1、一种实用的开关电源均流线路马利军，尹斌（河海大学电气工程学院，南京，210098）http:/摘 要：本文主要讨论了开关电源模块中的平均值自动均流法的原理，并在此基础上提出了一种改进思路及其实际的均流线路，做了相关实验，验证电路的可行性。关键词：平均值自动均流法、开关电源、均流线路在电源的实际使用过程中，各种负载对于供电的可靠性要求不同，当单台电源不能提供负载的全部容量的时，就需要多个电源模块并联使用，以提高电源的容量和运行的可靠性。通常的使用方式是并联运行或者并联冗余运行，其原理就是将 N 个电源模块并联使用提供负载的全部容量或大于负载的全部容量。在实际的使用过程并不是简单的把各个电源并联使
2、用就可以让电源平均承担功率。这是由于电源各自参数的分散性，使得每个电源的开路电压和内阻均会存在差异，通常开关电源的内阻都非常小，因此开路电压很小的差异就会导致各电源的输出电流有较大的差异，这种状态会导致各个电源的寿命衰减不一致，达不到电源的可靠性和稳定性的要求，这就要求在电源并联使用过程中使用均流技术 1。常用的均流方法有：输出阻抗法（又称下垂（Droop）法）、主从设置法、平均电流自动均流法、热应力自动均流法、外加控制器均流法和最大电流自动均流法。本文主要分析平均值自动均流方式以及在实际使用中的改进方式。1、 平均值电流自动均流方式23图 1. 平均电流自动均流法原理图平均电流自动均流方法是
3、建立在数学模拟电路（平均值电路）的基础上，因而不需要外部控制器，用单一总线连接所有电源模块就可以。如图 1：每个电源模块的负载电流经电流检测和放大为与负载电流成比例的电压信号Vi ，各模块的Vi 与均流母线的电压V 相比较，b其中V 为 n 个电源模块的电流信号的平均值，改变电流误差放大器产生电流误差信号Ve ，b叠加电源的给定电压信号Vr 以调节电源电压的基准Vr ，调整后的电压基准Vr 与模块的反-1-http:/馈电压 Vf 相比较产生电压误差信号，以达到控制电源 PWM 及驱动电路的目的，从而改变模块的输出电压，调节输出电流，实现模块间的负载电流的均分。平均电流自动均流发可以实现的系统
4、均分负载电流，但它同时存在其固有的缺陷。当均流母线发生短路或者在均流母线上的任一模块出现故障时，将会使均流母线电压降低，从而使得各模块的输出电压降低，引起整个系统发生故障。具体分析如下：图 2. 平均电流自动均流法示意图如图 2 ，RS1,RS2,RS3 分别是三个模块的取样电阻，其中有 RS1=RS2=RS3=RS ，R1=R2=R3RS，则 RS 上的电压与 R1 、R2、R3 点列写 KCL 方程有：I1+I2I3=0 （1）由于 R1=R2=R3RS，可忽略不记，有解得：1+Vcs VR12+Vcs VR23=Vcs VR30 （2）Vcs = V1 + V 2 + V 33 （3）其
5、中有 RS 上电压为：V 1 =RS I V 2 = RS I2 2V 3 = RS3 I 3 （4）1 1 ，联立（3）、（4）可以得到母线的电压为：，Vcs = RS(I1 + I 2 + I 3)3 （5）可以解得每个模块的分得电流为：Ics = VCS =RS(I1 + I 2 + I 3)3 （6）假设模块 3 出现故障，其输出电流为零，即： I 3 = 0 。由（5）式得到：RS (I1 + I 2)有：VCS= 3-2- （7）V RShttp:/= =V VCS （8）1 2 +RS R1可见系统的母线电压下降，不能完成对系统发生故障的情况的处理，这不符合电源系统的可靠性和稳定
6、性的要求。2、 对平均电流自动均流方式的改进思路由于平均值自动均流法的缺陷使得系统有故障时，均流母线电压下降，其他模块输出电压将受其影响，从而影响各个模块的输出电流的均分。这里我们提出一种改进思路，当某个电源模块故障时，如果能够使模块自动从均流线路中脱离，那样均流母线就不受故障影响。改进的方法就是在各个均流线和母线连接上加上双掷开关，当某个模块出现故障时，使其自动从母线脱离。下面分析改进情况下的均流及其故障时的情况，如图 3，模块的电流取样信号经放大后的电压信号，图中 RS1=RS2=RS3=RS4=20 ，R1=R2=R3=R4=390 。由 KCL 方程可以得到下式：即：得到：Ia+ Ib
7、+ Ic+ Id= 0Vs Va+Vs Vb+Vs Vc+VS Vd=R1 R2 R3 R4+V V(9) 0 (10) Vs= Va+ Vbc d4 (11) 其中V s为均流母线电压。V s的值是典型的平均值自动均流下的母线电压情况。图 3 改进的模块均流方法假设模块 4 出现故障（短路等），模块 4 的开关断开。这就使得模块 4 从系统中隔离出来，不再参与分配负载电流。其余的模块 1、模块 2 和模块 3 继续正常运行，重新均分负载总电流，得到：-3-Vs= + VVa+ Vbc3http:/（12）Vs 电压为模块 1、2、3 的电流平均值的反映，系统可以继续均分总电流，可见，这种改进
8、的方式既有平均电流方式的准确均流的特点，又克服了平均值自动均流方式应对故障情况下的缺点，有很好的实用性和可靠性。3、改进方式下的实用线路在改进的思路下，使用继电器实现双掷开关的作用，如图 4 所示，在电路中，电流流过RS 的信号经电流放大器 U1A 放大后，输入到电流调节器 U1B 的负端，与电流调节器正端的均流母线的信号进行比较，经过电流的 PI 调节，将误差信号 Vavi 送到电压调节放大器的正端，调节模块电源的电压给定，实现系统总电流在各模块中的精确分配。图 4 本文提出的电源均流线路图系统上电正常工作后，继电器吸合，电流调节器的正端与均流母线的信号线接通，各模块的地线也接通，可以实现各
9、模块承担电流的平均值自动均流。当其中的一个或几个模块出现故障时，电源模块中的保护信号变化反映在继电器控制端（control），当继电器控制端（control）的电压升高达到一定值时，经分压为 0.7V 加到开关管 Q2 的 G 端，开关管 Q2开通，将 Q1 的 G 端电压拉低，使 Q1 关断，继电器无电流流过，停止工作，使得故障模块自动从系统中脱离出来，不再参与分配负载电流，其余正常运行的模块继续均分负载电流。这个线路很好的实现了对平均值自动均流方法的改进，克服其固有的缺点，增加了平均值法的实用性，电路的成本比目前常使用的最大电流控制方式的控制芯片 UC3902 有优势，降低了电源模块的生产
10、成本。4、均流试验结果基于上面提出的改进电路，笔者在研制的 220V/10A 电源模块上实践了上面提出的线路，将参数相同的三个 220V/10A 电源模块并联，在输出电压稳定在 220V 时，在不同负载条件-4-http:/下，实验三个模块的输出电流均流情况验证电路的实用性，如表 1 所示。表 1 三个 220V/10A 电源模块在不同负载下的均流结果总电流2.00 4.00 8.00 10.00 12.00 14.00 18.00 22.00 25.00 28.00 30.0（A）模块 1 0.71 1.52 2.73 3.33 4.13 4.63 5.93 7.25 8.26 9.32 9
11、.95模块 2 0.61 1.27 2.65 3.57 3.86 4.72 6.07 7.35 8.43 9.25 10.05模块 3 0.68 1.21 2.52 3.10 4.01 4.55 6.00 7.40 8.31 9.43 10.00从试验结果可以看出，采用该方法可以比较好地实现自动均流，均流精度较高。对三台模块分别做短路实验，其他 2 台均正常工作，可见本线路是一种比较简单、效果好、可靠性高的均流线路。参考文献：1 杨 旭、王兆安.开关电源技术 北京：机械工业出版社，2005 2 张占松、蔡宣三.开关电源的原理与设计 北京：电子工业出版社，20053蔡宣三 并联开关电源的均流技术
12、 第 11 届全国电源技术年会论文集 1995.250253A Practical Averaged Current Circuit of Switchmode PowerMa Lijun，Yin Bin(Department of Electronic and Engineering ，Hohai University,Nanjin,210098)AbstractThe principle of a averaged current of switchmode Power is analyzed in this paper.And then brings outan improved thinks and an improved circuit in this principle.At last do some experiments about this circuit proof this circuit is right.Keywords：averaged current;switchmode power;an improved circuit 作者简介：马利军（1981），男，河海大学电气工程学院硕士，主要研究方向为电力电子技术。尹 斌（1957），男，河海大学电气工程学院副教授，研究生导师，主要研究方向为电力电子技术和计算机测控技术。-5-
