開關電源并聯系統的數字均流技術

摘要：分布式電源系統應用中，并聯開關變換器模塊間需要采用均流措施，它是實現大功率電源和冗余電源的關鍵。主要討論了電源模塊并聯系統均流控制的數字化問題，提出了基于CAN總線的電源模塊間實時通信方案。

關鍵詞：開關電源；均流控制；數字化；控制器局域網

Digital Control Scheme for Load Share in a Parallel System of SMPS

WU Guo-zhong, PAN Guan- li

Abstract:The measure of current sharing is needed in distributed power application systems. It is the key of realizing big and redundancy power systems. The problems of digitizing the current sharing of parallel control system are discussed,and a real time communication plan between power modules based on CAN bus is brought forward.

Keywords:SMPS; Current sharing; Digitization; CAN

1 引言

電源系統的發展方向之一是用分布式電源系統取代集中式電源系統。這是因為分布式電源系統具有更多的優點，比如易于擴充輸出功率容量、可靠性高、使電源保持高的效率和較快的動態響應、可以實現標準化設計、便于維護等。但是外特性不同的電源模塊并聯工作時，如果不采取一定的均流措施，每個模塊的輸出電流將出現分配不均的情況，外特性好的電源模塊將承擔更多的電流，甚至過載，從而降低了可靠性；分擔電流小的模塊可能處在效率不高的工作狀態。因此必須采取均流措施。

同時分布式電源系統對兩個技術提出了更高的要求：

1）并聯模塊間的自動均流技術；

2）模塊的智能化技術。

電源模塊的數字化能夠提高其可靠性和產品一致性等工程問題，并且有利于實現智能化，是應用技術的發展方向。

2 平均電流法

目前常用的均流方法有：輸出阻抗法、主從設置法、平均電流法、最大電流法、熱應力自動均流法和采用均流控制器的方法等。為了提高電源系統的可靠性和可維護性，采用的均流方法最好有如下特點：

1）單個模塊的故障不影響整個系統的正常運行；

2）模塊之間自動實現均流，無需人為的調整和設定，無需模塊之外控制器的介入。

考慮到均流算法和數字化的特點和互補性，本系統選用平均電流法。這種方法是將并聯工作的每個模塊電流值取平均后，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，從而達到均流的目的。圖1畫出了N個并聯模塊中一個模塊按平均電流自動均流的控制電路原理圖。并聯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。如圖1所示，電壓放大器輸入為Vr′是基準電壓Vr和均流控制電壓Vc的綜合，它與Vf進行比較放大后，產生電壓誤差Ve，控制PWM及驅動器。Vi為電流放大器的輸出信號，和每個模塊的負載電流成正比，Vb為母線電壓。當N=2時，也就是兩個模塊并聯運行狀態下，Vi1和Vi2分別為模塊1和2的電流信號，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=(Vi1－Vb)/R＋(Vi2－Vb)/R (1)

圖1 平均電流法自動均流控制原理圖

圖2 82C250的功能框圖