輸出并聯(lián)均流電路設計

帥維恒

摘 要：針對大型的用電設備，如果對此整體設計一個高功率的電源，應用的器件應力會非常大，相應的體積和成本也會成倍的增加。根據(jù)不同的市場應用環(huán)境和產(chǎn)品需求定位，可以選擇不同的均流方案，對此類設計進行了實際應用探討。

關(guān)鍵詞：輸出并聯(lián)；均流電路模塊

0 引言

目前市面上的設備通常都是使用1 kW以下的電源供電，而針對大型一點的用電設備，功率可能會到3 kW、甚至5 kW以上，如果對此整體設計一個高功率的電源，應用的器件應力會非常大，相應的體積和成本也會成倍的增加。

而如果選擇用多個低功率電源并聯(lián)使用達到高功率輸出（如3個1 kW電源并聯(lián)，達到3 kW輸出功率），設計難度會降低很多，同時從系統(tǒng)的角度考慮，這樣也能節(jié)省成本，為了實現(xiàn)電源模塊的并聯(lián)輸出，這里就需要用到并聯(lián)均流技術(shù)。

1 均流電路常見方式

我們要如何實現(xiàn)電流均流呢？當兩個模塊并聯(lián)使用時，經(jīng)常會出現(xiàn)1個模塊輸出電流高，1個模塊輸出電流低的情況，這種時候，如果我們能讓輸出電流高的模塊電壓下降，或者輸出電流電流低的模塊電壓升高，就可以實現(xiàn)各個模塊電流往均流方向調(diào)節(jié)。

一般有以下幾種方式，可以實現(xiàn)模塊的均流功能。

1.1 輸出阻抗法（下垂法）

這種方法是通過調(diào)節(jié)模塊的輸出阻抗，達到近似均流的目的。如圖1，單獨使用時，如果模塊輸出電流增大，通過電流檢測電阻R1將電流信號放大，疊加到電壓環(huán)負反饋輸入端，經(jīng)過與基準電壓Vr比較后，輸出信號通過環(huán)路反饋，使得輸出電壓降低，降低模塊輸出電流，參見圖1。

模塊并聯(lián)使用時，假設模塊1輸出電流大，電流信號通過負反饋使得模塊1輸出電壓降低，此時模塊1輸出電流下降，故而模塊2輸出電流就會增加。最終兩個模塊實現(xiàn)均流。

而這種均流方法，隨著電流的增加，輸出電壓會降低，對于有電壓精度要求的后端設備來說是不合適的，且均流精度相對較低。

1.2 主從設置法

這種方法就是通過人為的設置一個主模塊，其余的模塊全部已主模塊為參考分配電流，如圖2。

圖2中每個電源模塊都是雙環(huán)控制系統(tǒng)，在這種控制系統(tǒng)中，工程師將模塊l設定為主模塊并使其以電壓控制工作，其余的模塊設置為從模塊，按電流型控制方式工作。

Ur為主模塊的基準電壓，Uf為輸出電壓反饋信號。經(jīng)過電壓誤差放大器，得到誤差電壓Ue，成為主模塊的電流基準，與Ui1（該參數(shù)反映主模塊電流的大小）比較后，產(chǎn)生控制電壓Uc1，控制調(diào)制器和驅(qū)動器工作。其中主模塊電流將按電流基準Ue調(diào)制。

模塊并聯(lián)使用時，各個從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，主模塊的電壓誤差Ue輸入各跟隨器，跟隨器輸出均為Ue，成為各個從模塊的電流基準，因此各個從模塊的電流均按Ue值調(diào)制，與主模塊電流基本一致，從而實現(xiàn)模塊間的均流。

這種方法能較好地確保產(chǎn)品實現(xiàn)穩(wěn)定的運行，且不會出現(xiàn)電流分配特性差等問題。但是這種均流方式需要主從模塊之間有通訊連接，且如果主模塊失效，整個電源系統(tǒng)就不能正常工作，因此主模塊的穩(wěn)定性決定了整個系統(tǒng)可靠性，故只能均流，不適合構(gòu)成冗余并聯(lián)系統(tǒng)。

1.3 平均電流法

這種均流方法要求并聯(lián)各模塊的電流放大器輸出端，通過1個相同阻值的電阻R接到1條公用母線上，稱為均流母線（ShareBus），如圖3。

圖3為并聯(lián)模塊中每個單一模塊都按平均電流自動均流的電路原理圖。由圖3可知，電壓放大器的輸入為Vr′和反饋電路Vr，Vr′是基準電壓Vr和均流控制電壓VC之和，它與Vf進行比較放大后產(chǎn)生Ve（誤差電壓放大），Ve控制PWM及驅(qū)動器對功率級的輸出進行調(diào)整。

模塊并聯(lián)使用時，所有模塊的輸出經(jīng)過電流采樣放大，接入共同的均流母線。根據(jù)基爾霍夫定律，所有支路流進母線的電流之和為0，可得到如下公式。

此時Vb反應的是所有模塊的電流平均值，Vi和Vb之差為均流誤差，經(jīng)過誤差放大器后得到控制電壓Vc。當Vb = Vi時，表示各模塊均流；當Vb≠Vi時，說明電流分配不均，不均模塊的Vi與均流母線Vb的誤差控制信號與Vr相加后輸入到電壓放大器，輸出誤差信號Ve，從而調(diào)整模塊輸出，使得各模塊的均流。

此方法能夠比較精準的實現(xiàn)均流，但是當均流母線接地，或者某一模塊失效時。都會使得模塊的電壓降低，導致輸出故障。

1.4 母線峰值電流法

峰值電流法，要求并聯(lián)各模塊電流放大器的輸出端，通過1個相同的二極管D接到同一條均流母線上（ShareBus），如圖4所示。

模塊并聯(lián)使用時，均流母線Vb等于Vi-Vdf（二極管壓降）。也就是說此時的均流母線電壓，與各模塊中最大的Vb正相關(guān)。這種均流方式，能夠自動的將負載電流最大的模塊變成主模塊，其余模塊通過控制回路，將輸出電流向主模塊靠攏。

這種方法，能夠在其中1個模塊失效時，其余模塊會再次選擇1個主模塊，保證系統(tǒng)仍然能夠正常工作，但是由于均流母線和模塊電流采樣電壓相差1個二極管壓降，導致其余模塊無法和主模塊保持電流完全一致，對均流精度有一定的影響。

2 結(jié)束語

根據(jù)不同的市場應用環(huán)境和產(chǎn)品需求定位，可以選擇不同的均流方案，目前市面上常見的均流方式為母線峰值電流法：如金升陽的LMF1000系列，通過母線峰值均流法，不僅能實現(xiàn)較高的均流精度，而且還能實現(xiàn)并聯(lián)冗余功能，保證某一模塊失效后，對后端不會產(chǎn)生較大的影響，大大提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

隨著對市場需求的探索和研究，金升陽始終如一，深耕電源技術(shù)創(chuàng)新，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)，更穩(wěn)定的一站式電源解決方案。