輸出并聯均流電路設計

摘 要：針對大型的用電設備，如果對此整體設計一個高功率的電源，應用的器件應力會非常大，相應的體積 和成本也會成倍的增加。根據不同的市場應用環境和產品需求定位，可以選擇不同的均流方案，對此類設計進 行了實際應用探討。

關鍵詞：輸出并聯；均流電路模塊

0 引言

目前市面上的設備通常都是使用1KW以下的電源供電，而針對大型一點的用電設備，功率可能會到3KW、甚至5KW以上，如果對此整體設計一個高功率的電源，應用的器件應力會非常大，相應的體積和成本也會成倍的增加。

而如果選擇用多個低功率電源并聯使用達到高功率輸出（如3個1KW電源并聯，達到3KW輸出功率），設計難度會降低很多，同時從系統的角度考慮，這樣也能節省成本，為了實現電源模塊的并聯輸出，這里就需要用到并聯均流技術。

1 均流電路常見方式

我們要如何實現電流均流呢？當兩個模塊并聯使用時，經常會出現一個模塊輸出電流高，一個模塊輸出電流低的情況，這種時候，如果我們能夠讓輸出電流高的模塊電壓下降，或者輸出電流電流低的模塊電壓升高，就可以實現各個模塊電流往均流方向調節。

一般有以下幾種方式，可以實現模塊的均流功能：

（1）輸出阻抗法（下垂法）

這種方法是通過調節模塊的輸出阻抗，達到近似均流的目的。如下圖，單獨使用時，如果模塊輸出電流增大，通過電流檢測電阻R1將電流信號放大，疊加到電壓環負反饋輸入端，經過與基準電壓Vr比較后，輸出信號通過環路反饋，使得輸出電壓降低，降低模塊輸出電流。

模塊并聯使用時，假設模塊1輸出電流大，電流信號通過負反饋使得模塊1輸出電壓降低，此時模塊1輸出電流下降，故而模塊2輸出電流就會增加。最終兩個模塊實現均流。

而這種均流方法，隨著電流的增加，輸出電壓會降低，對于有電壓精度要求的后端設備來說是不合適的，且均流精度相對較低。

（2）主從設置法

    這種方法就是通過人為的設置一個主模塊，其余的模塊全部已主模塊為參考分配電流，如下圖：

圖中每個電源模塊都是雙環控制系統，在這種控制系統中，工程師將模塊l設定為主模塊并使其以電壓控制工作，其余的模塊設置為從模塊，按電流型控制方式工作。

Ur為主模塊的基準電壓，Uf為輸出電壓反饋信號。經過電壓誤差放大器，得到誤差電壓Ue，成為主模塊的電流基準，與Ui1（該參數反映主模塊電流的大?。┍容^后，產生控制電壓Uc1，控制調制器和驅動器工作。其中主模塊電流將按電流基準Ue調制。

模塊并聯使用時，各個從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，主模塊的電壓誤差Ue輸入各跟隨器，跟隨器輸出均為Ue，成為各個從模塊的電流基準，因此各個從模塊的電流均按Ue值調制，與主模塊電流基本一致，從而實現模塊間的均流。

這種方法能夠較好的確保產品實現穩定的運行，且不會出現電流分配特性差等問題。但是這種均流方式需要主從模塊之間有通訊連接，且如果主模塊失效，整個電源系統就不能正常工作，因此主模塊的穩定性決定了整個系統可靠性，故只能均流，不適合構成冗余并聯系統。

（3）平均電流法

這種均流方法要求并聯各模塊的電流放大器輸出端，通過一個相同阻值的電阻R接到一條公用母線上，稱為均流母線（ShareBus），如下圖：

上圖為并聯模塊中每個單一模塊都按平均電流自動均流的電路原理圖。由上圖可知，電壓放大器的輸入為Vr′和反饋電路Vr，Vr′是基準電壓Vr和均流控制電壓VC之和，它與Vf進行比較放大后產生Ve(誤差電壓放大)，Ve控制PWM及驅動器對功率級的輸出進行調整。

模塊并聯使用時，所有模塊的輸出經過電流采樣放大，接入共同的均流母線。根據基爾霍夫定律，所有支路流進母線的電流之和為0，可知：

此時Vb反應的是所有模塊的電流平均值，Vi和Vb之差為均流誤差，經過誤差放大器后得到控制電壓Vc。當Vb=Vi時，表示各模塊均流；當Vb≠Vi時，說明電流分配不均，不均模塊的Vi與均流母線Vb的誤差控制信號與Vr相加后輸入到電壓放大器，輸出誤差信號Ve，從而調整模塊輸出，使得各模塊的均流。

此方法能夠比較精準的實現均流，但是當均流母線接地，或者某一模塊失效時。都會使得模塊的電壓降低，導致輸出故障。

（4）母線峰值電流法

峰值電流法，要求并聯各模塊電流放大器的輸出端，通過一個相同的二極管D接到同一條均流母線上（ShareBus），如下圖：

模塊并聯使用時，均流母線Vb等于Vi-Vdf（二極管壓降）。也就是說此時的均流母線電壓，與各模塊中最大的Vb正相關。這種均流方式，能夠自動的將負載電流最大的模塊變成主模塊，其余模塊通過控制回路，將輸出電流向主模塊靠攏。

這種方法，能夠在其中一個模塊失效時，其余模塊會再次選擇一個主模塊，保證系統仍然能夠正常工作，但是由于均流母線和模塊電流采樣電壓相差一個二極管壓降，導致其余模塊無法和主模塊保持電流完全一致，對均流精度有一定的影響。

2 結束語

根據不同的市場應用環境和產品需求定位，可以選擇不同的均流方案，目前市面上常見的均流方式為母線峰值電流法：如金升陽的LMF1000系列，通過母線峰值均流法，不僅能夠實現較高的均流精度，而且還能實現并聯冗余功能，保證某一模塊失效后，對后端不會產生較大的影響，大大提高系統的可靠性和穩定性。

(注：本文轉載自《電子產品世界》雜志2023年2月期)