摘要：本文重點研究多個高頻開關電源模塊的并聯運行需要解決的一個關鍵問題，就是負載電流的均分問題。即如果在并聯系統中沒有進行均流電路的硬件設計或軟件設計，則可能出現其中某個或某些電源模塊承擔比較大的負載電流，運行在極限狀態，而有些模塊處于輕載運行，這將導致分擔電流多的模塊熱應力大，致使系統的可靠性降低。詳細討論了均流的幾種控制方法，介紹了最大電流自動均流的均流控制電路仿真結果。

1 概述 信息請登陸:輸配電設備網

　　在電力系統中的直流系統，由于普遍采用高頻開關電源模塊，而對于高頻模塊的冗余備份就提出了一個關鍵的問題，那就是模塊之間電流平均分配。針對多個高頻模塊的并聯系統，提出基本要求是：    

　　(1)系統中的所有模塊電源的外特性要一致，均流誤差通常規定為不超過5%; 信息來自:輸配電設備網

　　(2)采用冗余供電系統以保證任一電源模塊損壞或者過流保護停止工作時，負載可以從備用模塊中獲得足夠的電量; 信息來自:www.tede.cn

　　(3)各個模塊承受的電流自動均流，為了提高系統的可靠性，盡可能不增加外部均流控制措施，減少均流失敗因素;   

　　(4)當輸入電壓或負載電流變化的時候，應能夠保持輸出電壓的穩定，并使得系統具有良好的負載響應特性，在負載突變的時候，不造成電流嚴重分配不均而停機。

　　2 均流的基本原理    

　　與線性電源相同，開關電源也具有如圖1所示的外特性(輸出特性)U0=f(I0)。R為開關電源的輸出電阻，其中也包括開關電源模塊連接到負載的導線或電纜的電阻?？蛰d時，模塊輸出電壓為U0MAX，當電流變化△I時，負載電壓變化△U，該模塊的輸出電阻為：R=△U/△I。

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　　對電源模塊來說，當電流增加了△I時，其輸出電壓降落了△U。因此上式也代表了開關電源的輸出電壓調整率。由圖1(a)可知，開關電源的負載電壓Vo與負載電流Io的關系可用下式表達： 信息來源:http://tede.cn

　　U0= U0max-RI0 (1)

　如圖1(b)所示，兩臺容量相同、參數相同的開關變換器并聯，負載電壓分別表示如有下 信息來源:http://www.tede.cn

　　式中R1, R2分別為模塊1及模塊2的輸出電阻(包括電纜電阻)。設RLd為負載電阻，可解得： 信息來源:http://www.tede.cn

　　由圖1(b)可見，當負載電流為    

時，負載電壓為Uo，按兩個模塊的外特性(電壓調整率)分配負載電流ILd，斜率不相等，電流分配也不相等。當負載電流增大到

時，負載電壓為

。顯見，模塊1外特性斜率小(即輸出電阻小)，分配電流的增長量比外特性斜率大的模塊2增長量大。如果能設法將模塊1的外特性斜率(即輸出電阻)調整得接近模塊2，則可使這兩個模塊的電流分配接近均勻。使模塊1和模塊2外特性相近的方法如下：

　　(1)盡量使用性能和參數一致的器件，并使結構和安裝盡量對稱;

　　(2)利用反饋控制的方式，調整各個模塊的外特性，使它們接近一致。后者就是均流技術的基礎。
　　3 均流原理分析與研究   

　　實現均流的方式多種多樣，它們的均流精度以及均流原理也是各不相同。常見的均流方法如外特性下垂法、主從法、平均電流法、最大電流法、熱應力自動均流法、外加均流控制器法等。 信息來自:www.tede.cn

　　3.1 外特性下垂法

　　外特性下垂法又稱電壓調整率法，均流控制原理圖見圖2。其機理是調節變換器的外特性斜率(輸出電阻)，在各模塊間合理分配電流。實質是利用開關電源輸出電阻的開環技術來獲取電流輸出平衡。這種均流的缺點很明顯，本質上是一種開環控制，在小電流時電流分配特性差，重載時分配特性好一些，但仍不均衡。而且為了實現均流，各模塊需要個別調整，對于不同額定功率的模塊難以實現均流。

　　圖2 外特性下垂法均流控制原理圖

　　由于外特性下垂法的系統電壓調整率差，因此這一方法不可能用在電壓調整率很高(例如小于3%)的電源系統中。   

　　3.2 平均電流自動均流法 信息來自:輸配電設備網

　　平均電流自動均流不需要外部控制器，用單一總線連接所有電源模塊。此種均流方法完全是建立在一個數學模擬電路(平均值電路)的基礎上，其原理如圖3所示。由于模塊的輸出電流隨著輸出電壓變化，從而實現模塊間負載電流的均分。

　　(a) 單臺 (b) 兩臺并聯

　　圖3 平均電流自動均流控制原理圖 信息來源:http://www.tede.cn

　　按平均電流均分負載電流的方法可以精確的實現負載均流，但它同時存在缺陷。例如當均流母線發生短路或者在均流母線上的任何一個模塊出現故障時，將會使均流母線電壓降低，從而使得各模塊的輸出電壓降低，甚至達到其下限值，引起整個系統發生故障。   

　　3.3 主從設置均流法

　　主從設置法適用于有電流型控制的并聯開關電源系統中。在采用電流型脈寬調制的集成控制器件的開關電源中，電源的輸出電流基本上決定于控制芯片內誤差放大器的輸出電壓Ve。當并聯的開關電源模塊控制芯片相同時，可以按圖4實現系統均流。人為指定其中一個模塊為主模，其余的模塊為從模塊。主電源模塊監控輸出電流，并確定誤差電壓。各個從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，主模塊的誤差電壓Ve輸入跟隨器，于是跟隨器的輸出均為Ve，它即是從模塊的電流基準，各個從模塊的電流都按同一Ve調節，與主模塊電流基本一致，無論負載電流如何變化，均能實現負載電流的均分。

　　圖4 主從設置法均流控制原理圖

　　這種均流方法的精度比較高，但它的缺陷是，一旦系統所選定的主模塊失靈，則整個系統就癱瘓了,因此這個方法不適用于冗余并聯系統。由于系統在同一個誤差電壓控制下，任何的非負載電流變化引起的誤差電壓變化，均能引起電流的重新分配，從而影響均流的實際精度，而且電壓環的帶寬大，容易受到外界噪聲干擾。    

　　3.4 最大電流自動均流法

　　最大電流自動均流法也叫自主均流，圖5描述了最大電流自動均流法的簡要原理。這種方法和平均電流法相似，只是將后者和均流線相連的電阻換成了二極管，由于二極管的單向導電性，只有輸出電流最大模塊的電流信號能使二極管導通，與均流母線相通，這使得均流母線上的電壓反映的是各模塊中輸出電流最大模塊的電流信號，從而實現了主模塊的自動選擇。 信息來源:http://www.tede.cn

　　最大電流自動均流法與主從設置均流法相比較，不同的是最大電流法實現負載均流時，其主電源模塊是隨時變換的。最大電流法能隨時根據系統中承擔電流最大的模塊，不斷調整各并聯模塊分擔的負載電流，實現系統總電流在各電源模塊中的精確分配。因而這種控制方法能夠對故障模塊自動隔離，便于實現系統冗余和熱插拔，提高系統的可靠性。

　　圖5 最大電流法自動均流控制原理圖   

　　基于以上的分析，外特性下垂法的均流精度比較低，主從設置法和平均電流法無法實現冗余技術，因而并聯電源系統的可靠性得不到保證，外加控制器法使得系統變得相當的復雜。對于電力高頻電源，要求它的均流精度高，動態響應快，可以實現冗余技術等，故使用先進的最大電流自動均流法非常合適。

　　4 均流仿真與分析 信息請登陸:輸配電設備網

　　為了驗證最大電流自動均流法的均流效果，本節利用psim軟件建立仿真電路對其行進仿真分析。仿真時特建立了輸出特性不一致的兩個模塊進行并聯均流分析。對比加入均流控制前后，兩模塊的輸出電流，檢驗其均流效果。無均流控制時，兩模塊并聯運行的輸出電路波形如圖6所示。加入均流控制時，兩模塊并聯運行的輸出電流波形如圖7所示。

　　圖6 無均流控制時，兩模塊并聯輸出電流波形

　　圖7 均流控制時，兩模塊并聯運行的輸出電流波形   

　　5 結論

　　本文介紹了幾種常用的負載均流方法及電路分析。通過比較幾種均流方法，總結出最大電流自動均流法是高頻模塊并機使用的最佳方案。并對最大電流自動均流的均流控制電路進行了仿真試驗。隨著電力電子技術的不斷發展，必將推動高頻開關電源均流朝著更先進的方向發展。