开关电源模块并联均流技术研究

徐彬　王磊

【摘 要】并联均流技术作为分布式电源系统中的关键技术，能够将多个电源模块并联工作，共同分担电流，即实现均流。本文首先介绍几种在开关电源模块中常用的并联均流方法及其优缺点；其次，对造成电源模块不均流的原因进行了分析；最后，基于PID技术研究了数字并联均流的方法，因其良好的灵活性、抗干扰性和控制精度在工程中得到了广泛的应用。

【关键词】并流均流方法；不均流原因分析；基于PID技术的并联均流法

随着科学技术的飞速发展，对电源功率的输出要求越来越大，而由于单个电源的功率有限就成为了一个很大的问题。将多个电源模块并联可解决这个问题。开关电源并联系统就是通过多个模块来承担负载输出电流，即实现均流。将控制电路进行均流，调整对各模块的输出电压，从而调整输出电流，以达到均流的目的。

1 几种常用的并流均流方法

在开关电源模块并联系统中，就系统输出电流如何在系统各模块中进行平均分配，涌现出了多种并联均流方法。

1.1 输出阻抗法

输出阻抗法就是通过改变系统的输出阻抗使并联模块达到均流的目的，它是一种最简单的自动均流方法。优点：1）无需各模块之间的控制线；2）模块间的特性较好；缺点：1）电压调整率低，均流不好实现；2）均流性能随着系统的运行大幅下降。

1.2 主从设置法

先设置一个主模块，主模块与各并联模块的输出电压通过电压控制器进行控制，使各个模块被电流型内环控制，实现均流的效果。优点：各模块的输出特性能够适当的进行调整，有利于实现均流。缺点：当主控电源出现故障时，整个系统将无法正常运行。

1.3 平均电流法

平均电流法要求通过一个电阻将各模块的电流放大器输出端接到公用母线上，称为均流母线。平均电流法的均流效果虽然精确，但在实际运用中也存在着一些问题。当均流母线出现短路时，则连在公用母线上的各个模块将不能工作，导致母线上的电压下降，从而各模块上的电压也下降，最终会造成电源系统的故障。

1.4 最大电流法

将n个模块并联好，其中输出电流最大的模块将自动生成为主模块，其余的则为从模块，逐个整定电压误差。优点：基准电压通过调整放大器来改变，自动均分电流。缺点：某些线路可能要限制电流的限值。

2 不均流原因分析

大功率器件的直流电流系统的主要供电方式是将开关电源的各模块进行并联。但是这在实际情况下也有不均流的现象发生，从而对系统的可靠性有所影响。为确保系统的稳定运行，已经提出了多种均流方法，如上文介绍的几种常用的均流方法。但是这些均流方法各有各的优缺点，在实际应用中也存在不足。下面将对不均流的原因进行分析，为新的均流方法的研究提供理论依据。

在控制系统中，若系统各模块并联运行时，则其输出电压和电压反馈值将是相等的。而造成运放的失调电压值出现差异的原因是各模块的初始值与反馈比例系数不相同，从而使控制器件的误差信号不同。当给定的误差信号为正时，输出电流增加；反之，输出电流减小。电压调节器在系统稳态时正常工作，此时各模块的误差信号最多只有一个为零。由此可知，当模块的误差信号为零时就会出现不均流的情况。各模块器件的差异是造成开关电源各模块间不均流的原因，这种差异只能通过外部设备进行解决。而PID就是一种性能优良的调节器，能够对模块间的均流效果进行有效的控制。

3 基于PID技术的并联均流法

基于PID技术的数字均流方法，均流控制法在PID的支持下能够通过硬件语言进行实现，在控制系统中，能对各模块的均流情况进行有效的控制。对输出电流、电压采样，通过建立数学模型将得到的数据传输到控制器中，输出电流和电压由控制器接受并计算出平均值，同时比较各模块间的输出电压和电流并進行有效的控制，从而对均流保持着高精度。其原理图如图1所示。

4 结语

本文介绍了开关电源各模块的并联均流的方法以及对不均流的原因进行了分析，据此提出了采用PID技术进行数字均流，其控制精度良好，抗干扰能力强，在实际应用中具有良好的优势。随着对均流技术研究的深入，均流技术的主要方向将以数字均流法为主。

【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， 2011，35（2）：210-212.

[2]凌雁波.开关电源模块并联均流研究[J].科技展望，2016，26（23）.

[责任编辑：田吉捷]