【文章內(nèi)容簡介】 的負載響應特性 。負載突變時 不 會 造成電流嚴重分配不均而停機。 高頻開關(guān)電源并聯(lián)特性 與線性電源相同，開關(guān)電源也具有如圖 31 所示的外特性（輸出特性） ()OOU f I? 。 D C / D CU sRR L U oU oΔ UU o m a xΔ IR =Δ UΔ II o (a) 單臺 開關(guān)變換器的外特性 D C / D C 變 換 器R 1R L12R 2I 1I 2U oU o m a xI oU oU o 39。12I o 2 I o 1 I o 2 39。 I o 1 39。 (b) 兩臺 開關(guān)變換器 并聯(lián) 的外特性 圖 31 開關(guān)變換器的外特性 R 為開關(guān)電源的輸出電 阻，其中包括 開關(guān)電源模塊接到負載的導線或電纜的電阻?？蛰d時 模塊 的 輸出電壓為 maxOU ，當電流變化 I? 時，負載電壓變化 U? ， 則 該模塊的輸出電阻為： UR I??? （ 31） 咸寧學院學士學位論文 8 對電源模塊 而言， 電流增加 I? 時， 輸出電壓降落 U? 。因此上式也表示 開關(guān)電源的輸出電壓調(diào)整率。由圖 31(a)可知，開關(guān)電源的負載電壓 OU 與負載電流 OI 的關(guān)系 為 ： maxO O OU U RI?? （ 32） 如圖 31(b)所示，兩臺容量相同、參數(shù)相同的開關(guān)變換器并聯(lián)，負載電壓 分別表示如下 ： 1 m ax 1 1O O OU U R I?? （ 33） 2 m ax 2 2O O OU U R I?? （ 34） 式中 1R 、 2R 分別為模塊 1 及模塊 2 的輸出電阻（包括電纜電阻）。設 LR 為負載電阻， 由基爾霍夫電壓定律，可得： 1 1 1 2 1()O O O L OI R I I R U? ? ? （ 35） 2 2 1 2 2()O O O L OI R I I R U? ? ? （ 36） 可解得： 2 1 1 211 2 1 2()O O O LOLR U U U RI R R R R R??? ?? （ 37） 1 2 2 121 2 1 2()O O O LOLR U U U RI R R R R R??? ?? （ 38） （ 1）盡量使用性能和參數(shù)一致的 元 器件，并使結(jié)構(gòu)和安裝盡量對稱； （ 2）利用反饋控制的方式，調(diào)整各個模塊的外特性，使它們接近一致。 后者就是均流技術(shù)的基礎 [8]。 均流原理分析與研究 多臺電源并聯(lián) 組 成的大功率電源系統(tǒng)，應像單臺電源一樣，在輸入總線和輸出負載變化的情況下，除系統(tǒng)的輸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(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）主從設置均流法； （ 4）最大電流自動均流法（民主均流法） 。 3 高頻開關(guān)電源并聯(lián)特性及均流一般原理 9 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。 +電 流 放 大 器U fU sU rI o+U e電 壓 放 大 器R sU IR1 0 0 R 圖 32 輸出 阻抗法均流控制原理圖 圖 32 中， sR 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 IU （ 05V? 電壓），與模塊輸出的反饋電壓 fU ，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 rU 比較后，其誤差經(jīng)過放大得到 eU ，則隨著該臺電源輸出電流的變動， eU 將作相應變動，通過 eU 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。當某模塊電流增加得多， sU 上升， eU 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)模塊中一咸寧學院學士學位論文 10 個模塊按平均電流自動均流的控制電路原理圖。 ++功 率 級負 載 均 流電 流放 大電 壓 放 大Ra b均流母線U b均 流 控 制 器U cU r++U fU r ’U IU e 圖 33 平均電流自動均流控制原理圖 電壓放大器輸入為 39。rU 和反饋電壓 fU ， 39。rU 是基準電壓 rU 和均流控制電壓 cU 的綜合，它與 fU 進行比較放大后，產(chǎn)生 eU （電壓誤差）來控制 PWM 及驅(qū)動器。 IU 為電流放大器的輸出信號，和模塊的負載電流成比例， bU 為母線電壓。 現(xiàn)在討論兩個模塊并聯(lián)（ n=2）的情況， 1IU 及 2IU 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，當流入母線的電流為零時，可得下式： 12 0I b I bU U U URR???? （ 39） 或 122IIb UUU ?? （ 310） 即母線電壓 bU 是 1IU 和 2IU 的平均值，也代表了模塊 l、模塊 2 輸出電流的平均值。 IU 與 bU 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 cU 。（ c U 可能大于、也可能小于 IU ）。當 bIUU? 時，電阻 R 上的電壓為零， 0cU? ，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， bIUU? ，這時基準電壓將按下式修正： 39。r I cU U U?? （ 311） 相當于通過調(diào)整放大器改變 39。rU ，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(guān)電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源模塊中有電壓控3 高頻開關(guān)電源并聯(lián)特性及均流一般原理 11 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。 +U e電 流 放 大U rU I 1P W M1主 模 塊+U eU I kP W Mk從 模 塊U cU c+U eU I nP W Mn從 模 塊U c......U f 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。 rU 為主模塊的基準電壓， fU 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 eU ，它是主模塊的電流基準，與 1IU （反映主模塊電流 1I 的大?。┍容^后，產(chǎn)生控制電壓 cU ，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 eU 調(diào)制，即模塊電流近似與 eU 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 eU 輸入各跟隨器，于是跟隨器輸出均為 eU ，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 eU 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咸寧學院學士學位論文 12 點接二極管陽極， b 點接陰極）。 如圖 35，均流母線上的電壓 bU 反映的是并聯(lián)各模塊的 IU 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 IU 上升，該模塊自動成為主模塊，其它各模塊為從模塊。這時 maxbIUU? ，而各模塊的 IU 與 bU （即 maxIU ）比較，通過調(diào)整放大器調(diào)整基準電壓，自動實現(xiàn)均流。 ++功 率 級負 載 均 流電 流放 大電 壓 放 大a b均流母線U b均 流 控 制 器U cU r++U fU r ’U IU e 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(jù)系統(tǒng)中承擔電流最大的模塊，不斷調(diào)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?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(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