電源模塊均流的基本原理、實(shí)現方法及仿真應用

在很多大電流輸出的場(chǎng)合，為了提高系統的可靠性，比較常用的一個(gè)方法就是采用熱備份——多個(gè)電源模塊并聯(lián)使用。每個(gè)電源模塊還具備在線(xiàn)插拔的功能。以便于拆卸和維修、維護。

但是我們知道，每個(gè)電源模塊的內阻是略有不同的，而輸出電壓也不可能做到完全一致。故而，穩壓輸出的電壓源是不可以直接并聯(lián)的，或者是即便并聯(lián)了，每個(gè)模塊的輸出功率各不相同。有可能會(huì )出現閑的閑死，忙的忙死的現象——有的模塊在超負荷工作，損耗發(fā)熱都比較厲害，壽命會(huì )降低。而有的工作于輕載，甚至都沒(méi)有進(jìn)入較好的工作狀態(tài)(例如移相全橋，輕載時(shí)不容易實(shí)現軟開(kāi)關(guān))，也對電源健康不利。

這時(shí)候，我們需要一種手段，讓各模塊輸出功率基本相同。這種把負載平均分配到各模塊的手段，我們稱(chēng)之為均流。

均流的方法有很多種，例如：

1，輸出阻抗法，又叫下垂法、傾斜法、電壓調整率法。是通過(guò)調節電源的輸出內阻的方式來(lái)實(shí)現的。這個(gè)方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單。但最大的缺點(diǎn)是電壓調整率差。

2，主從設置法，人為的在并聯(lián)的模塊中選一個(gè)主模塊，別的模塊的輸出向這個(gè)模塊靠攏。最大的問(wèn)題是，如果主模塊失效，那么整個(gè)電源系統都不能工作了。

3，平均電流自動(dòng)均流法，把各模塊的電流采樣放大后通過(guò)一個(gè)電阻連到公用的均流母線(xiàn)上，大家按照均流母線(xiàn)上的平均電壓來(lái)實(shí)現調整完成均流。平均電流自動(dòng)均流法可以實(shí)現精確均流，但如果均流母線(xiàn)發(fā)生短路，或者某個(gè)模塊發(fā)生故障，母線(xiàn)電壓下降會(huì )使各模塊電壓下調。

4，最大電流自動(dòng)均流法，又叫自動(dòng)主從均流、民主均流，在所有并聯(lián)模塊中，輸出電流最大的那個(gè)模塊自動(dòng)成為主模塊，其他模塊的輸出向這個(gè)模塊靠攏。

5，還有其他很多方法，例如熱應力自動(dòng)均流、外加均流控制器的均流等等。

目前應用比較廣泛的是最大電流自動(dòng)均流法，有專(zhuān)門(mén)為這設計的IC，例如UC3907等。但是在這里，我不打算用專(zhuān)用IC，僅采用普通的運放，來(lái)嘗試實(shí)現此功能。采用ORCAD來(lái)仿真。

具體的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是把本模塊的電流采樣值和均流的值進(jìn)行誤差放大，然后用誤差放大器的值去調節電壓反饋環(huán)路的值，使輸出電壓發(fā)生變化，以調節本模塊的輸出電流，使電流反饋值與均流母線(xiàn)的值相同，從而實(shí)現了最大電流自動(dòng)均流。

下面的圖，就是單個(gè)模塊內部的均流電路，U1A是電壓誤差放大器，U2A是電壓采樣的電壓跟隨器，U3A是電流采樣放大器，把采集到的電流信號，反向放大100倍為正電壓信號，U4A為均流誤差放大器，U5A為電壓跟隨器，將本模塊輸出電流的采樣信號輸出到均流母線(xiàn)上，但此電壓跟隨器稍微有點(diǎn)變化，就是如果均流母線(xiàn)上的電壓比本模塊的電流采樣信號的電壓高的話(huà)，那么本模塊的信號就不會(huì )輸出到母線(xiàn)上。所以，母線(xiàn)上的電壓信號，永遠是輸出電流最大的那個(gè)模塊的。此外，還有一個(gè)模型E，這是一個(gè)把輸出電壓放大的模塊，此處用來(lái)作為電源變換器來(lái)使用，將電壓誤差放大器的輸出信號放大作為輸出，增益設置為 10。負載，我用了一個(gè)9A的電流源來(lái)模擬恒流負載。

好，我們把圖中中間帶著(zhù)運放的這部分電路，再復制兩份，貼在同一電路圖中。然后，在其中一個(gè)模塊的輸出上反串聯(lián)一個(gè)電壓源，用將這個(gè)電壓源慢慢升高的方法來(lái)模擬此電源模塊出故障了的過(guò)程，來(lái)嘗試觀(guān)察其他的模塊是否可以繼續保持均流。當然，如果大家有更好的模擬方法，也可以提出來(lái)一起研究。電路復制后，要選擇菜單里的windows->xxx.opj，進(jìn)入OPJ管理窗口，然后選擇標簽 Hierarchy，點(diǎn)擊schematic1，再選菜單TOOLS->annotate，彈出Annotate對話(huà)框，在action項選擇 Unconditional reference update，點(diǎn)擊OK。

再從菜單windows回到電路圖窗口，進(jìn)行直流掃描仿真，設定我們反串的電壓源從0V掃描到5V，步長(cháng)0.01V。

進(jìn)行仿真，放上電流探頭

看仿真結果

可以看到，在反串的電壓源電壓從0變化到3V的過(guò)程中，由于電路的調節功能，模塊的輸出還是能保持均流的。隨后由于模擬反串電壓源的電壓升高，超出了電路的調節能力，模塊的輸出電流開(kāi)始下降，而另外兩個(gè)模塊的輸出開(kāi)始上升，對于那兩個(gè)正常模塊來(lái)說(shuō)，電流還是均衡的。等到故障模塊徹底不輸出電流了，負載電流完全由兩個(gè)正常模塊平均提供。