输出并联均流电路设计
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作者:帅维恒
摘 要：针对大型的用电设备，如果对此整体设计一个高功率的电源，应用的器件应力会非常大，相应的体积和成本也会成倍的增加。根据不同的市场应用环境和产品需求定位，可以选择不同的均流方案，对此类设计进行了实际应用探讨。
关键词：输出并；均流电路模块
0 引言
目前市面上的设备通常都是使用1 kW以下的电源供电，而针对大型一点的用电设备，功率可能会到3 kW、甚至5 kW以上，如果对此整体设计一个高功率的电源，应用的器件应力会非常大，相应的体积和成本也会成倍的增加。
而如果选择用多个低功率电源并联使用达到高功率输出（如3个1 kW电源并联，达到3 kW输出功率），设计难度会降低很多，同时从系统的角度考虑，这样也能节省成本，为了实现电源模块的并联输出，这里就需要用到并联均流技术。
1 均流电路常见方式
我们要如何实现电流均流呢？当两个模块并联使用时，经常会出现1个模块输出电流高，1个模块输出电流低的情况，这种时候，如果我们能让输出电流高的模块电压下降，或者输出电流电流低的模块电压升高，就可以实现各个模块电流往均流方向调节。
一般有以下几种方式，可以实现模块的均流功能。
1.1 输出阻抗法（下垂法）
这种方法是通过调节模块的输出阻抗，达到近似均流的目的。如图1，单独使用时，如果模块输出电流增大，通过电流检测电阻R1将电流信号放大，叠加到电压环负反馈输入端，经过与基准电压Vr比较后，输出信号通过环路反馈，使得输出电压降低，降低模块输出电流，参见图1。
模块并联使用时，假设模块1输出电流大，电流信号通过负反馈使得模块1输出电压降低，此时模块1输出电流下降，故而模块2输出电流就会增加。最终两个模块实现均流。
而这种均流方法，随着电流的增加，输出电压会降低，对于有电压精度要求的后端设备来说是不合适的，且均流精度相对较低。
1.2 主从设置法
这种方法就是通过人为的设置一个主模块，其余的模块全部已主模块为参考分配电流，如图2。
图2中每个电源模块都是双环控制系统，在这种控制系统中，工程师将模块l设定为主模块并使其以电压控制工作，其余的模块设置为从模块，按电流型控制方式工作。
Ur为主模块的基准电压，Uf为输出电压反馈信号。经过电压误差放大器，得到误差电压Ue，成为主模块的电流基准，与Ui1（该参数反映主模块电流的大小）比较后，产生控制电压Uc1，控制调制器和驱动器工作。其中主模块电流将按电流基准Ue调制。
模块并联使用时，各个从模块的电压误差放大器接成跟随器的形式，主模块的电压误差Ue输入各跟随器，跟随器输出均为Ue，成为各个从模块的电流基准，因此各个从模块的电流均按Ue值调制，与主模块电流基本一致，从而实现模块间的均流。
这种方法能较好地确保产品实现稳定的运行，且不会出现电流分配特性差等问题。但是这种均流方式需要主从模块之间有通讯连接，且如果主模块失效，整个电源系统就不能正常工作，因此主模块的稳定性决定了整个系统可靠性，故只能均流，不适合构成冗余并联系统。
1.3 平均电流法
这种均流方法要求并联各模块的电流放大器输出端，通过1个相同阻值的电阻R接到1条公用母线上，称为均流母线（ShareBus），如图3。
图3为并联模块中每个单一模块都按平均电流自动均流的电路原理图。由图3可知，电压放大器的输入为Vr′和反馈电路Vr，Vr′是基准电压Vr和均流控制电压VC之和，它与Vf进行比较放大后产生Ve（误差电压放大），Ve控制PWM及驱动器对功率级的输出进行调整。
模块并联使用时，所有模块的输出经过电流采样放大，接入共同的均流母线。根据基尔霍夫定律，所有支路流进母线的电流之和为0，可得到如下公式。
此时Vb反应的是所有模块的电流平均值，Vi和Vb之差为均流误差，经过误差放大器后得到控制电压Vc。当Vb = Vi时，表示各模块均流；当Vb≠Vi时，说明电流分配不均，不均模块的Vi与均流母线Vb的误差控制信号与Vr相加后输入到电压放大器，输出误差信号Ve，从而调整模块输出，使得各模块的均流。
此方法能够比较精准的实现均流，但是当均流母线接地，或者某一模块失效时。都会使得模块的电压降低，导致输出故障。
1.4 母线峰值电流法
峰值电流法，要求并联各模块电流放大器的输出端，通过1个相同的二极管D接到同一条均流母线上（ShareBus），如图4所示。
模块并联使用时，均流母线Vb等于Vi-Vdf（二极管压降）。也就是说此时的均流母线电压，与各模块中最大的Vb正相关。这种均流方式，能够自动的将负载电流最大的模块变成主模块，其余模块通过控制回路，将输出电流向主模块靠拢。
这种方法，能够在其中1个模块失效时，其余模块会再次选择1个主模块，保证系统仍然能够正常工作，但是由于均流母线和模块电流采样电压相差1个二极管压降，导致其余模块无法和主模块保持电流完全一致，对均流精度有一定的影响。
2 结束语
根据不同的市场应用环境和产品需求定位，可以选择不同的均流方案，目前市面上常见的均流方式为母线峰值电流法：如金升阳的LMF1000系列，通过母线峰值均流法，不仅能实现较高的均流精度，而且还能实现并联冗余功能，保证某一模块失效后，对后端不会产生较大的影响，大大提高系统的可靠性和稳定性。
随着对市场需求的探索和研究，金升阳始终如一，深耕电源技术创新，为客户提供更优质，更稳定的一站式电源解决方案。
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