平均电流法在数字DC/DC电源中的应用分析

贾高松

摘要：在科技发展的背景下，电子设备一半需要采用大容量的直流电源来供电。随着大功率负载和大电流负载的需求，电源模块并联控制技术的研究得到了广泛的重视，如何实现并联模块电源板块间输出电流的平均分配，让其成为技术的核心要素，对于这个问题而言，本篇文章介绍了平均电流均流法，对其优缺点展开了分析，并验证了其科学性和真实性。

关键词：平均电流;DC/DC;应用

随着科技的发展，在电子设备的应用上一般都需要应用大容量直流电源，因为单个的电源组件产生的功率容量是有局限性的，在需要大范圍供电的时候，假如采用单独的电源供电，变换器需要承受较大的压力，会造成多方面的困难，提供大功率的输出是未来电源技术发展的主要方向。总的来说，大功率负载的需求以及分布式电源的发展，让开关电源并联技术研究的必要性凸现出来和传统的单电源供电而言，并联电路有很多优点，但是无可避免的会存在不足之处，本篇文章主要介绍了并联均流控制当中的平均电流均流法，以期望对行业内的相关实践有所帮助。

一、并联均流控制

在实际的电源应用过程中，通常因为一台直流稳定电源的输出参数难以实现基本要求，并且满足这种参数要求的直流稳定电源有开发、设计以及生产时间的浪费，一定会提升电源付出的成本，延长交货所需时间，影响生产的进度，所以在实际的生产和生活当中会依据一些串联和并联的方式来达到输出电压和输出电流、功率扩展的目的。

但是通常来说，电源输出参数的扩展是不能够简单以来串联和并联的方式来保障在扩展之后能够稳定工作的，这涉及到均流和均压的问题，会对整个电源扩展系统的稳定性带来较大的影响。

并联均流技术就是指在并联之后的每个电阻原件周围的电压是相等的，总电路电流和分流的电阻上的电流和相等，因此也可以说达成了一定的分流作用。在日常生产和生活当中常用的并联分流技术有斜率控制法、主从控制法、外部控制电路法、平均电流均流法、最大电流自动均流法、强迫均流法。本篇文章主要对平均电流法在DC/DC电源中的应用进行描述。

二、平均电流均流法在DC/DC电源中的应用

平均电流法是指在并联的各个板块的电流放大器的输出口各自放置一个特定阻值的电阻，并让其接入到相同一条公用母线上，这一条母线也叫均流母线。在两个模块并联的时候，电流信号会经过阻值相同的电阻和母线相接，因此在母线没有电流通过的时候，母线电流是两个模块电流的均值。通过调整放大器输出一个调整电压，在其中一个模块的电压和母线电压相等的时候，固定电阻上的电流为零，表明均流已经实现，在R上的电压不为零，表明模块间的电流分布不均匀，两边的电压不均衡，在这时基准电压通过调整，也就是通过调整放大器来改变电压值，实现均流的目的

平均电流自动均流方法相较之下有比较好的实用效果，对于电流的均衡性有较为明显的额影响，为了保障系统在动态的调节过程中可以保持稳定，一般来说要限制最大的调节范围，把所有的电压调节到捕捉范畴之内，假如一个模块均流线出现短路，系统就不能实现均流，单个模块限流也可能导致系统不稳定，在大的系统当中系统稳定性和负载均流的瞬态效应之间的矛盾性不容易得到解决。

三、平均电流自动均流法改进分析

上述内容介绍了平均电流法的优势和缺陷，因此，笔者针对其中存在的缺陷，设想对其改进，以完善平均电流均流法的具体应用。

从整个电源系统上来看，电流型控制是个双环系统，电流在内，电压在外，和单环的电压控制比起来，这样的电路比较复杂，对于这样的系统进行均流控制，就需要再加一个均流环，因此对一个模块来说就是一个三环系统，对这样的控制系统而言，简单的均流方法是不适用的。首先，对于均流控制的判断标准而言，主要是电感电流有没有平均分配，在此基础上，采用电压型均流控制，电压型DC./DC的均流控制是相对叫我简单的，各个板块的输出电压通过均流线连接，每个版块通过的电流误差信号是电压设定的标准，这样可以对外部特性进行调整，这种控制在实质上指的是电压型的控制，不具备电流型控制的优点，所以在此基础上加以改进。

笔者通过研究分析，提出两种平均电流型控制：

首先，第一种，和电压控制均流方式比起来多了一个电流反馈模块，并且是外部电压、内部电流模式，因此电流型的控制也是三环控制，电路实际上比较复杂，这种方法模块检测主要是通过自测来测量输出电压，和标准比起来存在电压上的误差，在通过一定的校正之后输出的就可以作为基准电流，和电压法类似，通过电流的误差大小来看是否实现了电流的均分，这种方法存在一定的优势，优势在于电流误差出现在电压环里，有较好的动态享用。但是因为多环系统的缘故，外部的电压在控制的时候只能按照比例来进行，这样的电压在输出的过程中有明显的静态误差，不太适用特殊的高要求场合。

第二种，和上一种方法相同，第二种改进方法当中也有电流反馈控制，不同点在于，这一改进方法采用的是内电压环、外电流环，是通过电流误差的引导产生了信号，经过校正之后可以当做是电流的标准值，输出的电流将协同这个电流，实现各个木块的均流控制，因为各个模块本来就是电流型的，动态性上做的比较好，输出特性也和单个模块差距不大，参与到并联的模块也有独立工作的能力。

经过理论比较，可以看出，第二种改进方法更有实践意义。由于改进型一设置在均流环设计在电压环的内部，让其不会受到电压坏的大小带来的限制，没有有效的改善了动态均流效果。但是在BUCK全桥、半桥、推挽变换器，在主电路传递的相关函数计算来看，全部没有右半平面零点系统，因此第二种改进方式比较有效。

笔者做了相关的仿真实验来验证上述方法，得出结论，第二种改进方法是科学合理的。

四、结语

采用均流母线实现均流控制的方法可以有效地保障多个模块在动和静两种情况下的均流控制，产生了较好的效果，多个模块在并联的时候能够和单个的输出效果如初一辙。并且在负载从小到大排列的过程中对于负载范围的稳定性以及动态过程中的稳定也是比较出色的，并联模块一般是独立的，在并联式选择策略的时候更加灵活，可以对系统展开充分的利用。

参考文献：

[1] 张亮，陈渊睿.平均电流法均流在数字DC/DC电源中的应用[J].电源技术，2012（6）：858-860.

[2] 符赞宣，瞿文龙，张旭.平均电流模式DC/DC变换器均流控制方法[J].清华大学学报（自然科学版），2003，43（3）：337-340.

[3] 夏光滨，赵冬玉，于斌，et al.平均电流模式控制的单线并联均流DC-DC变换器研究[J].通信电源技术，2012，29（3）.

（作者单位：西安电子工程研究所）