【文章內容簡介】 出電壓等電特性始終保持穩(wěn)定不變外，還要能長期、無故障地可靠運行。這就要求系統(tǒng)在任何時刻都得確保相關聯(lián)的各臺電源承受的電、熱應力基本相當。也就是說，必須采取某種相應的措施，保證系統(tǒng)不致因并聯(lián)各電源承載情況的差異，造成電、熱應力不平衡而引起惡性循環(huán)，影響系統(tǒng)特性和可靠運行。均流技術就是對系統(tǒng)中各并聯(lián)電源的輸出電流加以控制，實現(xiàn)盡可能均分系統(tǒng)輸出總電流，確保多臺電源可靠運行的一種措施。從目前國內外對均流技術的研究看，在并聯(lián)的電源系統(tǒng)中，實現(xiàn)均流控制常用的幾種并聯(lián)均流技術有：（1）輸出阻抗法（斜率控制法）；（2）平均電流自動均流法；（3）主從設置均流法；（4）最大電流自動均流法（民主均流法）。 輸出阻抗法輸出阻抗法又稱電壓調整率法，均流控制原理圖見圖32。其機理是調節(jié)變換器的外特性斜率（輸出電阻），在各模塊間合理分配電流。實質是利用開關電源輸出電阻的開環(huán)技術來獲取電流輸出平衡。這種均流的缺點很明顯，本質上是一種開環(huán)控制，在小電流時電流分配特性差，重載時分配特性好一些，但仍不均衡。而且為了實現(xiàn)均流，各模塊需要個別調整，對于不同額定功率的模塊難以實現(xiàn)均流。圖32 輸出阻抗法均流控制原理圖圖32中，為模塊電流的檢測電阻，與負載電阻串聯(lián)。檢測到的電流信號經過電流放大器輸出（電壓），與模塊輸出的反饋電壓，綜合加到電壓放大器的輸入端。這個綜合信號電壓與基準電壓比較后，其誤差經過放大得到，則隨著該臺電源輸出電流的變動，將作相應變動，通過調節(jié)該臺電源內部脈寬調制器及驅動器，用以自動調節(jié)模塊的輸出電壓。當某模塊電流增加得多，上升，下降，使該模塊的輸出電壓隨著下降，即外特性向下傾斜（輸出阻抗增大），接近其它模塊的外特性，使其它模塊電流增大，實現(xiàn)近似均流，這個方法是最簡單的實現(xiàn)均流的方法，本質上屬于開環(huán)控制，在小電流時電流分配特性差，重載時分配特性要好一些，但仍是不平衡的。其缺點是：電壓調整率下降，為達到均流，每個模塊必須個別調整：對于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實現(xiàn)均流。采用引入輸出電流反饋的方法實現(xiàn)均流。在電壓反饋型DC/DC變換器中將輸出電流引入反饋回路中，這樣當輸出電流增加時，輸出電壓將降低從而調節(jié)并聯(lián)模塊的輸出阻抗，實現(xiàn)均流的目的。由于用輸出阻抗法均流的系統(tǒng)的電壓調整率差，因此這一方法不可能用在電壓調整率要求很高（例如3%或小于3%）的電源系統(tǒng)中[16] [17] [18]。 平均電流自動均流法平均電流自動均流不需要外部控制器，并聯(lián)各電源模塊的電流放大器輸出端（如圖33中的點a）通過一個電阻R接到一條公用母線上，稱為均流母線。模塊的輸出電流隨著輸出電壓變化，從而實現(xiàn)模塊間負載電流的均分。圖33為n個并聯(lián)模塊中一個模塊按平均電流自動均流的控制電路原理圖。圖33 平均電流自動均流控制原理圖電壓放大器輸入為和反饋電壓，是基準電壓和均流控制電壓的綜合，它與進行比較放大后，產生（電壓誤差）來控制PWM及驅動器。為電流放大器的輸出信號，和模塊的負載電流成比例，為母線電壓。現(xiàn)在討論兩個模塊并聯(lián)（n=2）的情況，及分別為模塊1和2的電流信號，都經過阻值相同的電阻R接到母線b，因此，當流入母線的電流為零時，可得下式： （39）或 （310）即母線電壓是和的平均值，也代表了模塊l、模塊2輸出電流的平均值。與之差代表均流誤差，通過調整放大器輸出一個調整用的電壓。（可能大于、也可能小于）。當時，電阻R上的電壓為零，表明這時己實現(xiàn)了均流。當R上有電壓出現(xiàn)，說明模塊問電流分配不均勻，這時基準電壓將按下式修正： （311）相當于通過調整放大器改變，以達到均流的目的。這就是按平均電流法實現(xiàn)自動均流的原理。按平均電流均分負載電流的方法可以精確的實現(xiàn)負載均流，但它同時存在缺陷。例如當均流母線發(fā)生短路或者在均流母線上的任何一個模塊出現(xiàn)故障時，將會使均流母線電壓降低，從而使得各模塊的輸出電壓降低，甚至達到其下限值，引起整個系統(tǒng)發(fā)生故障[16] [17] [18]。 主從設置均流法這一方法適用于有電流型控制的并聯(lián)開關電源系統(tǒng)中，開關電源模塊中有電壓控制和電流控制，形成雙閉環(huán)系統(tǒng)。電流環(huán)是內環(huán)，電壓環(huán)是外環(huán)。主從設置均流法是在并聯(lián)的n個變換器模塊中，人為指定其中一個為“主模塊”，而其余各模塊跟從主模塊分配電流，稱為從模塊。圖34給出n個DC/DC變換器模塊并聯(lián)的主從控制原理示意圖。圖34 主從設置法均流控制原理圖圖中每個模塊都是雙環(huán)控制系統(tǒng)。設模塊1為主模塊，按電壓控制規(guī)律工作，其余的n1個模塊按電流型控制方式工作。為主模塊的基準電壓，為輸出電壓反饋信號。經過電壓誤差放大器，得到誤差電壓，它是主模塊的電流基準，與（反映主模塊電流的大小）比較后，產生控制電壓，控制脈寬調制器和驅動器工作。于是主模塊電流將按電流基準調制，即模塊電流近似與成正比。各個從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，主模塊的電壓誤差輸入各跟隨器，于是跟隨器輸出均為，它即是從模塊的電流基準，因此各個從模塊的電流都按同一值調制，與主模塊電流基本一致，從而實現(xiàn)了均流。主從控制法均流的精度很高，但存在的最大缺點是一旦主控電源出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將完全失控。此外，由于系統(tǒng)在統(tǒng)一的誤差電壓控制下，任何非負載電流引起的誤差電壓的變化，都會導致各并聯(lián)電源電流的再分配，從而影響均流的實際精度。通常希望主控電源電壓取樣反饋回路的帶寬不宜太寬，主從電源間的連接應盡量短[16] [17] [18]。 最大電流自動均流法（民主均流法）最大電流自動均流法也叫自主均流，圖35描述了最大電流自動均流法的簡要原理。這種方法和平均電流法相似，只是將后者和均流線相連的電阻換成了二極管（令a點接二極管陽極，b點接陰極）。如圖35，均流母線上的電壓反映的是并聯(lián)各模塊的中的最大值。由于二極管的單向性，只有對電流最大的模塊，二極管才導通，a點方能通過它與均流母線相連。設正常情況下，各模塊分配的電流是均衡的。如果某個模塊電流突然增大，成為n個模塊中電流最大的一個，于是上升，該模塊自動成為主模塊，其它各模塊為從模塊。這時，而各模塊的與（即）比較，通過調整放大器調整基準電壓，自動實現(xiàn)均流。圖35 最大電流法自動均流控制原理圖最大電流自動均流法與主從設置均流法相比較，不同的是最大電流法實現(xiàn)負載均流時，其主電源模塊是隨時變換的。最大電流法能隨時根據系統(tǒng)中承擔電流最大的模塊，不斷調整各并聯(lián)模塊分擔的負載電流，實現(xiàn)系統(tǒng)總電流在各電源模塊中的精確分配。因而這種控制方法能夠對故障模塊自動隔離，便于實現(xiàn)系統(tǒng)冗余和熱插拔，提高系統(tǒng)的可靠性[16] [17] [18]。 各種均流方法的比較1．主從設置法均流利用雙環(huán)控制，提高了均流效果，主要缺點是：(1)主從模塊間必須有通訊聯(lián)系，使系統(tǒng)復雜。(2)如果主模塊失效，則整個電源系統(tǒng)不能工作，因此這個方法不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。(3)電壓環(huán)的帶寬大，容易受外界干擾。2．平均電流法可以精確地實現(xiàn)均流，但均流母線短路，或接在母線上的任一模塊不能工作時，母線電壓下降，促使各模塊電壓下調，甚至到達其下限，結果造成故障。3．輸出阻抗法不需要在并聯(lián)模塊電源間建立聯(lián)系，是最簡單的實現(xiàn)并聯(lián)均流的方法。但它的缺點也很明顯：首先它是通過改變模塊等效內阻實現(xiàn)均流，在提高均流性能的同時會導致模塊的電壓調整率下降。4．用最大電流均流法的并聯(lián)模塊電源間不獨立，而是通過均流母線聯(lián)系。它為每一個模塊電源提供一個電流基準值，而所有并聯(lián)模塊電源則依據這個基準值來調整輸出電流，實現(xiàn)系統(tǒng)總電流在各并聯(lián)電源中的精確均分，是一種優(yōu)良的均流方法[16]。4 UC3902均流芯片的應用 UC3902均流芯片的內部電路及原理直流模塊并聯(lián)的方案很多，但存在著一些不足：如輸出阻抗法的均流精度太低；主從設置法和平均電流自動均流法都無法實現(xiàn)冗余，使并聯(lián)電源模塊系統(tǒng)的可靠性得不到很好保證；而最大電流自動均流法有許多優(yōu)勢，如：均流精度高，動態(tài)響應好，可以實現(xiàn)冗余技術等，越來越受到廣大產品開發(fā)人員的青睞。最大電流自動均流法的特點是，電流最大的模塊被自動確定為主模塊，主模塊調節(jié)均流母線電壓和它的輸出電流成正比。從模塊以均流母線電壓為基準，使得每個模塊都能均分電流。根據這一特點，Unitrode IC公司開發(fā)出了集成芯片UC3902，其外形有八個管腳，管腳編號及功能如圖41所示。UC3902由電流檢測放大器、均流驅動和均流檢測放大器、跨導式誤差放大器、緩沖級調整放大器和輔助工作電路組成[20]。圖41 UC3902內部電路原理圖電流檢測放大器，其增益為40。電流檢測放大器的輸出電流是與電源模塊的輸出電流成正比的，且作為輸入信號提供給均流驅動放大器的正向輸入端和誤差放大器的反向輸入端。因為均流驅動放大器為單位增益，所以均流驅動放大器的輸出電壓等于電流檢測放大器的輸出電壓。假如這個電壓在所有模塊中屬于最高電位，那么這個模塊稱為主模塊，主模塊均流驅動放大器的輸出決定了均流母線的電壓。比均流母線電壓低的模塊稱為從