高频开关电源?？楦涸氐缌骶治侍獾难芯?/h3>
来源：宝光(厦门)电器有限公司
发布时间：2021-10-02
浏览次数：
摘要：本文重点研究多个高频开关电源?？榈牟⒘诵行枰饩龅囊桓龉丶侍?，就是负载电流的均分问题。即如果在并联系统中没有进行均流电路的硬件设计或软件设计，则可能出现其中某个或某些电源?？槌械１冉洗蟮母涸氐缌?，运行在极限状态，而有些?？榇τ谇嵩卦诵?，这将导致分担电流多的?？槿扔αΥ?，致使系统的可靠性降低。详细讨论了均流的几种控制方法，介绍了最大电流自动均流的均流控制电路仿真结果。
1 概述 信息请登陆:输配电设备网
在电力系统中的直流系统，由于普遍采用高频开关电源?？?，而对于高频?？榈娜哂啾阜菥吞岢隽艘桓龉丶奈侍?，那就是?？橹涞缌髌骄峙?。针对多个高频?？榈牟⒘低?，提出基本要求是：
(1)系统中的所有?？榈缭吹耐馓匦砸恢?，均流误差通常规定为不超过5%; 信息来自:输配电设备网
(2)采用冗余供电系统以保证任一电源?？樗鸹祷蛘吖鞅；ねＶ构ぷ魇?，负载可以从备用?？橹谢竦米愎坏牡缌? 信息来自:www.tede.cn
(3)各个?？槌惺艿牡缌髯远?，为了提高系统的可靠性，尽可能不增加外部均流控制措施，减少均流失败因素;
(4)当输入电压或负载电流变化的时候，应能够保持输出电压的稳定，并使得系统具有良好的负载响应特性，在负载突变的时候，不造成电流严重分配不均而?；?。
2 均流的基本原理
与线性电源相同，开关电源也具有如图1所示的外特性(输出特性)U0=f(I0)。R为开关电源的输出电阻，其中也包括开关电源?？榱拥礁涸氐牡枷呋虻缋碌牡缱??？赵厥?，?？槭涑龅缪刮猆0MAX，当电流变化△I时，负载电压变化△U，该?？榈氖涑龅缱栉篟=△U/△I。
信息来源:http://www.tede.cn
对电源?？槔此?，当电流增加了△I时，其输出电压降落了△U。因此上式也代表了开关电源的输出电压调整率。由图1(a)可知，开关电源的负载电压Vo与负载电流Io的关系可用下式表达： 信息来源:http://tede.cn
U0= U0max-RI0 (1)
如图1(b)所示，两台容量相同、参数相同的开关变换器并联，负载电压分别表示如有下 信息来源:http://www.tede.cn
式中R1, R2分别为?？?及?？?的输出电阻(包括电缆电阻)。设RLd为负载电阻，可解得： 信息来源:http://www.tede.cn
由图1(b)可见，当负载电流为
时，负载电压为Uo，按两个?？榈耐馓匦?电压调整率)分配负载电流ILd，斜率不相等，电流分配也不相等。当负载电流增大到
时，负载电压为
。显见，?？?外特性斜率小(即输出电阻小)，分配电流的增长量比外特性斜率大的?？?增长量大。如果能设法将?？?的外特性斜率(即输出电阻)调整得接近?？?，则可使这两个?？榈牡缌鞣峙浣咏?。使?？?和?？?外特性相近的方法如下：
(1)尽量使用性能和参数一致的器件，并使结构和安装尽量对称;
(2)利用反馈控制的方式，调整各个?？榈耐馓匦?，使它们接近一致。后者就是均流技术的基础。
3 均流原理分析与研究
实现均流的方式多种多样，它们的均流精度以及均流原理也是各不相同。常见的均流方法如外特性下垂法、主从法、平均电流法、最大电流法、热应力自动均流法、外加均流控制器法等。 信息来自:www.tede.cn
3.1 外特性下垂法
外特性下垂法又称电压调整率法，均流控制原理图见图2。其机理是调节变换器的外特性斜率(输出电阻)，在各?？榧浜侠矸峙涞缌?。实质是利用开关电源输出电阻的开环技术来获取电流输出平衡。这种均流的缺点很明显，本质上是一种开环控制，在小电流时电流分配特性差，重载时分配特性好一些，但仍不均衡。而且为了实现均流，各?？樾枰霰鸬髡?，对于不同额定功率的?？槟岩允迪志?。
图2 外特性下垂法均流控制原理图
由于外特性下垂法的系统电压调整率差，因此这一方法不可能用在电压调整率很高(例如小于3%)的电源系统中。
3.2 平均电流自动均流法 信息来自:输配电设备网
平均电流自动均流不需要外部控制器，用单一总线连接所有电源?？?。此种均流方法完全是建立在一个数学模拟电路(平均值电路)的基础上，其原理如图3所示。由于?？榈氖涑龅缌魉孀攀涑龅缪贡浠?，从而实现?？榧涓涸氐缌鞯木?。
(a) 单台 (b) 两台并联
图3 平均电流自动均流控制原理图 信息来源:http://www.tede.cn
按平均电流均分负载电流的方法可以精确的实现负载均流，但它同时存在缺陷。例如当均流母线发生短路或者在均流母线上的任何一个?？槌鱿止收鲜?，将会使均流母线电压降低，从而使得各?？榈氖涑龅缪菇档?，甚至达到其下限值，引起整个系统发生故障。
3.3 主从设置均流法
主从设置法适用于有电流型控制的并联开关电源系统中。在采用电流型脉宽调制的集成控制器件的开关电源中，电源的输出电流基本上决定于控制芯片内误差放大器的输出电压Ve。当并联的开关电源?？榭刂菩酒嗤?，可以按图4实现系统均流。人为指定其中一个?？槲髂?，其余的?？槲幽？?。主电源?？榧嗫厥涑龅缌?，并确定误差电压。各个从?？榈牡缪刮蟛罘糯笃鹘映筛嫫鞯男问?，主?？榈奈蟛畹缪筕e输入跟随器，于是跟随器的输出均为Ve，它即是从?？榈牡缌骰?，各个从?？榈牡缌鞫及赐籚e调节，与主?？榈缌骰疽恢?，无论负载电流如何变化，均能实现负载电流的均分。
图4 主从设置法均流控制原理图
这种均流方法的精度比较高，但它的缺陷是，一旦系统所选定的主?？槭Я?，则整个系统就瘫痪了,因此这个方法不适用于冗余并联系统。由于系统在同一个误差电压控制下，任何的非负载电流变化引起的误差电压变化，均能引起电流的重新分配，从而影响均流的实际精度，而且电压环的带宽大，容易受到外界噪声干扰。
3.4 最大电流自动均流法
最大电流自动均流法也叫自主均流，图5描述了最大电流自动均流法的简要原理。这种方法和平均电流法相似，只是将后者和均流线相连的电阻换成了二极管，由于二极管的单向导电性，只有输出电流最大?？榈牡缌餍藕拍苁苟艿纪?，与均流母线相通，这使得均流母线上的电压反映的是各?？橹惺涑龅缌髯畲竽？榈牡缌餍藕?，从而实现了主?？榈淖远≡?。 信息来源:http://www.tede.cn
最大电流自动均流法与主从设置均流法相比较，不同的是最大电流法实现负载均流时，其主电源?？槭撬媸北浠坏?。最大电流法能随时根据系统中承担电流最大的?？?，不断调整各并联?？榉值５母涸氐缌?，实现系统总电流在各电源?？橹械木贩峙?。因而这种控制方法能够对故障?？樽远衾?，便于实现系统冗余和热插拔，提高系统的可靠性。
图5 最大电流法自动均流控制原理图
基于以上的分析，外特性下垂法的均流精度比较低，主从设置法和平均电流法无法实现冗余技术，因而并联电源系统的可靠性得不到保证，外加控制器法使得系统变得相当的复杂。对于电力高频电源，要求它的均流精度高，动态响应快，可以实现冗余技术等，故使用先进的最大电流自动均流法非常合适。
4 均流仿真与分析 信息请登陆:输配电设备网
为了验证最大电流自动均流法的均流效果，本节利用psim软件建立仿真电路对其行进仿真分析。仿真时特建立了输出特性不一致的两个?？榻胁⒘鞣治?。对比加入均流控制前后，两?？榈氖涑龅缌?，检验其均流效果。无均流控制时，两?？椴⒘诵械氖涑龅缏凡ㄐ稳缤?所示。加入均流控制时，两?？椴⒘诵械氖涑龅缌鞑ㄐ稳缤?所示。
图6 无均流控制时，两?？椴⒘涑龅缌鞑ㄐ?
图7 均流控制时，两?？椴⒘诵械氖涑龅缌鞑ㄐ?
5 结论
本文介绍了几种常用的负载均流方法及电路分析。通过比较几种均流方法，总结出最大电流自动均流法是高频?？椴⒒褂玫淖罴逊桨?。并对最大电流自动均流的均流控制电路进行了仿真试验。随着电力电子技术的不断发展，必将推动高频开关电源均流朝着更先进的方向发展。
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摘要：本文重点研究多个高频开关电源?？榈牟⒘诵行枰饩龅囊桓龉丶侍?，就是负载电流的均分问题。即如果在并联系统中没有进行均流电路的硬件设计或软件设计，则可能出现其中某个或某些电源?？槌械１冉洗蟮母涸氐缌?，运行在极限状态，而有些?？榇τ谇嵩卦诵?，这将导致分担电流多的?？槿扔αΥ?，致使系统的可靠性降低。详细讨论了均流的几种控制方法，介绍了最大电流自动均流的均流控制电路仿真结果。
1 概述 信息请登陆:输配电设备网
在电力系统中的直流系统，由于普遍采用高频开关电源?？?，而对于高频?？榈娜哂啾阜菥吞岢隽艘桓龉丶奈侍?，那就是?？橹涞缌髌骄峙?。针对多个高频?？榈牟⒘低?，提出基本要求是：
(1)系统中的所有?？榈缭吹耐馓匦砸恢?，均流误差通常规定为不超过5%; 信息来自:输配电设备网
(2)采用冗余供电系统以保证任一电源?？樗鸹祷蛘吖鞅；ねＶ构ぷ魇?，负载可以从备用?？橹谢竦米愎坏牡缌? 信息来自:www.tede.cn
(3)各个?？槌惺艿牡缌髯远?，为了提高系统的可靠性，尽可能不增加外部均流控制措施，减少均流失败因素;
(4)当输入电压或负载电流变化的时候，应能够保持输出电压的稳定，并使得系统具有良好的负载响应特性，在负载突变的时候，不造成电流严重分配不均而?；?。
2 均流的基本原理
与线性电源相同，开关电源也具有如图1所示的外特性(输出特性)U0=f(I0)。R为开关电源的输出电阻，其中也包括开关电源?？榱拥礁涸氐牡枷呋虻缋碌牡缱??？赵厥?，?？槭涑龅缪刮猆0MAX，当电流变化△I时，负载电压变化△U，该?？榈氖涑龅缱栉篟=△U/△I。
信息来源:http://www.tede.cn
对电源?？槔此?，当电流增加了△I时，其输出电压降落了△U。因此上式也代表了开关电源的输出电压调整率。由图1(a)可知，开关电源的负载电压Vo与负载电流Io的关系可用下式表达： 信息来源:http://tede.cn
U0= U0max-RI0 (1)
如图1(b)所示，两台容量相同、参数相同的开关变换器并联，负载电压分别表示如有下 信息来源:http://www.tede.cn
式中R1, R2分别为?？?及?？?的输出电阻(包括电缆电阻)。设RLd为负载电阻，可解得： 信息来源:http://www.tede.cn
由图1(b)可见，当负载电流为
时，负载电压为Uo，按两个?？榈耐馓匦?电压调整率)分配负载电流ILd，斜率不相等，电流分配也不相等。当负载电流增大到
时，负载电压为
。显见，?？?外特性斜率小(即输出电阻小)，分配电流的增长量比外特性斜率大的?？?增长量大。如果能设法将?？?的外特性斜率(即输出电阻)调整得接近?？?，则可使这两个?？榈牡缌鞣峙浣咏?。使?？?和?？?外特性相近的方法如下：
(1)尽量使用性能和参数一致的器件，并使结构和安装尽量对称;
(2)利用反馈控制的方式，调整各个?？榈耐馓匦?，使它们接近一致。后者就是均流技术的基础。
3 均流原理分析与研究
实现均流的方式多种多样，它们的均流精度以及均流原理也是各不相同。常见的均流方法如外特性下垂法、主从法、平均电流法、最大电流法、热应力自动均流法、外加均流控制器法等。 信息来自:www.tede.cn
3.1 外特性下垂法
外特性下垂法又称电压调整率法，均流控制原理图见图2。其机理是调节变换器的外特性斜率(输出电阻)，在各?？榧浜侠矸峙涞缌?。实质是利用开关电源输出电阻的开环技术来获取电流输出平衡。这种均流的缺点很明显，本质上是一种开环控制，在小电流时电流分配特性差，重载时分配特性好一些，但仍不均衡。而且为了实现均流，各?？樾枰霰鸬髡?，对于不同额定功率的?？槟岩允迪志?。
图2 外特性下垂法均流控制原理图
由于外特性下垂法的系统电压调整率差，因此这一方法不可能用在电压调整率很高(例如小于3%)的电源系统中。
3.2 平均电流自动均流法 信息来自:输配电设备网
平均电流自动均流不需要外部控制器，用单一总线连接所有电源?？?。此种均流方法完全是建立在一个数学模拟电路(平均值电路)的基础上，其原理如图3所示。由于?？榈氖涑龅缌魉孀攀涑龅缪贡浠?，从而实现?？榧涓涸氐缌鞯木?。
(a) 单台 (b) 两台并联
图3 平均电流自动均流控制原理图 信息来源:http://www.tede.cn
按平均电流均分负载电流的方法可以精确的实现负载均流，但它同时存在缺陷。例如当均流母线发生短路或者在均流母线上的任何一个?？槌鱿止收鲜?，将会使均流母线电压降低，从而使得各?？榈氖涑龅缪菇档?，甚至达到其下限值，引起整个系统发生故障。
3.3 主从设置均流法
主从设置法适用于有电流型控制的并联开关电源系统中。在采用电流型脉宽调制的集成控制器件的开关电源中，电源的输出电流基本上决定于控制芯片内误差放大器的输出电压Ve。当并联的开关电源?？榭刂菩酒嗤?，可以按图4实现系统均流。人为指定其中一个?？槲髂?，其余的?？槲幽？?。主电源?？榧嗫厥涑龅缌?，并确定误差电压。各个从?？榈牡缪刮蟛罘糯笃鹘映筛嫫鞯男问?，主?？榈奈蟛畹缪筕e输入跟随器，于是跟随器的输出均为Ve，它即是从?？榈牡缌骰?，各个从?？榈牡缌鞫及赐籚e调节，与主?？榈缌骰疽恢?，无论负载电流如何变化，均能实现负载电流的均分。
图4 主从设置法均流控制原理图
这种均流方法的精度比较高，但它的缺陷是，一旦系统所选定的主?？槭Я?，则整个系统就瘫痪了,因此这个方法不适用于冗余并联系统。由于系统在同一个误差电压控制下，任何的非负载电流变化引起的误差电压变化，均能引起电流的重新分配，从而影响均流的实际精度，而且电压环的带宽大，容易受到外界噪声干扰。
3.4 最大电流自动均流法
最大电流自动均流法也叫自主均流，图5描述了最大电流自动均流法的简要原理。这种方法和平均电流法相似，只是将后者和均流线相连的电阻换成了二极管，由于二极管的单向导电性，只有输出电流最大?？榈牡缌餍藕拍苁苟艿纪?，与均流母线相通，这使得均流母线上的电压反映的是各?？橹惺涑龅缌髯畲竽？榈牡缌餍藕?，从而实现了主?？榈淖远≡?。 信息来源:http://www.tede.cn
最大电流自动均流法与主从设置均流法相比较，不同的是最大电流法实现负载均流时，其主电源?？槭撬媸北浠坏?。最大电流法能随时根据系统中承担电流最大的?？?，不断调整各并联?？榉值５母涸氐缌?，实现系统总电流在各电源?？橹械木贩峙?。因而这种控制方法能够对故障?？樽远衾?，便于实现系统冗余和热插拔，提高系统的可靠性。
图5 最大电流法自动均流控制原理图
基于以上的分析，外特性下垂法的均流精度比较低，主从设置法和平均电流法无法实现冗余技术，因而并联电源系统的可靠性得不到保证，外加控制器法使得系统变得相当的复杂。对于电力高频电源，要求它的均流精度高，动态响应快，可以实现冗余技术等，故使用先进的最大电流自动均流法非常合适。
4 均流仿真与分析 信息请登陆:输配电设备网
为了验证最大电流自动均流法的均流效果，本节利用psim软件建立仿真电路对其行进仿真分析。仿真时特建立了输出特性不一致的两个?？榻胁⒘鞣治?。对比加入均流控制前后，两?？榈氖涑龅缌?，检验其均流效果。无均流控制时，两?？椴⒘诵械氖涑龅缏凡ㄐ稳缤?所示。加入均流控制时，两?？椴⒘诵械氖涑龅缌鞑ㄐ稳缤?所示。
图6 无均流控制时，两?？椴⒘涑龅缌鞑ㄐ?
图7 均流控制时，两?？椴⒘诵械氖涑龅缌鞑ㄐ?
5 结论
本文介绍了几种常用的负载均流方法及电路分析。通过比较几种均流方法，总结出最大电流自动均流法是高频?？椴⒒褂玫淖罴逊桨?。并对最大电流自动均流的均流控制电路进行了仿真试验。随着电力电子技术的不断发展，必将推动高频开关电源均流朝着更先进的方向发展。
