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

如果采用1＋1冗余結(jié)構(gòu)，即采用兩個(gè)輸出電流為100A的電源模塊并聯(lián)供電。正常情況下只有一個(gè)模塊工作，當(dāng)它發(fā)生故障，退出工作時(shí)，另一個(gè)模塊開始工作，系統(tǒng)仍然能正常運(yùn)行。

如果采用2＋1冗余結(jié)構(gòu)，即采用3個(gè)輸出電流為50A的電源模塊并聯(lián)供電。正常情況下只有兩個(gè)模塊工作，當(dāng)其中之一發(fā)生故障，退出工作時(shí)，另一個(gè)模塊開始工作，系統(tǒng)仍然能正常運(yùn)行。

如果采用3＋1冗余結(jié)構(gòu)，即采用4個(gè)輸出電流為33A的電源模塊并聯(lián)供電，正常情況下只有3個(gè)模塊工作，當(dāng)其中之一發(fā)生故障，退出工作時(shí)，另一個(gè)模塊開始工作，系統(tǒng)仍然能正常運(yùn)行。

比較上面三種工作方式，采用2＋1這種方式最好，這是因?yàn)椋?＋1方式中有一半的功率被閑置，而3＋1方式中使用元器件太多，成本過高，經(jīng)濟(jì)性不好。

3 幾種傳統(tǒng)的并聯(lián)均流方案

3．1 下垂法

下垂法全稱外特性下垂法，也叫做斜率控制法。在并聯(lián)電源模塊系統(tǒng)中，各個(gè)電源模塊是獨(dú)立工作的。每個(gè)模塊根據(jù)其外特性以及電壓參數(shù)值來確定輸出電流。在下垂法中，主要是利用電流反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)各模塊的輸出阻抗，也就是調(diào)節(jié)V_o=f(I_o)的斜率，從而調(diào)節(jié)輸出電流。其工作原理圖如圖3所示。

圖3 下垂法工作原理圖

R_i為任一并聯(lián)模塊輸出電流I_o的采樣電阻，經(jīng)電流放大產(chǎn)生電流反饋電壓信號(hào)V_i，V_f為輸出電壓反饋，V_r為V_i與V_f的和，V_g為控制基準(zhǔn)電壓（5V），V_e為誤差電壓。當(dāng)某一模塊輸出電流I_o偏大時(shí)，電壓與電流反饋合成信號(hào)V_r=V_i＋V_f增大，與V_g進(jìn)行比較后，使V_e減小，V_e反饋回電源模塊的控制部分，使該模塊的輸出電壓I_o下降，則I_o減小，即V_o=f(I_o)外特性下調(diào)。每個(gè)模塊各自調(diào)整自己的輸出電流，就可以實(shí)現(xiàn)各模塊的并聯(lián)均流。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，不需要外加專門的均流裝置，屬于開環(huán)控制。缺點(diǎn)是調(diào)整精度不高，每個(gè)模塊必須進(jìn)行個(gè)別調(diào)整，如果并聯(lián)的模塊功率不同的話，容易出現(xiàn)模塊間電流不平衡的現(xiàn)象。

3．2 主從電源法

主從電源法是將并聯(lián)的多個(gè)電源模塊中的一個(gè)作為主模塊，其他模塊跟隨主模塊工作。具體工作過程是：主模塊的工作電流與輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較，將差值信號(hào)反饋回各電源模塊（包括主模塊和從模塊）的控制電路，從而調(diào)節(jié)各模塊的輸出電流大小。

如圖4所示，設(shè)模塊1為主模塊，其輸出電流的采樣電壓為V₁，其他模塊輸出電流的采樣電壓為V_n。當(dāng)某一模塊輸出電流偏大時(shí)，相應(yīng)的V_n增大，與V₁比較，得到的V_en減小，反饋給該模塊的控制電路中，減小其輸出電流，從而實(shí)現(xiàn)均流。

圖4 主從電源法工作原理圖

主從模塊法的優(yōu)點(diǎn)是不須外加專門的控制電路。其缺點(diǎn)是，各個(gè)模塊間需要有通信聯(lián)系，連線比較復(fù)雜；其最大缺點(diǎn)是，一旦主模塊出現(xiàn)故障，則整個(gè)電源系統(tǒng)將崩潰，所以，不能用于冗余結(jié)構(gòu)中。

3．3 自動(dòng)均流法和最大電流法

自動(dòng)均流法也叫單線法，其工作原理是，將各電源模塊都通過一個(gè)電流傳感器及一個(gè)采樣電阻接到一條均流母線上。

如圖5所示，當(dāng)輸出達(dá)到均流時(shí)，輸出電流I₁為零。反之，則電阻R上由于有電流I₁流過，在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓U_ab，這個(gè)電壓經(jīng)過放大器A輸出電壓U_c，它與基準(zhǔn)電壓U_r比較后的ΔU，反饋回電源模塊的控制部分，從而調(diào)節(jié)輸出電流，最終實(shí)現(xiàn)均流。

圖5 單線法工作原理圖