程控直流开关电源模块的主从式并联均流设计

凯迈（洛阳）测控有限公司 李奎伟

程控直流开关电源模块的主从式并联均流设计

凯迈（洛阳）测控有限公司 李奎伟

介绍了基于程控直流开关电源模块的主从式并联均流设计原理及连接方法，分析了基本并联和高级并联的不同特点，该主从式并联均流设计在电源模块具有恒压、恒流、模拟编程等条件下控制方法简单，能够实现良好的均流，方便电源模块的功率扩展。

恒压；恒流；模拟编程；主从式并联均流

引言

为实现开关电源模块的功率扩展，一般希望通过电源输出并联方式增加功率输出，然而一般情况下不应模块输出间直接进行并联，必须采用均流技术以确保每个模块分担相等的负载电流，否则，并联的模块有的轻载运行，有的重载甚至过载运行，输出电压低的模块不但不为负载供电，反而成了输出电压高的模块的负载，热应力分配不均，极易损坏。

1.对于多个模块并联运行基本要求是

1.1 输进电压或者负载发生变化时，保持输出电压稳定；

1.2 控制各模块的输出电流，实现负载电流均匀分配，动态响应良好。

为进一步提高系统可靠性，并联系统应该具备以下特性：

当任意模块发生故障时，其余模块继续提供足够电能，整个电源系统不会崩溃；实现热拔插，电源系统真正意义上的不中断供电；均流方案无需外加均流控制单元；使用一条公共的低带宽均流总线来连接各模块。1 均流方法

根据并联电源系统中模块之间有无传递均流信号的互连线，所有均流方法可分成两大类：下垂法和有源均流法，下垂法为模块之间只有输出端导线相连;有源均流法除了连接输出导线外，还用均流母线把各模块连在一起。

1.3 下垂法

下垂法（又叫斜率法，输出阻抗法）是最简单的一种均流方法[1]。实质是利用本模块电流反馈信号或者直接输出串联电阻，改变模块单元的输出电阻，达到均流。

下垂法的特点：模块之间无互连通讯线；实为开环控制，小电流时均流效果差，随着负载增加均流效果有所改善；可以应用在均流精度大于10%的场合；对于不同额定功率的并联模块，难以实现均流。

1.3.1 有源均流法

有源均流法是均流方法中的一大种类，其特征是采用互连通讯线连接所有的并联模块，用于提供共同的电流参考信号。一般并联变换器采用双环控制，即电流内环和电压外环双环控制，形成各类有源均流法，如主从法、均匀电流法、最大电流法等。

2.主从式并联均流设计

为实现良好的均流设计，程控直流开关电源模块应具有恒压和恒流控制，并能自动进行恒压和恒流转换；电压和电流的调整，除手动和数字通讯接口编程调节外，具备模拟编程功能，并提供输出电流监测信号作为共同的电流模拟编程信号。

多个相同输出电压和电流规格的程控直流开关电源模块可以并联使用，其中一个电源模块配置为主机，其它电源模块配置为从机。主机工作在恒压状态，只有主机可以通过数字通讯接口进行输出电压、电流等编程控制；从机工作在恒流状态，从机可以通过通讯接口读取电压、电流、状态等信息。

主从式并联均流设计可采用基本并联和高级并联，基本并联主要是指每个电源模块显示各自的输出电压和电流信息，主机输出电流设置为平均电流（总电流/电源模块数量）；高级并联主要是指通过并联将多个电源模块配置为一个电源模块，主机显示输出电压和输出总电流，从机只显示操作状态（输出、不输出、故障状态等）。

2.1 基本并联

以2个全桥拓扑变换的电源模块并联使用为例，电源的并联主要通过模拟编程接口实现，主机工作在恒压状态，从机工作在恒流状态，各自承担一半的负载电流，主要连接和配置方法如下：

2.1.1 设置主机输出电压为期望的电压，设置输出电流为平均电流（总电流/电源模块数量），设置过压值为合理的过压值；

2.1.2 设置从机输出电压和过压值稍高于主机的设置值，以保证从机工作在恒流状态和避免从机出现过压保护，设置从机输出电流为零，并将从机输出电流的编程设置配置为模拟编程；

2.1.3 主机输出电流的监测信号（IMON）连接到从机的输出电流模拟编程信号（IPGM）端，使用该电流监测信号（IMON）对从机进行输出电流的模拟编程控制，实现良好的均流效果。

功能原理框图见图1，图1中电源模块的输出电流通过采样电阻转换为电压信号并通过运算放大器调理放大为电流监测信号，通过主机电源模块的电流监测信号对从机进行输出电流的模拟编程控制，主机工作在恒压状态，从机工作在恒流状态。

图1 电源模块主从式并联均流设计原理框图

2.2 高级并联

高级并联是在基本并联的基础上，电源模块可通过人机交互操作界面配置为主机或从机，配置为主机的电源模块显示输出电压和输出总电流，可通过手动控制或数字通讯接口编程控制；配置为从机的电源模块自动完成以下参数配置：

2.2.1 输出电压设置为额定输出电压；

2.2.2 输出电流设置为零；

2.2.3 过压值设置为最大过压值；

2.2.4 从机模式；

2.2.5 自动输出。

上述参数自动配置完成后并存入到电源模块的EEPROM芯片中，EEPROM芯片具备断电后记忆功能，电源模块关机后再次开机将调用已存储好的上述参数并自动运行，结合基本并联的连接和从机输出电流的模拟编程配置方法可以实现高级并联的设计。

3.结语

通过设计与调试过程的结果来看，主从式并联均流设计能够实现良好的均流效果，主机电源模块关机时，从机电源模块输出电压为零，且其中一个从机关机时，其它从机能够正常工作。

[1]sanjaya Maniktala,王健强.精通开关电源设计[M].北京:人民邮电出版社,2015.