解析電源模塊的均流

在很多大電流輸出的場(chǎng)合，為了提高系統(tǒng)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插拔的功能。以便于拆卸和維修、維護(hù)。

但是我們知道，每個(gè)電源模塊的內(nèi)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(wěn)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(xiàn)閑的閑死，忙的忙死的現(xiàn)象——有的模塊在超負(fù)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(xiàn)軟開關(guān)），也對(duì)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(fù)載平均分配到各模塊的手段，我們稱之為均流。

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(diào)整率法。是通過調(diào)節(jié)電源的輸出內(nèi)阻的方式來實(shí)現(xiàn)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(diào)整率差。

2.主從設(shè)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。最大的問題是，如果主模塊失效，那么整個(gè)電源系統(tǒng)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一個(gè)電阻連到公用的均流母線上，大家按照均流母線上的平均電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)整完成均流。平均電流自動(dòng)均流法可以實(shí)現(xiàn)精確均流，但如果均流母線發(fā)生短路，或者某個(gè)模塊發(fā)生故障，母線電壓下降會(huì)使各模塊電壓下調(diào)。

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(yīng)力自動(dòng)均流、外加均流控制器的均流等等。

目前應(yīng)用比較廣泛的是最大電流自動(dòng)均流法，有專門為這設(shè)計(jì)的IC，例如UC3907等。但是在這里，我不打算用專用IC，僅采用普通的運(yùn)放，來嘗試實(shí)現(xiàn)此功能。采用ORCAD來仿真。

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(diào)節(jié)電壓反饋環(huán)路的值，使輸出電壓發(fā)生變化，以調(diào)節(jié)本模塊的輸出電流，使電流反饋值與均流母線的值相同，從而實(shí)現(xiàn)了最大電流自動(dòng)均流。

下面的圖，就是單個(gè)模塊內(nèi)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(hào)，反向放大100倍為正電壓信號(hào)，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(hào)輸出到均流母線上，但此電壓跟隨器稍微有點(diǎn)變化，就是如果均流母線上的電壓比本模塊的電流采樣信號(hào)的電壓高的話，那么本模塊的信號(hào)就不會(huì)輸出到母線上。所以，母線上的電壓信號(hào)，永遠(yuǎn)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，此處用來作為電源變換器來使用，將電壓誤差放大器的輸出信號(hào)放大作為輸出，增益設(shè)置為10。負(fù)載，我用了一個(gè)9A的電流源來模擬恒流負(fù)載。

好，我們把圖中中間帶著運(yùn)放的這部分電路，再?gòu)?fù)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模擬此電源模塊出故障了的過程，來嘗試觀察其他的模塊是否可以繼續(xù)保持均流。當(dāng)然，如果大家有更好的模擬方法，也可以提出來一起研究。

電路復(fù)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(biāo)簽Hierarchy，點(diǎn)擊schematic1，再選菜單TOOLS->annotate，彈出Annotate對(duì)話框，在action項(xiàng)選擇Unconditional reference update，點(diǎn)擊OK。

再?gòu)牟藛蝫indows回到電路圖窗口，進(jìn)行直流掃描仿真，設(shè)定我們反串的電壓源從0V掃描到5V，步長(zhǎng)0.01V。

進(jìn)行仿真，放上電流探頭

看仿真結(jié)果

可以看到，在反串的電壓源電壓從0變化到3V的過程中，由于電路的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)能力，模塊的輸出電流開始下降，而另外兩個(gè)模塊的輸出開始上升，對(duì)于那兩個(gè)正常模塊來說，電流還是均衡的。等到故障模塊徹底不輸出電流了，負(fù)載電流完全由兩個(gè)正常模塊平均提供。

改變圖1中的R20的阻值，可以改變均流誤差放大器對(duì)輸出電壓調(diào)節(jié)的能力。如果我們將每個(gè)模塊的這個(gè)電阻改為3K，重新做一次仿真，再看電流波形，就可以看出來，在反串電壓源從0到5V變化的整個(gè)范圍，所有模塊依然可以均流輸出。