輸出并聯(lián)均流電路設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)大型的用電設(shè)備，如果對(duì)此整體設(shè)計(jì)一個(gè)高功率的電源，應(yīng)用的器件應(yīng)力會(huì)非常大，相應(yīng)的體積 和成本也會(huì)成倍的增加。根據(jù)不同的市場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境和產(chǎn)品需求定位，可以選擇不同的均流方案，對(duì)此類設(shè)計(jì)進(jìn) 行了實(shí)際應(yīng)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(shè)備通常都是使用1KW以下的電源供電，而針對(duì)大型一點(diǎn)的用電設(shè)備，功率可能會(huì)到3KW、甚至5KW以上，如果對(duì)此整體設(shè)計(jì)一個(gè)高功率的電源，應(yīng)用的器件應(yīng)力會(huì)非常大，相應(yīng)的體積和成本也會(huì)成倍的增加。

而如果選擇用多個(gè)低功率電源并聯(lián)使用達(dá)到高功率輸出（如3個(gè)1KW電源并聯(lián)，達(dá)到3KW輸出功率），設(shè)計(jì)難度會(huì)降低很多，同時(shí)從系統(tǒng)的角度考慮，這樣也能節(jié)省成本，為了實(shí)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(shí)現(xiàn)電流均流呢？當(dāng)兩個(gè)模塊并聯(lián)使用時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)模塊輸出電流高，一個(gè)模塊輸出電流低的情況，這種時(shí)候，如果我們能夠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(shí)現(xiàn)各個(gè)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(shí)現(xiàn)模塊的均流功能：

（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(dá)到近似均流的目的。如下圖，單獨(dú)使用時(shí)，如果模塊輸出電流增大，通過電流檢測(cè)電阻R1將電流信號(hào)放大，疊加到電壓環(huán)負(fù)反饋輸入端，經(jīng)過與基準(zhǔn)電壓Vr比較后，輸出信號(hào)通過環(huán)路反饋，使得輸出電壓降低，降低模塊輸出電流。

模塊并聯(lián)使用時(shí)，假設(shè)模塊1輸出電流大，電流信號(hào)通過負(fù)反饋使得模塊1輸出電壓降低，此時(shí)模塊1輸出電流下降，故而模塊2輸出電流就會(huì)增加。最終兩個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)均流。

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

（2）主從設(shè)置法

    這種方法就是通過人為的設(shè)置一個(gè)主模塊，其余的模塊全部已主模塊為參考分配電流，如下圖：

圖中每個(gè)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(shè)定為主模塊并使其以電壓控制工作，其余的模塊設(shè)置為從模塊，按電流型控制方式工作。

Ur為主模塊的基準(zhǔn)電壓，Uf為輸出電壓反饋信號(hào)。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(zhǔn)，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(dòng)器工作。其中主模塊電流將按電流基準(zhǔn)Ue調(diào)制。

模塊并聯(lián)使用時(shí)，各個(gè)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(gè)從模塊的電流基準(zhǔn)，因此各個(gè)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(shí)現(xiàn)模塊間的均流。

這種方法能夠較好的確保產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，且不會(huì)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(gè)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(gè)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)。

（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，通過一個(gè)相同阻值的電阻R接到一條公用母線上，稱為均流母線（ShareBus），如下圖：

上圖為并聯(lián)模塊中每個(gè)單一模塊都按平均電流自動(dòng)均流的電路原理圖。由上圖可知，電壓放大器的輸入為Vr′和反饋電路Vr，Vr′是基準(zhǔn)電壓Vr和均流控制電壓VC之和，它與Vf進(jìn)行比較放大后產(chǎn)生Ve(誤差電壓放大)，Ve控制PWM及驅(qū)動(dòng)器對(duì)功率級(jí)的輸出進(jìn)行調(diào)整。

模塊并聯(lián)使用時(shí)，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(jìn)母線的電流之和為0，可知：

此時(shí)Vb反應(yīng)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(dāng)Vb=Vi時(shí)，表示各模塊均流；當(dāng)Vb≠Vi時(shí)，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(hào)與Vr相加后輸入到電壓放大器，輸出誤差信號(hào)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(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)均流，但是當(dāng)均流母線接地，或者某一模塊失效時(shí)。都會(huì)使得模塊的電壓降低，導(dǎo)致輸出故障。

（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，通過一個(gè)相同的二極管D接到同一條均流母線上（ShareBus），如下圖：

模塊并聯(lián)使用時(shí)，均流母線Vb等于Vi-Vdf（二極管壓降）。也就是說此時(shí)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(dòng)的將負(fù)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，能夠在其中一個(gè)模塊失效時(shí)，其余模塊會(huì)再次選擇一個(gè)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一個(gè)二極管壓降，導(dǎo)致其余模塊無法和主模塊保持電流完全一致，對(duì)均流精度有一定的影響。

2 結(jié)束語

根據(jù)不同的市場(chǎng)應(yīng)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，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較高的均流精度，而且還能實(shí)現(xiàn)并聯(lián)冗余功能，保證某一模塊失效后，對(duì)后端不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，大大提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期)