大功率電源系統(tǒng)采用多臺開關(guān)電源并聯(lián)運行實現(xiàn)，是目前電源技術(shù)的發(fā)展方向之一?？刹⒙?lián)運行的模塊化電源具有很多優(yōu)點，一是小功率的電源模塊可以方便地組合成大功率的電源系統(tǒng)，其容量可以任意擴展;二是實現(xiàn)電源系統(tǒng)的冗余設(shè)計，提高其可靠性;三是使用場合不受限制，根據(jù)需要組合，方便靈活。原則上，多臺電源并聯(lián)構(gòu)成的大功率電源系統(tǒng)，應(yīng)像單臺電源一樣，在輸入總線和輸出負載情況下，除系統(tǒng)的輸出電壓始終保持穩(wěn)定外，還能長期、無故障的可靠運行。這就要求系統(tǒng)中各臺電源承受的電、熱應(yīng)力基本相當。也就是說，必須采取某種相應(yīng)的措施，保證系統(tǒng)不致因各電源承載情況的差異，造成電熱不平衡而引起的惡性循環(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，盡可能均分系統(tǒng)輸入總電流，確保多臺電源可靠運行的一種特殊措施。圖1所示為多臺開關(guān)電源并聯(lián)均流實現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)的示意圖。本文就自動均流技術(shù)及其應(yīng)用做簡要討論。
圖1 多臺開關(guān)電源并聯(lián)均流實現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)
自動均流技術(shù)是常用的硬件電流均流技術(shù)之一。該方法是通過均流總線和相并聯(lián)各電源間電流信號的比較獲得相應(yīng)修正量，來實現(xiàn)各單元電源間電流均勻分配的。在這里主要討論平均電流的自動負載均流法和最大電流自動均流法。
平均電流的自動負載均流
1 工作原理
這種均流方式采用了一個窄帶電流放大器，輸出端通過阻值為R的電阻連到均流母線上，N個單元電源采用N個這種結(jié)構(gòu)(見圖2)。
圖2 平均均流工作原理
當輸出達到均流時，電流放大器輸出電流為零，這時電源系統(tǒng)處于均流工作狀態(tài)。當輸出達不到均流時，在電阻R上產(chǎn)生一個Vab，由這個電壓控制A1，由A1再控制單元功率的輸出電流，最終使它達到均流。
2 特點
① 均流效果好，易實現(xiàn)準確均流;
② 在具體使用中，如出現(xiàn)均流母線短路或接在母線上的一個單元電源不工作時，母線電壓下降，將使每個電源輸出電壓下調(diào)，甚至達到下限，以致造成故障。并且，當某一模塊的電流上升到I0MAX時，電流放大器輸出電流也達到極限值，同時致使其他單元電源輸出電壓自動下降。
3 具體應(yīng)用電路
① 用運放和功率開關(guān)實現(xiàn)負載均流電路;
如圖3所示，實現(xiàn)了兩個模塊均流電流的連接，實現(xiàn)了當負載變化時，每臺電源的輸出電壓變化相同，母線電流IO=(IO1+IO2…+IOM)/n，從而實現(xiàn)均流。這個電路的優(yōu)點就是，當其中一個模塊不能正常工作時，通過開關(guān)QC1和QC2截斷此模塊的工作，以避免過大的電流通過。
圖3 雙模塊的均流連接
采用運放產(chǎn)生電流誤差信號，電路的靈敏度很高，特別是對噪聲的干擾，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。為提高穩(wěn)定性，給出圖3所示的電路，用低通濾波器加上比較器，代替運放來產(chǎn)生誤差信號。
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② 用低通濾波器和比較器實現(xiàn)負載均流電路。
圖4中的電路表示應(yīng)用均流電路的兩個模塊的連接。這種均流技術(shù)不采用運放來產(chǎn)生電流誤差信號，因而電路十分穩(wěn)定且容錯性強，電路簡單易行。R2、R3、C1組成低通濾波器，電流源Is表示與輸出電流以成比例的取樣電流。為實現(xiàn)和維持所需的均流，電流均分母線將各模塊的均流電路連接在一起，電流均分母線上的電壓確定了模塊所需的輸出電流。
圖4 應(yīng)用均流電路的雙模塊連接
最大電流的自動均流法
1 工作原理
將圖2所示均流框圖中的電阻用一個二極管代替，二極管正端接A，負端接B，這樣只有當N個單位電源中輸出電流最大的一個電流放大器輸出才能使二極管導(dǎo)通，從而影響均流母線電壓，進而達到均流調(diào)節(jié)的目的。這種方法一次只有一個單元參與調(diào)節(jié)工作。
2 特點
①在這種均流方式下，參與調(diào)節(jié)的單元由這幾個單元的最大電流輸出單元決定，每次只有這個最大電流輸出單元工作，這個最大電流單元是隨機的。由于一旦最大均流單元工作，就處于主控狀態(tài)，而別的單元則處于被控狀，因此這種方法又叫自動主/從控制法。
②由于二極管總有正向壓降因而主單元均流總有誤差，而從單元電源的均流效果是較好的，UC3902均流控制芯片就工作在這種方式下。
3 UC3902均流芯片的應(yīng)用實例
(1)外圍電路參數(shù)確定
電源模塊并聯(lián)時的原理如圖5所示。電源模塊輸出最高電壓為143V，最低電壓120V，最大電流10A，輔助電源采用15V供電。芯片內(nèi)部的運算放大器最高輸出電壓為10V，這也是均流母線上的最高電壓。對母線電壓的選擇要綜合考慮噪聲的敏感度，均流精度和并聯(lián)的模塊數(shù)。均流母線只由主模塊驅(qū)動，從模塊在均流母線上代表10k電阻的負載，這意味著每個模塊單元在均流母線上將以100A/V增加主模塊芯片均流端的供電負載。為提高均流精度，檢測電阻采用精度比較高的電阻，選VCSAO為6V，因此，RSENSE=6/(1040)=0.015電阻RG的值依賴于NPN緩沖三極管和RADJ電阻。三極管的集電極電流應(yīng)該小于10mA，為安全使用選為5mA。較小的電流會增加對噪聲的靈敏度，而過高的電流會增加三極管的損耗，在芯片內(nèi)部緩沖三極管的損耗是很重要的一部分。它的實際電壓由ADJR管腳上的最高電壓(2.6V),為此，RG=2.6V/5mA=520，實際選為510。
圖5
電阻RADJ由最大電壓輸出范圍決定，VOmax=(143-120)/25=0.91V，式中，25=(Rout1+Rout2)/Rout2
RADJ=(0.91-100.015)/5mA =152，因此，實選RADJ=150。
補償元件CC和RC可由均流環(huán)增益求得：
ASH=APWR(RSENSE/RLOAD) 40GM(1/sCc+Rc)(RADJ/RG)24
假設(shè)均流環(huán)的交越頻率=500(rad/s),此點處電壓環(huán)的增益為0,GM=4.5mA/V,所以：
CC=40(0.015/14.3)404.5 10-3(1/2π103)(150/510)24 =8.5F
實際取CC=10F。
電阻RC的值由選擇的交越頻率和電容CC決定。由此可得RC=200。
(2)試驗結(jié)果
實際用4個模塊做并聯(lián)實驗，均流結(jié)果見表1。由表1可知，它的半載均流精度控制在2.5%以內(nèi)。IERROR =IOmax-IOmin;均流精度為100%。
結(jié)論
本文所討論的這幾種常用的自動均流技術(shù)及其實際應(yīng)用電路各有其特點，根據(jù)具體電路需要及性能價格比，可做不同的選擇。這幾種方法的應(yīng)用都比較廣泛。隨著模塊內(nèi)部采用微處理智能均流控制，進行軟件均流，就會使均流效果理想。
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