开关电源模块设计及其并联均流研究

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。

开关电源并联均流技术工作原理及特点摘要：本文主要讨论几种常用的开关电源并联均流技术，阐述其工作原理及特点。

关键词：均流主从控制电源内阻1引言在实际应用中，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。

由于目前稳定电源输出扩流应用较多，本文仅讨论开关电源并联均流技术。

均流的主要任务是：（1）当负载变化时，每台电源的输出电压变化相同。

（2）使每台电源的输出电流按功率份额均摊。

2提高系统可靠性方法（1）在电源并联扩流过程中，为了提高系统工作稳定性，可采用N＋m冗余的方法。

其中m表示冗余份数，m值越大，系统工作可靠性越高，但是系统成本也相应增加。

（2）采用均流技术保证系统正常工作。

在电源并联扩流中，应用较为广泛的办法是自动均流技术。

它通过取样、电子控制调节环路来保证整个系统的输出电流按每个单元的输出能力均摊，以达到既充分发挥每个单元的输出能力，又保证每个单元可靠工作的目的。

（3）均流技术应满足条件：·所有电源模块单元应采用公共总线。

·整个系统应有良好的均流瞬态响应特性。

·整个并联输出扩流系统有一个公共控制电路。

（4）常用的几种并联均流技术：·改变单元输出内阻法（斜率控制法）·主/从控制法（master/slave）·外部控制电路法·平均电流型自动负载均流法·最大电流自动均流法（自动主/从法、民主均流法）·强迫均流法3关于均流技术中常用的一些概念3．1稳压源（CV）电路框图和特性曲线分别如图1（a）、（b）所示，输出电压UO=RFUREF/R1（a）（b）图13．2稳流源（CC）电路框图和特性曲线分别如图2（a）、（b）所示，输出电流IO=RFUREF/（RSR1）（a）（b）图23．3CV/CC（恒压/恒流交叠）特性曲线如图3所示图34常用几种均流技术的工作原理4.1改变单元输出内阻法（斜率控制法、电压下垂式、输出特性斜率控制式）实现方式：·UO固定，改变斜率·斜率固定，改变输出电压（1）工作原理和特性曲线（a）（b）图4见图4（a）、（b），图中△Imax=△UOImax/△Uslope，内阻RO=△UO/△IO当单元输出电流IO1增加时，IO1在电流检测电阻RS上的压降增加，致使A1输出电压增加，与单元电压反馈信号Uf叠加后送至A2反相输入端，经A2放大后输出Ur变负，利用这个Ur电压控制单元输出电流，从而实现均流。

开关电源模块并联供电系统摘要基于电路设计的基本要求，开关电源模块并联供电系统电路主要由两个并联DC/DC模块<额定功率16W、输出电压8V）、稳压二极管、负载电阻等电路模块组成。

该系统选择由以LM2576集成块为主要部件的 DC/DC模块来实现DC/DC 变换稳压，外围元件极少，转换效率高，选用小导通电阻，选用快速恢复二极管进行整流，降低损耗，防止反向电流导通造成短路从而烧毁供电系统。

通过实验验证，本电路实现了设计要求的全部基本指标，并且该DC/DC转换效率可达到75%。

但因时间仓促，本电路设计还有诸多不足，各项设计指标有待进一步提高。

一、系统方案设计与论证1. 设计思路基于题目的要求，可以采用图1所示的方案。

该系统主要由以LM2576集成块为中心组成的16W的8V DC/DC变换器，负载电阻等电路模块组成。

DC/DC变换模块实现24V DC变压为8V DC，该模块同时实现了输出电流过流保护功能；同时，通过对负载电阻的调节可以逐步实现该系统的设计要求和功能要求。

图1 系统方案图2. 方案的论证2.1 DC/DC变换模块本模块的设计要求是进行降压变换，因此该模块采用由LM2576以集成块为中心组成的16W的8V DC/DC模块进行降压变换。

该降压变换电路结构简单，由电容，电感，二极管，电阻等元件组成，便于进行电路设计。

而且该降压变换电路稳压性能好，并且转换效率高。

其原理图如图2所示：图2 变换器原理图该变换器最高输入电压为50V，输出电压汇范围为5.1-40.0V连续可调，额定电流为2.5A，变换效率为90%，脉冲占空比可以在0-100%内调整。

2.2控制方法及实现方案本小组为该系统设计两种方案:方案一：单片机来实现整个系统的功能。

该方案的优点：布线简单，硬件设计时间短；该方案的缺点：<1）软件的编程工作量大，难度大；<2）所有的功能都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高，加之硬件筹备比较困难；<3）该设计要求对DC/DC变换器实现PWM控制的开关频率至少要为100HZ，在单片机上难于实现；方案二：由DC/DC变换器和负载的调制共同实现整个系统的功能。

并联开关电源的均流方法[5篇]第一篇：并联开关电源的均流方法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开关电源中，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)。

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。

浅析开关电源并联系统自动均流技术随着我国人数逐渐增加，用电程度中也在逐渐提高。

在开关系统中，利用并联的方式进行供电，在一定程度上，能够为每户人口提供用电。

但是，在实际的使用中容易出现用电分配不均，并且在使用时，电压不稳定。

因此，论文通过对开关电源并联系统造成电流不均匀的原因进行分析，探究开关电源并联系统自动均流技术的有效方式。

此次研究的主要目的是为能够解决在电源并联系统中，电流分布不均问题，促进用户用电的安全以及用电稳定性。

【Abstract】With the increasing population of China，the degree of electricity consumption is also gradually improving. In the switching system，power is supplied in the mode of parallel，which can provide electricity to each household in a certain degree. However，in actual use，it is easy to have uneven distribution of electricity，and the voltage is unstable when in use. Therefore，through the analysis of the causes of the current inhomogeneity caused by the switching power supply parallel system，this paper probes into the effective way of automatic current-sharing technology in the switching power supply parallel system. The main purpose of this paper is to solve the problem of uneven distribution of current in power supply parallel system and to promote the safety and stability of power consumption.标签：开关电源;并联系统;自动均流技术1 引言电力系统在实际的应用中用电量不足时，可以利用开关电源将电源多个模块进行并联，从而解决供电不足或者输出功率较小的问题。