开关电源并联均流技术

开关电源利用现代的功率电子技术，操纵开关管的接通和断开的时间比例，维持稳定的输出电压，开关电源由脉冲宽度调制( PWM )操纵IC和MOSFET构成。 随着电力电子技术的进展和创新，开关电源技术也不断创新。 目前，开关电源以小型、轻量、高效率的特点广泛应用于许多电子设备，是当前电子信息产业快速进展中不可或缺的电源方式。

1 .主要用途

开关电源产品广泛应用于工业自动化操纵、军需设备、科研设备、LED照明、工业操纵设备、通信设备、电力设备、仪表、医疗设备、半导体冷热、空气净化器、电子冰箱、液晶显示器、LED照明灯、通信设备、视听产品、防盗监视、LED照明袋、计算机盒、数字产品和设备类等领域。

2 .开关电源并联均流技术

在实际应用中，直流稳压电源的输出参数(如电压、电流、电力)不能满足要求，因此满足该参数要求的直流稳压电源存在新的开发、设计、生产过程，电源成本增加，交货时间延长，影响了工程进度。 因此，采纳实际模块化的结构方法，采纳肯定规格系列的模块化电源，以肯定的串联或并联方式实现了输出电压、输出电流、输出功率的扩展。

然而，对于电源输出参数的扩展，仅仅使用简单的串行并行方案是不能确保整个扩展后的电源系统的稳定可靠性高的操作的。 无论电源模块是扩展还是扩展，都存在“均压”、“均流”问题，但解决方法的差异对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性有很大影响。 由于目前稳定的电源输出扩散应用较多，本文仅探讨开关电源并联均流技术。 均流的主要任务如下

(1)负载变化时，每台电源的输出电压变化相同。

(2)按照电力份额均等分配每台电源的输出电流。

如何提高系统的可靠性

(1)在电源并行扩散过程中，为了提高系统的工作稳定性，可以采纳N+m冗馀的方法。 在此，m表示冗馀份数，m的值越大，系统的动作可靠性越高，但系统成本也相应地增加。

(2)选择采纳均流技术保证系统正常运行。 在电源并行扩散中，广泛的方法是自动均流技术。 采样，电子操纵调整环路保证系统整体的输出电流按各单元的输出能力均等地分配，充分发挥各单元的输出能力，保证各单元可靠地动作。

(3)均流技术须符合条件；

全部电源单元应使用公共总线。

系统整体需要良好的均流瞬态响应特性。

整个并行输出扩频系统有公共的操纵电路。

(4)常用的并联均流技术:

改变单元输出的内阻法(倾斜操纵法)

主机/从机操纵方法( master/slave )

外部操纵电路法

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)、强制均流法

3 .关于均流技术中常用的概念

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/R1

图1(a )

图1(b )

3.2稳定流源( CC )

电路框图和特性曲线分别如图2(a )、( b )所示，输出电流IO=RFUREF/(RSR1)

图2(a )

图2(b )

3.3CV/CC (额定电压/额定电流叠加)

特性曲线如图3所示

图3

4 .几种常用均流技术的工作原理

4.1改变电池的输出内阻法(斜率操纵法、压降式、输出特性斜率操纵式)

实施方法:

uo固定，改变倾斜

什么斜率肯定，改变输出电压

图4

(1)动作原理和特性曲线

开关电源并联均流技术

参照图4(a )、( b )，图中△Imax=△UOImax/△Uslope、内部电阻RO=△UO/△IO在单元输出电流IO1增加时，IO1电流检测电阻RS的电压降增加，a-1输出电压增加，和单元电压反馈信号Uf重叠，被发送到a-2反相输入

由图4(b )可知，标准的△UO=±0.1%、△Uslope=±2%时△Imax=0.05Imax，即调整精度为5%。 大多数调整系统都接受这种调整精度。

(2)改变单元输出内阻法(斜率法)的特征

由式子可知，小电流均匀流动的效果不好

△IMAX = 0.05从IMAX可以看出。

什么大电流均匀流动的效果很好。

对于电压源来说，内阻RO (斜率)越小越好，但该均流方法改变RO实现了均流，降低了电源输出的负载特性，即牺牲了电路的技术指标实现了均流。

随着微处理器技术的进展，该方法易于实现程序操纵，实现理想的均流操纵特性。

4.2主机/从站操纵方法( Master/Slave )

(1)动作框图

参考图5，按照这种操作方式，使用n个单元，其中一个单元(主单元)以电压源( CV )的方式操作，而其馀的n-1个单元以电流源( CC )的方式操作，以通过来自输出电流的误差电压δu来实现均流操纵。 实际上是由电压环(外圈)和电流环(内圈)构成的电流操纵型双环操纵或电压操纵的电流源。

图5

(二)主要特点；

主站单元发生故障时，系统整体崩溃。

电压环的工作频带简单受噪声的影响。

主站/从站之间需要通信联络，系统整体变得复杂。

可靠性取决于主模块，只同意流，不能配置冗馀系统。

支持n个动力单元的系统。

4.3外部电路操纵法

(1)动作原理

可将输出电流检测电路添加到每个单元中以检测电流，并且所生成的反馈信号调整每个单元的电流，以使得每个单元之间的输出均匀。 在这种情况下，各单元之间需要公共总线。

(二)优缺点；

该操纵方法虽然具有良好的电流效应，但每单元增加一个电流操纵电路，作为操纵环的一部分，必须满足整个环的要求。 否则，可降低小区的技术指标和操作稳定性，并且可降低系统的动态响应性。

因为每个单元都需要操纵电路，所以扩散系统整体的接线很多。

4.4平均电流型自动负载均流法(自动均流)

(1)动作框图

参照图6，该均流方式采纳了窄带电流放大器，输出端子通过电阻值r的电阻和均流母线连接，n个单元采纳了n个该结构。

图6

当输出达到平均电流时，电流放大器的输出电流I1变为0，IO1变为平均电流工作状态。 相反，在电阻器r中产生Uab，用该电压操纵a-1，用a-1重新操纵单元功率电平的输出电流，最终达到平均电流。

(2)特征

均流效果好，易于实现精确的均流。

在具体的使用中，如果均流母线短路，或者和母线连接的1个单元不动作，母线电压下降，每个单元的输出电压下降，进而达到下限，成为故障的原因。 并且，当某个模块的电流上升到Iomax时，电流放大器的输出电流也达到极限值，并且其他单元的输出电压自动下降。

可构成冗馀系统，均流模块数理论上是无限的。

为了在动态调节缺陷系统的过程中始终保持稳定，通常要限制最大调节范围，将全部电压调节到电压捕获范围内。 如果一个模块全部短路，则系统不能均匀流动。 个别模块的限流也可能导致系统不稳定。 大规模系统难以解决系统的稳定性和负荷均流过渡响应的矛盾。 将二极管和图6的r形臂串联连接，构成最大电流自动平均电流法。

4.5最大电流自动均流法(民主均流法、自动主机/从机操纵法)

(1)动作原理

图6

将图6所示的流程块的电阻r置换为一个二极管，设二极管的正端子为a，负端子为b。 这样，只有n个单元中输出电流最大的电流放大器的输出导通二极管，影响均流母线电压，实现该单元的均流调节作用。 一次只有一个单元参和协调工作。

(2)特征

在这样的均流方式中，参和调节的单元由n个单元中的最大输出电流单元决策，一次仅该最大输出电流单元动作，由于该最大电流单元是随机的，因此有人将该均流方式称为“民主均流法”。 其它，在最大均流单元工作的情况下，由于其为主机状态，其他单元为操纵状态，因此也将该方法称为“自动主机/从机操纵法”。

由于二极管有正向电压降，主单元总是有误差，从单元的平均电流效应良好。 美国Unicom公司的UC3907综合均流操纵芯片是这样工作的。 最大平均电流法的特点和平均电流法相似。

4.6强制均流法

强制均流是指在监控模块中实现均流。 实现方式主要有软件操纵和硬件操纵两种。

软件操纵用软件计算，模块电流的比较

调整平均电流和模块电压，使该电流等于平均电流。 软件方式易于实现，均流精度高，但其瞬态响应差，调节时间长。

如图7所示，硬件操纵方式的原理为，通过对采样电压Us和系统基准电压Ur进行比较来产生误差电压Ue，将该电压发送至各模块，并和模块电流进行比较来调整模块基准电压，从而改变输出电压，调整输出电流，实现均流。 这样，各模块相当于电压操纵的电流源。 该均流方式精度高，动态响应好，操纵模块多，可简单构成冗馀系统。

强制均流取决于监视单元，请注意监视单元发生故障时不能均流。 强制均流中，各监视系统监视的模块数达到100个，设定参数后(模块电压之差大，例如1趴以上)不需要调整，均流精度超过2.5%，负载响应快(数百ms以内)，没有振动现象。

五.总结

本文主要商量了六种常用的均流技术。 其中，单元输出内阻法(斜率法)、最大电流自动平均法、强制平均法得到广泛应用，有现成的集成操纵芯片。 同时，随着微处理技术的快速进展，整个系统采纳智能总线结构实现平均流冗馀操纵、故障检测、故障信息显示等功能，平均流效应更加理想，接口的使用更加友好、方便。

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