中心議題：

• 學習開關電源並聯均流技術

解決方案：

• 采用N＋m冗餘的方法
• 采用均流技術保證係統正常工作

1引言

在實際應用中

，往往由於一台直流穩定電源的輸出參數（如電壓

、電流、功率）不能滿足要求，而滿足這種參數要求的直流穩定電源
，存在重新開發、設計
、生產的過程，勢必加大電源的成本、延長交貨時間
、影(ying)響(xiang)工(gong)程(cheng)進(jin)度(du)。因(yin)此(ci)在(zai)實(shi)用(yong)中(zhong)往(wang)往(wang)采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)構(gou)造(zao)方(fang)法(fa)
，采(cai)用(yong)一(yi)定(ding)規(gui)格(ge)係(xi)列(lie)的(de)模(mo)塊(kuai)式(shi)電(dian)源(yuan)，按(an)照(zhao)一(yi)定(ding)的(de)串(chuan)聯(lian)或(huo)並(bing)聯(lian)方(fang)式(shi)，分(fen)別(bie)達(da)到(dao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)、輸出電流
、輸出功率擴展的目的。

但是電源輸出參數的擴展
，僅僅通過簡單的串、並聯方式還不能完全保證整個擴展後的電源係統穩定可靠的工作。不論電源模塊是擴壓還是擴流，均存在一個“均壓”、“均流”的問題，而解決方法的不同，對整個電源擴展係統的穩定性、可靠性都有很大的影響。由於目前穩定電源輸出擴流應用較多，本文僅討論開關電源並聯均流技術。均流的主要任務是：

（1）當負載變化時，每台電源的輸出電壓變化相同。

（2）使每台電源的輸出電流按功率份額均攤。

2提高係統可靠性方法

（1）在電源並聯擴流過程中
，為了提高係統工作穩定性
，可采用N＋m冗餘的方法。其中m表示冗餘份數，m值越大，係統工作可靠性越高
，但是係統成本也相應增加。

（2）采用均流技術保證係統正常工作。在電源並聯擴流中
，應用較為廣泛的辦法是自動均流技術。它通過取樣
、dianzikongzhitiaojiehuanlulaibaozhengzhenggexitongdeshuchudianliuanmeigedanyuandeshuchunenglijuntan

，yidadaojichongfenfahuimeigedanyuandeshuchunengli，youbaozhengmeigedanyuankekaogongzuodemude。

（3）均流技術應滿足條件：

·所有電源模塊單元應采用公共總線。

·整個係統應有良好的均流瞬態響應特性。

·整個並聯輸出擴流係統有一個公共控製電路。

（4）常用的幾種並聯均流技術：

·改變單元輸出內阻法（斜率控製法）

·主/從控製法（master/slave）

·外部控製電路法

·平均電流型自動負載均流法

·最大電流自動均流法（自動主/從法、民主均流法）

·強迫均流法

3關於均流技術中常用的一些概念

3．1穩壓源（CV）

電路框圖和特性曲線分別如圖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）

特性曲線如圖3所示

4常用幾種均流技術的工作原理

4.1改變單元輸出內阻法（斜率控製法、電壓下垂式、輸出特性斜率控製式）

實現方式：

·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

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

當單元輸出電流IO1增加時，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疊加後送至A2反相輸入端，經A2放大後輸出Ur變負
，利用這個Ur電壓控製單元輸出電流，從而實現均流。

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係統來說是能接受的。
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（2）改變單元輸出內阻法（斜率法）特點

·小電流時均流效果較差
，這點可從公式

△Imax=0.05Imax看出。

·大電流時均流效果較好。

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

·隨著微處理器技術的發展
，這種方法很容易實現程控

，從而實現比較理想的均流控製特性。

4．2主/從控製法（Master/Slave）

（1）工作框圖

見圖5
，在這種工作方式下用n個單元
，其中一個單元（主控單元）工作在電壓源（CV）方式
，其餘n－1個單元工作於電流源（CC）方式，利用來自輸出電流的誤差電壓△U來實現均流控製。它實際上是由電壓環（外環）和電流環（內環）構成電流控製型的雙環控製，或說成是電壓控製的電流源。

（2）主要特點

·一旦主控單元出現故障則整個係統崩潰。

·由於電壓環工作頻帶寬，易受噪聲幹擾。

·主/從單元間必須要有通訊聯係，所以整個係統較複雜。

·可靠性取決於主模塊，隻能均流，不能構成冗餘係統。

·適用於n個功率單元的係統。

4．3外部電路控製法

（1）工作原理

每mei一yi個ge單dan元yuan加jia一yi個ge輸shu出chu電dian流liu檢jian測ce電dian路lu來lai檢jian測ce它ta的de電dian流liu
，產chan生sheng的de反fan饋kui信xin號hao調tiao節jie每mei個ge單dan元yuan的de電dian流liu，從cong而er達da到dao各ge單dan元yuan間jian輸shu出chu均jun流liu的de目mu的de。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia
，每mei個ge單dan元yuan間jian應ying有you公gong共gong總zong線xian。

（2）優缺點

·zhezhongkongzhifangfajunliuxiaoguojiaohao，danshimeigedanyuanxufujiayigedianliukongzhidianlu，chengweikongzhihuanludeyibufen，xumanzuhuanludezongtiyaoqiu，fouzehuijiangdidanyuandejishuzhibiaojigongzuowendingxing，jiangdixitongdedongtaixiangyingtexing。

·由於每個單元都需要一個控製電路，所以整個擴流係統連線較多。

4．4平均電流型自動負載均流法（自動均流）

（1）工作框圖

見圖6，這種均流方式采用一個窄帶電流放大器，輸出端通過阻值為R的電阻連到均流母線上，n個單元采用n個這種結構。

當輸出達到均流時
，電流放大器輸出電流I1為零
，這時IO1處於均流工作狀態。反之，在電阻R上產生一個Uab，由這個電壓控製A1，由A1再控製單元功率級輸出電流，最終達到均流。
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（2）特點

·均流效果較好，易實現準確均流。

·在(zai)具(ju)體(ti)使(shi)用(yong)中(zhong)，如(ru)出(chu)現(xian)均(jun)流(liu)母(mu)線(xian)短(duan)路(lu)或(huo)接(jie)在(zai)母(mu)線(xian)上(shang)的(de)一(yi)個(ge)單(dan)元(yuan)不(bu)工(gong)作(zuo)時(shi)
，母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)，將(jiang)使(shi)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)下(xia)調(tiao)
，甚(shen)至(zhi)達(da)到(dao)下(xia)限(xian)，以(yi)致(zhi)造(zao)成(cheng)故(gu)障(zhang)。並(bing)且(qie)當(dang)某(mou)一(yi)模(mo)塊(kuai)的(de)電(dian)流(liu)上(shang)升(sheng)至(zhi)Iomax時
，電流放大器輸出電流也達到極限值
，同時致使其它單元輸出電壓自動下降。

·可以構成冗餘係統，均流模塊數理論上可以不限。

·缺que點dian為wei了le使shi係xi統tong在zai動dong態tai調tiao節jie過guo程cheng始shi終zhong穩wen定ding

，通tong常chang要yao限xian製zhi最zui大da調tiao節jie範fan圍wei
，要yao將jiang所suo有you電dian壓ya調tiao節jie到dao電dian壓ya捕bu捉zhuo範fan圍wei以yi內nei。如ru果guo有you一yi個ge模mo塊kuai均jun流liu線xian短duan路lu，則ze係xi統tong無wu法fa均jun流liu。單dan個ge模mo塊kuai限xian流liu也ye可ke能neng引yin起qi係xi統tong不bu穩wen定ding。在zai大da係xi統tong中zhong，係xi統tong穩wen定ding性xing與yu負fu載zai均jun流liu瞬shun態tai響xiang應ying的de矛mao盾dun很hen難nan解jie決jue。如ru果guo在zai圖tu6中的R支路上串一隻二極管
，則構成所講的最大電流自動均流法。

4．5最大電流自動均流法（民主均流法，自動主/從控製法）

（1）工作原理

將圖6所示均流框圖中的電阻R用一個二極管代替，二極管正端接a，負端接b。這樣隻有當n個(ge)單(dan)元(yuan)中(zhong)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)最(zui)大(da)的(de)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)才(cai)能(neng)使(shi)二(er)極(ji)管(guan)導(dao)通(tong)，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)均(jun)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)，進(jin)而(er)達(da)到(dao)該(gai)單(dan)元(yuan)均(jun)流(liu)調(tiao)節(jie)作(zuo)用(yong)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)一(yi)次(ci)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)單(dan)元(yuan)參(can)與(yu)調(tiao)節(jie)工(gong)作(zuo)。

（2）特點

·在這種均流方式下
，參與調節的單元由n個單元中的最大輸出電流單元決定
，一次隻有這個最大輸出電流單元工作，這個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”。又由於一旦最大均流單元工作，它處於主控狀態
，別的單元則處於被控狀態，因此又有人把這種方法叫做“自動主/從控製法”。

·由於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。美國優尼則公司的UC3907集成均流控製芯片就工作在這種方式下。最大均流法的特點和平均電流法的特點相似。

4．6強迫均流法

所謂強迫均流
，就是通過監控模塊實現均流。實現方式主要有軟件控製和硬件控製兩種。

軟件控製是通過軟件計算
，比較模塊電流與係統

平均電流，然後再調整模塊電壓
，使其電流與平均電流相等。軟件方式易於實現，均流精度高
，但其瞬態響應比較差
，調節時間長。

硬件控製方式原理如圖7所示
，取樣電壓Us與係統基準電壓Ur相比較產生誤差電壓Ue,gaidianyasongzhimeigemokuai，yumokuaidianliuxiangbijiao，tiaojiemokuaicankaodianya
，congergaibianshuchudianya，tiaojieshuchudianliu
，shixianjunliu。zheyang
，meigemokuaidouxiangdangyudianyakongzhidedianliuyuan。zhezhongjunliufangshijingdugao，dongtaixiangyinghao，kekongzhimokuaiduo
，keyihenfangbiandezuchengrongyuxitong。

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

強迫均流依賴監控模塊，如果監控模塊失效
，則無法均流，這一點使用時應注意。在強迫均流中
，每個監控係統監控的模塊數可達100個，參數設置好後（即使模塊電壓相差較大，如1伏或更大）不需任何調整，均流精度高於2.5％,負載響應快（在幾百ms內），無振蕩現象。

5小結

本文主要討論了6種常用的均流技術。其中改變單元輸出內阻法（斜率法）和最大電流自動均流法
、強qiang迫po均jun流liu法fa應ying用yong較jiao廣guang，並bing且qie已yi有you現xian成cheng的de集ji成cheng控kong製zhi芯xin片pian。同tong時shi
，隨sui著zhe微wei處chu理li技ji術shu的de迅xun速su發fa展zhan，整zheng個ge係xi統tong可ke采cai用yong智zhi能neng總zong線xian結jie構gou，從cong而er實shi現xian均jun流liu冗rong餘yu控kong製zhi、故障檢測、故障信息顯示等功能，就會使均流效果更理想
、使用界麵更友好、更方便。