中心議題：
- 新的電流采樣方法
- 基于新的電流采樣方法的均流原理
- 常用均流方法的分析比較
- 新的均流方案
解決方案：
- 對各路RC網(wǎng)絡(luò )C上電壓進(jìn)行均壓
在大功率DC／DC開(kāi)關(guān)電源中，為了獲得更大的功率，特別是為了得到大電流時(shí)，經(jīng)常采用N個(gè)單元并聯(lián)的方法。多個(gè)單元并聯(lián)具有高可靠性，并能實(shí)現電路模塊標準化等優(yōu)點(diǎn)。然而在并聯(lián)中遇到的主要問(wèn)題就是電流不均，特別在加重負載時(shí)，會(huì )引起較為嚴重的后果。普通的均流方法是采取獨立的PWM控制器的各個(gè)模塊，通過(guò)電流采樣反饋到PWM控制器的引腳FB或者引腳COMP，即反饋運放的輸入或者輸出腳來(lái)凋節輸出電壓，從而達到均流的目的。顯然，電流采樣是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：用電阻采樣，損耗比較大，電流放大后畸變比較大；用電流傳感器成本高；用電流互感器采樣不是很方便，同時(shí)會(huì )使電流失真。本文提出了一種新型的、方便的、無(wú)損的電流采樣方法，并在這種電流檢測方法的基礎上實(shí)現了并聯(lián)系統的均流。
1 一種新的電流采樣方法
如前所述，在均流系統中一些傳統的電流采樣力法都或多或少有些缺點(diǎn)。而本文提出的這種新的電流采樣力法，既簡(jiǎn)單方便，又沒(méi)有損耗。
下面以圖1所示的Buck電路為例，說(shuō)明這種新的電流檢測方法的原理和應用。
圖1 簡(jiǎn)單電流檢測電路
電流檢測電路由一個(gè)簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò )組成，沒(méi)流過(guò)L的電流為iL，流過(guò)C的電流為ic，L兩端的電壓為vL，輸出電壓為vo上電壓為vc，則有
vL＋iLR1＋vo=vc＋iCR (1)
對式(1)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期求平均值得
VL＋ILR1＋Vo=VC＋ICR (2)
式中：VL是電感上的電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的平均值，顯然VL=0；Vo為輸出電壓平均值；IL電感電流平均值，等于負載電流ILoad；Ic是電容在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內充放電電流的平均值，顯然Ic=0；R1為電感的等效串聯(lián)電阻(ESR)。
于是式(2)可化為
ILR1＋Vo=VC (3)
IL="ILoad"=(VC－Vo)/R1 (4)
所以，要檢測負載電流及電感電流的大小，只要檢測RC網(wǎng)絡(luò )電容上的電壓的大小就行了，這種方法可以很方便、簡(jiǎn)易、沒(méi)有損耗地對電流進(jìn)行采樣。
2 基于新的電流采樣方法的均流原理
以?xún)陕凡⒙?lián)Buck電路為例，如圖2所示。
圖2 用RC網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)易檢測電流
由式(3)知，
VC1=IL1R1＋Vo
VC2=IL2R2＋Vo
式中：Vc1、Vc2分別為C1和C2上電壓的平均值；IL1、IL2分別是L-和L2流過(guò)電流的平均值，亦即兩路輸出電流平均值；R1及R2是濾波電感的等效串聯(lián)電阻，當在工藝上設計并聯(lián)電源每路輸出電感基本上一樣時(shí)，可以認為R1=R2。因此，要控制兩路電流均流，即要求IL1=IL2，于是，只要控制Vc1=Vc2就行了。所以，電容C1及C2上的電壓Vc1和Vc2可以代表兩路電流IL1及IL2大小，可用來(lái)進(jìn)行均流控制。
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這樣，便可得到如圖3所示的控制框圖，
圖3 兩路Buck并聯(lián)均流系統框圖
3 常用均流方法的分析比較
開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)系統常用的均流方法有以下幾種。
輸出阻抗法：即Droop(下垂，傾斜)法，調節開(kāi)關(guān)變換器的外特性?xún)A斜度(即調節輸出阻抗)，以達到并聯(lián)模塊接近均流的日的。這種方法是一種簡(jiǎn)單的大致均流的方法，精度比較低。
主從法：適用于電流型控制的并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源系統中。這種均流系統中有電壓控制和電流控制，形成雙閉環(huán)控制系統。這種方法要求每個(gè)模塊問(wèn)有通訊，所以使系統復雜化，并且當主模塊失效時(shí)，整個(gè)電源系統便不能工作。
平均值均流法：每個(gè)并聯(lián)模塊的電流放大器輸出端接一個(gè)相同的電阻到一條公共母線(xiàn)上，形成平均值母線(xiàn)。當某模塊電壓比母線(xiàn)電壓高時(shí)，輸出電壓下降，反之亦然。
最大值均流法：和平均值均流法相似，區別只是每路電流通過(guò)一個(gè)二極管連到一條公共母線(xiàn)上。這種方法其實(shí)質(zhì)是一種“民主均流”方法，電流最大的那個(gè)模塊自動(dòng)成為主模塊，其他模塊為從模塊，從而“自動(dòng)主從控制”。
平均值均流和最大值均流法的均流母線(xiàn)斷開(kāi)或者開(kāi)路都不會(huì )影響各個(gè)電源模塊獨立工作，并且是自動(dòng)均流方法，均流精度比較高。
圖4為常見(jiàn)均流方法的原理圖。如果均流母線(xiàn)是并聯(lián)模塊電流的平均值，則是平均值均流法；如果是并聯(lián)模塊電流的最大值，則是最大值均流法；如果均流母線(xiàn)是并聯(lián)模塊中的主模塊的電流，則就是主從均流法。但是，在這些均流方法中，每個(gè)模塊都需要有一套獨立的PWM控制環(huán)。
圖4 常用的均流方法 [page]
4 新的均流方案
本文提出的方案是基于前所述的每路加一個(gè)簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò )檢測其分配的電流大小。電容C兩端的電壓平均值就可以表征這路模塊的電流大小，所以，對系統進(jìn)行均流控制就是對各路RC網(wǎng)絡(luò )C上電壓進(jìn)行均壓。其均流原理圖如圖5所示。
圖5 并聯(lián)兩路Buck電路的均流系統
圖5中Vbus為均流母線(xiàn)電壓；Vref為輸出電壓參考值；Vs為輸出電壓的采樣值。
其工作原理和過(guò)程如下：
通過(guò)檢測RC網(wǎng)絡(luò )中C兩端的電壓，作為電流信號，幾路電流信號(本例只有兩路)通過(guò)一個(gè)相同的電阻就得到了平均值均流母線(xiàn)，平均值均流母線(xiàn)電壓值與負載有關(guān)，表征負載電流的大小。然后將每路采樣來(lái)的電流信號與母線(xiàn)電壓比較，得到誤差信號，去修正輸出電壓參考信號，從而對PWM控制器的占空比輸出進(jìn)行微調，達到均流和穩壓的目的。
5 實(shí)測結果
樣機是一臺DC5V輸入，2V／40A輸出的4路Buck并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電源，工作頻率為200 kHz，帶上滿(mǎn)載進(jìn)行測量每一路電流輸出，均流效果好，誤差在2％以下，電源輸出穩定。當輸出電流越大，即大功率并聯(lián)的電源系統中，均流效果越好。
6 結語(yǔ)
本文通過(guò)對常用的電流檢測方法與均流控制的分析研究，提出了用一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò )檢測電源輸出電流的方法，并在這種電流檢測方法的基礎上給出了一種簡(jiǎn)單的并聯(lián)系統均流的方案。這種方案使電流檢測很方便，能高效率、低成本、簡(jiǎn)單、方便地實(shí)現并聯(lián)系統的均流。
