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1、开关电源并联均流技术摘要：讨论几种常用的开关电源并联均流技术，阐述其主要工作原理及特点。1引言在实际应用中，往往由于一台直流稳定电源的输出参数（如电压、电流、功率） 不能满足要求，而满足这种参数要求的直流稳定电源，存在重新开发、设计、生产的过程， 势必加大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度。因此在实用中往往采用模块化的构造 方法，采用一定规格系列的模块式电源，按照一定的串联或并联方式，分别达到输出电压、 输出电流、输出功率扩展的目的。但是电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个扩 展后的电源系统稳定可靠的工作。不论电源模块是扩压还是扩流，均存在一个“均压”、“均 流
2、”的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。 由于目前稳定电源输出扩流应用较多，本文仅讨论开关电源并联均流技术。均流的主要任务 是：（1）当负载变化时，每台电源的输出电压变化相同。（2）使每台电源的输出电流按功率份额均摊。2提高系统可靠性方法（1）在电源并联扩流过程中，为了提高系统工作稳定性，可采用N+m冗余的方 法。其中m表示冗余份数，m值越大，系统工作可靠性越高，但是系统成本也相应增加。（2）采用均流技术保证系统正常工作。在电源并联扩流中，应用较为广泛的办法 是自动均流技术。它通过取样、电子控制调节环路来保证整个系统的输出电流按每个单元的 输出能力均摊，以
3、达到既充分发挥每个单元的输出能力，又保证每个单元可靠工作的目的。（3）均流技术应满足条件：所有电源模块单元应采用公共总线。整个系统应有良好的均流瞬态响应特性。整个并联输出扩流系统有一个公共控制电路。（4）常用的几种并联均流技术：改变单元输出内阻法（斜率控制法）主 / 从控制法（master/slave）外部控制电路法平均电流型自动负载均流法最大电流自动均流法（自动主/从法、民主均流法）强迫均流法3关于均流技术中常用的一些概念3.1稳压源（CV）电路框图和特性曲线分别如图1 （a）、（b）所示，输出电压UO=RFUREF/R133（b）电路框图和特性曲线分别如图2（a）、（b）所示，输出电流IO
4、=RFUREF/（RSR1）（b）|气：点2稳流源（CC）图1I、|三3CV/CC （恒压/恒流交叠）特性曲线如图3所示图2（a）负载线（a）负载线. 恒尺区 任心交叠灯Js恒流区0图34常用几种均流技术的工作原理4.1改变单元输出内阻法（斜率控制法、电压下垂式、输出特性斜率控制式） 实现方式：UO固定，改变斜率斜率固定，改变输出电压（1）工作原理和特性曲线（a）（b）图4见图 4（a）、（b），图中 Imax=UOImax/AUslope，内阻 RO=AUO/AIO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
5、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 %,AUslope=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=0.05lmax 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
6、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履来实 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。用&1i=i-图5由于电压环工作频带宽，易受噪声干扰。主/从单元间必须要有通讯联系，所以整个系统较复杂。可靠性取决于主模块，只能均流，不能构成冗余系统。适用于n个功率单元的系统。4. 3外部电路控制法（1
7、）工作原理每一个单元加一个输出电流检测电路来检测它的电流，产生的反馈信号调节每个 单元的电流，从而达到各单元间输出均流的目的。在这种情况下，每个单元间应有公共总线。（2）优缺点这种控制方法均流效果较好，但是每个单元需附加一个电流控制电路，成为控制 环路的一部分，需满足环路的总体要求，否则会降低单元的技术指标及工作稳定性，降低系 统的动态响应特性。由于每个单元都需要一个控制电路，所以整个扩流系统连线较多。4. 4平均电流型自动负载均流法（自动均流）（1）工作框图见图6,这种均流方式采用一个窄带电流放大器，输出端通过阻值为R的电阻连到均 流母线上，n个单元采用n个这种结构。当输出达到均流时，电流放
8、大器输出电流I1为零，这时IO1处于均流工作状态。 反之，在电阻R上产生一个Uab，由这个电压控制A1，由A1再控制单元功率级输出电流， 最终达到均流。（2）特点均流效果较好，易实现准确均流。在具体使用中，如出现均流母线短路或接在母线上的一个单元不工作时，母线电 压下降，将使每个单元输出电压下调，甚至达到下限，以致造成故障。并且当某一模块的电 流上升至lomax时，电流放大器输出电流也达到极限值，同时致使其它单元输出电压自动 下降。可以构成冗余系统，均流模块数理论上可以不限。缺点为了使系统在动态调节过程始终稳定，通常要限制最大调节范围，要将所有 电压调节到电压捕捉范围以内。如果有一个模块均流线
9、短路，则系统无法均流。单个模块限 流也可能引起系统不稳定。在大系统中，系统稳定性与负载均流瞬态响应的矛盾很难解决。 如果在图6中的R支路上串一只二极管，则构成所讲的最大电流自动均流法。4.5最大电流自动均流法（民主均流法，自动主/从控制法）（1）工作原理将图6所示均流框图中的电阻R用一个二极管代替，二极管正端接a，负端接b。 这样只有当n个单元中输出电流最大的一个电流放大器输出才能使二极管导通，从而影响 均流母线电压，进而达到该单元均流调节作用。这种方法一次只有一个单元参与调节工作。（2）特点在这种均流方式下，参与调节的单元由n个单元中的最大输出电流单元决定，一 次只有这个最大输出电流单元工作
10、，这个最大电流单元是随机的，所以有人把这种均流方法 叫做“民主均流法气又由于一旦最大均流单元工作，它处于主控状态，别的单元则处于被控 状态，因此又有人把这种方法叫做“自动主/从控制法”。由于二极管总有正向压降，因而主单元均流总有误差，而从单元的均流效果是较 好的。美国优尼则公司的UC3907集成均流控制芯片就工作在这种方式下。最大均流法的 特点和平均电流法的特点相似。4 . 6强迫均流法所谓强迫均流，就是通过监控模块实现均流。实现方式主要有软件控制和硬件控 制两种。软件控制是通过软件计算，比较模块电流与系统图7平均电流，然后再调整模块电压，使其电流与平均电流相等。软件方式易于实现，均 流精度高
11、，但其瞬态响应比较差，调节时间长。硬件控制方式原理如图7所示，取样电压Us与系统基准电压Ur相比较产生误差 电压Ue,该电压送至每个模块，与模块电流相比较，调节模块参考电压，从而改变输出电压， 调节输出电流，实现均流。这样，每个模块都相当于电压控制的电流源。这种均流方式精度 高，动态响应好，可控制模块多，可以很方便的组成冗余系统。对这种硬件强迫均流方法的一种改进就是所谓的PWM强迫均流法。工作原理如 图8所示。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。
