電源模塊并聯(lián)供電的冗余結(jié)構(gòu)及均流技術(shù)

摘要：介紹了將電源模塊并聯(lián)，并構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行供電的好處，講述了幾種傳統(tǒng)的并聯(lián)均流電路，討論了各種方式下的工作過(guò)程及優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)均流技術(shù)的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：電源模塊；并聯(lián)；冗余；均流

1 概述

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種電子裝置對(duì)電源功率的要求越來(lái)越高，對(duì)電流的要求也越來(lái)越大，但受構(gòu)成電源模塊的半導(dǎo)體功率器件，磁性材料等自身性能的影響，單個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊的輸出參數(shù)（如電壓、電流、功率）往往不能滿足要求。若采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)供電，如圖1所示，就不但可以提供所需電流，而且還可以形成N＋m冗余結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可謂一舉兩得。

圖1 多個(gè)電源模塊并聯(lián)供電框圖

但是，在電源模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，由于各個(gè)模塊參數(shù)的分散性，使其輸出的電流不可能完全一樣，導(dǎo)致有些模塊負(fù)荷過(guò)重，有些模塊過(guò)輕。這將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，會(huì)給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)嚴(yán)重的后果，而且電源模塊自身的壽命也會(huì)大大縮短。國(guó)外有資料表明，電子元器件在工作環(huán)境溫度超過(guò)50℃時(shí)的壽命是在常溫（25℃）時(shí)的1/6。因此，使各并聯(lián)電源模塊的輸出電流平均分配，是提高并聯(lián)電源系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)必須解決的問(wèn)題。

本文從均流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹幾種傳統(tǒng)的并聯(lián)均流方案，對(duì)于其他均流方案（比如按熱應(yīng)力自動(dòng)均流法），暫不做討論。對(duì)于文中提到的每一種均流方法，都做了詳細(xì)的介紹，并結(jié)合簡(jiǎn)單電路圖，講述其工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)[1][2][3][4]。在文章的最后部分，對(duì)并聯(lián)均流的發(fā)展做了簡(jiǎn)單的展望。

2 N＋m冗余結(jié)構(gòu)的好處

采用N＋m冗余結(jié)構(gòu)運(yùn)行，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

N＋m冗余結(jié)構(gòu)，是指N＋ m個(gè)電源模塊一起給系統(tǒng)供電。這里N表示正常工作時(shí)電源模塊的個(gè)數(shù)，m表示冗余模塊個(gè)數(shù)。m值越大，系統(tǒng)工作可靠性越高，但是系統(tǒng)成本也會(huì)相應(yīng)增加。

在正常的工作情況下，由N個(gè)模塊供電。當(dāng)其中某個(gè)或者某些模塊發(fā)生故障時(shí)，它們就退出供電，而由m個(gè)模塊中的一個(gè)或全部頂替，從而保證整個(gè)系統(tǒng)工作的持續(xù)性及穩(wěn)定性。

以某個(gè)輸出電流為100A的系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明冗余結(jié)構(gòu)運(yùn)行的好處，這里只討論1＋1，2＋1，3＋1三種工作方式，如圖2所示。各電源模塊的工作情況由K_n的閉合情況決定。

(a) 1＋1

(b) 2＋1

(c) 3＋1

圖2 三種冗余結(jié)構(gòu)