平均電流法在數(shù)字DC/DC電源中的應(yīng)用分析

賈高松

摘要：在科技發(fā)展的背景下，電子設(shè)備一半需要采用大容量的直流電源來(lái)供電。隨著大功率負(fù)載和大電流負(fù)載的需求，電源模塊并聯(lián)控制技術(shù)的研究得到了廣泛的重視，如何實(shí)現(xiàn)并聯(lián)模塊電源板塊間輸出電流的平均分配，讓其成為技術(shù)的核心要素，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題而言，本篇文章介紹了平均電流均流法，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)展開(kāi)了分析，并驗(yàn)證了其科學(xué)性和真實(shí)性。

關(guān)鍵詞：平均電流;DC/DC;應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，在電子設(shè)備的應(yīng)用上一般都需要應(yīng)用大容量直流電源，因?yàn)閱蝹€(gè)的電源組件產(chǎn)生的功率容量是有局限性的，在需要大范圍供電的時(shí)候，假如采用單獨(dú)的電源供電，變換器需要承受較大的壓力，會(huì)造成多方面的困難，提供大功率的輸出是未來(lái)電源技術(shù)發(fā)展的主要方向?？偟膩?lái)說(shuō)，大功率負(fù)載的需求以及分布式電源的發(fā)展，讓開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)研究的必要性凸現(xiàn)出來(lái)和傳統(tǒng)的單電源供電而言，并聯(lián)電路有很多優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)可避免的會(huì)存在不足之處，本篇文章主要介紹了并聯(lián)均流控制當(dāng)中的平均電流均流法，以期望對(duì)行業(yè)內(nèi)的相關(guān)實(shí)踐有所幫助。

一、并聯(lián)均流控制

在實(shí)際的電源應(yīng)用過(guò)程中，通常因?yàn)橐慌_(tái)直流穩(wěn)定電源的輸出參數(shù)難以實(shí)現(xiàn)基本要求，并且滿足這種參數(shù)要求的直流穩(wěn)定電源有開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)時(shí)間的浪費(fèi)，一定會(huì)提升電源付出的成本，延長(zhǎng)交貨所需時(shí)間，影響生產(chǎn)的進(jìn)度，所以在實(shí)際的生產(chǎn)和生活當(dāng)中會(huì)依據(jù)一些串聯(lián)和并聯(lián)的方式來(lái)達(dá)到輸出電壓和輸出電流、功率擴(kuò)展的目的。

但是通常來(lái)說(shuō)，電源輸出參數(shù)的擴(kuò)展是不能夠簡(jiǎn)單以來(lái)串聯(lián)和并聯(lián)的方式來(lái)保障在擴(kuò)展之后能夠穩(wěn)定工作的，這涉及到均流和均壓的問(wèn)題，會(huì)對(duì)整個(gè)電源擴(kuò)展系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)較大的影響。

并聯(lián)均流技術(shù)就是指在并聯(lián)之后的每個(gè)電阻原件周?chē)碾妷菏窍嗟鹊模傠娐冯娏骱头至鞯碾娮枭系碾娏骱拖嗟?，因此也可以說(shuō)達(dá)成了一定的分流作用。在日常生產(chǎn)和生活當(dāng)中常用的并聯(lián)分流技術(shù)有斜率控制法、主從控制法、外部控制電路法、平均電流均流法、最大電流自動(dòng)均流法、強(qiáng)迫均流法。本篇文章主要對(duì)平均電流法在DC/DC電源中的應(yīng)用進(jìn)行描述。

二、平均電流均流法在DC/DC電源中的應(yīng)用

平均電流法是指在并聯(lián)的各個(gè)板塊的電流放大器的輸出口各自放置一個(gè)特定阻值的電阻，并讓其接入到相同一條公用母線上，這一條母線也叫均流母線。在兩個(gè)模塊并聯(lián)的時(shí)候，電流信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)阻值相同的電阻和母線相接，因此在母線沒(méi)有電流通過(guò)的時(shí)候，母線電流是兩個(gè)模塊電流的均值。通過(guò)調(diào)整放大器輸出一個(gè)調(diào)整電壓，在其中一個(gè)模塊的電壓和母線電壓相等的時(shí)候，固定電阻上的電流為零，表明均流已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在R上的電壓不為零，表明模塊間的電流分布不均勻，兩邊的電壓不均衡，在這時(shí)基準(zhǔn)電壓通過(guò)調(diào)整，也就是通過(guò)調(diào)整放大器來(lái)改變電壓值，實(shí)現(xiàn)均流的目的

平均電流自動(dòng)均流方法相較之下有比較好的實(shí)用效果，對(duì)于電流的均衡性有較為明顯的額影響，為了保障系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)過(guò)程中可以保持穩(wěn)定，一般來(lái)說(shuō)要限制最大的調(diào)節(jié)范圍，把所有的電壓調(diào)節(jié)到捕捉范疇之內(nèi)，假如一個(gè)模塊均流線出現(xiàn)短路，系統(tǒng)就不能實(shí)現(xiàn)均流，單個(gè)模塊限流也可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，在大的系統(tǒng)當(dāng)中系統(tǒng)穩(wěn)定性和負(fù)載均流的瞬態(tài)效應(yīng)之間的矛盾性不容易得到解決。

三、平均電流自動(dòng)均流法改進(jìn)分析

上述內(nèi)容介紹了平均電流法的優(yōu)勢(shì)和缺陷，因此，筆者針對(duì)其中存在的缺陷，設(shè)想對(duì)其改進(jìn)，以完善平均電流均流法的具體應(yīng)用。

從整個(gè)電源系統(tǒng)上來(lái)看，電流型控制是個(gè)雙環(huán)系統(tǒng)，電流在內(nèi)，電壓在外，和單環(huán)的電壓控制比起來(lái)，這樣的電路比較復(fù)雜，對(duì)于這樣的系統(tǒng)進(jìn)行均流控制，就需要再加一個(gè)均流環(huán)，因此對(duì)一個(gè)模塊來(lái)說(shuō)就是一個(gè)三環(huán)系統(tǒng)，對(duì)這樣的控制系統(tǒng)而言，簡(jiǎn)單的均流方法是不適用的。首先，對(duì)于均流控制的判斷標(biāo)準(zhǔn)而言，主要是電感電流有沒(méi)有平均分配，在此基礎(chǔ)上，采用電壓型均流控制，電壓型DC./DC的均流控制是相對(duì)叫我簡(jiǎn)單的，各個(gè)板塊的輸出電壓通過(guò)均流線連接，每個(gè)版塊通過(guò)的電流誤差信號(hào)是電壓設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以對(duì)外部特性進(jìn)行調(diào)整，這種控制在實(shí)質(zhì)上指的是電壓型的控制，不具備電流型控制的優(yōu)點(diǎn)，所以在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。

筆者通過(guò)研究分析，提出兩種平均電流型控制：

首先，第一種，和電壓控制均流方式比起來(lái)多了一個(gè)電流反饋模塊，并且是外部電壓、內(nèi)部電流模式，因此電流型的控制也是三環(huán)控制，電路實(shí)際上比較復(fù)雜，這種方法模塊檢測(cè)主要是通過(guò)自測(cè)來(lái)測(cè)量輸出電壓，和標(biāo)準(zhǔn)比起來(lái)存在電壓上的誤差，在通過(guò)一定的校正之后輸出的就可以作為基準(zhǔn)電流，和電壓法類(lèi)似，通過(guò)電流的誤差大小來(lái)看是否實(shí)現(xiàn)了電流的均分，這種方法存在一定的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)在于電流誤差出現(xiàn)在電壓環(huán)里，有較好的動(dòng)態(tài)享用。但是因?yàn)槎喹h(huán)系統(tǒng)的緣故，外部的電壓在控制的時(shí)候只能按照比例來(lái)進(jìn)行，這樣的電壓在輸出的過(guò)程中有明顯的靜態(tài)誤差，不太適用特殊的高要求場(chǎng)合。

第二種，和上一種方法相同，第二種改進(jìn)方法當(dāng)中也有電流反饋控制，不同點(diǎn)在于，這一改進(jìn)方法采用的是內(nèi)電壓環(huán)、外電流環(huán)，是通過(guò)電流誤差的引導(dǎo)產(chǎn)生了信號(hào)，經(jīng)過(guò)校正之后可以當(dāng)做是電流的標(biāo)準(zhǔn)值，輸出的電流將協(xié)同這個(gè)電流，實(shí)現(xiàn)各個(gè)木塊的均流控制，因?yàn)楦鱾€(gè)模塊本來(lái)就是電流型的，動(dòng)態(tài)性上做的比較好，輸出特性也和單個(gè)模塊差距不大，參與到并聯(lián)的模塊也有獨(dú)立工作的能力。

經(jīng)過(guò)理論比較，可以看出，第二種改進(jìn)方法更有實(shí)踐意義。由于改進(jìn)型一設(shè)置在均流環(huán)設(shè)計(jì)在電壓環(huán)的內(nèi)部，讓其不會(huì)受到電壓壞的大小帶來(lái)的限制，沒(méi)有有效的改善了動(dòng)態(tài)均流效果。但是在BUCK全橋、半橋、推挽變換器，在主電路傳遞的相關(guān)函數(shù)計(jì)算來(lái)看，全部沒(méi)有右半平面零點(diǎn)系統(tǒng)，因此第二種改進(jìn)方式比較有效。

筆者做了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證上述方法，得出結(jié)論，第二種改進(jìn)方法是科學(xué)合理的。

四、結(jié)語(yǔ)

采用均流母線實(shí)現(xiàn)均流控制的方法可以有效地保障多個(gè)模塊在動(dòng)和靜兩種情況下的均流控制，產(chǎn)生了較好的效果，多個(gè)模塊在并聯(lián)的時(shí)候能夠和單個(gè)的輸出效果如初一轍。并且在負(fù)載從小到大排列的過(guò)程中對(duì)于負(fù)載范圍的穩(wěn)定性以及動(dòng)態(tài)過(guò)程中的穩(wěn)定也是比較出色的，并聯(lián)模塊一般是獨(dú)立的，在并聯(lián)式選擇策略的時(shí)候更加靈活，可以對(duì)系統(tǒng)展開(kāi)充分的利用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張亮，陳淵睿.平均電流法均流在數(shù)字DC/DC電源中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2012（6）：858-860.

[2] 符贊宣，瞿文龍，張旭.平均電流模式DC/DC變換器均流控制方法[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，43（3）：337-340.

[3] 夏光濱，趙冬玉，于斌，et al.平均電流模式控制的單線并聯(lián)均流DC-DC變換器研究[J].通信電源技術(shù)，2012，29（3）.

（作者單位：西安電子工程研究所）