程控直流開關(guān)電源模塊的主從式并聯(lián)均流設(shè)計

凱邁（洛陽）測控有限公司 李奎偉

程控直流開關(guān)電源模塊的主從式并聯(lián)均流設(shè)計

凱邁（洛陽）測控有限公司 李奎偉

介紹了基于程控直流開關(guān)電源模塊的主從式并聯(lián)均流設(shè)計原理及連接方法，分析了基本并聯(lián)和高級并聯(lián)的不同特點(diǎn)，該主從式并聯(lián)均流設(shè)計在電源模塊具有恒壓、恒流、模擬編程等條件下控制方法簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的均流，方便電源模塊的功率擴(kuò)展。

恒壓；恒流；模擬編程；主從式并聯(lián)均流

引言

為實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源模塊的功率擴(kuò)展，一般希望通過電源輸出并聯(lián)方式增加功率輸出，然而一般情況下不應(yīng)模塊輸出間直接進(jìn)行并聯(lián)，必須采用均流技術(shù)以確保每個模塊分擔(dān)相等的負(fù)載電流，否則，并聯(lián)的模塊有的輕載運(yùn)行，有的重載甚至過載運(yùn)行，輸出電壓低的模塊不但不為負(fù)載供電，反而成了輸出電壓高的模塊的負(fù)載，熱應(yīng)力分配不均，極易損壞。

1.對于多個模塊并聯(lián)運(yùn)行基本要求是

1.1 輸進(jìn)電壓或者負(fù)載發(fā)生變化時，保持輸出電壓穩(wěn)定；

1.2 控制各模塊的輸出電流，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流均勻分配，動態(tài)響應(yīng)良好。

為進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性，并聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)該具備以下特性：

當(dāng)任意模塊發(fā)生故障時，其余模塊繼續(xù)提供足夠電能，整個電源系統(tǒng)不會崩潰；實(shí)現(xiàn)熱拔插，電源系統(tǒng)真正意義上的不中斷供電；均流方案無需外加均流控制單元；使用一條公共的低帶寬均流總線來連接各模塊。1 均流方法

根據(jù)并聯(lián)電源系統(tǒng)中模塊之間有無傳遞均流信號的互連線，所有均流方法可分成兩大類：下垂法和有源均流法，下垂法為模塊之間只有輸出端導(dǎo)線相連;有源均流法除了連接輸出導(dǎo)線外，還用均流母線把各模塊連在一起。

1.3 下垂法

下垂法（又叫斜率法，輸出阻抗法）是最簡單的一種均流方法[1]。實(shí)質(zhì)是利用本模塊電流反饋信號或者直接輸出串聯(lián)電阻，改變模塊單元的輸出電阻，達(dá)到均流。

下垂法的特點(diǎn)：模塊之間無互連通訊線；實(shí)為開環(huán)控制，小電流時均流效果差，隨著負(fù)載增加均流效果有所改善；可以應(yīng)用在均流精度大于10%的場合；對于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實(shí)現(xiàn)均流。

1.3.1 有源均流法

有源均流法是均流方法中的一大種類，其特征是采用互連通訊線連接所有的并聯(lián)模塊，用于提供共同的電流參考信號。一般并聯(lián)變換器采用雙環(huán)控制，即電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)雙環(huán)控制，形成各類有源均流法，如主從法、均勻電流法、最大電流法等。

2.主從式并聯(lián)均流設(shè)計

為實(shí)現(xiàn)良好的均流設(shè)計，程控直流開關(guān)電源模塊應(yīng)具有恒壓和恒流控制，并能自動進(jìn)行恒壓和恒流轉(zhuǎn)換；電壓和電流的調(diào)整，除手動和數(shù)字通訊接口編程調(diào)節(jié)外，具備模擬編程功能，并提供輸出電流監(jiān)測信號作為共同的電流模擬編程信號。

多個相同輸出電壓和電流規(guī)格的程控直流開關(guān)電源模塊可以并聯(lián)使用，其中一個電源模塊配置為主機(jī)，其它電源模塊配置為從機(jī)。主機(jī)工作在恒壓狀態(tài)，只有主機(jī)可以通過數(shù)字通訊接口進(jìn)行輸出電壓、電流等編程控制；從機(jī)工作在恒流狀態(tài)，從機(jī)可以通過通訊接口讀取電壓、電流、狀態(tài)等信息。

主從式并聯(lián)均流設(shè)計可采用基本并聯(lián)和高級并聯(lián)，基本并聯(lián)主要是指每個電源模塊顯示各自的輸出電壓和電流信息，主機(jī)輸出電流設(shè)置為平均電流（總電流/電源模塊數(shù)量）；高級并聯(lián)主要是指通過并聯(lián)將多個電源模塊配置為一個電源模塊，主機(jī)顯示輸出電壓和輸出總電流，從機(jī)只顯示操作狀態(tài)（輸出、不輸出、故障狀態(tài)等）。

2.1 基本并聯(lián)

以2個全橋拓?fù)渥儞Q的電源模塊并聯(lián)使用為例，電源的并聯(lián)主要通過模擬編程接口實(shí)現(xiàn)，主機(jī)工作在恒壓狀態(tài)，從機(jī)工作在恒流狀態(tài)，各自承擔(dān)一半的負(fù)載電流，主要連接和配置方法如下：

2.1.1 設(shè)置主機(jī)輸出電壓為期望的電壓，設(shè)置輸出電流為平均電流（總電流/電源模塊數(shù)量），設(shè)置過壓值為合理的過壓值；

2.1.2 設(shè)置從機(jī)輸出電壓和過壓值稍高于主機(jī)的設(shè)置值，以保證從機(jī)工作在恒流狀態(tài)和避免從機(jī)出現(xiàn)過壓保護(hù)，設(shè)置從機(jī)輸出電流為零，并將從機(jī)輸出電流的編程設(shè)置配置為模擬編程；

2.1.3 主機(jī)輸出電流的監(jiān)測信號（IMON）連接到從機(jī)的輸出電流模擬編程信號（IPGM）端，使用該電流監(jiān)測信號（IMON）對從機(jī)進(jìn)行輸出電流的模擬編程控制，實(shí)現(xiàn)良好的均流效果。

功能原理框圖見圖1，圖1中電源模塊的輸出電流通過采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號并通過運(yùn)算放大器調(diào)理放大為電流監(jiān)測信號，通過主機(jī)電源模塊的電流監(jiān)測信號對從機(jī)進(jìn)行輸出電流的模擬編程控制，主機(jī)工作在恒壓狀態(tài)，從機(jī)工作在恒流狀態(tài)。

圖1 電源模塊主從式并聯(lián)均流設(shè)計原理框圖

2.2 高級并聯(lián)

高級并聯(lián)是在基本并聯(lián)的基礎(chǔ)上，電源模塊可通過人機(jī)交互操作界面配置為主機(jī)或從機(jī)，配置為主機(jī)的電源模塊顯示輸出電壓和輸出總電流，可通過手動控制或數(shù)字通訊接口編程控制；配置為從機(jī)的電源模塊自動完成以下參數(shù)配置：

2.2.1 輸出電壓設(shè)置為額定輸出電壓；

2.2.2 輸出電流設(shè)置為零；

2.2.3 過壓值設(shè)置為最大過壓值；

2.2.4 從機(jī)模式；

2.2.5 自動輸出。

上述參數(shù)自動配置完成后并存入到電源模塊的EEPROM芯片中，EEPROM芯片具備斷電后記憶功能，電源模塊關(guān)機(jī)后再次開機(jī)將調(diào)用已存儲好的上述參數(shù)并自動運(yùn)行，結(jié)合基本并聯(lián)的連接和從機(jī)輸出電流的模擬編程配置方法可以實(shí)現(xiàn)高級并聯(lián)的設(shè)計。

3.結(jié)語

通過設(shè)計與調(diào)試過程的結(jié)果來看，主從式并聯(lián)均流設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)良好的均流效果，主機(jī)電源模塊關(guān)機(jī)時，從機(jī)電源模塊輸出電壓為零，且其中一個從機(jī)關(guān)機(jī)時，其它從機(jī)能夠正常工作。

[1]sanjaya Maniktala,王健強(qiáng).精通開關(guān)電源設(shè)計[M].北京:人民郵電出版社,2015.