【文章內(nèi)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(guān)聯(lián)的各臺電源承受的電、熱應(yīng)力基本相當(dāng)。也就是說，必須采取某種相應(yīng)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(yīng)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(shù)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(nèi)外對均流技術(shù)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(shù)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(shè)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(diào)整率法，均流控制原理圖見圖32。其機理是調(diào)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(zhì)是利用開關(guān)電源輸出電阻的開環(huán)技術(shù)來獲取電流輸出平衡。這種均流的缺點很明顯，本質(zhì)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(diào)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(jīng)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(zhǔn)電壓比較后，其誤差經(jīng)過放大得到，則隨著該臺電源輸出電流的變動，將作相應(yīng)變動，通過調(diào)節(jié)該臺電源內(nèi)部脈寬調(diào)制器及驅(qū)動器，用以自動調(diào)節(jié)模塊的輸出電壓。當(dāng)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(zhì)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(diào)整率下降，為達到均流，每個模塊必須個別調(diào)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(dāng)輸出電流增加時，輸出電壓將降低從而調(diào)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(diào)整率差，因此這一方法不可能用在電壓調(diào)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(zhǔn)電壓和均流控制電壓的綜合，它與進行比較放大后，產(chǎn)生（電壓誤差）來控制PWM及驅(qū)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(jīng)過阻值相同的電阻R接到母線b，因此，當(dāng)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(diào)整放大器輸出一個調(diào)整用的電壓。（可能大于、也可能小于）。當(dāng)時，電阻R上的電壓為零，表明這時己實現(xiàn)了均流。當(dāng)R上有電壓出現(xiàn)，說明模塊問電流分配不均勻，這時基準(zhǔn)電壓將按下式修正： （311）相當(dāng)于通過調(diào)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(dāng)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(shè)置均流法這一方法適用于有電流型控制的并聯(lián)開關(guān)電源系統(tǒng)中，開關(guān)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(nèi)環(huán)，電壓環(huán)是外環(huán)。主從設(shè)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(shè)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(shè)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(zhǔn)電壓，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，它是主模塊的電流基準(zhǔn)，與（反映主模塊電流的大小）比較后，產(chǎn)生控制電壓，控制脈寬調(diào)制器和驅(qū)動器工作。于是主模塊電流將按電流基準(zhǔn)調(diào)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(zhǔn)，因此各個從模塊的電流都按同一值調(diào)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)通，a點方能通過它與均流母線相連。設(shè)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(diào)整放大器調(diào)整基準(zhǔn)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(shè)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(jù)系統(tǒng)中承擔(dān)電流最大的模塊，不斷調(diào)整各并聯(lián)模塊分擔(dān)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?qū)收夏K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(shè)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(fù)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(diào)，甚至到達其下限，結(jié)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(nèi)阻實現(xiàn)均流，在提高均流性能的同時會導(dǎo)致模塊的電壓調(diào)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(zhǔn)值，而所有并聯(lián)模塊電源則依據(jù)這個基準(zhǔn)值來調(diào)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(yīng)用 UC3902均流芯片的內(nèi)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(shè)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(yīng)好，可以實現(xiàn)冗余技術(shù)等，越來越受到廣大產(chǎn)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(diào)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(zhǔn)，使得每個模塊都能均分電流。根據(jù)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(qū)動和均流檢測放大器、跨導(dǎo)式誤差放大器、緩沖級調(diào)整放大器和輔助工作電路組成[20]。圖41 UC3902內(nèi)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(qū)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(qū)動放大器為單位增益，所以均流驅(qū)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(qū)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