模块电源的并联均流技术

55科协论坛·2009年第2期（下）工程技术与产业经济模块化是高频开关电源的发展方向之一，对于并联运行的模块，最关键的问题是单个模块根据各自的功率等级平均负担负载电流，也就是并联模块之间的均流问题。

1 高频开关电源模块并联均流方案之比较为了提高系统的稳定性和实用性，并联电源必须具有下列特性：各模块承受的电流能动平衡，实现均流；当输入电压或负载电流变化时，应保持输出电压稳定，并且均流的瞬态响应好；采用冗余供电系统保证任一电源模块故障时，负载可以获得足够的功率，并且能实现故障模块自动隔离和热更换。

笔者重点对输出阻抗法、主从设置法、平均值均流法和最大电流自动均流法的优缺点进行归纳总结：输出阻抗法是最简单实现并联均流的方法，不需要在并联模块之间建立连线，各个电源模块之间比较独立，它是通过改变模块等效内阻实现并联均流的。

在提高均流性能的同时必然会导致电压调整率的下降，难以应用在电压调整率要求较高的电源系统中。

由于等效内阻相对较小，此方法在大电压、高功率的电源系统中使用收到很大的限制，但由于其简单性，在小功率场合中有着广泛的应用。

主从设置法利用双环控制，提高均流效果，使电源系统的容量大大提高。

但是在工程实践中应用很少，它没有真正实现了冗余系统，主模块的稳定性决定了整个电源系统的性能，失去并联均流系统的大部分优势。

平均电流值自动均流法可以精确的实现均流，可靠性较高。

但当均流母线发生短路，或任何某个模块不工作时，均流母线电压下降，导致系统电压下降，造成电源无法正常工作。

在每个模块输出电流信号和均流母线间串接一个可控开关，在故障情况下及时断开该模块，保证系统正常的工作。

最大电流自动均流法的均流母线体现输出电流最大的那个模块的电流信号即主模块，当其它从模块的输出电流超过主模块的输出电流会自动变成主模块。

此方法可以实现较好的冗余，其控制方法也比较多，是比较理想的均流方法。

2 高频开关电源模块并联负载均流方案通过对不同均流方法的分析，可知不同方法各有各自的优点和缺点。

电路设计必看CCM模块电源并联均流原理分析
提起CCM模式，相信很多工程师必然不会陌生。

在模块电源以及适配器等电子产品的设计过程中，一个很重要的环节就是要进行电感电流连续模式（CMM）下工作稳定性的检测。

今天我们将要进行的是CCM模块电源并联均流技术分析，看CCM工作模块是如何完成并联电路设置的。

 在电路系统的设置中，我们可以看到，CCM电源模块可以等效为一个理想电压源和阻值很小的输出电阻串联而成的高性能电压源，其作用也与高性能电压源类似。

将两个CCM工作模块直接并联，其等效电路如图1所示。

如果每个模块参数相同，即理想电压源和输出电阻都相等，则每个模块均匀承担总输出电流亦即模块间自然实现均流。

 图1 两模块并联等效电路
 在完成CCM模块的并联连接后，我们就可以进行性能测试和曲线检测了。

下图中，图2为两个CCM工作模块直接并联输出特性曲线，通过曲线图我们可以看到其输出电阻值较小，这也就意味着理想电压源值较高的模块将输出大部分负载电流。

由此我们可以得出一个结论，那就是模块输出电阻越小，其输出特性斜率越大，并联后均流性能越差。

如图3所示，我们可以增大各并联模块输出电阻，使它们输出特性斜率减小。

通过这一方法，能够有效地改善并联均流性能，但同样的这一方法也会相应的造成系统效率下降，尤其在要求输出大电流场合，会使并联系统输出电压调节特性变差。

工程师在电路系统设计时应当及时注意以上问题，并采取相应的控制措施。

 图2 两模块直接并联输出特性。

DCDC变换器并联均流技术第卷第期. . 安徽工业大学学报自然科学版旦垫生竺竺坚 :坚墅墅堕竺垫里堂竺墅型墅型.兰堑竺生.?;??‘。

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一一文章编号:/变换器并联均流技术刘晓东。

姜婷婷,方炜安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山摘要:开关电源多模块并联系统发挥了分布式电源供电大容量、高效率和低成本等优势,同时提高了整个电源系统的可靠性,实现平均分配各模块负载电流的并联均流技术是开关电源模块并联的关键技术之一。

常用/并联均流技术有无源法与有源法,有源法依据输出电压调节方式和均流母线产生方式不同而有多种组合控制方法。

对目前电源并联均流技术原理、主要均流方法进行分析,综述无主模块均流控制和无均流线控制等新型均流策略,指出并联均流技术朝着智能化、数字化方向发展的趋势。

关键词:多模块并联;/;均流;控制策略中国分类号: 文献标志码: :./..?.../,,/: . / 删... ①田。

.: ;/; ;随着科技的迅猛发展,大量电子设备需要安全、可靠、大容量的电源供电,单电源难以实现这方面的需求。

分布式电源系统具有大容量、高效率、高可靠性等优点,,其广泛采用多模块并联方式,但模块间因为控制参数不同,且各模块输出是电压源性质,如果没有特殊的均流措施,输出电压的微小偏差会导致输出电流很大的差别,一旦某个模块过载,将造成一个或多个功率器件热应力过大,从而降低系统的稳定性。

为了获得并联电源的理想特性,已经提出一系列并联均流方法酬,现有的/并联均流技术具体可分为两大方法【”,即无源法和有源法。

无源法又叫输出阻抗法,有源法由控制方法和均流母线形成方法组合而成,其控制方法主要用来调节各并联电源的输出电压,有种,即改变输出电压基准或反馈。

改变电流内环的给定或反馈,同时改变输出电压和电流基准以及采用外部闭环控制。

这种方法对应有种均流控制方法,即外环调节、内环调节、双环调节和外控制器法。

从均流母线产生方法来看,有源法可分为两大类,即平均法和主从法包括指定主从法和最大电流自动均流法。

什么是并联均流技术
在实际应用中，往往由于一台直流稳定电源的输出参数（如电压、电流、功率）不能满足要求，而满足这种参数要求的直流稳定电源，存在重新开发、设计、生产的过程，势必加大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度。

因此在实用中往往采用模块化的构造方法，采用一定规格系列的模块式电源，按照一定的串联或并联方式，分别达到输出电压、输出电流、输出功率扩展的目的。

但是电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。

不论电源模块是扩压还是扩流，均存在一个均压、均流的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。

并联均流技术就是并联以后，每个电阻元件的两端电压是相等的，而总电路电流等于两个电阻上电流之和，所以说起到了一定的分流作用。

均流技术应满足条件：
-所有电源模块单元应采用公共总线。

手把手教你学会模块电源并联均流主从设置法
在昨天的技术文章介绍中，我们详细的分析了如何利用输出阻抗法实现模块电源并联均流。

然而，这种方法在实际工作中存在很多缺陷，这就需要工程师合理进行选择。

今天要为大家介绍的是利用主从设置法完成电源模块并联并实现均流的方式，希望能够通过本文的介绍，帮助工程师更好的完成多电源模块并联工作。

 所谓的主从设置法，指的是在并联的n个变换器模块中，通过人为的程序制定，将这些电源其中的一个指定为主模块，而其余各模块跟从主模块分配电流，称为从模块。

该方法适用于有电流型控制的并联开关电源系统中，电流型控制是指开关电源模块中有电压控制和电流控制，电流环为内环，电压环为外环。

下图为n个变换器模块并联的主从控制原理图。

 图为主从模块设置法均流控制原理图
 从上图中我们可以很清楚的看到，图中每个电源模块珺为双环控制系统，在这种控制系统中，工程师将模块l设定为主模块并使其按电压控制规律工作，其余的n一1个模块按电流型控制方式工作。

vr为主模块的基准电压，Vf为输出电压反馈信号。

经过电压误差放大器，得到误差电压Ve，它是主模块的电流基准，与Vll（该参数反映主模块电流Il大小）比较后，产生控制电压Vc，控制调制器和驱动器工作。

主模块电流将按电流基准vc调制，即模块电流近似与ve成正比。

在完成并联设置后，各个从模块的电压误差放大器接成跟随器的形式，主模块的电压误差ve输入各跟随器，跟随器输出均为Ve，为从模块的电流基准，因此各个从模块的电流均按同一Vc值调制，与主模块电流基本一致，从而实现模块间的均流。

设计应用技术模块电源并联均流控制方法研究段洵宇，汪宇，李茂（中国船舶集团第七二二研究所，湖北整流电源多模块并联所组成的分布式电源供电系统有着容量大、效率高、成本低的优点，多模块一起协同工作使得电源系统的可靠性更胜一筹。

如何实现电源系统各个模块负载电流的均衡分配，并联均流技术是保证模块电源并联系统稳定运行的关键技术之一。

文中从模拟均流控制和数字均流控制的角度分析了主要的均流方法，综述了一些新型的均流控制策略，指出未来均流技术会朝着数字化、精准化的方向发展。

多模块并联；均流技术；均流控制策略；直流电源Research on Parallel Current Sharing Control Method of Module Power SupplyDUAN Xunyu, WANG Yu, LI MaoResearch Institute of China Shipbuilding Corporation, WuhanAbstract: Paralleled rectifier power module can achieve the expansion of capacity limberly, enhance the reliabilityof the whole power system and realize large capacity. The current-sharing is one of the key technologies in Paralleled power module to distribute the load current equally.The main current sharing method are systematically analyzed while）中通过调整模块输电阻以调整模块的输出阻抗大小，调整两个模块的外特性曲线靠近后实现电流的平+-V L ）两台主电路相同且容量相同的电源模块并联系统需要有电压电流双闭环控制模式，主模块通过电压控制规律工作，给定的基准电压为块实际输出电压反馈回来的信号，到的结果经过放大得到的信号，主模块产生的基准，V 小i f 1信号进行比较，比较得到的主模块电流实际的大小与模式见图随主模块产生的电压误差信号即电流基准基准与实际电压输出信号比较后产生电流误差信号，每个从模块再与各自实际输出电流值比较后生成用于PWM 电流基本一致，实现并联均流控制。

让输出阻抗法帮你轻松实现模块电源并联均流
目前，将多个模块电源通过并联的方式进行均流输出，已经成为了很多生产商在进行新产品研发时的选择。

这种并联均流输出的方式能够充分保障电源电池的工作稳定性，在某一个电源模块出现故障时，其他模块还可以正常运行，能够为工程师提供充足的维修检测时间。

本文将会就电源模块并联的方法之一，输出阻抗法，进行简要介绍，帮助工程师快速掌握其原理。

 在日常的工作中，电源模块的输出阻抗并联输出法也被称作电压调节率法，这种方法是通过调节开关变换器的外特性即调节输出阻抗达到并联模块接近均流的目的。

下图中，图1为一个开关变换器的外特性，Vo=f（Io）。

在该外特性中，我们可以看到R为开关变换器的输出阻抗，其中也包括这个开关变换器模块连接到负载的导线电阻。

空载时模块输出电压为Vomax。

由此可见，当电流变化量为△I时，负载变化量为△V，因此AV/△I=R，R为该模块的输出阻抗。

△V/△I同时也代表开关变换器的输出电压调整率。

 图1 开关变换器外特性Vo=f（Io）
 在正常工作的前提下，该开关变换器的负载电压与负载电流的关系可通过公式表示为Vo=Vomax—Rio。

若将两台具有相同容量、相同参数的开关变换器相互并联，则有：Vol=Vomax—R1Iol，V02=Vomax—R210。

R1、R2分别为模块l及模块2的输出阻抗。

设负载电阻为RL，则有Io1=[R2Vol+（vol—v02）RE]/Rx，Io2=[R1V02+（Vol—V02）RL]/R，式中Rx=R1R2+
（R1+R2）RL。

 图2并联变换器及其外特性。

电源模块并联供电的冗余结构及均流田浩1，杨向宇1，张伟刚2，龚晟1，孙明1(1　华南理工大学电力学院雅达电源实验室，广东 广州 510640）(2　广州四方邦德实业有限公司，广东 广州 510656）摘要：介绍了将电源模块并联，并构成冗余结构进行供电的好处，讲述了几种传统的并联均流电路，讨论了各种方式下的工作过程及优缺点，并对均流技术的发展做了展望。

关键词：电源模块；并联；冗余；均流1 概述随着电力电子技术的发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身性能的影响，单个开关电源模块的输出参数（如电压、电流、功率）往往不能满足要求。

若采用多个电源模块并联供电，如图1所示，就不但可以提供所需电流，而且还可以形成N＋m冗余结构，提高了系统的稳定性，可谓一举两得。

图1 多个电源模块并联供电框图但是，在电源模块并联运行时，由于各个模块参数的分散性，使其输出的电流不可能完全一样，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻。

这将使系统的稳定性降低，会给我们的生产和生活带来严重的后果，而且电源模块自身的寿命也会大大缩短。

国外有资料表明，电子元器件在工作环境温度超过50℃时的寿命是在常温（25℃）时的1/6。

因此，使各并联电源模块的输出电流平均分配，是提高并联电源系统稳定性的一个必须解决的问题。

本文从均流电路的拓扑结构出发，介绍几种传统的并联均流方案，对于其他均流方案（比如按热应力自动均流法），暂不做讨论。

对于文中提到的每一种均流方法，都做了详细的介绍，并结合简单电路图，讲述其工作原理及优缺点[1][2][3][4]。

在文章的最后部分，对并联均流的发展做了简单的展望。

2 N＋m冗余结构的好处采用N＋m冗余结构运行，可以提高系统稳定性。

N＋m冗余结构，是指N＋ m个电源模块一起给系统供电。

这里N表示正常工作时电源模块的个数，m表示冗余模块个数。

m值越大，系统工作可靠性越高，但是系统成本也会相应增加。

dcdc 电源模块并联均流
DC/DC，表示的是高压（低压）直流电源变换为低压（高压）直流
电源。

例如车载直流电源上接的DC/DC 变换器是把高压的直流电变换为低压的直流电。

什幺是DC（Direct Current）呢？家庭用的220V 电源是交流电源（AC）。

若通过一个转换器能将一个直流电压（3.0V）转换成其他的直流电压（1.5V 或5.0V），我们称这个转换DCDC 原理器为DC/DC 转换器，或称之为开关电源或开关调整器。

DCDC 的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC 转换器。

具体是指通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电，再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出，或者通过倍压整流电路将交流电转
换为高压直流电输出。

利用多个DC-DC 模块电源并联均流并实现输出电压的稳定保持，是。

并联开关电源的均流方法Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998并联开关电源的均流方法大量电子设备，特别是计算机、通讯、空间站等的广泛应用，要求组建一个大功率、安全可靠、不间断供电的电源系统。

如果采用单台电源供电，该变换器势必处理巨大的功率、电应力大，给功率器件的选择、开关频率和功率密度的提供带来困难。

并且一旦单台电源发生故障，则导致整个系统崩溃。

采用多个电源模块运行，来提高大功率输出是电源技术发展的一个方向。

并联系统中每个模块处理较少功率，解决了上述单台电源遇到的问题。

在大功率DC／DC中，为了获得更大的功率，特别是为了得到大电流时，经常采用N个单元并联的方法。

多个单元并联具有高可靠性，并能实现电路模块标准化等优点。

然而在并联中遇到的主要问题就是电流不均，特别在加重负载时，会引起较为严重的后果。

普通的均流方法是采取独立的PWM控制器的各个模块，通过电流采样反馈到PWM控制器的引脚FB或者引脚COMP，即反馈运放的输入或者输出脚来凋节输出电压，从而达到均流的目的。

显然，电流采样是一个关键问题：用电阻采样，损耗比较大，电流放大后畸变比较大；用电流传感器成本高；用电流互感器采样不是很方便，州时会使电流失真。

一、一种新的电流采样方法如前所述，在均流系统中一些传统的电流采样力法都或多或少有些缺点。

而本文提出的这种新的电流采样力法，既简单方便，又没有损耗。

下面以图l所示的Buck电路为例，说明这种新的电流检测方法的原理和应用。

电流检测电路由一个简单的RC网络组成，没流过L的电流为iL，流过C的电流为ic，L两端的电压为vL，输出电压为vo上电压为vc，则有vL+iLR1+vo．=vc+icR (1)对式(1)在一个开关周期求平均值得式中：VL是电感上的电压在一个开关周期的平均值，显然VL=O；Vo为输出电压平均值；IL电感电流平均值，等于负载电流ILoad;Ic是电容在一个开关周期内充放电电流的平均值，显然Ic=0；R1为电感的等效串联电阻(ESR)。

电源模块并联供电的无源均流技术摘要：无源均流是并联两个或多个电源或 DC-DC 转换器，以便它们可以近似平均地共享负载的一种方法。

由于实现比较简单，成本较低，而且可以与最新的低成本小型电源模块配合使用，因此，这种方法深受欢迎。

本文主要解释一些无源均流问题。

无源均流提供了一个可以满足更多功率要求的高度灵活的方法，随着时间推移系统容量和功能的增加通常会形成这种情况。

通过降低系统内每个转换器上的压力，而无须再增加其他主动电路，无源均流也可以提高 N+1 电源模块配置的可靠性。

---遗憾的是，这种简单的并联方法并非尽善尽美，最大的问题是会损失系统效率和负载调节。

但这些不足是否可以接受，显然是设计时要考虑的问题，在很大程度上它取决于具体应用情况。

在本文所举的例子中，负载调节不是要关注的问题，因为并联的转换器在为板载中间总线供电，从而为多个负载点 (POL) 转换器供电，这就为其不同的硅负载提供了进一步的下变频和调节。

我们通过并联两个Artesyn TQW14A-48S12中间总线转换器 (IBC) 来说明其优缺点。

它们都是宽输入168 W DC/DC转换器，主要用于电信领域，可把额定的48V DC输入转换为12V DC输出。

TQW14A-48S12 IBC最高可以输出14A，典型效率95%，并且没有配备主动均流设备。

本图中的计算全部是基于最差情况的元件容限。

图1所示为N+1冗余无源均流配置中的两个IBC。

除两个转换器之外，还有两个 Schottky ORing二极管D1和D2用来分离输出。

这些被假定为有一个0.2V的前降落(forward drop)，加上相当于7mΩ的阻抗元件。

为了能够使用ORing二极管在两个转换器之间实现均流，在理想的状态下，它们的输出电压需要被调节为在所有情况下都完全相符。

但是，在实际情况中，几乎不可能获得这样的调节准确度，另外，在我们所使用的例子中，由于经济原因，只是将IBC设计为产生松散调节的输出，而没有提供电压调节装置。

浅析电动汽车充电电源并联均流技术电动汽车充电电源大部分采用多个充电电源并联完成大功率输出。

在此系统的基础上，可以对电动汽车充电电源多个关键技术进分析，基本研究包括PFC 整流技术研究、线性稳压电源技术研究、电压型开关电源技术研究、电流型开关电源技术研究及软开关技术研究等，文章重点研究了电动汽车充电电源通常采用的各种并联均流技术。

标签：电动汽车；充电电源；并联均流技术电动汽车以电代油，可有效减少车辆环境污染，缓解交通运输行业对石油资源过度消耗。

电动汽车环保节能，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要手段，当今世界面临资源不足、环境污染等问题，电动汽车由于其良好的性能和比肩传统汽车的驾驶体验而成为了当下汽车行业新宠。

越来越多的国家、企业投入到了电动汽车的成长行列中，我国也加大了对电动汽车行业的投入和支持，尤其是纯电动汽车。

国际上纯电动汽车技术日趋成熟，纯电动汽车已成为新型、适用、环保的代名词，也是将来我国汽车产业重点发展和加大投入的重要方向。

1 技术领域及背景“充电电源模块并联均流”方案的采用，主要是由于单台充电电源模块的输出电流、功率不能满足电动汽车大容量电池快速充电的需求，因此在實际使用中采用模块并联的构造方法，用一定规格的模块式电源并联来达到充电电源大的电流输出和功率输出的目的。

一般情况就是电源模块输出之间的并联，必要的时候采用每个模块相等的负载电流，或者会出现一些并联的模块的轻载运行，有的甚至会过载的情况，输出的电源不但不能为其供电，还会成为电压输出模块的负载，也就很容易导致其损坏，所以对于电动充电电源之间模块需要进行统一处理，必须采用一定的均流技术，以此在增加电源输出功率的同时提高电动汽车充电电源的可靠性等各项性能。

2 充电电源并联系统不均流的原因分析根据输出的类型，一般可以对电源分为恒压电源和恒流电源。

对恒流电源进行并联，由于系统中电流很多的反馈没有及时有效的处理，所以对于系统输出电流将会因为反馈系数对相同的数据保持差别，也就不会采用恒压电源进行，但是在对处理的时候，系统并联设计需要进行及时的分析，全面的了解系统的设计方案，保证各个输出的恒压电流的性质，也就导致输出的电压之间存在很大的差距，所以需要采取一定的均流电源技术。