開關電源的數字化和數字均流技術越來越成為其發展趨勢
計算機、通訊、空間站等的廣泛應用,要求組建大容量、安全可靠、不間斷供電的電源系統。如果采用單臺電源供電,該變換器勢必處理巨大的功率,電壓應力大,給功率器件的選擇、開關頻率和功率密度的提高帶來困難,且一旦電源發生故障,則整個系統崩潰。采用多個電源模塊并聯運行來提供大功率輸出是電源技術發展的一個方向,其系統中每個模塊處理較小功率,解決了單臺電源遇到的問題。然而一般情況下不允許模塊輸出之間直接進行并聯,必須采用均流技術以確保每個模塊分擔相等的負載電流。若采用多個電源模塊并聯供電,不但可提供所需電流,而且可形成ｎ+ｍ冗余結構,提高系統的穩定性。隨著采用數字控制的成本逐步降低及開關電源非線性控制理論和方法的不斷完善,開關電源的數字化和數字均流技術越來越成為其發展趨勢。本文先從電源的并聯均流的一般原理出發,介紹幾種傳統的并聯均流方案,并結合簡單電路圖,討論其工作原理及優缺點,最后詳細介紹一種新型實用的基于AVR單片機的數字均流方案。
1、并聯均流的一般原理
并聯電源系統中各模塊按照外特性曲線分配負載電流,外特性的差異是電流難以均分的根源。正常情況下,各并聯模塊輸出電阻為恒值,輸出電流不均衡主要是由于各模塊輸出電壓不相等引起。均流的實質即通過均流控制電路,調整各模塊的輸出電壓,從而調整輸出電流,以達到電流均分的目的。一般開關電源是一個電壓型控制的閉環系統,均流的基本思想是采用各自輸出電流信號,并把該信號引入控制環路中來參與調整輸出電壓。選擇不同的電流信號注入點,可以直接調節系統基準電壓、反饋電壓誤差或者反饋電流誤差,形成多種均流方案,以滿足不同的穩態性能和動態響應。
2、傳統的電源均流技術
2.1 主從方式均流法
實質是指定一定模塊為主模塊，工作在電壓源方式下，它直接連接到均流母線；其余的為從模塊，工作在電流源方式下，它們從母線上獲取均流信號，由于存在統一的誤差ΔU，模塊的輸出電流與誤差電壓成正比，所以不管負載電流如何變化，各模塊的電流總是相等的，從而實現均流控制。這種方式均流精度很高，可達0.5%以內。
分析可知采用這種均流法有以下特點：
①一旦主模塊出現故障，整個系統將崩潰；
② 電壓環工作頻帶寬，容易產生噪聲干；
③ 精度高，控制結構簡單；
④ 主/從單元有均流母線聯系，模塊間連線復雜。
2.2 平均電流法（自動均流）
它是將并聯工作的每個模塊電流取平均值后，將平均電流值送給每個模塊，各模塊都以這個平均電流值為目標自動調節自己的輸出電流。
N 個并聯模塊中的一個模塊按平均電流自動均流的控制電路原理圖，并聯的各模塊的電流放大器輸出端，通過一個電阻R 接到均流母線上，電壓放大器輸入為基準電壓和均流控制電壓的綜合，它與Uf 進行放大后，產生電壓誤差Ue 控制PWM 及驅動器。Ui 為電流放大器的輸出信號，和每個模塊的負載電流成正比，Ub 為母線電壓。假設N=2，也就是兩個模塊并聯運行狀態下，Ui1 和Ui2 分別為模塊1 和2 的電壓信號，都經過阻值為R 的電阻接到母線B ，母線電流I 值計算如下：I=（Ui1-Ub）/R+（Ui2-Ub）/R 當母線電流I=0 時，由上式得出：Ub=（Ui1-Ui2）/2。母線電壓Ub 是Ui1 和Ui2 的平均值，也代表了模塊1、2 的輸出電流平均值。代表均流誤差的Ui與Ub 之差，經過調節放大器，輸出調整電壓Uc，Uc 值可正可負。當Ub=Ui 時，電阻R 上的電壓為零，調整電壓Uc=0， 實現了均流。一旦模塊間的電流分配不均勻，Ub≠Ui，電阻R 承受電壓，由這個電壓控制A1，再由A1 控制功率級輸出電流，以達到均流目的。
它的特點是：
Ⅰ.當均流母線短路或某個模塊不工作時母線電壓下降，將促使每個模塊電壓下調，甚至達到下限，造成故障；
Ⅱ.均流效果較好，易實現準確均流；
Ⅲ.可以構成冗余系統，均流模塊數理論上可以不限，但應根據實際的調試確定模塊數。
2.3 最大電流法
由于二極管的單向導電性，這樣只有當N 個單元中輸出電流最大的一個電流放大器輸出才能使二極管導通，與均流母線相連。該模塊即為主模塊，其余的為從模塊，比較各自電流反饋與均流母線之間電壓的差異，通過誤差放大器輸出來補償基準電壓，進而達到該單元均流調節作用。其特點是：在這種均流方式下，參與調節的單元由N 個單元中的最大輸出電流單元決定，一次只有這個最大輸出電流單元工作，這個最大電流單元是隨機的，所以它有稱作“民主均流法”；由于二極管存在正向壓降，因此主模塊均流總有誤差，而從單元的均流效果總是最好的。
并聯強迫均流與計算機均流控制
3.1 并聯強迫均流
所謂強迫均流,就是通過監控模塊實現均流。實現方式主要有軟件控制和硬件控制兩種。由監控模塊獲得所有并聯模塊的平均電流值,再用這個平均電流值與模塊電流值比較,比較的結果用來補償電壓基準。軟件控制是通過軟件計算,比較模塊電流與系統平均電流,再調整模塊電壓,使其電流與平均電流相等。軟件方式易于實現,均流精度高,但其瞬態響應較差,調節時間長。軟件控制時實現恒流控制的算法較多。
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