the problem of uneven distribution of current in power supply parallel system and to promote the safety and stability of power consumption.标签：开关电源;并联系统;自动均流技术1 引言电力系统在实际的应用中用电量不足时，可以利用开关电源将电源多个模块进行并联，从而解决供电不足或者输出功率较小的问题。
冗余电源设计原理
优点：
（1）：瞬时期间有较稳定的均流效果 （2）：精确的输出电压调整率。
缺点：
提高模块化的困难
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
B、按均流误差讯号方式分： （1）、平均电流法：
工作特点： • 利用电阻将每一部电源模块输出电流平均，此平均电流讯号提供给每 一部电源模块作为共同电流参考命令。 优点：
（1）：系统较稳定且均流准确度高 （2）：均流控制抗噪声免疫力佳。
优点：
（1）：系统有较佳的故障容忍度 （2）：易扩充及实现模块化。
缺点：
（1）：瞬时时电流分配较差 （2）：均流控制易发生错误
(3)：均流排抗噪声能力差。
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
五、自动主仆法CS-BUS相互干扰在线路上的改进： A、机台CS-BUS相互干扰原因分析：
当仆模块的电流增加超越主模块时，其主、仆的角色将会互换，但是如果每个模块的电流太接近的话将会造成角色互 换的动作太过于频繁而产生输出电流低频振荡。
4、缺点：
（1）：较差的负载调整能力 （2）：在不同负载需求下均流效果比较差
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
四、主动均流法： 1、架构方框图：
2、原理特征：
• 机台间能获得彼此间输出电流的信息，而其输出电流的信息传递的管道称为均流母线(Currintsharing bus, CS_Bus)。这个均流母线的功用是提供一电流参考讯号，使得每一个并联的模块能够根 据此电流参考讯号来调整本身的控制讯号，最后使负载电流能平均分散到每一部并联的模块。
4、主动均流法的分类： A、按控制架构分： （1）、外回路调整架构：
工作特点：
每一个电源模块本身已经有一个电流回路当作是内回路用来改善系统的动态响应以及稳定度， 另外，有一个电压外回路来调整模块的输出电压。使用外回路并联电源模块，只需在每一 个电源模块电压回路外，加入一个响应较慢的均流回路利用模块的输出电流的误差来调整 外部电压回路的参考值，此调整动作将持续到负载电流被平均分配至每一个模块为止。
用开关电源并联运行实现仪表24V冗余电源的问题
用开关电源并联运行实现仪表24V电源N+M冗余的问题【背景】在对某（镇海炼化100万吨/年）乙烯工程进行质量检查时，监督工程师发现仪表24V电源是应用模块化开关电源并联运行来实现N+M（4+4）冗余的，各开关电源间没有通讯线或均流母线等联系，仅在输出端设计了“解偶二极管”，以防止某一或某些开关电源输出电压较低或短路时成为其它电源的负载，其电路原理如图1所示。
查阅该开关电源技术说明书，其电压/电流的特性如图2所示。
图1 仪表24V并联电源原理图图2 开关电源电压/电流特性曲线【评析】随着石油化工装置大型化及其自动化程度的提高，控制系统需要组建一个大容量、安全可靠的仪表24V电源系统。
但受构成电源模块的半导体功率器件、磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求。
若采用多个电源模块并联供电，如图3所示，就不但可以提供所需电流，而且还可以形成N+M冗余结构，提高了系统的稳定性，可谓一举两得，这也是提供大功率电源的技术发展的一个方向。
图3 多个电源模块并联供电框图但是，在电源模块并联运行时，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，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。
其结果必然使电源热应力分配不均，寿命减小，可靠性降低。
有资料表明，工作环境温度每提高10℃，电子元器件寿命约降低1/2，这就是有名的阿雷尼厄10度法则。
因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题，保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止单个或部分模块运行在过载或电流极限值状态[1]。
由于大功率电源负载需求的增加以及分布式电源系统的发展，开关电源并联技术的重要性也日益增加。
但是并联的开关变换器在模块间通常需要采用均流（Current sharing）措施。
它是实现大功率电源系统的关键，其目的在于保证模块间电源应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限（限流）状态。
浅析开关电源模块并联均流方法
子
测
试
浅析开关 电源模 块并联均 流方法程 学院
７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘要 ： 随着高频 开关 电源技术 的不断发展 ， 大 功率直流 电源 系统 可 以用多 台开关 电源 模块并联 的方式实现 ， 于是各 电源模 块 之 间均 流技 术的重要性与 日俱增 。 本文在对开关 电源模 块并联运行时不均流 的原 因进行 分析， 还介 绍了现有 的开关 电源模块 并联运行 时常用 的几种均流 的方法 ， 总结了这 些方 法的优缺 点。 并指 出， 随着可编程控制器件在开关 电源模块控制系统中广泛 的应用 ， 基于可编程控制器的数 字均 流方 法也将 以其灵 活性 、 精确性 、 抗干扰能力强等各方面的优点将取代其他均流方法 关键词 ： 开 关 电源 ； 并联 ； 均 流
（ Ｘ ｉ ’ａ ｎ Ｓ ｈ ｉ ｙ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ， ｈ ｉ ｇ ｈ — ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｍ ａ ｄ ｅ ｕ ｐ ｂ ｙ ｍ ａ ｎ ｙ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ，Ｓ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ — ｓ ｈ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｅ ａ ｃ ｈ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ Ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍ ｉ ｎ ｇ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ｉ ｍ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ，Ｔ ｈ ｉ Ｓ ｄ ｉ ｓ ｓ ｅ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｏ ｍ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ — ｓ ｈ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｍ ｂ ａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ， ｓ ｕ ｍ ｍ ｉ ｎ ｇ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｒ ｉ ｔ Ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｍ ｅ ｒ ｉ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ — ｓ ｈ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｍ ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｗ ｉ １ １ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｔ ｅ ｄ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．
电源模块并联供电的冗余结构及均流技术
电源模块并联供电的冗余结构及均流技术摘要：介绍了将电源模块并联，并构成冗余结构进行供电的好处，讲述了几种传统的并联均流电路，讨论了各种方式下的工作过程及优缺点，并对均流技术的发展做了展望。
1 概述随着电力电子技术的发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求。
若采用多个电源模块并联供电，如图1所示，就不但可以提供所需电流，而且还可以形成N＋m冗余结构，提高了系统的稳定性，可谓一举两得。
图1 多个电源模块并联供电框图但是，在电源模块并联运行时，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻。
这将使系统的稳定性降低，会给我们的生产和生活带来严重的后果，而且电源模块自身的寿命也会大大缩短。
国外有资料表明，电子元器件在工作环境温度超过50℃时的寿命是在常温（25℃）时的1/6。
因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题。
本文从均流电路的拓扑结构出发，介绍几种传统的并联均流方案，对于其他均流方案（比如按热应力自动均流法），暂不做讨论。
对于文中提到的每一种均流方法，都做了详细的介绍，并结合简单电路图，讲述其工作原理及优缺点[1][2][3][4]。
在文章的最后部分，对并联均流的发展做了简单的展望。
2 N＋m冗余结构的好处采用N＋m冗余结构运行，可以提高系统稳定性。
N＋m冗余结构，是指N＋m个电源模块一起给系统供电。
这里N表示正常工作时电源模块的个数，m表示冗余模块个数。
m值越大，系统工作可靠性越高，但是系统成本也会相应增加。
在正常的工作情况下，由N个模块供电。
当其中某个或者某些模块发生故障时，它们就退出供电，而由m个模块中的一个或全部顶替，从而保证整个系统工作的持续性及稳定性。
开关电源并联均流技术
（b）图4
见图4（a）、（b），图中△Imax=△UOImax/△Uslope，内阻RO=△UO/△IO当单元输出电流IO1增加时，IO1在电流检测电阻RS上的压降增加，致使A1输出电压增加，与单元电压反馈信号Uf叠加后送至A2反相输入端，经A2放大后输出Ur变负，利用这个Ur电压控制单元输出电流，从而实现均流。由图4（b）可以看出：当典型值△UO=±0.1％,△Uslope=±2％,则△Imax=0.05Imax,即调整精度为5％。这种调节精度对大多数调节系统来说是能接受的。（2）改变单元输出内阻法（斜率法）特点·小电流时均流效果较差，这点可从公式△Imax=0.05Imax看出。·大电流时均流效果较好。·对电压源来说，内阻RO（斜率）应越小越好，但是这种均流方法利用改变RO来实现均流，降低了电源输出的负载特性，即以牺牲电路的技术指标来实现均流。·随着微处理器技术的发展，这种方法很容易实现程控，从而实现比较理想的均流控制特性。4．2主/从控制法（Master/Slave）（1）工作框图见图5，在这种工作方式下用n个单元，其中一个单元（主控单元）工作在电压源（CV）方式，其余n－1个单元工作于电流源（CC）方式，利用来自输出电流的误差电压△U来实现均流控制。它实际上是由电压环（外环）和电流环（内环）构成电流控制型的双环控制，或说成是电压控制的电流源。（2）主要特点·一旦主控单元出现故障则整个系统崩溃。
图8
强迫均流依赖监控模块，如果监控模块失效，则无法均流，这一点使用时应注意。在强迫均流中，每个监控系统监控的模块数可达100个，参数设置好后（即使模块电压相差较大，如1伏或更大）不需任何调整，均流精度高于2.5％,负载响应快（在几百ms内），无振荡现象。5小结本文主要讨论了6种常用的均流技术。其中改变单元输出内阻法（斜率法）和最大电流自动均流法、强迫均流法应用较广，并且已有现成的集成控制芯片。同时，随着微处理技术的迅速发展，整个系统可采用智能总线结构，从而实现均流冗余控制、故障检测、故障信息显示等功能，就会使均流效果更理想、使用界面更友好、更方便。
冗余开关电源均流试验分析说课讲解
冗余开关电源均流试验分析冗余开关电源均流试验分析摘要：随着数字仪控系统在工业行业应用的日益广泛，效率及可靠性更高的开关电源在数字仪控系统设计中的应用也越来越多。
针对数字仪控系统工程中开关电源的典型应用配电回路，在电源扩容、电源冗余可靠性设计方面进行分析描述，同时结合试验分析由此设计而产生的电源模块均流问题对配电回路可靠性的影响。
关键词：开关电源；冗余；均流；可靠性；数字仪控系统随着数字仪控系统在工业行业的广泛应用，效率及可靠性更高的开关电源在数字仪控系统设计中的应用也越来越多。
采用单台电源供电，电源模块势必在处理巨大功率的同时，因电应力较大，而给功率器件的选择、开关频率和功率密度的提高带来困难。
一旦单台电源发生故障，则导致整个系统崩溃，所以，对于使用多个小容量开关电源进行扩容及冗余技术的研究尤为重要。
小容量多电源并联冗余的设计有效地解决了大容量单台电源集中使用缺少冗余保护机制的问题，随着大功率输出和分布式电源的出现，使电源模块并联技术得以迅速发展。
模块输出间的直接并联运行必须考虑由于各个模块输出特性不一致而造成每个模块输出不均流的问题，以确保各个电源模块分担相等的负载功率[1-2]。
1 电源冗余及扩容技术介绍[3] 仪控系统的冗余一般都是通过关键设备并联实现的，例如n取p系统中的二取一冗余方法、三取二冗余方法、四取二冗余方法、二取二方法、n+m取n方法等。
每种冗余方法的基本机理都是通过设备并联并辅以相应的决策机制来完成冗余设计的，高冗余机制系统在有设备发生故障时，可以降级到低冗余机制运行。
例如：当n+m冗余方法中出现p个设备同时故障时，可以降级到n+（m-p）方式运行。
在电源配电回路设计中，经常采用多组n+m电源模块组成冗余扩容电路对系统进行供电，例如采用1+1型、3+3型等供电设计，通过使用具有相同参数特性的电源模块并联运行来达到配电回路的高可靠度，这样形成的分布式供电体系相对集中供电具有容量易扩充、使用灵活、便于维护、可配置形成冗余机制等优点。
冗余电源设计原理
3、电压下降法与主动均流比较：
• 电压下降法虽然比较简单、容易达成，不过是属于被动的并联方式，且其均流准确度和 电压调整率无法同时具备。主动均流技术虽然比电压下降法复杂，不过确可以改善电压 下降法的缺点，而且可以同时具备高均流准确度和高电压调整率，也是目前最常采用的 并联方式。
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
优点：
（1）：均流准确度高 （2）：系统与输出电压较稳定。
缺点：
• 故障容许能力不佳，假如主模块故障 的话将会使得均流排上的电流讯号变 为零，结果会让其它的从模块会无法 接受均流相应。
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
（3）、自动主仆法：
工作特点：
• 利用二极管将输出电流最高的电源模块之输出电流，做为其它电源模块之共同电 流参考命令，其它电源模块会相应其命令使自身电流更接近最高的电源模块之输 出电流。
4、缺点：
（1）：较差的负载调整能力 （2）：在不同负载需求下均流效果比较差
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
四、主动均流法： 1、架构方框图：
2、原理特征：
• 机台间能获得彼此间输出电流的信息，而其输出电流的信息传递的管道称为均流母线(Currintsharing bus, CS_Bus)。这个均流母线的功用是提供一电流参考讯号，使得每一个并联的模块能够根 据此电流参考讯号来调整本身的控制讯号，最后使负载电流能平均分散到每一部并联的模块。
优点：
（1）：系统有较佳的故障容忍度 （2）：易扩充及实现模块化。
缺点：
（1）：瞬时时电流分配较差 （2）：均流控制易发生错误
(3)：均流排抗噪声能力差。
冗余开关电源均流设计方案及线路分析
五、自动主仆法CS-BUS相互干扰在线路上的改进： A、机台CS-BUS相互干扰原因分析：
冗余开关电源均流试验分析
冗余开关电源均流试验分析冗余开关电源（Redundant Switching Power Supply）是指在一组电源系统中，系统能够通过切换电源模块来实现能量供应的不间断。
当其中一个模块出现故障时，其他模块可以接管其功能，从而保证系统的持续运行。
为了确保冗余开关电源的可靠性和稳定性，需要进行均流试验来评估电源模块的性能。
首先，进行冗余开关电源的均流试验前，需要准备好测试设备和工具。
包括电源模块、负载箱或负载电阻、电压表、电流表、连接线等。
接下来，进行均流试验的步骤如下：1.对冗余开关电源进行电气参数测量，包括输入电压范围、输出电压范围、输出电流范围、功率因数等。
2.将电源模块连接到负载箱或负载电阻上，并将模块之间的通信线连接好。
3.设定并保持所有电源模块的输出电压和输出电流在额定值。
4.使用电流表测量每个电源模块的输出电流，并记录下来。
5.通过比较每个电源模块的输出电流，评估电流分配的均匀性。
如果电流分配相对均衡，则表示冗余开关电源的均流性能良好。
在分析冗余开关电源均流试验结果时，需要注意以下几点：1.对于多模块冗余开关电源，应关注电流分配的差异，以及是否超过了设定的阈值。
如果一些模块的输出电流明显超过其他模块，则可能存在负载不均衡的问题，需要进一步调整和优化。
2.还应考虑电源模块之间的通信性能。
冗余开关电源通常通过模块间的通信线进行数据交换和同步操作。
因此，在均流试验中，还需要观察通信线是否正常工作，是否存在数据传输错误和时序问题。
3.要特别关注电源模块的热量分布。
由于冗余开关电源一般采用模块化设计，电源模块之间的热量分布可能不均匀。
如果一些模块的温度明显高于其他模块，则可能存在散热不良的问题，需要采取相应的散热措施。
用开关电源并联运行实现仪表24V冗余电源的可靠性问题
仪表24V N+M并联冗余电源的可靠性问题2009年12月，我在代表中国石化集团公司总部对某（天津石化、镇海炼化100万吨/年）乙烯工程进行质量检查时，发现各装置仪表24V电源是应用模块化开关电源并联运行实现N+M （其中，N表示向负载提供额定电流需要的模块个数、M表示系统冗余模块个数，本次检查中的N和M相等、在2〜5之间）冗余的，各开关电源模块间没有通讯线或均流母线等联系，仅在输出端设计了“解偶二极管”以防止某一或某些开关电源输出电压较低或短路时成为其它电源的负载，其电路原理如图1所示。
查阅该开关电源技术说明书，其电压/电流的特性如图2所示R o负载图2开关电源电压/电流特性曲线【问题】用模块化开关电源实现N+M并联冗余仪表24V电源，目前尚无国家标准支持，石化行业标准《石油化工仪表供电设计规范》SH/T3082-2003第534条只有简单要求，不能足以判定N+M并联冗余仪表24V电源的可靠性。
签于仪表24V电源直接涉及化工石油装置安全运行的重要性，本人与（中国石化）业内最具权威性的工程设计单位（中国石化工程公司的副总、自动化仪表总工林融）就上述电源运行中可能存在的各模块的均流、可靠性等问题进行了沟通，据（林总）介绍他们也曾经设计过类似的电源装置，在使用不到一年的时间里，因部分开关电源模块过热、使用寿命短、可靠性低的问题，致使整个化工石油装置安全运行存在质量隐患，他们重新对仪表负荷进行了组合、分配，构建了较成熟的多个1+1 冗余仪表24V 电源，使用情况较好为什么会发生实际使用中N+M （N、M 大于1）比1+1 并联冗余仪表24V 电源的可靠性低、出现与冗余可靠性模型计算结果相反的结论呢？本人在工程质量检查讲评会上，从冗余可提高设备可靠性理论的限制条件、电源各模块间均流技术对电子线路的要求二个方面进行如下分析。
【评析】随着化工石油装置大型化及其自动化程度的提高，控制系统需要组建一个大容量、安全可靠的仪表24V 电源系统。
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冗余开关电源均流试验分析
摘要：随着数字仪控系统在工业行业应用的日益广泛，效率及可靠性更高的开关电源在数字仪控系统设计中的应用也越来越多。
针对数字仪控系统工程中开关电源的典型应用配电回路，在电源扩容、电源冗余可靠性设计方面进行分析描述，同时结合试验分析由此设计而产生的电源模块均流问题对配电回路可靠性的影响。
关键词：开关电源；冗余；均流；可靠性；数字仪控系统
随着数字仪控系统在工业行业的广泛应用，效率及可靠性更高的开关电源在数字仪控系统设计中的应用也越来越多。
采用单台电源供电，电源模块势必在处理巨大功率的同时，因电应力较大，而给功率器件的选择、开关频率和功率密度的提高带来困难。
一旦单台电源发生故障，则导致整个系统崩溃，所以，对于使用多个小容量开关电源进行扩容及冗余技术的研究尤为重要。
小容量多电源并联冗余的设计有效地解决了大容量单台电源集中使用缺少冗余保护机制的问题，随着大功率输出和分布式电源的出现，使电源模块并联技术得以迅速发展。
模块输出间的直接并联运行必须考虑由于各个模块输出特性不一致而造成每个模块输出不均流的问题，以确保各个电源模块分担相等的负载功率[1-2]。
1 电源冗余及扩容技术介绍[3] 仪控系统的冗余一般都是通过关键设备并联实现的，例如n取p系统中的二取一冗余方法、三取二冗余方法、四取二冗余方法、二取二方法、n+m取n方法等。
每种冗余方法的基本机理都是通过设备并联并辅以相应的决策机制来完成冗余设计的，高冗余机制系统在有设备发生故障时，可以降级到低冗余机制运行。
例如：当n+m冗余方法中出现p个设备同时故障时，可以降级到n+（m-p）方式运行。
在电源配电回路设计中，经常采用多组n+m电源模块组成冗余扩容电路对系统进行供电，例如采用1+1型、3+3型等供电设计，通过使用具有相同参数特性的电源模块并联运行来达到配电回路的高可靠度，这样形成的分布式供电体系相对集中供电具有容量易扩充、使用灵活、便于维护、可配置形成冗余机制等优点。
当某一组或几组电源出现故障无法正常工作时，由其他热备电源进行供电。
在初始特性相同的电源模块运行一段时间以后，不可避免地会出现输出特性的差异，输出特性的变化将影响扩容冗余电源模块组的稳定运行，逐渐出现不同电源模块承担的负载功率不同的情况，长时间运行会导致各个电源模块所承受的电、热应力不同，使部分电源模块过早的损坏。
因此，在电源冗余扩容系统设计中，必须根据所用电源的功率、可靠性以及系统所规定的最短平均无故障时间等参数考虑电源的搭配设计，同时制定相应的运行维护措施，确保电源作为仪控系统的能量来源能够安全、可靠、长期、稳定地运行。
典型电源组合示意图。
示。
当单个电源低于其他时源时，试验数据如表2所示。
（RL=196 mΩ）。
从以上两次试验可以看出，在3+3冗余配电体系中，当单个电源电压输出漂移升高时，电源的负载电流输出有较大的上升，相应地电源的发热也会显著地增加，但与此电源并联冗余的电源模块负载输出变化不大，配电系统的总输出上升，对于纯电阻负载来说，负载的发热量有显著的增加。
当单个电源电压输出偏移下降时，此电源模块的负载电流输出会有较大的下降，与此电源并联的其他的电源模块负载输出电压略有上升，电流会有缓慢的上升。
当电源模块电压下降了DC 1 050 mV时，此电源模块的输出已经非常小，远低于初始运行的参数值，电源组总的负载功率会有下降。
两次试验的结果证明了3+3体系组成的开关电源组本身对其中单个电源出现偏差的自恢复能力不强，一旦出现上升较多的情况会造成此电源模块
的功率会急剧上升，伴随发热量也相应增大，当出现下降较多的情况时，会造成此电源模块的实际出力接近于0，电源组的负载基本上由其他电源一起承担，造成了其他电源模块负担的加重。
这两种情况都是并联冗余扩容配电体系设计中不期望看到的。
所以，必须采取相应的均流措施才能避免此情况发生，提高系统的可靠性。
5 解决方案 (1)从电源体系上解决，增加电流、电压监视器件，根据配电方案，试验出相应的上下限阈值，加入到仪控系统中去，使模块品质下降的趋势得到预知，再通过维护检修手段提高系统的可靠性。
(2)从器件选型上提高电源模块的品质，选择支持较强输出偏差补偿能力的开关电源模块。
从产品上扩大上下限的阈值范围，从而提高系统的可靠性。
(3)从工程设计上增加设计裕度，通过降额实现在个别模块出现极端情况下，品质下降模块的运行参数还保持在额定参数范围之内。
冗余设计策略作为一种被动的可靠性保障技术已经广泛地应用于实际生产生活中，包括本文所描述的并联冗余扩容配电体系，从文中所述系统失效率分析可以看出，n+m系统本身从理论上具有很高的可靠性，3+3冗余系统的理论可用率可以达到11个9的级别，但通过配电回路及试验分析可以得出，电源系统实际的可靠性还和许多其他的因素有关，其中一个重要因素就是并联电源的均流问题。
通过对冗余电源电路的配电回路分析，并辅以试验验证，明确了并联冗余扩容配电体系中均流问题的本质，为在仪控系统中电源的实际工程应用提供了理论指导，从而提高了仪控系统的可靠性。