1 引言

　　大量電子設(shè)備，特別是計(jì)算機(jī)、通訊、空間站等的廣泛應(yīng)用，要求組建一個(gè)大容量、安全可靠、不間斷供電的電源系統(tǒng)。如果采用單臺(tái)電源供電、該變換器勢(shì)必處理巨大的功率、電應(yīng)力大，給功率器件的選擇、開關(guān)頻率和功率密度的提高帶來困難。并且一旦單臺(tái)電源發(fā)生故障，則導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行，來提供大功率輸出是電源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。并聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)模塊處理較小功率，解決了上述單臺(tái)電源遇到的問題。

　　八十年代起，分布式電源供電方式成為電力電子學(xué)新的研究熱點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式供電，分布式電源利用多個(gè)中、小功率的電源模塊并聯(lián)來組建積木式的大功率電源系統(tǒng)。在空間上各模塊接近負(fù)載，供電質(zhì)量高，通過改變并聯(lián)模塊的數(shù)量來滿足不同功率的負(fù)載，設(shè)計(jì)靈活，每個(gè)模塊承受較小電應(yīng)力，開關(guān)頻率可以達(dá)到兆赫級(jí)，從而提高了系統(tǒng)的功率密度。

　　大功率輸出和分布式電源，使電源模塊并聯(lián)技術(shù)得以迅速發(fā)展。然而一般情況下不允許模塊輸出間直接進(jìn)行并聯(lián)，必須采用均流技術(shù)以確保每個(gè)模塊分擔(dān)相等的負(fù)載電流，否則，并聯(lián)的模塊有的輕載運(yùn)行，有的重載甚至過載運(yùn)行，輸出電壓低的模塊不但不為負(fù)載供電，反而成了輸出電壓高的模塊的負(fù)載，熱應(yīng)力分配不均，極易損壞。

　　對(duì)于多個(gè)模塊并聯(lián)運(yùn)行電源系統(tǒng)的基本要求是[2]：一是輸入電壓或者負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，保持輸出電壓穩(wěn)定;二是控制各模塊的輸出電流，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流平均分配，均流動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好。為提高系統(tǒng)可靠性，并聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)該具備以下特性：實(shí)現(xiàn)冗余。當(dāng)任意模塊發(fā)生故障時(shí)，其余模塊繼續(xù)提供足夠電能，整個(gè)電源系統(tǒng)不會(huì)崩潰;實(shí)現(xiàn)熱拔插，電源系統(tǒng)真正意義上的不間斷供電;均流方案無需外加均流控制單元;使用一條公共的低帶寬均流總線來連接各模塊單元。

　　2 并聯(lián)特性及均流一般原理

　　圖1為兩個(gè)模塊并聯(lián)工作時(shí)的等效電路及其外特性曲線。如果兩個(gè)模塊的參數(shù)完全相同，即V1max=V2max，R1=R2，兩條外特性曲線重合，負(fù)載電流均勻分配。如果其中一個(gè)模塊的電壓參考值較高，輸出電阻較?。ㄍ馓匦孕甭市。?，如圖1中的模塊1，則該模塊將承受大部分負(fù)載電流，負(fù)載增大，模塊1將運(yùn)行于滿載或超載限流狀態(tài)，影響了系統(tǒng)可靠性。

（a）并聯(lián)等效電路

（b）輸出外特性
圖1兩個(gè)模塊并聯(lián)均流原理圖

　　根據(jù)并聯(lián)電源系統(tǒng)中模塊之間有無傳遞均流信號(hào)的互連線，所有均流方法可歸成兩大類：下垂法和有源均流法，下垂法為模塊之間只有輸出端導(dǎo)線相連;有源均流法除了連接輸出導(dǎo)線外，還用均流母線把各模塊連在一起。

　　3.1下垂法[4]

　　下垂法(又叫斜率法，輸出阻抗法)是簡(jiǎn)單的一種均流方法。其實(shí)質(zhì)是利用本模塊電流反饋信號(hào)或者直接輸出串聯(lián)電阻，改變模塊單元的輸出電阻，使外特性的斜率趨于一致，達(dá)到均流。由圖1(b)可見，下垂法的均流取決于各模塊的電壓參考值、外特性曲線平均斜率及各模塊外特性的差異程度。

　圖2 (a)調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓

　　圖3 下垂法均流控制框圖

    此外，在模塊輸出端與負(fù)載之間串聯(lián)一定的電阻值也是一種調(diào)節(jié)輸出電阻的下垂法。缺點(diǎn)為串聯(lián)電阻會(huì)消耗額外電能。較為經(jīng)濟(jì)的辦法是串聯(lián)熱敏電阻，其阻值隨在電阻上消耗的熱能變化而改變，同樣達(dá)到近似均流。

　　而且，電流不連續(xù)模式下的Buck、Boost、Buck-Boost變換器和串聯(lián)諧振變換器本身就固有一定的外特性下垂率，這類變換器可以直接并聯(lián)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自然均流。

　　下垂法的特點(diǎn)可歸納如下：模塊之間無互連通訊線;實(shí)為開環(huán)控制，小電流時(shí)均流效果差，隨著負(fù)載增加均流效果有所改善;對(duì)穩(wěn)壓源而言，希望外特性斜率越小越好，而下垂法則以降低電壓調(diào)整率為代價(jià)來獲取均流，該法可以應(yīng)用在均流大于或等于10%的場(chǎng)合;對(duì)于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實(shí)現(xiàn)均流。

　　3.2有源均流法[1]～[2]

　　有源均流法是均流方法中的一大類別，其特征是采用互連通訊線連接所有的并聯(lián)模塊，用于提供共同的電流參考信號(hào)。一般并聯(lián)變換器采用電流型控制，即電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)雙環(huán)控制，以下把功率級(jí)和電流內(nèi)環(huán)作為變換器的基本單元。在基本單元外設(shè)計(jì)控制結(jié)構(gòu)和母線連接方式，形成各類有源均流法，如主從法、平均電流法、電流法等。

　　控制結(jié)構(gòu)指均流環(huán)與電壓環(huán)如何配置，圖4為有源均流法的三種控制結(jié)構(gòu)：電壓環(huán)環(huán)外調(diào)整、環(huán)內(nèi)調(diào)整和雙環(huán)調(diào)整。環(huán)外調(diào)整中均流環(huán)從電壓環(huán)外部疊加(圖4a)，均流母線帶寬低，對(duì)噪音不敏感，但由于受到低帶寬電壓環(huán)限制，均流控制反應(yīng)比較緩慢;環(huán)內(nèi)調(diào)整中均流環(huán)從電壓環(huán)內(nèi)疊加(圖4b)，均流環(huán)可以很好的和電流環(huán)結(jié)合起來，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均流信號(hào)從環(huán)內(nèi)注入，其帶寬不受電壓環(huán)的限制，反應(yīng)速度快，均流母線的電壓從電壓調(diào)整放大器獲得，但容易引起噪聲;雙環(huán)調(diào)整中均流環(huán)和電壓環(huán)并行一起作用于基本單元(圖4c)。

圖4 三種控制結(jié)構(gòu)

　　均流母線連接方式指如何從所有的模塊中獲取公共電流參考信號(hào)，表明了模塊間的主從關(guān)系。圖5顯示了三種均流母線的連接：自主配置、平均配置和指定配置。自主配置(圖5a)中，各個(gè)模塊和母線之間通過二極管連接，只有具備電流的模塊對(duì)應(yīng)的二極管才能導(dǎo)通，均流母線上代表的是電流信號(hào);平均配置(圖5b)中，各個(gè)模塊和母線之間通過參數(shù)完全一致的電阻連接，均流母線上代表的是平均電流;指定配置(圖5c)中，只有人為指定的模塊直接連接均流母線,成為主模塊。

　　圖7 主從均流法

　　4 總結(jié)

　　由于大功率負(fù)載的需要和模塊化電源系統(tǒng)的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)完全穩(wěn)定可靠的冗余電源系統(tǒng)，模塊化電源的并聯(lián)技術(shù)則顯得尤為重要。而每個(gè)模塊的外特性不一致，分擔(dān)的負(fù)載電流也不均衡，承受電流多的模塊可靠性大為降低。因此，并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)必須引入有效的負(fù)載分配控制策略，保證各模塊間電應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配。這是實(shí)現(xiàn)高性能模塊化大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。

    本文介紹均流技術(shù)的一般原理，全面詳細(xì)地討論了各種均流技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)。在不斷提高均流和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的同時(shí)，均流控制技術(shù)將朝著增加并機(jī)數(shù)目及不同容量模塊并聯(lián)的方向發(fā)展。隨著控制系統(tǒng)的逐步數(shù)字化和微處理器的發(fā)展，應(yīng)用如單片機(jī)或DSP完成電源系統(tǒng)的檢測(cè)、運(yùn)算和控制，可以更好地采用復(fù)雜的控制策略，實(shí)現(xiàn)均流冗余、故障檢測(cè)、熱拔插維修和模塊的智能管理。