平均電流法在數字DC/DC電源中的應用分析

賈高松

摘要：在科技發展的背景下，電子設備一半需要采用大容量的直流電源來供電。隨著大功率負載和大電流負載的需求，電源模塊并聯控制技術的研究得到了廣泛的重視，如何實現并聯模塊電源板塊間輸出電流的平均分配，讓其成為技術的核心要素，對于這個問題而言，本篇文章介紹了平均電流均流法，對其優缺點展開了分析，并驗證了其科學性和真實性。

關鍵詞：平均電流;DC/DC;應用

隨著科技的發展，在電子設備的應用上一般都需要應用大容量直流電源，因為單個的電源組件產生的功率容量是有局限性的，在需要大范圍供電的時候，假如采用單獨的電源供電，變換器需要承受較大的壓力，會造成多方面的困難，提供大功率的輸出是未來電源技術發展的主要方向。總的來說，大功率負載的需求以及分布式電源的發展，讓開關電源并聯技術研究的必要性凸現出來和傳統的單電源供電而言，并聯電路有很多優點，但是無可避免的會存在不足之處，本篇文章主要介紹了并聯均流控制當中的平均電流均流法，以期望對行業內的相關實踐有所幫助。

一、并聯均流控制

在實際的電源應用過程中，通常因為一臺直流穩定電源的輸出參數難以實現基本要求，并且滿足這種參數要求的直流穩定電源有開發、設計以及生產時間的浪費，一定會提升電源付出的成本，延長交貨所需時間，影響生產的進度，所以在實際的生產和生活當中會依據一些串聯和并聯的方式來達到輸出電壓和輸出電流、功率擴展的目的。

但是通常來說，電源輸出參數的擴展是不能夠簡單以來串聯和并聯的方式來保障在擴展之后能夠穩定工作的，這涉及到均流和均壓的問題，會對整個電源擴展系統的穩定性帶來較大的影響。

并聯均流技術就是指在并聯之后的每個電阻原件周圍的電壓是相等的，總電路電流和分流的電阻上的電流和相等，因此也可以說達成了一定的分流作用。在日常生產和生活當中常用的并聯分流技術有斜率控制法、主從控制法、外部控制電路法、平均電流均流法、最大電流自動均流法、強迫均流法。本篇文章主要對平均電流法在DC/DC電源中的應用進行描述。

二、平均電流均流法在DC/DC電源中的應用

平均電流法是指在并聯的各個板塊的電流放大器的輸出口各自放置一個特定阻值的電阻，并讓其接入到相同一條公用母線上，這一條母線也叫均流母線。在兩個模塊并聯的時候，電流信號會經過阻值相同的電阻和母線相接，因此在母線沒有電流通過的時候，母線電流是兩個模塊電流的均值。通過調整放大器輸出一個調整電壓，在其中一個模塊的電壓和母線電壓相等的時候，固定電阻上的電流為零，表明均流已經實現，在R上的電壓不為零，表明模塊間的電流分布不均勻，兩邊的電壓不均衡，在這時基準電壓通過調整，也就是通過調整放大器來改變電壓值，實現均流的目的

平均電流自動均流方法相較之下有比較好的實用效果，對于電流的均衡性有較為明顯的額影響，為了保障系統在動態的調節過程中可以保持穩定，一般來說要限制最大的調節范圍，把所有的電壓調節到捕捉范疇之內，假如一個模塊均流線出現短路，系統就不能實現均流，單個模塊限流也可能導致系統不穩定，在大的系統當中系統穩定性和負載均流的瞬態效應之間的矛盾性不容易得到解決。

三、平均電流自動均流法改進分析

上述內容介紹了平均電流法的優勢和缺陷，因此，筆者針對其中存在的缺陷，設想對其改進，以完善平均電流均流法的具體應用。

從整個電源系統上來看，電流型控制是個雙環系統，電流在內，電壓在外，和單環的電壓控制比起來，這樣的電路比較復雜，對于這樣的系統進行均流控制，就需要再加一個均流環，因此對一個模塊來說就是一個三環系統，對這樣的控制系統而言，簡單的均流方法是不適用的。首先，對于均流控制的判斷標準而言，主要是電感電流有沒有平均分配，在此基礎上，采用電壓型均流控制，電壓型DC./DC的均流控制是相對叫我簡單的，各個板塊的輸出電壓通過均流線連接，每個版塊通過的電流誤差信號是電壓設定的標準，這樣可以對外部特性進行調整，這種控制在實質上指的是電壓型的控制，不具備電流型控制的優點，所以在此基礎上加以改進。

筆者通過研究分析，提出兩種平均電流型控制：

首先，第一種，和電壓控制均流方式比起來多了一個電流反饋模塊，并且是外部電壓、內部電流模式，因此電流型的控制也是三環控制，電路實際上比較復雜，這種方法模塊檢測主要是通過自測來測量輸出電壓，和標準比起來存在電壓上的誤差，在通過一定的校正之后輸出的就可以作為基準電流，和電壓法類似，通過電流的誤差大小來看是否實現了電流的均分，這種方法存在一定的優勢，優勢在于電流誤差出現在電壓環里，有較好的動態享用。但是因為多環系統的緣故，外部的電壓在控制的時候只能按照比例來進行，這樣的電壓在輸出的過程中有明顯的靜態誤差，不太適用特殊的高要求場合。

第二種，和上一種方法相同，第二種改進方法當中也有電流反饋控制，不同點在于，這一改進方法采用的是內電壓環、外電流環，是通過電流誤差的引導產生了信號，經過校正之后可以當做是電流的標準值，輸出的電流將協同這個電流，實現各個木塊的均流控制，因為各個模塊本來就是電流型的，動態性上做的比較好，輸出特性也和單個模塊差距不大，參與到并聯的模塊也有獨立工作的能力。

經過理論比較，可以看出，第二種改進方法更有實踐意義。由于改進型一設置在均流環設計在電壓環的內部，讓其不會受到電壓壞的大小帶來的限制，沒有有效的改善了動態均流效果。但是在BUCK全橋、半橋、推挽變換器，在主電路傳遞的相關函數計算來看，全部沒有右半平面零點系統，因此第二種改進方式比較有效。

筆者做了相關的仿真實驗來驗證上述方法，得出結論，第二種改進方法是科學合理的。

四、結語

采用均流母線實現均流控制的方法可以有效地保障多個模塊在動和靜兩種情況下的均流控制，產生了較好的效果，多個模塊在并聯的時候能夠和單個的輸出效果如初一轍。并且在負載從小到大排列的過程中對于負載范圍的穩定性以及動態過程中的穩定也是比較出色的，并聯模塊一般是獨立的，在并聯式選擇策略的時候更加靈活，可以對系統展開充分的利用。

參考文獻：

[1] 張亮，陳淵睿.平均電流法均流在數字DC/DC電源中的應用[J].電源技術，2012（6）：858-860.

[2] 符贊宣，瞿文龍，張旭.平均電流模式DC/DC變換器均流控制方法[J].清華大學學報（自然科學版），2003，43（3）：337-340.

[3] 夏光濱，趙冬玉，于斌，et al.平均電流模式控制的單線并聯均流DC-DC變換器研究[J].通信電源技術，2012，29（3）.

（作者單位：西安電子工程研究所）