解析電源模塊的均流

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

但是我們知道，每個電源模塊的內(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，每個模塊的輸出功率各不相同。有可能會出現(xiàn)閑的閑死，忙的忙死的現(xiàn)象——有的模塊在超負荷工作，損耗發(fā)熱都比較厲害，壽命會降低。而有的工作于輕載，甚至都沒有進入較好的工作狀態(tài)（例如移相全橋，輕載時不容易實現(xiàn)軟開關），也對電源健康不利。

這時候，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)阻的方式來實現(xiàn)的。這個方法的特點是簡單。但最大的缺點是電壓調(diào)整率差。

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

3.平均電流自動均流法，把各模塊的電流采樣放大后通過一個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現(xiàn)調(diào)整完成均流。平均電流自動均流法可以實現(xiàn)精確均流，但如果均流母線發(fā)生短路，或者某個模塊發(fā)生故障，母線電壓下降會使各模塊電壓下調(diào)。

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

5.還有其他很多方法，例如熱應力自動均流、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均流法，有專門為這設計的IC，例如UC3907等。但是在這里，我不打算用專用IC，僅采用普通的運放，來嘗試實現(xiàn)此功能。采用ORCAD來仿真。

具體的工作原理其實很簡單，就是把本模塊的電流采樣值和均流的值進行誤差放大，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，從而實現(xiàn)了最大電流自動均流。

下面的圖，就是單個模塊內(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，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上，但此電壓跟隨器稍微有點變化，就是如果均流母線上的電壓比本模塊的電流采樣信號的電壓高的話，那么本模塊的信號就不會輸出到母線上。所以，母線上的電壓信號，永遠是輸出電流最大的那個模塊的。此外，還有一個模型E，這是一個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放大作為輸出，增益設置為10。負載，我用了一個9A的電流源來模擬恒流負載。

好，我們把圖中中間帶著運放的這部分電路，再復制兩份，貼在同一電路圖中。然后，在其中一個模塊的輸出上反串聯(lián)一個電壓源，用將這個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。

電路復制后，要選擇菜單里的windows->xxx.opj，進入OPJ管理窗口，然后選擇標簽Hierarchy，點擊schematic1，再選菜單TOOLS->annotate，彈出Annotate對話框，在action項選擇Unconditional reference update，點擊OK。

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

進行仿真，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，而另外兩個模塊的輸出開始上升，對于那兩個正常模塊來說，電流還是均衡的。等到故障模塊徹底不輸出電流了，負載電流完全由兩個正常模塊平均提供。

改變圖1中的R20的阻值，可以改變均流誤差放大器對輸出電壓調(diào)節(jié)的能力。如果我們將每個模塊的這個電阻改為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變化的整個范圍，所有模塊依然可以均流輸出。