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、電(dian)子(zi)控(kong)製(zhi)調(tiao)節(jie)環(huan)路(lu)來(lai)保(bao)證(zheng)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)按(an)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)能(neng)力(li)均(jun)攤(tan)，以(yi)達(da)到(dao)既(ji)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)能(neng)力(li)
，又(you)保(bao)證(zheng)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)可(ke)靠(kao)工(gong)作(zuo)的(de)目(mu)的(de)。

（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

·這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)均(jun)流(liu)效(xiao)果(guo)較(jiao)好(hao)，但(dan)是(shi)每(mei)個(ge)單(dan)元(yuan)需(xu)附(fu)加(jia)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)
，成(cheng)為(wei)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)，需(xu)滿(man)足(zu)環(huan)路(lu)的(de)總(zong)體(ti)要(yao)求(qiu)，否(fou)則(ze)會(hui)降(jiang)低(di)單(dan)元(yuan)的(de)技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)及(ji)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)性(xing)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)。

·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。

·zaijutishiyongzhong，ruchuxianjunliumuxianduanluhuojiezaimuxianshangdeyigedanyuanbugongzuoshi，muxiandianyaxiajiang，jiangshimeigedanyuanshuchudianyaxiatiao，shenzhidadaoxiaxian，yizhizaochengguzhang。bingqiedangmouyimokuaidedianliushangshengzhiIomax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(tu)6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,該gai電dian壓ya送song至zhi每mei個ge模mo塊kuai，與yu模mo塊kuai電dian流liu相xiang比bi較jiao，調tiao節jie模mo塊kuai參can考kao電dian壓ya，從cong而er改gai變bian輸shu出chu電dian壓ya，調tiao節jie輸shu出chu電dian流liu，實shi現xian均jun流liu。這zhe樣yang，每mei個ge模mo塊kuai都dou相xiang當dang於yu電dian壓ya控kong製zhi的de電dian流liu源yuan。這zhe種zhong均jun流liu方fang式shi精jing度du高gao，動dong態tai響xiang應ying好hao
，可ke控kong製zhi模mo塊kuai多duo，可ke以yi很hen方fang便bian的de組zu成cheng冗rong餘yu係xi統tong。

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。