DC/DC 模塊有源均流技術研究

余艷偉,胡國喜

（1.河南機電職業學院電子工程系,河南鄭州,451191；2.河南省工業科技學校，河南新鄉,453000）

0 引言

標準模塊集成電力電子系統研究當中，設計并聯運行是標準模塊中不可缺少的技術操作，設計標準模塊的并聯技術由模塊不同的功率分配負荷均流、參與并聯的系統穩定程度來判斷的?，F階段提供了許多不同的均流技術，挑選適合的均流方法有利于標準模塊集成電力電子系統的開展，我們針對目前的均流方法從它的成本、性能、真實性、復雜程度及模塊化程度等具體方面做了一個系統的分析與比較。模塊并聯運行技術從根本上來說需要均流是因為電壓源影響模塊輸出的功率，輸出電壓的伏度將直接作用于輸出電流而后產生重大偏差。我們要做的就是從最基本的均流方法上來實施，以改變電壓源的特性及最大值來達到均流的目的，目前均流方法分為以下兩大類：下垂法與有源均流法。

1 均流方法分類

下垂法通過改變輸出的電壓源性質來達到均流的目的，電壓電流的形成方法I 有五種不同的方式，由于下垂法無法使高效的均流精度與負載效應的調整情況相協調，下垂法憑借其簡單的特性大量運用于小功率環境中。有源法改變輸出電壓源的最大值來達到均流目的，它的功能可以在中大型功率環境中充分得到實現，有源均流法分為控制與均流母線形成兩種方法。

改變輸出電壓的四種途徑分別為改變輸出電壓基準及回饋、改變給定電流內環及回饋、改變電壓電流基準、外部閉環控制。這四種途徑有四種控制方法：外環調節、內環調節、雙環調節及外控制器法。

本文從均流原理出發，針對18 種有源均流方案分析研究出簡單易行、具有穩定性及實用性的有源均流方案。

2 外環調節

2.1 外環調節加自動主從法

2.2 外環調節加基本平均法

2.3 外環調節加指定主從法

指定主從法是在均流階段還未能開始工作時，這時出現最大值輸出電流的模塊成為了控制其它模塊的主要模塊，如果缺少這一主要模塊的話，均流將不會出現。見圖1，多個模塊輸出電壓相同，1 號模塊作為主模塊，模塊之間并沒有出現均流。此種控制方案較少采用，主要是因為在它參數改變的過程中系統將會無法實現均流，這是一個很大的技術漏洞。

圖1

以上三種外環調節方法，OLR 控制方法有著較多的優點，可以方便標準化生產及系統維修擴充等特性，OLR+AM 和OLR+BAP這兩種方案都可以在普遍的環境中應用多模塊合并運行的系統。小功率的模塊集成一個大功率模塊的環境很適合使用OLR 控制方法，在多種交錯并聯的系統里這種控制方法的優點得到體現。但在均流階段建立三環系統，則很難進行合理的均流設計，更容易致使系統出現各種不安定的因素。由于均流階段帶寬相對比較狹窄，低于電壓環的帶寬情況這必定會導致動態均流的不穩定。

3 內環調節

3.1 內環調節加基本平均法

通常內環的電流信號不是根據輸出電流的情況，而是依靠內部均流環的電感電流來決定，這樣的方案具有兩種優勢：既可獲取控制輸出電流的益處，又使得電壓補償以及輸出電流階段的設計能夠有效發揮。輸出電流階段將控制內部均流環的合理調整。在這種控制方法下，輸出電流階段和均流階段是一體的應用控制，但它的缺點是輸出電壓階段無法調整，輸出電壓的匹配數目將改變電源負載電源輸出的不同。見圖2，兩個模塊并聯系統時，模塊的基準電壓僅只相差2%，但當負載發生了急劇的改變時，由原來的10%上升至充足狀態，此時輸出電壓變化幅度為2%。

圖2

3.2 內環調節加自動主從法

內環調節加自動主從法這種控制方法，可以有效改善在基本平均法的的輸出電壓調整率的情況，如果不存在輸出連線電阻的問題，那么還未開始應用但具有最大的輸出電壓的模塊將決定整個控制系統輸出的電壓。在負荷電流緊急改變的情況下，輸出電壓的調整率也一并獲得了變化。在這種控制方法應用過程中，我們可以看到兩個模塊的輸出電流并沒有太大差異，這就表示均流階段的帶寬相對比較寬。

由于系統指定的可輸出最大電壓的主模塊控制了整個系統應用的輸出電壓情況。這多個模塊具有連帶關系，所以一旦出現了差錯模塊，結果將直接影響均流情形。控制方法當中，采取的電流樣本信號不同均流精度也會出現一定變化。如果不存在電流樣本信號差異的問題，直接應用電感電流，那么均流是合理實現的。還有一種方式若應用開關模塊的輸出電流，由于電感量的差異輸出電流發生了變化，電感量的差異則決定了輸出電流的差異。

所以均流母線比較適合連接近距離的環境，當均流母線需要連接相對遠的條件下不建議采用ILR 控制方法。

4 雙環調節

4.1 單母線結構

根據OLR 與ILR 兩種方法的特點將其融合成一種既快速而又具備良好的抗干擾作用的均流方式，同樣想要在均流階段和電流環連接成一體，就像ILR 控制方法一樣同時方便彌補均流階段的設計。單母線結構就是在這種想法下產生的，但在真正技術運用的時候，DLR 方法卻不能合理地存在單母線結構中。如果不去計較連線時輸出電阻，電壓的補償效果與電壓標準的數值不均等的時候，那么在電壓補償階段，標準小的模塊輸出電壓將直接變為零。均流階段的輸出通常情形下只會占據一小部分的控制信號，所以當輸出電壓沒有反應的時候均流是不能實現的，出現這種情形的電流頻率振幅見圖3(a)。

像這種不存在輸出電壓的情形，它的均流方法只有調整均流階段才有可能實現，但當只有標準符合而輸出連線電阻有很大差異時，各模塊之間也是不會有機會實現均流。見圖3（b)輸出連線電阻決定電流內部的穩定及平衡。單母線結構的缺點就是不能調節輸出電壓，電壓的不穩定會造成輸出電流的不均等，通過研究表明這一缺點是均流階段無法改善的。如果遇到輸出電壓標準符合，在輸出電壓補償階段存在余差的情況下，單母線結構還是能發揮出具有特性的實際效用。

圖3

4.2 雙母線結構

雙母線結構與單母線結構二者間不同的是，雙母線就是在單母線的基礎上多加入一條電壓調整母線結構，從而解決當輸出電壓在遇到不合適的模塊并聯階段不能實現均流的情況。由于雙母線結構不同的母線形成方式，雙母線結構存在9 種DLR 組合，如上文分析結果相同，雙母線結構的DLR 方法實際應用中可實行的方案有4 種，采用雙母線結構均流方案得到了不錯的成效。

5 總結

不同的有源均流法根據特性存在著不同的優良性，模擬研究與系統的比較分析，我們列出下面幾點供大家參考與應用，比較簡單易行的下垂法適用于小功率場合，有源均流法則可更好地滿足中大功率場合的運用。ILR 控制方法與雙母線DLR 這兩種控制方法無法保證母線的穩定性，在遇到連接相對較遠的均流母線時，無疑將兩種控制方式的缺點全部暴露。在有源均流技術研究中OLR 控制方法是最實用的控制方案。

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