模块化直流电源并联均流控制方法分析

盖忠伟+++程林林

摘 要：利用多台中/小功率的电源并联，不仅可以达到负载功率要求，降低应力；而且还可以应用冗余技术，提高系统的可靠性。为了使直流电源并联系统可靠工作，必须采取有效的均流控制措施，保证系统各模块近似均分负载电流。

关键词：直流电源；并联均流；模块化

1 模块化直流电源并联的优势

为适应大功率供电系统负载安全性的考虑，开始对分布式电源系统进行初步研究。传统的供电系统为提高供电的可靠性，每个负载需要备有两套完全一样的电源设备，其成本增加了一倍。分布式电源系统利用新电源系统，可以通过利用较小的电功率的电路，通过连接组合成大功率的电源系统，进行分布电源系统的时候，要保证电源体系的独立性，并保证根据用户的实际要求提高电源使用的效率，使电源系统的体积、重量大为降低。

2 并联均流控制方法的介绍

（1）输出阻抗法（droop法）并联的各模块的外特性呈下垂特性，负载越重，输出电压越低。在并联时，外特性硬（内阻小）的模块输出电流大；外特性软的模块输出电流小。输出阻抗法的思路是，设法将外特性硬（内阻小、斜率小）的外特性斜率调整得接近外特性软的模块，使得两个模块的电流分配接近均匀。可以简单的理解成输出电流越大，模块输出电压会越低，这样两个模块并联在一起，原来输出电压高的模块，由于输出电流的增加，模块输出电压降低，自然就无法输出更多的电流，那么电流就由其余模块提供了。

（2）主从设置法就是说根据设置的电路版块，根据设置的模式，跟随设置的主要版块模式，从各个电流进行统一的分析，需要根据主模块的电流进行分析，保证电流的均流。需要人为设置一个主模块，所有模块以该模块为参考，输出电流。在对工作模式的作用下，设置单元分类，其中一个单元就是对工作电流的分配方式，保障其余单元电流的工作效果，实际上就是对原来的电压和电流之间的电流进行控制，也就是说电压控制的电流源。这种均流方式最大的缺点就是，主模块是我们设计过程中指定的，如果工作过程中主模块发生问题，那么整套系统将瘫痪。

（3）平均电流法这也就是对每个模块取相应的平均电流模块，对于各个模块之间设置电流的调节输出电流，因此达到有效的均流的效果。首先要得到一个平均电流，对于电流的设置中，要对模块的总数进行分析，其中各个模块之间的电流需要进行有效分析，对于电流相对较大的时候，要对电压进行调节。在平均电流法中，将所有模块的输出电流，通过一个电阻接到一起，就可以得到所有模块输出电流的平均值，这个点我们称之为均流母线。如果V1～V4分别是四台模块的输出电流值，只要R1～R4选值一样，则A点电压值就是（V1+V2+V3+V4）/4，也就是均流母线上的电压值就是所有模块输出电流的平均值。我们采用简单的LM324，就可以实现平均电流均流法，VI代表本模块输出电流，通过一个1K的电阻引出到均流母线，均流母线上的电压为所有并联模块输出电流的平均值，当模块单独工作的时候，均流母线是悬空的，运放输入是高阻态，所以本模块电流VI与均流母线上电压一致，也就是本模块电流与均流母线电流没有偏差，整个电路输出电压（N104的1脚）为0V。这个时候通过设置R1R2的值，可以得到模块自身的输出电压，当模块并联工作的时候，如果本模块输出电流小于平均电流，即VI电压小于均流母线电压，则经过查分放大及后级放大电路后，在1脚可以得到一个VI与均流母线电压误差90倍放大后的电压值，且输出电压为正，这样就会抬高Vref的电压值，从而提高模块输出电压，增加模块输出电流。如果本模块输出电流大于平均电流，就会输出一个低的电压，降低基准，从而调低输出电压。

（4）峰值电流法将平均值均流法连到均流母线的电阻改为二极管。由于二极管的单向导电性，参与调节的模块是各模块中的输出电流最大的模块，且这个最大电流模块是随机的，就变成了峰值电流均流法。模块自动选举产生一位主模块，其余所有模塊电流向该模块靠拢，企图达到主模块的电流。平均电流均流法中，连接到均流母线的电阻换成二极管假设有N个模块并联，模块输出电流对应的电压分别为V1V2…Vn，很明显可以看到，均流母线上体现的将是模块输出电流最大的模块的电压Vx。这个模块我们称之为主模块，电路会调整所有模块输出电流向主模块对应的电流靠近，但由于均流母线电压与主模块电流对应的电压相差一个二极管压降，所以从模块输出电流永远是紧跟主模块，但超不过主模块。与主从设置法比较，这种均流方式里面的主模块，是由并联模块自己选就产生的，所以这种均流方式，也称为民主均流模式。当主模块故障的时候，在其余模块里会再次选举产生一个模块作为主模块，系统仍可以正常工作。

3 几种均流控制方法优缺点对比

控制方式的设置的好坏也就对输出的电压进行直接控制，在对较小的电流的时候需要保证分配的差异性，出现的电流保持稳定。（1）对于导致电压模块出现下降的时候，对于电流均流的精度相对较低。（2）其中各个模块的进行有效的串联。（3）对于不同的定额功率的模块要实现有效的设置精度的分析，控制结构简单，对于模块出现的故障，整个系统也就会出现严重的问题，不适于冗余并联系统；同时电压环境工作的要求较高，容易产生超生等干扰，主从模块有联系，模块间连线复杂平均电流法使用的效果比较好，可以很好的保证均流的要求，可以有效的构成冗余系统，均流模块数理论上可以不限。同时对于均流的母线出现故障的时候，可以有效的保证母线的电压的降低，从而使模块输出的电压降低，达到使用的要求，对于整个系统出现的故障可以保证最大电流法均流效果较好，易实现准确均流；有成熟的芯片，如uc3902（8脚，外围结构很简单），uc3907（16脚）。

4 结束语

想要实现多个模块电源的并联均流输出，可以采用不同的方法来完成并联设计。各种均流控制方法各有其优点与缺点，这就要求我们电气工程师根据实际使用场合来进行选择使用。

参考文献

[1]赵丽娟.模块式大功率直流电源并联均流技术的研究[D].河北工业大学，2012.

[2]路秋虎.电源并联均流技术[J].通讯电源技术，2000.