中心議題：

• 學(xué)習開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)均流技術(shù)

解決方案：

• 采用N＋m冗余的方法
• 采用均流技術(shù)保證系統正常工作

1引言

在實(shí)際應用中，往往由于一臺直流穩定電源的輸出參數（如電壓、電流、功率）不能滿(mǎn)足要求，而滿(mǎn)足這種參數要求的直流穩定電源，存在重新開(kāi)發(fā)、設計、生產(chǎn)的過(guò)程，勢必加大電源的成本、延長(cháng)交貨時(shí)間、影響工程進(jìn)度。因此在實(shí)用中往往采用模塊化的構造方法，采用一定規格系列的模塊式電源，按照一定的串聯(lián)或并聯(lián)方式，分別達到輸出電壓、輸出電流、輸出功率擴展的目的。

但是電源輸出參數的擴展，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的串、并聯(lián)方式還不能完全保證整個(gè)擴展后的電源系統穩定可靠的工作。不論電源模塊是擴壓還是擴流，均存在一個(gè)“均壓”、“均流”的問(wèn)題，而解決方法的不同，對整個(gè)電源擴展系統的穩定性、可靠性都有很大的影響。由于目前穩定電源輸出擴流應用較多，本文僅討論開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)均流技術(shù)。均流的主要任務(wù)是：

（1）當負載變化時(shí)，每臺電源的輸出電壓變化相同。

（2）使每臺電源的輸出電流按功率份額均攤。

2提高系統可靠性方法

（1）在電源并聯(lián)擴流過(guò)程中，為了提高系統工作穩定性，可采用N＋m冗余的方法。其中m表示冗余份數，m值越大，系統工作可靠性越高，但是系統成本也相應增加。

（2）采用均流技術(shù)保證系統正常工作。在電源并聯(lián)擴流中，應用較為廣泛的辦法是自動(dòng)均流技術(shù)。它通過(guò)取樣、電子控制調節環(huán)路來(lái)保證整個(gè)系統的輸出電流按每個(gè)單元的輸出能力均攤，以達到既充分發(fā)揮每個(gè)單元的輸出能力，又保證每個(gè)單元可靠工作的目的。

（3）均流技術(shù)應滿(mǎn)足條件：

·所有電源模塊單元應采用公共總線(xiàn)。

·整個(gè)系統應有良好的均流瞬態(tài)響應特性。

·整個(gè)并聯(lián)輸出擴流系統有一個(gè)公共控制電路。

（4）常用的幾種并聯(lián)均流技術(shù)：

·改變單元輸出內阻法（斜率控制法）

·主/從控制法（master/slave）

·外部控制電路法

·平均電流型自動(dòng)負載均流法

·最大電流自動(dòng)均流法（自動(dòng)主/從法、民主均流法）

·強迫均流法

3關(guān)于均流技術(shù)中常用的一些概念

3．1穩壓源（CV）

電路框圖和特性曲線(xiàn)分別如圖1（a）、（b）所示，輸出電壓UO=RFUREF/R1


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3．2穩流源（CC）

電路框圖和特性曲線(xiàn)分別如圖2（a）、（b）所示，輸出電流IO=RFUREF/（RSR1）

3．3CV/CC（恒壓/恒流交疊）

特性曲線(xiàn)如圖3所示

4常用幾種均流技術(shù)的工作原理

4.1改變單元輸出內阻法（斜率控制法、電壓下垂式、輸出特性斜率控制式）

實(shí)現方式：

·UO固定，改變斜率

·斜率固定，改變輸出電壓

（1）工作原理和特性曲線(xiàn)

見(jiàn)圖4（a）、（b），圖中△Imax=△UOImax/△Uslope，內阻RO=△UO/△IO

當單元輸出電流IO1增加時(shí)，IO1在電流檢測電阻RS上的壓降增加，致使A1輸出電壓增加，與單元電壓反饋信號Uf疊加后送至A2反相輸入端，經(jīng)A2放大后輸出Ur變負，利用這個(gè)Ur電壓控制單元輸出電流，從而實(shí)現均流。

由圖4（b）可以看出：當典型值△UO=±0.1％,△Uslope=±2％,則△Imax=0.05Imax,即調整精度為5％。這種調節精度對大多數調節系統來(lái)說(shuō)是能接受的。
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（2）改變單元輸出內阻法（斜率法）特點(diǎn)

·小電流時(shí)均流效果較差，這點(diǎn)可從公式

△Imax=0.05Imax看出。

·大電流時(shí)均流效果較好。

·對電壓源來(lái)說(shuō)，內阻RO（斜率）應越小越好，但是這種均流方法利用改變RO來(lái)實(shí)現均流，降低了電源輸出的負載特性，即以犧牲電路的技術(shù)指標來(lái)實(shí)現均流。

·隨著(zhù)微處理器技術(shù)的發(fā)展，這種方法很容易實(shí)現程控，從而實(shí)現比較理想的均流控制特性。

4．2主/從控制法（Master/Slave）

（1）工作框圖

見(jiàn)圖5，在這種工作方式下用n個(gè)單元，其中一個(gè)單元（主控單元）工作在電壓源（CV）方式，其余n－1個(gè)單元工作于電流源（CC）方式，利用來(lái)自輸出電流的誤差電壓△U來(lái)實(shí)現均流控制。它實(shí)際上是由電壓環(huán)（外環(huán)）和電流環(huán)（內環(huán)）構成電流控制型的雙環(huán)控制，或說(shuō)成是電壓控制的電流源。

（2）主要特點(diǎn)

·一旦主控單元出現故障則整個(gè)系統崩潰。

·由于電壓環(huán)工作頻帶寬，易受噪聲干擾。

·主/從單元間必須要有通訊聯(lián)系，所以整個(gè)系統較復雜。

·可靠性取決于主模塊，只能均流，不能構成冗余系統。

·適用于n個(gè)功率單元的系統。

4．3外部電路控制法

（1）工作原理

每一個(gè)單元加一個(gè)輸出電流檢測電路來(lái)檢測它的電流，產(chǎn)生的反饋信號調節每個(gè)單元的電流，從而達到各單元間輸出均流的目的。在這種情況下，每個(gè)單元間應有公共總線(xiàn)。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)

·這種控制方法均流效果較好，但是每個(gè)單元需附加一個(gè)電流控制電路，成為控制環(huán)路的一部分，需滿(mǎn)足環(huán)路的總體要求，否則會(huì )降低單元的技術(shù)指標及工作穩定性，降低系統的動(dòng)態(tài)響應特性。

·由于每個(gè)單元都需要一個(gè)控制電路，所以整個(gè)擴流系統連線(xiàn)較多。

4．4平均電流型自動(dòng)負載均流法（自動(dòng)均流）

（1）工作框圖

見(jiàn)圖6，這種均流方式采用一個(gè)窄帶電流放大器，輸出端通過(guò)阻值為R的電阻連到均流母線(xiàn)上，n個(gè)單元采用n個(gè)這種結構。

當輸出達到均流時(shí)，電流放大器輸出電流I1為零，這時(shí)IO1處于均流工作狀態(tài)。反之，在電阻R上產(chǎn)生一個(gè)Uab，由這個(gè)電壓控制A1，由A1再控制單元功率級輸出電流，最終達到均流。
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（2）特點(diǎn)

·均流效果較好，易實(shí)現準確均流。

·在具體使用中，如出現均流母線(xiàn)短路或接在母線(xiàn)上的一個(gè)單元不工作時(shí)，母線(xiàn)電壓下降，將使每個(gè)單元輸出電壓下調，甚至達到下限，以致造成故障。并且當某一模塊的電流上升至Iomax時(shí)，電流放大器輸出電流也達到極限值，同時(shí)致使其它單元輸出電壓自動(dòng)下降。

·可以構成冗余系統，均流模塊數理論上可以不限。

·缺點(diǎn)為了使系統在動(dòng)態(tài)調節過(guò)程始終穩定，通常要限制最大調節范圍，要將所有電壓調節到電壓捕捉范圍以?xún)?。如果有一個(gè)模塊均流線(xiàn)短路，則系統無(wú)法均流。單個(gè)模塊限流也可能引起系統不穩定。在大系統中，系統穩定性與負載均流瞬態(tài)響應的矛盾很難解決。如果在圖6中的R支路上串一只二極管，則構成所講的最大電流自動(dòng)均流法。

4．5最大電流自動(dòng)均流法（民主均流法，自動(dòng)主/從控制法）

（1）工作原理

將圖6所示均流框圖中的電阻R用一個(gè)二極管代替，二極管正端接a，負端接b。這樣只有當n個(gè)單元中輸出電流最大的一個(gè)電流放大器輸出才能使二極管導通，從而影響均流母線(xiàn)電壓，進(jìn)而達到該單元均流調節作用。這種方法一次只有一個(gè)單元參與調節工作。

（2）特點(diǎn)

·在這種均流方式下，參與調節的單元由n個(gè)單元中的最大輸出電流單元決定，一次只有這個(gè)最大輸出電流單元工作，這個(gè)最大電流單元是隨機的，所以有人把這種均流方法叫做“民主均流法”。又由于一旦最大均流單元工作，它處于主控狀態(tài)，別的單元則處于被控狀態(tài)，因此又有人把這種方法叫做“自動(dòng)主/從控制法”。

·由于二極管總有正向壓降，因而主單元均流總有誤差，而從單元的均流效果是較好的。美國優(yōu)尼則公司的UC3907集成均流控制芯片就工作在這種方式下。最大均流法的特點(diǎn)和平均電流法的特點(diǎn)相似。

4．6強迫均流法

所謂強迫均流，就是通過(guò)監控模塊實(shí)現均流。實(shí)現方式主要有軟件控制和硬件控制兩種。

軟件控制是通過(guò)軟件計算，比較模塊電流與系統

平均電流，然后再調整模塊電壓，使其電流與平均電流相等。軟件方式易于實(shí)現，均流精度高，但其瞬態(tài)響應比較差，調節時(shí)間長(cháng)。

硬件控制方式原理如圖7所示，取樣電壓Us與系統基準電壓Ur相比較產(chǎn)生誤差電壓Ue,該電壓送至每個(gè)模塊，與模塊電流相比較，調節模塊參考電壓，從而改變輸出電壓，調節輸出電流，實(shí)現均流。這樣，每個(gè)模塊都相當于電壓控制的電流源。這種均流方式精度高，動(dòng)態(tài)響應好，可控制模塊多，可以很方便的組成冗余系統。

對這種硬件強迫均流方法的一種改進(jìn)就是所謂的PWM強迫均流法。工作原理如圖8所示。

強迫均流依賴(lài)監控模塊，如果監控模塊失效，則無(wú)法均流，這一點(diǎn)使用時(shí)應注意。在強迫均流中，每個(gè)監控系統監控的模塊數可達100個(gè)，參數設置好后（即使模塊電壓相差較大，如1伏或更大）不需任何調整，均流精度高于2.5％,負載響應快（在幾百ms內），無(wú)振蕩現象。

5小結

本文主要討論了6種常用的均流技術(shù)。其中改變單元輸出內阻法（斜率法）和最大電流自動(dòng)均流法、強迫均流法應用較廣，并且已有現成的集成控制芯片。同時(shí)，隨著(zhù)微處理技術(shù)的迅速發(fā)展，整個(gè)系統可采用智能總線(xiàn)結構，從而實(shí)現均流冗余控制、故障檢測、故障信息顯示等功能，就會(huì )使均流效果更理想、使用界面更友好、更方便。