程控直流開關電源模塊的主從式并聯均流設計

凱邁（洛陽）測控有限公司 李奎偉

程控直流開關電源模塊的主從式并聯均流設計

凱邁（洛陽）測控有限公司 李奎偉

介紹了基于程控直流開關電源模塊的主從式并聯均流設計原理及連接方法，分析了基本并聯和高級并聯的不同特點，該主從式并聯均流設計在電源模塊具有恒壓、恒流、模擬編程等條件下控制方法簡單，能夠實現良好的均流，方便電源模塊的功率擴展。

恒壓；恒流；模擬編程；主從式并聯均流

引言

為實現開關電源模塊的功率擴展，一般希望通過電源輸出并聯方式增加功率輸出，然而一般情況下不應模塊輸出間直接進行并聯，必須采用均流技術以確保每個模塊分擔相等的負載電流，否則，并聯的模塊有的輕載運行，有的重載甚至過載運行，輸出電壓低的模塊不但不為負載供電，反而成了輸出電壓高的模塊的負載，熱應力分配不均，極易損壞。

1.對于多個模塊并聯運行基本要求是

1.1 輸進電壓或者負載發生變化時，保持輸出電壓穩定；

1.2 控制各模塊的輸出電流，實現負載電流均勻分配，動態響應良好。

為進一步提高系統可靠性，并聯系統應該具備以下特性：

當任意模塊發生故障時，其余模塊繼續提供足夠電能，整個電源系統不會崩潰；實現熱拔插，電源系統真正意義上的不中斷供電；均流方案無需外加均流控制單元；使用一條公共的低帶寬均流總線來連接各模塊。1 均流方法

根據并聯電源系統中模塊之間有無傳遞均流信號的互連線，所有均流方法可分成兩大類：下垂法和有源均流法，下垂法為模塊之間只有輸出端導線相連;有源均流法除了連接輸出導線外，還用均流母線把各模塊連在一起。

1.3 下垂法

下垂法（又叫斜率法，輸出阻抗法）是最簡單的一種均流方法[1]。實質是利用本模塊電流反饋信號或者直接輸出串聯電阻，改變模塊單元的輸出電阻，達到均流。

下垂法的特點：模塊之間無互連通訊線；實為開環控制，小電流時均流效果差，隨著負載增加均流效果有所改善；可以應用在均流精度大于10%的場合；對于不同額定功率的并聯模塊，難以實現均流。

1.3.1 有源均流法

有源均流法是均流方法中的一大種類，其特征是采用互連通訊線連接所有的并聯模塊，用于提供共同的電流參考信號。一般并聯變換器采用雙環控制，即電流內環和電壓外環雙環控制，形成各類有源均流法，如主從法、均勻電流法、最大電流法等。

2.主從式并聯均流設計

為實現良好的均流設計，程控直流開關電源模塊應具有恒壓和恒流控制，并能自動進行恒壓和恒流轉換；電壓和電流的調整，除手動和數字通訊接口編程調節外，具備模擬編程功能，并提供輸出電流監測信號作為共同的電流模擬編程信號。

多個相同輸出電壓和電流規格的程控直流開關電源模塊可以并聯使用，其中一個電源模塊配置為主機，其它電源模塊配置為從機。主機工作在恒壓狀態，只有主機可以通過數字通訊接口進行輸出電壓、電流等編程控制；從機工作在恒流狀態，從機可以通過通訊接口讀取電壓、電流、狀態等信息。

主從式并聯均流設計可采用基本并聯和高級并聯，基本并聯主要是指每個電源模塊顯示各自的輸出電壓和電流信息，主機輸出電流設置為平均電流（總電流/電源模塊數量）；高級并聯主要是指通過并聯將多個電源模塊配置為一個電源模塊，主機顯示輸出電壓和輸出總電流，從機只顯示操作狀態（輸出、不輸出、故障狀態等）。

2.1 基本并聯

以2個全橋拓撲變換的電源模塊并聯使用為例，電源的并聯主要通過模擬編程接口實現，主機工作在恒壓狀態，從機工作在恒流狀態，各自承擔一半的負載電流，主要連接和配置方法如下：

2.1.1 設置主機輸出電壓為期望的電壓，設置輸出電流為平均電流（總電流/電源模塊數量），設置過壓值為合理的過壓值；

2.1.2 設置從機輸出電壓和過壓值稍高于主機的設置值，以保證從機工作在恒流狀態和避免從機出現過壓保護，設置從機輸出電流為零，并將從機輸出電流的編程設置配置為模擬編程；

2.1.3 主機輸出電流的監測信號（IMON）連接到從機的輸出電流模擬編程信號（IPGM）端，使用該電流監測信號（IMON）對從機進行輸出電流的模擬編程控制，實現良好的均流效果。

功能原理框圖見圖1，圖1中電源模塊的輸出電流通過采樣電阻轉換為電壓信號并通過運算放大器調理放大為電流監測信號，通過主機電源模塊的電流監測信號對從機進行輸出電流的模擬編程控制，主機工作在恒壓狀態，從機工作在恒流狀態。

圖1 電源模塊主從式并聯均流設計原理框圖

2.2 高級并聯

高級并聯是在基本并聯的基礎上，電源模塊可通過人機交互操作界面配置為主機或從機，配置為主機的電源模塊顯示輸出電壓和輸出總電流，可通過手動控制或數字通訊接口編程控制；配置為從機的電源模塊自動完成以下參數配置：

2.2.1 輸出電壓設置為額定輸出電壓；

2.2.2 輸出電流設置為零；

2.2.3 過壓值設置為最大過壓值；

2.2.4 從機模式；

2.2.5 自動輸出。

上述參數自動配置完成后并存入到電源模塊的EEPROM芯片中，EEPROM芯片具備斷電后記憶功能，電源模塊關機后再次開機將調用已存儲好的上述參數并自動運行，結合基本并聯的連接和從機輸出電流的模擬編程配置方法可以實現高級并聯的設計。

3.結語

通過設計與調試過程的結果來看，主從式并聯均流設計能夠實現良好的均流效果，主機電源模塊關機時，從機電源模塊輸出電壓為零，且其中一個從機關機時，其它從機能夠正常工作。

[1]sanjaya Maniktala,王健強.精通開關電源設計[M].北京:人民郵電出版社,2015.