开关电源并联均流技术

电 源 并 联 均 流 技 术 开 关 电 源 并 联 均 the Parallel and Current Sharing Techn0l 0gy in Switchi ng Power Supply 流 技 术 汪彩霞 ． ang Cha1 x{ (江西财经大学电子学院，南昌 30001 3) (Jiang：,1 I．rn1 vers1tY of Finance ＆ F2conom1 cs． Nanchang 330013) 摘 要：大功率输出和分布式电 是电源技术发展的方向．而劳联开关变拽嚣模块问采用均流技求，是实现 大功率电辉和冗余电源的关键，袁x主要讨论几种常见的开关电源均流技术原理和方涪。 关键词：开关电耀：均流控 中囤分类号：TP331 文献标识码：A 文章编号：1 671—4792一(2005)06—0040—03 Abstract：to 1rap1’ove capab111ty and imp1ement d1 str1buted modul e are the trend of deve10 me n ．t {n power s uppI y，．the paper aria1 yes the pr1 ric1ple and method of the cuFC~1]t shari ng techno1clg1es Kevword：sw1tallj rlg p0wer supp1 y： CUF E’ent shar1 ng contro1 0 引言 ． 采用自动均流技术。所谓自动均流，是指通过取样， 在大量电子设备的实际应用过程中，往往因为 电子控制调节环路来保证整个系统的输出电流按每 使用单台直流电源的输出参数 f如电压，电流，功 个单元的输出能力均摊，以达到既充分发挥每个单 率)不能满足要求或发生故障．引起整个工程效率 元的输出能力，叉保证每个单元可靠工作的目的 降低甚至整个系统崩溃。在实际应用中通常采用多 为提高系统可靠性和可维护性，并联系统的设 个电源并联运行，提供大功率输出．电压、电流稳 计过程中最好使其具备以下特点： 定输出．因此要求组建一个大容量、安全可靠、不 ①当任意模块发生故障时，其余模块能继续提 间断供电的电源系统。 供足够电能 整个系统不会崩溃，即单个模块的故 分布式电源系统取代传统的集中式电源系统早 障不影响整个系统的正常运行： 已经成为电力电子学新的研究热 - ．这是因为分布 ②模块之间自动实现均流，无需外加均流控制 式电源系统利用多个巾，小功率舯电源模块并联， 单元，无需人为的调整和设定。 形成的电源系统可以通过改变并联模块的数量来满 整个系统的输出电流按每个单元的输出能力均 足不同功率的负载，每个模块承受较小的电应力， 摊， 达到既充分发挥每个单元的输出能力，又保 使得电源保持较高的效率和较快的动态响应。 证每个单元可靠工作的目的。 实际情况下，外特性不同的电源模块不允许直 1 几种常用均流技术的工作原理和特点 接并联，而必须采取一定的均流措施。否则会出现 1．】斜率法 (又称下垂法、输出阻抗法) 有的模块轻载运行，有的模块晕载甚至过载，降低 斜率法是一种最简单的均流方法，其实质是利 系统的可靠性。 用模块电流反馈信号或直接输出串联电阻，改变模 均流的主要任务是：① 输入电压或负载变化 块单元的输出电阻，使外特性斜率趋于一致，达到 时，每台电源的输出电上E变化相同：0并联模块问 均流。 】】】 —— 维普资讯 http://www.cqvip.com 如图一所示，为两个模块并联电路图，其输出 特性如图二所示，可见均流精度取决于各模块的电 压参考值和外特性曲线平均斜率。 r — ‘ — — l J l l f L— RI I L— —] ／，L、、 V ＼ 曩块2 图一 两个并联模块 图二 输出外特性图 要实现均流效果，有两种实现方法： ①U 固定，改变斜率：②斜率固定，改变U 。图 三为斜率固定，改变U 时的外特性曲线图。比较分 析可知电压参考值的差异越小，均流效果越好。图 四为 u 固定，改变斜率时的外特性曲线图，可见斜 率越陡，均流效果越好。 图三 改变U。时外特性图 图四 改变斜率时外特性图 分析可知斜率法的特点为： ①大电流时，电流放大器的输出电压增加，通 过反馈使模块的输出电压下降，即外特性向下倾斜， 接近其它模块的外特性，实现近似均流，从而均流 效果好。反之小电流时均流效果差； ②对稳压源而言，希望外特性斜率越小越好，但 是这种方法利用改变 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 。 1．2主从电流法 其实质是指定一定模块为主模块，工作在电压 源方式下，它直接连接到均流母线；其余的为从模 块，工作在电流源方式下，它们从母线上获取均流 信号，由于存在统一的误差△U，模块的输出电流与 误差电压成正比，所以不管负载电流如何变化，各 模块的电流总是相等的，从而实现均流控制。 它有两种实现方法：①电压环内调整；②电压 环外调整。 图五、六所示分别为电压环内调整和电压环外 调整的工作原理图。 暮 她 垦 图五 电流环内调整 图六 电流环外调整 分析可知采用这种均流法有以下特点： ①一旦主模块出现故障，整个系统将崩溃； ②电压环工作频带宽，容易产生噪声干扰； ③精度高，控制结构简单； ④主／从单元有均流母线联系，模块间连线复 杂 。 1．S平均电流法 (自动均流) 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。 图七 均流控制原理图 图七为N个并联模块中的一个模块按平均电流 均流母线 维普资讯 http://www.cqvip.com 自动均流的控制电路原理图，并联的各模块的电流 由于二极管的单向导电性，这样只有当N个单 放大器输出端，通过一个电阻R接到均流母线上，电 元中输出电流最大的一个电流放大器输出才能使二 压放大器输入为基准电压和均流控制电压的综合， 极管导通，与均流母线相连。该模块即为主模块，其 开 它与 进行放大后，产生电压误差 控制PWM及驱 余的为从模块，比较各自电流反馈与均流母线之间 关 电 动器。u．为电流放大器的输出信号，和每个模块的 电压的差异，通过误差放大器输出来补偿基准电压， 源 负载电流成正比，U 为母线电压。 进而达到该单元均流调节作用。 并 假设N=2，也就是两个模块并联运行状态下，u． 其特点是：在这种均流方式下，参与调节的单 联 均 和U．。分别为模块 1和2的电流信号，都经过阻值为 元由N个单元中的最大输出电流单元决定，一次只 流 R的电阻接到母线B ，母线电流 I值计算如下： 有这个最大输出电流单元工作，这个最大电流单元 技 术 I--(u，，一 )／R+(L， )／R 是随机的，所以它有称作 “民主均流法”；由于二极 当母线电流 I=O时，由上式得出：UB=(u， 一，。)／ 管存在正向压降，因此主模块均流总有误差，而从 2。母线电压 是U 和 ，。的平均值，也代表了模块 单元的均流效果总是最好的。 1、2的输出电流平均值。代表均流误差的 ，与U 之 2 结束语 差，经过调节放大器，输出调整电压 ，U 值可正 实际应用过程中，还有一些其它的均流方法，比 可负。当Ub----U，时，电阻R上的电压为零，调整电压 如：强迫均流法、外部电路控制法等等，这里不一 U c=O， 实现了均流。 一旦模块间的电流分配不均匀， 一做介绍。总之，随着大功率负载的需要和模块化 ≠ 。 ， 电阻R承受电压，由这个电压控制A ，再 电源系统的发展，电源系统的安全性、可靠性都得 由A 控制功率级输出电流，以达到均流目的。它的 到了很大的提高，模块化并联技术的作用也日趋显 特点是： 得重要。在实际应用中，每个模块的外特性不一致， ①当均流母线短路或某个模块不工作时母线电 分担的负载电流也不均匀，承受电流多的模块可靠 压下降，将促使每个模块电压下调，甚至达到下限， 性大为降低。因此并联运行 统必须引入有效的负 造成故障； 载分配控制策略，保证各模块间参数均衡分配。 ②均流效果较好，易实现准确均流； ③可以构成冗余系统，均流模块数理论上可以 参考文献 不限。 [1]蔡宣三．开关电源的均流技术[J]．十一届电 1．4最大电流法 源年会论文集 将图七均流框图中的电阻R用一个二极管代替， [2]chang—shJan lin and chern—lin chen。 二极管正端接a，负端接b，如图八所示。 “Single—wire current—share paral lel l ing of r．：== =1 _ current1Tl。de-control led DC P。wer supply”trans． _ J L l 竺l 、r — industrial electronics． — J— l I l屯漉放大器l U 攀 线 ’ ：卜——一一 图八 最大电流法 1 1 维普资讯 http://www.cqvip.com