組合混聯式充電電源及其功率均分策略研究

摘要：為適應大容量和模塊化充電電源發展的需求，提出一種基于串并混聯結構的充電電源，它由4個改進的移相全橋電路模塊構成。該充電電源采用先恒流后恒壓的兩段式充電方法，控制器則采用電流環和電壓環并聯切換的結構，同時引入一種外環控制加平均電流的功率均分策略，并根據頻域分析法設計了均流和均壓控制器。最后，設計了一套2并2串的實驗樣機。實驗結果表明，采用該充電電路拓撲和控制策略，輸出電流和電壓的不均衡度均小于5％，很好地驗證了分析及設計的正確性。
關鍵詞：電源；串并混聯；功率均分；移相全橋變換器

1 引言
開關電源系統采用串并混聯結構，具有可靠性高，冗余配置，模塊特性好等特點，便于系統管理和維護。但混聯結構的電源模塊之間需采取均流、均壓措施，以保證輸出電流和電壓在各模塊之間均衡分配。均流技術分為下垂法和有源均流法，有無均流母線是兩者的根本區別下垂法僅適合小功率應用。而有源均流策略實際上包含控制方法和均流母線的形成方法。控制方法有外環控制(OLR)、內環控制和雙環控制；均流母線的形成方法包括平均電流(BAP)法和主從(MS)法。其中MS法包括指定主模塊法和自動選主法。在此設計的充電電源系統采用改進的移相全橋變換器及OLR+BAP法的功率均分策略，有效解決了電源模塊的功率均分問題。

2 串并混聯式充電電源拓撲介紹
四模塊串并混聯結構框圖如圖1所示。先將模塊1～4分別串聯，然后再將兩串支路并聯組成四模塊的混聯結構。

單模塊電路如圖2所示，其主電路在傳統移相全橋ZVS變換器的變壓器初級加了兩個箝位二極管VD7和VD8，可有效抑制變壓器次級整流二極管的高頻振蕩，減小電壓反向恢復尖峰。