基于大功率LED的并联均流驱动电源探究

张爱君

（西安科技大学高新学院，陕西 西安 710109）

1 主从法控制的交错并联Buck电路特点

LED是一种单向导电器件，被用于直流电流或单向脉冲电流进行驱动[1]。随着其使用范围的扩张，单个小功率开关电源已无法满足其快速发展与应用的需求。如果简单地将多个小功率开关电源并联起来以满足大功率需求，将会出现各个子模块电源负担不一致的负载电压情况。通俗的讲，就是一部分子模块电源输出电流小，另一部分子模块电源输出电流大，输出电流大的子模块电源长期高负荷运行会带来一定的安全隐患，所以要消除这种现象，需要应用均流技术。均流控制技术在实现电流应力降低的同时，还能有效地提高整个供电系统的灵活性和可靠性。

想要通过均流技术实现多个子模块电源的稳定并联运行，需要增加辅助电路来实现均流功能，这样才能使所有子模块电源均匀分担负载以达到大功率的输出。在并联输出中，交错并联是一种高效的输出形式，当有N个子模块电源交错运行，就表示每一个并联的子模块电源控制开关频率相同，但每个子模块电源的初始导通时刻都依次推移了1/N个开关时间周期。交错并联电路与普通并联相比，交错并联电路能够有效降低输出电流和电压的纹波量，能够增强输出电流和电压的纹波频率，交错并联电路可以在不增加开关频率、器件应力和开关损耗的情况下，最大限度地减小输出滤波器的重量和体积。

2 主从法均流控制电路

电压型和电流型为当前降压型直流变换器的主要控制方式。主从法均流控制适用于电流型，并且电流型中的双环控制方式通过电流内环以及电压外环闭环控制，能够提高系统的稳定性。主从设置法均流控制电路如图1所示。

由图1可以看到每个电源模块都由双环控制系统，在这种控制系统中，模块1设置为主模块并让其按照电压控制规律工作。对于剩余的N-1个模块，它们按照电流型控制方法进行工作。Vr为主模块基准电压，Vf为输出电压反馈信号。通过电压误差放大器，就能得到误差电压Ve，它作为主模块的电流基准，Ve与Vi1比较后，产生控制电压V，用来控制调制器和驱动器[2]。主模块电流按照电流基准V进行调制，模块电流近似与Ve成正比。在完成并联设置后，各个从模块的电压误差放大器变为跟随器[3]，当主模块的电压误差值Ve输入至各个跟随器，跟随器输出电压均为Ve，为从模块的电流基准，因此各个从模块的电流均按同一电压（V）值来进行调制，与主模块电流基本一致，从而实现模块之间的均流。

3 交错并联Buck电路

根据本文探究的目的，首先设计交错并联Buck电路，其电路图如图2所示。

交错并联Buck电路中S1、S2、L1、C1和Controller组成第一级降压变换器，S1主控制开关，S2为同步开关；S3、S4、L2、C1和Controller组成第二级降压变换器，S3为主控制开关，S4为同步开关。电容C1为两个变换器共用电容，Controller为整个降压变换器的控制模块。采用交错并联控制后的各相的输出电流将有规律地叠加，有效地降低了交错并联Buck电路的总输出电流的纹波电流，提高了系统的带负载能力，并且也提高了系统的动态响应速度。

4 仿真检验

本文通过MATLAB中的Simulink库建立一个模型，再通过Simulink建立电路系统模型对实验结果进行仿真检验，本次探究的系统电路图如图3所示。

4.1 仿真参数设置

设定输入系统电压25~350 V，输出电压100 V，负载电阻4Ω，相应的输出电流25 A，输出功率2 500 W，开关频率取20 kHz。

4.2 仿真波形与分析

对均流系统进行仿真，便得到系统在稳定状态下的工作波形，输入电压波形如图4所示，相应的输出电压波形如图5所示，输出电流波形如图6所示。

5 结论

与传统线性电源相比，通过上述仿真，可以看到主从法控制的交错并联Buck电路对多组电源并联具有均流控制效果。