开关电源并联系统自动均流技术的相关分析

黄傲　秦会斌

【摘 要】在实际应用开关电源并联系统供电时，容易出现各电源模块负载电流分配不均的问题，以至于将给系统的可靠运行带来不良影响。基于这种情况，本文提出了一种自动均流技术。而经过验证，使用该技术能够使开关电源并联系统的各模块输出电流得到有效控制，所以能够使系统可靠性得到提高。

【关键词】开关电源；并联系统；自动均流技术

0 引言

在实际应用开关电源时，通常需要使用多个电源模块并联运行，从而解决其功率输出小的问题。但由于各电源具有不同的特性，所以容易导致系统因个别电源模块过载而出现较大热应力。因此，为使电源系统的可靠性得到提高，还需要加强开关电源并联系统自动均流技术的相关分析，从而使系统拥有良好的均流效果。

1 开关电源并联系统不均流的原因分析

按照输出特点，可以将电源划分为恒压源和恒流源。对恒流源进行并联，由于系统将以电流为反馈控制量，所以系统输出电流将因为反馈系数差别较小而保持相同，因此无需采取均流措施。如果采用恒压源进行开关电源并联系统的设计，各模块的输出将属于恒压性质，从而导致输出电流因输出电压间存在的微小差别而出现较大差别，所以需要采取均流措施。根据开关电源的结构和恒压源输出特性，则可以对并联系统的不均流原因进行总结。具体来讲，引起系统不均流的原因主要有三种，即由反馈系数和电压基准差别引起的输出电压差别、输出到负载的连接电阻不匹配、内部寄生参数不一致。根据系统不均流原因，则可以采取有效的自动均流技术确保各模块间电流能够得到自动均匀分配，从而确保系统各模块始终处在正常工作状态。

2 开关电源并联系统的自动均流技术的相关分析

2.1 系统均流方案

为实现开关电源并联系统的自动均流控制，还要根据并联的电源模块输出电流进行系统总电流的计算，然后对理想状态下每个模块所需输出的平均电流值进行计算。根据模块实际输出电流值，则能够得知各电源间的不均流程度。通过将电流平均值传递给模块，则能够使模块按照该数值完成输出电压的调整，从而完成输出电流的自动调整。为实现该均流方案，还要利用软件控制方式实现电源模块间的数据交换，并且实现模块输出电压的控制，从而确保单个模块发生故障不会对其它并联开关电源产生影响[1]。而在实际使用该种数字均流技术时，还要做好系统通信协议的选取，以确保系统数据传输的高效性和可靠性。

2.2 CAN控制器模块

根据系统均流方案，可以选取CAN协议实现系统数据通信。而该协议能够为分布式系统中各节点的数据通信提供技术支持，并且能够实现串行通信网络的实时控制。在开关电源并联系统中应用该协议，需要完成CAN控制器模块的设计。而该模块需要拥有完整的CAN控制器，能够为CAN2.0协议提供支持，数据长度在0-8字节范围内，并且拥有终端配置可编程、自动回复远程请求、自测试模式、CAN总线唤醒功能和总线错误诊断功能等多种功能[2]。在自测模式下，该模块将能够完成来自邮箱的信息帧的接收，并且产生自应答信号。作为一个外设模块，该模块的访问可以划分为状态寄存器访问、邮箱RAM访问和控制访问。模块的邮箱处在RAM中，能够被系统CPU或CAN总线读取。而CAN总线对RAM进行读写访问，需要花费一个时钟周期。CPU对RAM进行读访问和写访问，则分别需要一个时钟周期和两个时钟周期。

2.3 并联均流控制

在开关电源并联系统中，需要使用以LF2407为核心的控制电路进行电源控制。而该控制电路拥有对应的程序，可以通过软件实现电源输出电压信号和输出电流信号的控制。为实现系统并联均流控制，还要利用DSP编程软件完成均流程序的编写，然后进行程序的调试。值得注意的是，系统中的开关电源的ID不同，在CAN总线接收中断后，需要利用DSP完成CAN总线上的ID的判断，以确定ID是否为上位机的ID。如果为上位机ID，定时器将被启动，然后利用CAN总线完成模块负载电流和平均电流状态的读取，从而完成当前ID状态的判断。如果处在关闭状态，系统将完成其他操作。如果处在开启状态，则会将电源实际输出电流与计算得到平均电流展开比较[3]。如果二者差值超出预设范围，则会通过增大或减小电源输出电压进行电源输出电流的调整。完成输出电流调整后，总线读取的各相电流值将被清零。经过多次调整，电源的输出电流将基本均等。

2.4 自动均流效果

为验证该种自动均流技术的均流控制效果，可以使用两台DC/DC电源进行实验。两个开关电源的输入电压在220-480V范围内，输出电压为28V，拥有输出电压和输出电流反馈。将两台电源进行并联输出可以发现，系统输出电压虽然均为28V，但是其中一台电源的输出电流较大，另一台则较小。而使用自动均流技术进行并联系统控制，则可以发现两台电源电压降在27.6-28.4V范围内输出，电流则基本呈均等输出。为进一步验证系统的自动均流效果，还要将两台电源同时开启，然后将其中一台关闭[4]。而观察实验结果可以发现，无论在那种状态下，电源之间均产生了良好的动态均流效果，因此可以证明该种自动均流技术的有效性。

3 结论

在使用开关电源并联系统进行大功率输出时，还应该通过实现系统输出电流的均流控制提高系统供电的可靠性。而使用CAN控制器进行均流信息传递，并且利用DSP完成均流程序的编写，则能够使系统实现自动均流控制，并且达成较高的均流精度，因此能够使系统的可靠性得到提升。

【参考文献】

[1]高玉峰，胡旭杰，陈涛，等.开关电源模块并联均流系统的研究[J].电源技术，2011，02：210-212.

[2]马骏，杜青，罗军，等.一种开关电源并联系统自动均流技术的研究[J].电源技术，2011，08：969-971+973.

[3]单晓宇，洪剑锋，伍卫，等.一种电流自平衡开关电源并联技术[J].电器与能效管理技术，2014，21：32-35.

[4]郑争兵.基于数字均流技术的直流电源系统研究[J].电源技术，2013，12：2197-2199.

[责任编辑：朱丽娜]