開關電源并聯系統自動均流技術的相關分析

黃傲　秦會斌

【摘 要】在實際應用開關電源并聯系統供電時，容易出現各電源模塊負載電流分配不均的問題，以至于將給系統的可靠運行帶來不良影響。基于這種情況，本文提出了一種自動均流技術。而經過驗證，使用該技術能夠使開關電源并聯系統的各模塊輸出電流得到有效控制，所以能夠使系統可靠性得到提高。

【關鍵詞】開關電源；并聯系統；自動均流技術

0 引言

在實際應用開關電源時，通常需要使用多個電源模塊并聯運行，從而解決其功率輸出小的問題。但由于各電源具有不同的特性，所以容易導致系統因個別電源模塊過載而出現較大熱應力。因此，為使電源系統的可靠性得到提高，還需要加強開關電源并聯系統自動均流技術的相關分析，從而使系統擁有良好的均流效果。

1 開關電源并聯系統不均流的原因分析

按照輸出特點，可以將電源劃分為恒壓源和恒流源。對恒流源進行并聯，由于系統將以電流為反饋控制量，所以系統輸出電流將因為反饋系數差別較小而保持相同，因此無需采取均流措施。如果采用恒壓源進行開關電源并聯系統的設計，各模塊的輸出將屬于恒壓性質，從而導致輸出電流因輸出電壓間存在的微小差別而出現較大差別，所以需要采取均流措施。根據開關電源的結構和恒壓源輸出特性，則可以對并聯系統的不均流原因進行總結。具體來講，引起系統不均流的原因主要有三種，即由反饋系數和電壓基準差別引起的輸出電壓差別、輸出到負載的連接電阻不匹配、內部寄生參數不一致。根據系統不均流原因，則可以采取有效的自動均流技術確保各模塊間電流能夠得到自動均勻分配，從而確保系統各模塊始終處在正常工作狀態。

2 開關電源并聯系統的自動均流技術的相關分析

2.1 系統均流方案

為實現開關電源并聯系統的自動均流控制，還要根據并聯的電源模塊輸出電流進行系統總電流的計算，然后對理想狀態下每個模塊所需輸出的平均電流值進行計算。根據模塊實際輸出電流值，則能夠得知各電源間的不均流程度。通過將電流平均值傳遞給模塊，則能夠使模塊按照該數值完成輸出電壓的調整，從而完成輸出電流的自動調整。為實現該均流方案，還要利用軟件控制方式實現電源模塊間的數據交換，并且實現模塊輸出電壓的控制，從而確保單個模塊發生故障不會對其它并聯開關電源產生影響[1]。而在實際使用該種數字均流技術時，還要做好系統通信協議的選取，以確保系統數據傳輸的高效性和可靠性。

2.2 CAN控制器模塊

根據系統均流方案，可以選取CAN協議實現系統數據通信。而該協議能夠為分布式系統中各節點的數據通信提供技術支持，并且能夠實現串行通信網絡的實時控制。在開關電源并聯系統中應用該協議，需要完成CAN控制器模塊的設計。而該模塊需要擁有完整的CAN控制器，能夠為CAN2.0協議提供支持，數據長度在0-8字節范圍內，并且擁有終端配置可編程、自動回復遠程請求、自測試模式、CAN總線喚醒功能和總線錯誤診斷功能等多種功能[2]。在自測模式下，該模塊將能夠完成來自郵箱的信息幀的接收，并且產生自應答信號。作為一個外設模塊，該模塊的訪問可以劃分為狀態寄存器訪問、郵箱RAM訪問和控制訪問。模塊的郵箱處在RAM中，能夠被系統CPU或CAN總線讀取。而CAN總線對RAM進行讀寫訪問，需要花費一個時鐘周期。CPU對RAM進行讀訪問和寫訪問，則分別需要一個時鐘周期和兩個時鐘周期。

2.3 并聯均流控制

在開關電源并聯系統中，需要使用以LF2407為核心的控制電路進行電源控制。而該控制電路擁有對應的程序，可以通過軟件實現電源輸出電壓信號和輸出電流信號的控制。為實現系統并聯均流控制，還要利用DSP編程軟件完成均流程序的編寫，然后進行程序的調試。值得注意的是，系統中的開關電源的ID不同，在CAN總線接收中斷后，需要利用DSP完成CAN總線上的ID的判斷，以確定ID是否為上位機的ID。如果為上位機ID，定時器將被啟動，然后利用CAN總線完成模塊負載電流和平均電流狀態的讀取，從而完成當前ID狀態的判斷。如果處在關閉狀態，系統將完成其他操作。如果處在開啟狀態，則會將電源實際輸出電流與計算得到平均電流展開比較[3]。如果二者差值超出預設范圍，則會通過增大或減小電源輸出電壓進行電源輸出電流的調整。完成輸出電流調整后，總線讀取的各相電流值將被清零。經過多次調整，電源的輸出電流將基本均等。

2.4 自動均流效果

為驗證該種自動均流技術的均流控制效果，可以使用兩臺DC/DC電源進行實驗。兩個開關電源的輸入電壓在220-480V范圍內，輸出電壓為28V，擁有輸出電壓和輸出電流反饋。將兩臺電源進行并聯輸出可以發現，系統輸出電壓雖然均為28V，但是其中一臺電源的輸出電流較大，另一臺則較小。而使用自動均流技術進行并聯系統控制，則可以發現兩臺電源電壓降在27.6-28.4V范圍內輸出，電流則基本呈均等輸出。為進一步驗證系統的自動均流效果，還要將兩臺電源同時開啟，然后將其中一臺關閉[4]。而觀察實驗結果可以發現，無論在那種狀態下，電源之間均產生了良好的動態均流效果，因此可以證明該種自動均流技術的有效性。

3 結論

在使用開關電源并聯系統進行大功率輸出時，還應該通過實現系統輸出電流的均流控制提高系統供電的可靠性。而使用CAN控制器進行均流信息傳遞，并且利用DSP完成均流程序的編寫，則能夠使系統實現自動均流控制，并且達成較高的均流精度，因此能夠使系統的可靠性得到提升。

【參考文獻】

[1]高玉峰，胡旭杰，陳濤，等.開關電源模塊并聯均流系統的研究[J].電源技術，2011，02：210-212.

[2]馬駿，杜青，羅軍，等.一種開關電源并聯系統自動均流技術的研究[J].電源技術，2011，08：969-971+973.

[3]單曉宇，洪劍鋒，伍衛，等.一種電流自平衡開關電源并聯技術[J].電器與能效管理技術，2014，21：32-35.

[4]鄭爭兵.基于數字均流技術的直流電源系統研究[J].電源技術，2013，12：2197-2199.

[責任編輯：朱麗娜]