新型的并联开关电源的均流办法

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，常常采用N个单元并联的办法。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势。然而在并联中遇到的紧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。一般的均流办法是采取独立的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。本文提出了一种新型的、方便的、无损的电流采样办法，并在这种电流测试办法的基础上实现了并联系统的均流。

1一种新的电流采样办法

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，说明这种新的电流测试办法的原理和使用。

电流测试电路由一个简单的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)在一个开关周期求均匀值得

式中：VL是电感上的电压在一个开关周期的均匀值，显然VL=O；

Vo为输出电压均匀值；

IL电感电流均匀值，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均匀值，显然Ic=0；

R1为电感的等效串联电阻(ESR)。

于是式(2)可化为

所以，要测试负载电流及电感电流的大小，只要测试RC网络电容上的电压的大小就行了，这种办法可以很方便、简易、没有损耗地对电流进行采样。

2基于新的电流采样办法的均流原理

以两路并联Buck电路为例,如图2所示。

由式(3)知，

Vc1=IL1R1+V

Vc2=IL2R2+V

式中：Vc1、Vc2分别为C1和C2上电压的均匀值；

IL1、IL2分别是L-和L2流过电流的均匀值，亦即两路输出电流均匀值；

R1及R2是滤波电感的等效串联电阻，当在工艺上设计并联电源每路输出电感基本上相同时，可以认为R1=R2。

因此，要控制两路电流均流，即要求IL1=IL2，于是，只要控制Vc1=Vc2就行了。所以，电容C1及C2上的电压Vc1和Vc2可以代表两路电流IL1及IL2大小，可用来进行均流控制。

这样，便可得到如图3所示的控制框图，

3常用均流办法的分解比较

开关电源并联系统常用的均流办法有以下几种。

输出阻抗法即Droop(下垂，倾斜)法调节开关变换器的外特性倾斜度(即调节输出阻抗)，以达到并联模块接近均流的日的。这种办法是一种简单的大致均流的办法，精度比较低。

主从法适用于电流型控制的并联开关电源系统中。这种均流系统中有电压控制和电流控制，形成双闭环控制系统。这种办法要求每个模块问有通讯，所以使系统复杂化，并且当主模块失效时，整个电源系统便不能工作。

均匀值均流每个并联模块的电流放大器输出端接一个相同的电阻到一条公共母线上，形成均匀值母线。当某模块电压比母线电压高时，输出电压下降，反之亦然。

最大值均流法和均匀值均流法相近，差别只是每路电流通过一个二极管连到一条公共母线上。这种办法其实质是一种“民主均流”办法，电流最大的那个模块自动成为主模块，其他模块为从模块，从而“自动主从控制”。

均匀值均流和最大值均流法的均流母线断开或者开路都不会影响各个电源模块独立工作，并且是自动均流办法，均流精度比较高。

图4为常见均流办法的原理图。倘若均流母线是并联模块电流的均匀值，则是均匀值均流法；倘若是并联模块电流的最大值，则是最大值均流法；倘若均流母线是并联模块中的主模块的电流，则就是主从均流法。但是，在这些均流办法中，每个模块都要有一套独立的pWM控制环。

4新的均流办法

本文提出的办法是基于前所述的每路加一个简单的RC网络测试其分配的电流大小。电容C两端的电压均匀值就可以表征这路模块的电流大小，所以，对系统进行均流控制就是对各路RC网络C上电压进行均压。其均流原理图如图5所示。

图5中：

Vbus为均流母线电压；

Vref为输出电压参考值；

Vs为输出电压的采样值。

其工作原理和过程如下：

通过测试RC网络中C两端的电压，作为电流信号，几路电流信号(本例惟有两路)通过一个相同的电阻就得到了均匀值均流母线，均匀值均流母线电压值与负载有关，表征负载电流的大小。

然后将每路采样来的电流信号与母线电压比较，得到误差信号，去修正输出电压参考信号，从而对pWM控制器的占空比输出进行微调，达到均流和稳压的目的。

5实测结果

样机是一台DC5V输入，2V／40A输出的4路Buck并联的开关电源，工作频率为200kHz，带上满载进行测量每一路电流输出，均流效果好，误差在2％以下，电源输出稳定。当输出电流越大，即大功率并联的电源系统中，均流效果越好。

6结语

本文通过对常用的电流测试办法与均流控制的分解研究，提出了用一个RC网络测试电源输出电流的办法，并在这种电流测试办法的基础上给出了一种简单的并联系统均流的办法。这种办法使电流测试很方便，能高效率、低成本、简单、方便地实现并联系统的均流。

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