开关电源的分布式并联均流技术探讨

开关电源的分布式并联均流技术探讨

何荣盛

广州市迪士普音响科技有限公司广东广州510450

摘要：本文将从分布式的并联均流概况出发，对分布式的并联均流技术进行分析与探究，为相关人员提供合理化帮助和建议，更好地实现并联均流。

关键词：并联均流；分布式；开关电源

引言：分布式的并联均流和原有的集中式电源相比具有诸多优势，包括产品标准、维护便捷、可靠性高、冗余便利、重量轻、体积小、设计灵活等，但是不同模块在并联运行时由于特性不同，容易导致部分模块因电压调整率小而承担过大电流，有时甚至会引发过载现象。因此，研究分布式的并联均流技术具有一定现实意义。

一、分布式的并联均流概况

开关电源在长期的发展过程中，种类数量呈不断上升的趋势，其功能也逐渐变强，开关电源如图1所示。按照不同负载的不同供电可靠性需要，可将开关电源分成三种主要运行模式。一是并联冗余模式，该模式运用“n+N”的模式，n是后备电源，N是提供负载电源，通过并联这些模块，使得工作模块遇到故障后能够继续运行后备模块。二是并联模式，该模式运用“N”模式，并联多台电源进行供电，负载功率由个电源均匀承担。三是单机集中模式，在此模式下，负载完全由单一电源来供电。

图1开关电源示意图

在三种模式中，第三种模式成本低、结构较为简单，不过可靠性较低。第二种模式成本较高，有大量电源，在运行过程中有一路遇到故障并不会使负载运行受到严重影响，仅降低供电的最大能力。而第一种模式的成本比另外两种高，但是出现故障的电源如果低于n台，则电源依然可以为负载提供全部需要的功率。并联均流并非把不同电源输出端简单进行连接即可，需要各单元对负载功率能够均匀承担。因此，利用并联均流的技术可以比较均流总线和电源单元的电流，并使不同单元电源实现均匀分配。

二、分布式的并联均流技术

（一）主从设置技术

主从设置技术主要是在n个变换器的并联模块里，指定一个主模块，剩下的是从模块，从模块需要随主模块进行电流分配。不同的模块都采用双环控制系统，主模块工作的方式是电压型控制，从模块工作的方式是电流型控制。运用该技术进行均流时有较大的精度，不过，当主控电源发生故障以后，系统整体便会进入失控状态。与此同时，系统受误差电压的统一控制时，无论何种非负载电流造成误差电压产生变化都容易使每个并联电源再次分配电流，对具体均流精度产生不同程度的影响。在运用主从设置技术时，主控电源的回路带宽尽量不要过宽，并且主从电源需保持较短的连接距离。

（二）最大电流技术

所谓最大电流技术指的是并联中的n各模块，对从模块、主模块进行自动设定，若某一模块输出的电流比其它模块都大，那么此模块便会自动作为主模块，剩余模块会作为从模块，通过依次整定电压误差，使负载电流的不平衡分配得到校正，因此也叫作主从自动控制技术。例如，近期名为Unitrode的美国公司研制出uc3907型集成控制器，该控制器能够对电源模块电压进行有效调节，使不同模块彼此的均流得以实现，调试、设计开关电源与并联电源的过程也得到大量的简化。

（三）均流控制器增设技术

均流控制器增设技术指的是把特殊均流控制器增设于各模块控制电路内，用来对不同模块并联电流是否存在不平衡状况进行检测，通过对控制信号展开适当调整来实现均流。采用该技术进行自动均流时，能够让电流不均衡度在并联的各模块中始终低于百分之五。与此同时，增设均流控制器以后，容易增加并联电源系统动态的分析难度，若工作人员未能有效设计好均流控制环，就容易让系统处于不稳定的状态，并导致系统降低动态性能。

（四）输出阻尼技术

该技术主要是在开关变换器中调节输出阻抗，从而实现并联模块与均流相接近的目的。从本质上讲，输出阻尼技术是开环控制的一种，处于小电流情况下，电流分配情况较差，处于重载情况下，电流分配情况较好，属于均流技术中相对简单的一项技术。但是，该技术有一定缺点，在降低电压的调整率以后，要想实现均流需要逐一调整各模块，若并联模块的额定功率不同，则运用该技术不能实现均流。与此同时，物理条件变化、老化、元件器容差等还会使电流分配变得不均匀，因此，运用该技术实现均流后，如果电源系统经过一段时间的运行出现以上变化，那么电流分配仍会变得不均匀。除此之外，输出阻尼技术运用到系统后会降低系统的电压调整率，这使得该技术不能够应用到电压调整率高的情况。

（五）平均电流技术

平均电流技术指的是将各模块并联的电流放大器借助电阻与均流公用母线相连接，将均流控制电压与基准电压向结合，和反馈电压比较、放大，形成一个误差电压用来对驱动器、pwm进行控制，各电源模块电压的取样信号、均流母线的电压信号经过比较，借助调节放大器进行误差电压的输出，以此对模块单元的电流输出进行调节，并实现均流的目的。平均电流技术能够让均流实现的更为精准，不过实际应用过程中容易遇到一些问题。例如，广东省某工作人员运用平均电流技术进行均流的过程中，均流母线出现了短路问题，与母线相接的其中一个模块无法工作，导致母线降低了电压，其它模块也随之降低电压，部分模块降低到下限值，致使该电源系统出现故障。由此可见，运用该技术时应尽可能避免均流母线短路。

（六）自动热应力均流技术

自动热应力均流技术主要根据各模块温度、电流等热应力进行自动均流。放大和检测模块的负载电流以后，将低带宽的电压输出，各模块均流度由其温度、电流所决定，模块电流和电压具有正比关系，添加到电阻电桥的一个输出端，再将电桥输出连接到放大器的一个输入端，然后与均流母线相连接，相应电阻能够起到平均电路、加法的作用，使得各模块的平均电流、母线电压呈现出正比关系。在整个电源系统中，电源柜内的并联模块会因不同位置而形成不同散热条件与对流状况，使得部分模块温度较低，另一部分模块温度较高。不过，运用自动热应力均流技术以后，电源柜的设计无需对模块布置进行考虑。除此之外，系统的回路频带较窄，对于噪声的敏感程度不高，因此电源柜的设计也无需对屏蔽噪声进行考虑。

结语：总而言之，研究分布式的并联均流技术具有重要的意义。相关人员应对分布式的并联均流概况有一个全面了解，能够合理运用主从设置技术、最大电流技术、均流控制器增设技术、输出阻尼技术、平均电流技术、自动热应力均流技术等多种并联均流技术，从而获得更加理想的开关电源均流效果。

参考文献：

[1]胡超,张兴,石荣亮,等.分布式电源并联系统中基于荷电状态均衡的改进型下垂控制策略[J].太阳能学报,2019,40(03):809-816.

[2]方天治,沈乐,何玮,等.多逆变器模块输入串联输出并联组合系统的分布式控制及其冗余技术研究[J].中国电机工程学报,2019,36(08):2223-2232.