［篡 …№ 一种改进的开关电源模块化并联均流方法研究 薛彪’，袁斌华 （陇东学院电气工程学院，甘肃庆阳７４５０００） 摘要：为了实现输出大的功率，可以使用两台以上特性基本相同的开关电源模块并联给负载供电，因此多个电源模 块之间电流的平均分配就显得尤为重要。在对传统的电源均流方法进行Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真和分析的基础上提出了一种改进 的并联均流方法，并对此方法进行了电路模型的搭建，仿真结果显示，改进的均流方法可实现负载电流恒流输出。还具 有均流响应快、电路结构简单等特点。 关键词：开关电源；模块化；并联均流；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 中图分类号：ＴＮ８６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—５０６５（２０１７）０２—０１２９—３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｆｌｏｗ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｉｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ＸＵＥ—Ｂｉａｏ ．ＹＵＡＮ Ｂｉｎ－ｈｕａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｙａｎｇ ７４５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｌａｒｇｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ，ｙｏｕ ｃａｎ ｕｓｅ ｔｗｏ ｏｒ ｍｏｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂａｓｉｃ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌｅｓ ｉｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒｉｎｇ ａ ｌｏａｄ．Ｓｏ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅｓ ｉｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｌｏｗ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆａｓｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｓｉｍｐｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｔｃ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；Ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｍｕｌｔｉｓｉｍ 近些年来大功率的负载或者用电设备的数量和规模与 日俱增，我们传统的一个电源的供电模式已经不能满足设备 对于大功率特别是大电流的需要。因此，为了获得更大的输 ＲＩ 出电流，最常用的方法就是把多个具有相同特性的ＤＣ／ＤＣ 模块并联起来共同为负载供电。这样既满足了大功率的输出 又具有可靠性，当其中的某一个电源模块出现故障时，负载 的供电没有受到影响。然而，在持续供电过程中，如果负载 电流没有被平均分配到每个模块，必然会引起内部电流的不 平衡，长期使用可能会损坏电源，甚至产生更为严重的后果。 所以，均流就成为一个必须要解决的问题。传统的有源均流 方法主要有主从均流法、自动平均均流法和最大电流自动均 流法 ’ 。这些均流方法都是基于恒压源的原理设计的，虽 然可以达到均流的目的，但是在负载变化的同时电流也会随 着变化。所以，本文提出了一种改进的基于恒流源的电源模 块并联均流方法，此方法电路简单、均流速度快，最重要的 是负载电流不随负载大小变化。 ＿ Ｖ Ｖ ｝ Ｖ ’ ：● Ｉ２ ｉ１ Ｉ２ Ｉ 图２外特・ｌ生曲线 经计算可得： １并联均流的基本原理 我们以两个电源模块为例来说明并联均流的基本原理 ， 图１为电源模块１和２的电路图，图２为电源模块１和２的外 特性曲线。在图１中，设Ｖ 与Ｖ 分别表示电源模块１、２的输 出电压，Ｒ，与Ｒ２分别表示电源模块１、２的输出电阻（包括线 ，一 ！ ±（ ＝ ！ ＲＩＲｚ＋ ｌＲ￡＋Ｒ２ＲＬ １２＝ Ｒ。 一（ 一 ） （４） （５） ＲｌＲｚ＋Ｒｌ吃＋ ＲＬ 由式（４），（５）可知，两个并联电源模块的输出电压Ｖ 、 Ｖ 和等效电阻不同是造成电流不相等的根本原因。所以， 我们可以采用两种方法实现均流。第一种：上下平行移动电 路电阻、外加电阻等），Ｉ 与Ｉ 分别表示电源模块１、２的输出 电流，Ｒ ．为负载电阻，Ｖ。为负载出的输出电压，则可得 ’ ： Ｖｏ＝ —Ｉ，Ｒ， Ｚｏ＝ — Ｒ２ （１） （２） 源模块１、２的输出电压Ｖ，、Ｖ ，使两条外特性曲线在工作 点附近重合或者相交而实现均流。第二种：改变电源模块１、 ２的等效电阻使它们的外特性曲线基本一致而实现均流，即 减小Ｉ 。与Ｉ２‘的差值 Ｊ。 Ｖｏ：（Ｉｉ＋，２）吃 收稿日期：２０１７－０１ 基金项目：陇东学院青年科技创新项目资助课题（ＸＹＢＹ１４０２０７） （３） 作者简介：薛彪，生于１９８６年，男，陕西渭南人，讲师，硕士，研究方向 开关电源的研究。 ２常用的均流方法 并联电源模块均流的方法有很多，其中有源均流法主 ２０１７年１月下世界有色金属１２９ … 耍 三种：主从设置均流法、平均电流自动均流法、最大 出电压。当负载电阻分别为１０Ｑ和４０ｎ时，电源模块１和 电流一动均流法 ”。。我们以最大电流自动均流法为例进行 ２的电流表示值如 ５利 ６所示。 Ｍｕｌｔｉｓ Ｊｍ仿真。 ２＿１ 最大电流自动均流法 原理 图３为妓大电流自动均流法的原 图，｝ｆ１于二极僻Ｄ存 在，在两个片联ｒ乜源模块中输出｝乜流大的模块 ‘能使ｌⅢ二极篱 Ｄ 通与均流母线卡［１连。输出电流大的模块为主模块，另一 困ｖ 豳 ＦＷ＿１ ｖ Ｑ艘ｉ 个为从模块，然后比较各自的反馈电流值和均流十鼋｝线之间电 ，、Ｌ， 厂：＝＝］ ／＼， 曰 压的羊异，再通过 筹放大器的输出 准电压进行补偿， 进而对浚模块的电流进行调节。 负载ｌＵ流 翠 图５负载为Ｒ＝１０Ｑ时电流 叵 ， ＩＵ Ｊｌ 放人 ｌ ＩｄＢ ・ 均流挖制器 ［ ｖ 蚤Ｌ ｄＢ ● ■ ， Ｅ三三＝＝】 ，＼， ｒ＝ ＋ 斗 图３最大电）芥Ｉ自动均流法原理图 ２＿２最大电流自动均流法Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真 图６负载Ｒ．ｚ４０Ｑ Ｂ寸电流 ４为城大电流自动均流法的电路仿真模 。其中，ｖ ． 为 准ｌ１＿｛压，Ｖ 棚Ｖ 为ＣＣＶＳ（ 流控 Ｊ电压源），¨ｆ以将 从 ５和 ６电流佰的刈‘比不难发现，当负载Ｒ ．从 线帑｝ 的电流信譬 化为成比例ｆ１９电 信号，Ｖ 、Ｖ Ｖ． 为 １（）ｎ增加剑４０ｎ ，电流表的爪数减小为原 的１１４。 ＶＣＶＳ（电Ｊ 控制Ｉ 瓜源）。［Ｊ 和ｕ． 均为均流控制器 Ｃ 、 埘主从设盈均流法、平均电流一动均流 两种均流方法进行 Ｒ １ Ｕ＿｛ 成电源１的控制 ，，Ｔｌ来控制电源１的输 乜压。 仿真后发现都存在输出电流随着负载变化 变化的现象，通 Ｃ Ｒ １Ｕ 组成电源２的ＰＩ控制器，用粜控制电源２的输 过分析是由于二＝三种方法 采用的是恒压 的砹计原 。 图４最大电流自动均流法Ｍｕ…ｓＩｍ仿真电路 １３０世界有色金属２０１７年１月下 ［慧 …隔 ３改进的均流方法 ３．１均流方法原理 以上仿真可以看出只要是基于恒压源设计的并联均流 方法其输出电流都会随着负载的改变而变化，本文设计出了 一种基于恒流源的均流方法，其原理图如图７所示。在图７ 中，Ｖ ，为基准电压，功率单元输出的电压经检测单元采样 田＋ Ｖ ，＼， Ｑ 招 ＩＴ］ｖ ，＼， 一 Ｑ 曲 Ｅ三］ ＋ … ［三 ． 后与Ｖ 进行比较，电源模块１和２均按照产生的差值信号 Ｖ 调节功率单元的输出电压，从而使流入负载的电流相等。 ＳｅｔＳｅｔ图１０负载力ＲＬ＝１０Ｏ时电流 圃圈 ．１ 在图８电路的基础上，我们把Ｖ 与Ｒ 连线断开来模拟 右侧电源发生故障，则电流表的读数如图１ １所示。 囤 囤３－２改进均流方法Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真 Ｉ麓 Ｊ｝ ～日Ｓｅｔ… ， 载 一： ～日Ｓｅｔ，．． 一 图７改进的均流方法原理图 ・ 图１１模拟电源２故障时电流 图７为改进后的电路仿真模型。在图８中，Ｖ 为基准电 压，Ｖ 和ｖ 为ＣＣＶＳ，可以将线路上的电流信号转化为成 从图９和图１Ｏ显示的电流值可以看出，当负载为１０１１和 ４０ｎ时电流没有变化均保持在５Ａ；在图１１中，我们模拟一个 电源发生故障后的电流，可以看出非故障支路电流保持５Ａ，故 障支路电流为０Ａ，也就是说系统的正常工作不会受到其中某 个电源故障的影Ⅱ向。而且图８和图４相比电路简单、容易实现。 比例的电压信号，Ｖ 和Ｖ： 为ＶＣＶＳ。Ｕ。和ｕ。的输出信号为 ＣＣＶＳ的输出与基准电压的差值，Ｖ 和Ｖ。的输出电压依据 ｕ。和ｕ 的误差信号进行调节，从而使输出的电流保持定值。 改变开关的闭合位置可以改变负载的大小，当负载电阻分别 为４０ｎ和１０ｎ时，电源模块１和２的电流表示值如图９和 图１０所示 １ ０ｊ。 ４结语 本文在分析了并联均流原理的基础上，对最大电流自动 均流法的控制电路搭建模型并进行了Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真，从仿 真结果可以看出负载电流会随着负载大小而变化。进而提 出了一种改进的均流方法。并进行了Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真，结果 表明，此方法不仅电流不随负载变化而且有一个电源模块发 生故障后不影响整个系统的正常工作，并且电路硬件结构简 单、稳定、容易设计实现。四 臣翟囝—Ｉ 掣 荔 舔 薯鳞鬻 审．Ｉ ．２ｏｉ ５，８：６２－６４ 簿 ０蕊囊 ｊ ［ｉ】 赵宪 ；：，高杰，庄志义．开篾电源模块的并联均流和冗亲设计【ｊ１．无线 【２Ｊ 赵Ｈ日娟．模块式太＝功率直流电源并联均流技术的研究【Ｄ】．河北Ｌ业大 学，２ｆ１ｌ２ 【３】 Ａｂｕ－Ｑａｈｏｕｑ Ｊ，Ｍａｏ Ｈ，Ｂａｔａｒｓｅｈ Ｉ．Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｖｏｌｔａｇｅ－Ｍｏｄｅ ¨ｙｓｔｅ￣。ｅｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＤＣ ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｎｏｖｅｌ Ｃｍ’ｒｅｎｔ— Ｓｈａｒｉｎｇ．ＩＥＥＥ Ｆｒａｎｓ．Ｏｉｌ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００４，ｔ９（６）：１３９７—１４（１７． 图８改进均流方法Ｍｕ…ｓｉｍ仿真电路 】 江良伟，孙岩，馈静等．Ｎ＋１个热插拔电源模块并联均流求统没计 【Ｊ】． 电力电ｒ技卞，２０１５．９：１ Ｃｌ６—１Ｏ８ 【５】 陈小琴．ｆ Ｉ Ｃ谐振换嚣数字计机投｛之的讲究［１）】．ｊ 尔『．业人学，２０ｌ５ 【６】 张长进．移桐全矫ＺＶＳ ＤＣ ＤＣ变换器及其并联均流技术研究【Ｄ１． ＃ 】带｝技 学，２０（）７ 【７】 吴招涛．棒桕全桥ＺＶＳ ＤＣ／ＤＣ变换器及传导ＥＭＩ研究【Ｄ】．华中利技 田＋ ｖ ，＼， Ｑ ｄ８ 困一 Ｖ ，＼， ｎ ｄＢ 大学 ２００８ 【８】 廖ｆｔ容．基于Ｉ．ＭＩ的并联Ｂｕｃｋ变换器均流鲁俸控釉ｊ研究【Ｉ］】．重庆大 学，２０１４ 日… ＋ Ｅ三］ 一 ＳｅｔＳｅｔ… 【９】 Ｊｏｖａｒｉｏｖｉｃ Ｍ Ｍ，ＣｒＯＷ Ｄ Ｅ．Ｌｉｅｕ Ｆａｎｇ—Ｙｉ．Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｉ ＯＷ— Ｃｏｓｔ ｌｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｅｍｏｃｒａｔｉｃ Ｌｏａｄ—ＣＵｌ’ｒｅｎｔ Ｓｈａ ｒｊｎｇ ０ｆ Ｐａ ｒａｌｌｅ １ ＣＯｌ１ｖｅ ｒｔｅｒ ＭｏｄＵｌｅｓ．ＩＥＥＥ Ｔ ｒａｉＩＳ．０ｎ ＰＯＷｅ ｒ Ｅｋｘ：ｔｒ‘ｏｎｅｓ，１０９６．Ｉ】（４）：６０４－６ｌ】． 图９负载力ＲＬ＝４０Ｑ时电流 ［１０】申翔，苏建隧，张幽荣．基于ＩｊＣ３９０７大功率 。关电源的设计［Ｊ】．电源 技术澎用，２００７．ｉ０（５）：７－ｌ １． ２０１７年１月下世界有色金属１３１