一種實用的開關電源均流線路

1、一種實用的開關電源均流線路馬利軍，尹斌（河海大學電氣工程學院，南京，210098）摘要：本文主要討論了開關電源模塊中的平均值自動均流法的原理，并在此基礎上提出了一種改進思路及其實際的均流線路，做了相關實驗，驗證電路的可行性。關鍵詞：平均值自動均流法、開關電源、均流線路在電源的實際使用過程中，各種負載對于供電的可靠性要求不同，當單臺電源不能提供負載的全部容量的時，就需要多個電源模塊并聯(lián)使用，以提高電源的容量和運行的可靠性。通常的使用方式是并聯(lián)運行或者并聯(lián)冗余運行，其原理就是將N個電源模塊并聯(lián)使用提供負載的全部容量或大于負載的全部容量。在實際的使用過程并不是簡單的把各個電源并聯(lián)使用就可以讓電源平均

2、承擔功率。這是由于電源各自參數(shù)的分散性，使得每個電源的開路電壓和內阻均會存在差異，通常開關電源的內阻都非常小，因此開路電壓很小的差異就會導致各電源的輸出電流有較大的差異，這種狀態(tài)會導致各個電源的壽命衰減不一致，達不到電源的可靠性和穩(wěn)定性的要求，這就要求在電源并聯(lián)使用過程中使用均流技術1。常用的均流方法有：輸出阻抗法（又稱下垂（Droop）法）、主從設置法、平均電流自動均流法、熱應力自動均流法、外加控制器均流法和最大電流自動均流法。本文主要分析平均值自動均流方式以及在實際使用中的改進方式。1、 平均值電流自動均流方式23圖 1.平均電流自動均流法原理圖平均電流自動均流方法是建立在數(shù)學模擬電路（平

3、均值電路）的基礎上，因而不需要外部控制器，用單一總線連接所有電源模塊就可以。如圖 1：每個電源模塊的負載電流經電流檢測和放大為與負載電流成比例的電壓信號Vi ，各模塊的Vi 與均流母線的電壓V相比較，b其中V為 n 個電源模塊的電流信號的平均值，改變電流誤差放大器產生電流誤差信號Ve ，b疊加電源的給定電壓信號Vr 以調節(jié)電源電壓的基準Vr' ，調整后的電壓基準Vr' 與模塊的反-1-饋電壓 Vf 相比較產生電壓誤差信號，以達到控制電源 PWM 及驅動電路的目的，從而改變模塊的輸出電壓，調節(jié)輸出電流，實現(xiàn)模塊間的負載電流的均分。平均電流自動均流發(fā)可以實現(xiàn)的系統(tǒng)均分負載電流，但它

4、同時存在其固有的缺陷。當均流母線發(fā)生短路或者在均流母線上的任一模塊出現(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，引起整個系統(tǒng)發(fā)生故障。具體分析如下：圖 2.平均電流自動均流法示意圖如圖2 ，RS1,RS2,RS3分別是三個模塊的取樣電阻，其中有RS1=RS2=RS3=RS ，R1=R2=R3RS，則 RS 上的電壓與 R1、R2、R3 點列寫 KCL 方程有：I1+I2I3=0 （1）由于 R1=R2=R3RS，可忽略不記，有解得：1+VcsVR12+VcsVR23=VcsVR30（2）Vcs =V1 + V 2 + V 33（3）其中有 RS 上電壓為：V 1 =RS&#

5、215;IV 2=×RSI22V 3 = RS3 × I 3 （4）11 ，聯(lián)立（3）、（4）可以得到母線的電壓為：，Vcs =RS(I1 + I 2 + I 3)3（5）可以解得每個模塊的分得電流為：Ics=VCS=RS(I1 + I 2 + I 3)3（6）假設模塊 3 出現(xiàn)故障，其輸出電流為零，即： I 3 = 0 。由（5）式得到：RS (I1 + I 2)有：VCS=3-2-（7）VRS=VVCS（8）12+RSR1可見系統(tǒng)的母線電壓下降，不能完成對系統(tǒng)發(fā)生故障的情況的處理，這不符合電源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性的要求。2、 對平均電流自動均流方式的改進思路由于平均值自

6、動均流法的缺陷使得系統(tǒng)有故障時，均流母線電壓下降，其他模塊輸出電壓將受其影響，從而影響各個模塊的輸出電流的均分。這里我們提出一種改進思路，當某個電源模塊故障時，如果能夠使模塊自動從均流線路中脫離，那樣均流母線就不受故障影響。改進的方法就是在各個均流線和母線連接上加上雙擲開關，當某個模塊出現(xiàn)故障時，使其自動從母線脫離。下面分析改進情況下的均流及其故障時的情況，如圖 3，模塊的電流取樣信號經放大后的電壓信號，圖中 RS1=RS2=RS3=RS4=20 ，R1=R2=R3=R4=390 。由 KCL 方程可以得到下式：即：得到：Ia+ Ib+ Ic+ Id= 0Vs Va+Vs Vb+Vs Vc+V

7、S Vd=R1R2R3R4+VV (9) 0 (10) Vs=Va+ Vbcd4 (11) 其中Vs為均流母線電壓。Vs的值是典型的平均值自動均流下的母線電壓情況。圖 3改進的模塊均流方法假設模塊 4 出現(xiàn)故障（短路等），模塊 4 的開關斷開。這就使得模塊 4 從系統(tǒng)中隔離出來，不再參與分配負載電流。其余的模塊 1、模塊 2 和模塊 3 繼續(xù)正常運行，重新均分負載總電流，得到：-3-Vs=+ VVa+ Vbc3（12）Vs 電壓為模塊 1、2、3 的電流平均值的反映，系統(tǒng)可以繼續(xù)均分總電流，可見，這種改進的方式既有平均電流方式的準確均流的特點，又克服了平均值自動均流方式應對故障情況下的缺點，有

8、很好的實用性和可靠性。3、改進方式下的實用線路在改進的思路下，使用繼電器實現(xiàn)雙擲開關的作用，如圖 4 所示，在電路中，電流流過RS 的信號經電流放大器 U1A 放大后，輸入到電流調節(jié)器 U1B 的負端，與電流調節(jié)器正端的均流母線的信號進行比較，經過電流的 PI 調節(jié)，將誤差信號 Vavi 送到電壓調節(jié)放大器的正端，調節(jié)模塊電源的電壓給定，實現(xiàn)系統(tǒng)總電流在各模塊中的精確分配。圖 4本文提出的電源均流線路圖系統(tǒng)上電正常工作后，繼電器吸合，電流調節(jié)器的正端與均流母線的信號線接通，各模塊的地線也接通，可以實現(xiàn)各模塊承擔電流的平均值自動均流。當其中的一個或幾個模塊出現(xiàn)故障時，電源模塊中的保護信號變化反映

9、在繼電器控制端（control），當繼電器控制端（control）的電壓升高達到一定值時，經分壓為 0.7V 加到開關管 Q2 的 G 端，開關管 Q2開通，將 Q1 的 G 端電壓拉低，使 Q1 關斷，繼電器無電流流過，停止工作，使得故障模塊自動從系統(tǒng)中脫離出來，不再參與分配負載電流，其余正常運行的模塊繼續(xù)均分負載電流。這個線路很好的實現(xiàn)了對平均值自動均流方法的改進，克服其固有的缺點，增加了平均值法的實用性，電路的成本比目前常使用的最大電流控制方式的控制芯片 UC3902 有優(yōu)勢，降低了電源模塊的生產成本。4、均流試驗結果基于上面提出的改進電路，筆者在研制的 220V/10A 電源模塊上實踐

10、了上面提出的線路，將參數(shù)相同的三個 220V/10A 電源模塊并聯(lián)，在輸出電壓穩(wěn)定在 220V 時，在不同負載條件-4-下，實驗三個模塊的輸出電流均流情況驗證電路的實用性，如表 1 所示。表 1 三個 220V/10A 電源模塊在不同負載下的均流結果總電流2.00 4.00 8.00 10.00 12.00 14.00 18.00 22.00 25.00 28.00 30.0（A）模塊 10.71 1.52 2.73 3.334.134.635.937.258.26 9.32 9.95模塊 20.61 1.27 2.65 3.573.864.726.077.358.43 9.25 10.05模

11、塊 30.68 1.21 2.52 3.104.014.556.007.408.31 9.43 10.00從試驗結果可以看出，采用該方法可以比較好地實現(xiàn)自動均流，均流精度較高。對三臺模塊分別做短路實驗，其他 2 臺均正常工作，可見本線路是一種比較簡單、效果好、可靠性高的均流線路。參考文獻：1 楊旭、王兆安.開關電源技術北京：機械工業(yè)出版社，2005 2 張占松、蔡宣三.開關電源的原理與設計北京：電子工業(yè)出版社，20053蔡宣三并聯(lián)開關電源的均流技術第 11 屆全國電源技術年會論文集 1995.250253A Practical Averaged Current Circuit of Switc

12、hmode PowerMa Lijun，Yin Bin(Department of Electronic and Engineering，Hohai University,Nanjin,210098)AbstractThe principle of a averaged current of switchmode Power is analyzed in this paper.And then brings outan improved thinks and an improved circuit in this principle.At last do some experiments about this circuit pr