（電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)論文）dcdc變換器并聯(lián)均流技術(shù)研究.pdf

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第頁 a b s t r a c t d p s ( d i s t n b n t e dp o w e rs y s t e m ) h a sb e e na p p l i e dm o r ea n dm o r ew i d e l y b e c a u s eo fl a r g e - p o w e ra p p l i c a t i o nr e q u k e m e n t s a n dm u l t i - m o d u l ep a r a l l e l e d p o w e rs u p p l yi si nm o r ec o m m o nu b u tc u r r e n t - s h a r i n gc o n t r o lm u s tb e i n t r o d u c e di nt h ep a r a l l e l e ds y s t e mt ob a l a n c ep o w e rd i s t r i b u t i o n , b e , c a u s ee v e r y p o w e rm o d u l eh a sv a r i o u se l e c t r i cc h a r a c t e r i s t i c c u r r e n t s h a r i n gt e c h n i q u ei s o n eo fk e yt e c h n i q u e si nt h ep a r a l l e l e ds y s t e m t h e r ea r e m a n yc u r r e n t - s h a r i n g m e t h o d sa t p r e s e n t a u t o m a t i c c u r r e n t - s h a r i n gt e c h n i q u ea n dd r o o pm e t h o di sw i d e l yi nu s ei nt h en u m e r o u s m e t h o d s f i r s t l y ，d p sa n ds e v e r a lc u r r e n t s h a r i n gm e t h o d su s u a l l yu s e da r e s i m p l yi n t r o d u c e d s e c o n d l y , t h et h e o r yo ft h e s et w om e t h o d si sd i f f e r e n t l y a n a l y z e di nd e t a i l t h er e s u l ti sv a l i d a t e dt h r o u g hs i m u l a t i o ni nt h ee n d t h ed r o o pc u r r e n t - s h a r i n gm e t h o dh a sm a n y p r a c t i c a lr e a l i z i n gm o d e s t h e p r i n c i p l e so ft h r e em e t h o d sa r ea n a l y z e di nd e t a i l , b a s e do i lc o m p l e x i t y , c o s t , m o d u l a r i t y , r e l i a b i l i t y , a n dc u r r e n t s h a r i n gp e r f o r m a n c ee t c t h et h r e em e t h o d s s m a l ls i g n a lm o d e l sa r el i s t e d ad e t a i l e dc o m p a r i s o nb e t w e e nt h e s em e t h o d s t h r o u g h t h es i m u l a t i o no ft w ob u c kl o wp o w e rl e v e lm o d u l e s p a r a l l e l e d d r a w i n ga c o n c l u s i o nt h a ta c t i v ed r o o pm e t h o dh a sg o o dc u r r e n t s h a r i n ge f f e c t a u t o m a t i cc u r r e n t s h a r i n g t e c h n i q u ei sw i d e l yi n u s ei nt h en u m e r o u s m e t h o d sf o ri t sh i g hc o n t r o lp r e c i s i o na n de a s yr e a l i z a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h e m e t h o d sc u r r e n t s h a r i n gp u r p o s ei sn o tg o o da n dab i gr a n g es u r g ew i l lc o m e f o r t hi ni t sc u r r e n ti nd y n a m i cp r o c e s s i o n i no r d e rt o i m p r o v et h et r a n s i e n t r e s p o n s eo fc u r r e n ts h a r i n g , t h i sp a p e rd e v e l o p sa l li m p r o v e da u t o m a t i c c u r r e n t - s h a r i n gt e c h n i q u ew i t h a v e r a g e - c u r r e n tm o d ec o n t r 0 1 t h ec o n t r o ls y s t e m h a st h r e ec o n t r o ll o o p s t h ep a p e ra d v a n c e st h ed e s i g np r i n c i p l ef o rc u r r e n t l o o p 、v o l t a g el o o pa n dc u r r e n t - s h a r i n gl o o p s e tu pt h et h e o r yf o u n d a t i o nf o rt h e p a r a l l e l e ds y s t e m f i n a l l y , ap r o t o t y p ew i t ht w ob u c km o d u l e si ss e tu pa n d e m u l a t i o nd a t av e r i f yt h ep e r f o r m a n c eo fc u r r e n ts h a r i n g 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第m 頁 p a r a e t , c u r r e n t s h a r i n g , t h r e e l o o pc 噸仃o ld r o o pm e t h o d a c t i v ed r o o pm e t h o d , a v e r a g e - c u r r e n t , m o d ec o n t r o l 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁 第1 章緒論 隨著科技的發(fā)展，電子設(shè)備往往需要大容量直流電源供電，例如：巨型 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要5 v 、幾百安的電源供電：通訊用電源系統(tǒng)需要5 0 v 2 4 0 0 a 的電源供電；固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)需要4 0 v 1 0 0 0 a 的穩(wěn)定度高、紋波低且噪聲 小的電源供電等等。由于單個(gè)電源組件的功率容量畢竟是有限的，在需要大 容量供電的情況下，如果采用單個(gè)電源，開關(guān)管與整流管的開關(guān)應(yīng)力就會(huì)變 得非常難以處理，散熱問題也難以解決，因而設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)都非常困難。 另外，在當(dāng)今社會(huì)，信息化程度越來越高，各種電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)在 國民經(jīng)濟(jì)各部門得到了廣泛而深入的應(yīng)用。在許多時(shí)候，必須采取足夠有效 的措施保證各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電的萬無一失，而傳統(tǒng)的單電源供電卻很難做 到這一點(diǎn)。并且一旦單臺電源發(fā)生故障則可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，并導(dǎo)致不 可估量的損失。如1 9 9 6 年美國電源協(xié)會(huì)曾公布美國計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中“4 5 以 上的數(shù)據(jù)丟失的起因是電源故障，這一故障發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2 的硬件、軟 件錯(cuò)誤和3 的人為錯(cuò)誤：在一個(gè)典型的系統(tǒng)中每月大約出現(xiàn)1 2 0 次電源問 題”。| 3 1 | 4 1 正是由于單電源供電在實(shí)現(xiàn)大容量和保證高可靠性方面存在困難，人們 才將目光轉(zhuǎn)向了分布式電源系統(tǒng)( d i s t r i b u t e dp o w e rs y s t e m , d p s ) 。大功率 輸出和分布式電源，使電源模塊并聯(lián)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)，必須采用均流措施，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，極易損耗。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。國外有資料表明 【1 1 1 【1 2 l ，電子元器件在工作環(huán)境溫度超過5 0 c 時(shí)的壽命是在常溫( 2 5 1 2 ) 時(shí)的 1 ，6 。本文針對開關(guān)電源并聯(lián)均流技術(shù)問題，對其進(jìn)行理論研究和仿真分析。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁 1 1 分布式電源系統(tǒng)的簡介 1 1 1 分布式電源系統(tǒng)的概念 所謂分布式電源系統(tǒng)，即是由若干小容量的電源模塊組合而成的一個(gè)大 容量的電源系統(tǒng)。從理論上說，分布式電源系統(tǒng)的構(gòu)成可以有串聯(lián)( 圖1 - 1 ) ， 并聯(lián)( 圖1 - 2 ) ，以及串聯(lián)與并聯(lián)混合等方式，不過實(shí)際應(yīng)用中通常只是對 電源的輸出電流要求很高，應(yīng)該是負(fù)載需要的電流越來越大，并聯(lián)供電優(yōu)勢 就越明顯，并聯(lián)電源系統(tǒng)得到了更廣泛的應(yīng)用。 揆塊1 - 人氅2 h 一、 i li ￥i l 匕 _ jl 匕 _ j r r 1 寧f “ 恐嚇 艮 0噸6 l 模塊1i 樓塊2 i i 圖1 - 1 串聯(lián)電源系統(tǒng)圈1 - 2 并聯(lián)電源系統(tǒng) 1 1 2 分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展 早在7 0 年代，分布式電源系統(tǒng)d p s ( d i s t f i b u t i n gp o w e rs y s t e m ) 概念就 已出現(xiàn)，最初應(yīng)用于計(jì)算機(jī)供電系統(tǒng)和通信電源中。在此之前，每個(gè)通信系 統(tǒng)往往備有兩套完全一樣的電源設(shè)備，雖然提高了可靠性，但成本增加了一 倍。相對于傳統(tǒng)集中式供電系統(tǒng)，它是利用最新電源理論和技術(shù)做成相對較 小的電源功率模塊來組合成積木式、智能化的大功率電源系統(tǒng)。分布式電源 系統(tǒng)的引進(jìn)，在提高可靠性和規(guī)范性的同時(shí)，也降低了成本，引起了人們的 關(guān)注。隨著分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多的電源系統(tǒng)采用模塊并聯(lián)技術(shù)。 如圖1 3 所示，多個(gè)開關(guān)電源模塊靈活地并聯(lián)組合成大功率分布式電源體系， 是目前實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源大功率化的主要途徑。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁 圖1 3 分布式電源并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖 1 1 3 分布式電源系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 較之傳統(tǒng)的單電源供電而言，并聯(lián)電源具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可實(shí)現(xiàn)大容量、 高效率，能夠保證較高的可靠性，能夠根據(jù)需要配置成為冗余系統(tǒng)，能夠?qū)?現(xiàn)電源的模塊化，能夠?qū)崿F(xiàn)電源容量的可擴(kuò)充性，能夠降低成本投入等等。 具體而言： 大容量是指輸出采用并聯(lián)形式，用小功率電源模塊構(gòu)建大功率電源系 統(tǒng)。由于系統(tǒng)中每個(gè)電源模塊只分擔(dān)總的電源容量的一小部分，實(shí)現(xiàn)起來比 較容易，所以說，并聯(lián)電源系統(tǒng)方便實(shí)現(xiàn)大容量。 高效率包含兩方面內(nèi)容：一方面，小功率電源模塊的開關(guān)管的損耗比較 小，磁性組件的損耗也比較小，從整體上看，較小功率模塊的整體效率要比 大功率的同類電源模塊要高，因此，由較小功率電源模塊并聯(lián)而成的電源系 統(tǒng)的整體效率也同樣比相同容量相同類型的單一電源要高。另一方面，由于 電源的效率通常是在最大輸出時(shí)最大，而在小功率輸出時(shí)的效率比較低，如 果采用一個(gè)大功率電源，其在小功率輸出時(shí)的效率就比較低，但是如果在采 用并聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，可以在其輸出小功率時(shí)，只讓其中一部分模塊工作，其它的 不工作，這樣，工作的模塊仍然具有較高的工作效率，這就可以使得并聯(lián)電 源系統(tǒng)從小功率輸出到大功率輸出范圍內(nèi)都可以保持較高的工作效率。綜合 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁 以上兩方面內(nèi)容，可以說，并聯(lián)系統(tǒng)具有高效率的特點(diǎn)。高可靠性是指并聯(lián) 電源系統(tǒng)要比采用單個(gè)大功率電源的可靠性要高。 如果采用單一的電源，如果某一部分出現(xiàn)故障，則整個(gè)系統(tǒng)就不能正常 工作。而在并聯(lián)電源系統(tǒng)中，如果一部分出現(xiàn)故障，則可以自動(dòng)把故障部分 隔離，其它部分仍然可以正常工作，這樣就提高了整體的可靠性。 良好的冗余特性是指如果系統(tǒng)在最大輸出情況下需要n 個(gè)模塊并聯(lián)， 而此時(shí)采用n + l 或者n + 2 個(gè)模塊并聯(lián)，在其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)， 不僅可以隔離出現(xiàn)故障的模塊，還可以自動(dòng)把備份的模塊并聯(lián)進(jìn)來，這樣就 仍然能夠輸出最大的功率。這種冗余特性也是單一電源所不具備的。模塊化 是指把子模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)后，如果需要設(shè)計(jì)大功率輸出的電源系統(tǒng)，只 需要把子模塊進(jìn)行并聯(lián)，而不需要重新設(shè)計(jì)，針對不同的輸出功率，采用不 同數(shù)量的模塊進(jìn)行并聯(lián)，這樣一來，就可以非常靈活的實(shí)現(xiàn)大功率輸出了。 低成本是指單位輸出功率的成本低。由于小功率模塊的單位輸出功率成 本比大功率模塊要低，因而采用并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)大功率電源時(shí)，便可以降低成 本。此外，模塊化的實(shí)現(xiàn)還可以降低設(shè)計(jì)成本，因?yàn)椴煌β室笾恍枰?用不同數(shù)目的模塊并聯(lián)即可，而不需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。 因此，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行是進(jìn)一步提高分布式電源系統(tǒng)運(yùn)行 可靠性和擴(kuò)大供電容量而需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，也成了近年來電源領(lǐng)域人 們研究的一個(gè)熱門問題。 1 2 均流控制的意義 1 2 1 直接并聯(lián)的問題 并聯(lián)電源系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的單電源供電有一些明顯的優(yōu)勢，但如果將各模 塊直接并聯(lián)的話，就會(huì)存在一些問題，這些問題主要是由于系統(tǒng)中參與并聯(lián) 各模塊特性難以做到完全一致造成的。 由于工藝水平的限制以及誤差的不可避免性，實(shí)際系統(tǒng)中參與并聯(lián)的各 個(gè)模塊，它們彼此的參數(shù)或多或少都會(huì)有些差別，這種差別只可以盡量縮小， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 頁 卻難以完全避免。此外，各個(gè)模塊的參數(shù)還會(huì)隨著時(shí)間和溫度等外界因素的 變化而發(fā)生變化，而這種由于外界因素而產(chǎn)生的各模塊參數(shù)的差別可能要比 模塊本身固有的差別要大的多 鑒于系統(tǒng)中參與并聯(lián)的各電源模塊的參數(shù)無法做到完全一致，如果將模 塊直接并聯(lián)的話，也勢必很難保證各模塊均勻分擔(dān)負(fù)載電流，可能會(huì)出現(xiàn)某 些模塊輸出的電流比較大，某些模塊輸出的電流比較小，甚至還有些模塊可 能根本沒有輸出電流的情況 在并聯(lián)電源系統(tǒng)中，如果各個(gè)模塊輸出的電流不一致，也即各個(gè)模塊并 沒有均擔(dān)負(fù)載電流的話，就可能會(huì)導(dǎo)致很多問題： 首先，各個(gè)模塊輸出電流不一致，勢必會(huì)導(dǎo)致某些模塊輸出電流比較大， 相應(yīng)的，這些模塊所承受的電壓和電流的應(yīng)力也比較大，這就會(huì)使它們損壞 的機(jī)率上升 其次，當(dāng)系統(tǒng)工作在大負(fù)載狀況時(shí)，如果各個(gè)模塊輸出電流不一致，則 必然會(huì)導(dǎo)致其中輸出電流最大的模塊率先達(dá)到模塊的最大電流限制，引起系 統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)不能正常工作。 此外，在動(dòng)態(tài)過程中，會(huì)出現(xiàn)更大的輸出電流不均衡現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至 能夠?qū)е孪到y(tǒng)無法穩(wěn)定工作 1 2 2 均流控制的一般原理 對于多個(gè)d c d c 模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)，參與并聯(lián)的每個(gè)模塊都可以等 效為一個(gè)電壓源( 代表空載電壓) 和一個(gè)電阻( 代表輸出電阻) 的串聯(lián)，這 種等效方法可以為進(jìn)一步研究d c d c 并聯(lián)時(shí)的電流分布情況提供便利。 圖1 - 4 是兩個(gè)模塊并聯(lián)時(shí)輸出電流與輸出電壓的關(guān)系曲線。圖1 4 a 是兩個(gè)模塊的輸出阻抗相等( 輸出特性曲線的斜率相等) ，但空載輸出電壓 不相等時(shí)的情況，圖1 4 b 是兩個(gè)模塊的空載輸出電壓相等，但輸出阻抗不 相等( 輸出特性曲線的斜率不相等) 時(shí)的情況。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁 v v 蕾 v h v v ( a ) 空鬟電壓不同藿出阻抗不同o 時(shí)空載電壓相阿，出阻執(zhí)相同 圖1 4 兩個(gè)模塊并聯(lián)時(shí)輸出電流與輸出電壓的關(guān)系 圖1 - 4 a 中兩個(gè)模塊的輸出特性分別為： k v , = 叱v o , - 1 1 1 2 r r o n , ( 1 1 ) k = v 矗i ：r 。 。 輸出電流差異為： i - i - i , v o = - v o , ( 1 - 2 ) 。 心 圖1 - 4 b 中兩個(gè)模塊的輸出特性分別為： v 1 = ：7 0 - 1 1 1 2 r k o l ( 1 3 ) = - 1 2 r 0 2 輸出電流差異為： 厶i = i z 一面v o ( r 麗o t - r o j 2 ) ( 1 - 4 ) 這只是針對兩個(gè)模塊并聯(lián)的情況，且要么空載電壓存在差別，要么輸出 電阻存在差別，而非兩者同時(shí)存在差別。更一般的，如果不是兩個(gè)模塊而是 多個(gè)模塊并聯(lián)，如果各模塊的空載電壓和輸出電阻都存在差別，那么，輸出 電流的情況就可想而知了。 因此，在采用并聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式電源系統(tǒng)的同時(shí)，必須采取一定的措 施來保證每個(gè)模塊平均分擔(dān)輸出電流( 即所謂的均流) ，只有這樣，方能保 證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，充分發(fā)揮并聯(lián)電源的優(yōu)點(diǎn) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁 1 2 3 均流的衡量標(biāo)準(zhǔn) 負(fù)載均分性能一般以不平衡度指標(biāo)來衡量，不平衡度越小，其均分性能 越好，即各模塊實(shí)際輸出電流值距系統(tǒng)要求值的偏離點(diǎn)和離散性越小。國家 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和信息產(chǎn)業(yè)部入網(wǎng)要求其均分負(fù)載不平衡度c 。不大于輸出 額定電流值的5 。按照通信用半導(dǎo)體整流設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中描述的不平衡度， 計(jì)算方法如下： 掣 ( 1 - 5 ) s i 。| n 箭 式中：萬一并聯(lián)模塊的數(shù)量 l 一第k 個(gè)模塊的輸出電流 t a x i , 一，】所有模塊輸出電流的最大差異 1 2 4 均流的必要性 圖1 - 5b u c k 變換器電路圖 下面以兩個(gè)b u c k 變換器模塊并聯(lián)組成的系統(tǒng)為例來說明一下均流的重 要性。該系統(tǒng)未加均流控制，每個(gè)b u c k 模塊的輸入電壓為4 8 v , 輸出電壓為 1 2 v 額定電流為1 0a ，電感值為1 3 0 u h ，輸出電容值為1 1 0 u f 開關(guān)頻率為 1 0 0 k h z ( 見圖1 5 ) 。 圖1 - 6 為沒有采用均流措施時(shí)，兩個(gè)b u c k 變換器的濾波電感的寄生電 阻分別取0 2 q ，0 鹼。當(dāng)輸出電流為1 0 a 時(shí)，采用p s i m 7 0 仿真軟件進(jìn)行仿 真得到如下波形。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁 1 2 1 0 b 8 t 2 o o f 1眨 a 毯 ： 。| - 一： t 。f _ i - f 彩 _ 一- _ _ 。- l i - - 一- ，一- 1 1 0 00 5 01 0 01 5 0 z o o t i m e ( m s 圖1 _ 6 未加均流措施時(shí)的負(fù)載波形( 單位a ) 從圖中可以看出，穩(wěn)態(tài)時(shí)，模塊1 、2 的輸出穩(wěn)態(tài)電流分別為 1 1 - 3 5 a , i ：= 6 5 a 。此時(shí)，均流誤差為6 0 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出允許值5 。不符合均 流規(guī)范要求。 考慮極端的情況，某個(gè)并聯(lián)模塊可能負(fù)擔(dān)了系統(tǒng)的大部分負(fù)載，而有的 模塊可能沒有任何輸出功率。結(jié)果使得分擔(dān)電流多的模塊熱應(yīng)力增大，使 用壽命降低。據(jù)專家分析，當(dāng)電子元器件溫度從2 5 上升到5 0 c 時(shí)，其壽 命將大為降低，僅為2 5 時(shí)的1 6 。因此在并聯(lián)系統(tǒng)中，并聯(lián)均流技術(shù)是其 關(guān)鍵技術(shù)。 1 3 本文所做的主要工作 在眾多常見的均流策略中，最大電流自動(dòng)均流法和輸出阻抗法應(yīng)用最為 廣泛。本文較為詳細(xì)地分析這兩種均流方法，對它們在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)方 法，進(jìn)行了分析比較，并進(jìn)行了仿真比較。 主要工作如下： 1 、輸出阻抗法的分析和仿真 ( 1 ) 該均流方法的原理分析； ( 2 ) 對該方法具有代表性的三種策略進(jìn)行了原理分析； ( 3 ) 通過對兩個(gè)小功率b u c k 模塊并聯(lián)的情況的仿真，驗(yàn)證了這三種策 略的特點(diǎn)，總結(jié)了三種策略的優(yōu)缺點(diǎn)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 頁 2 、最大電流自動(dòng)均流法的分析和仿真 ( 1 ) 詳細(xì)介紹了其工作的原理； ( 2 ) 簡單地介紹了該方法的四種具體實(shí)現(xiàn)的策略，分析了它們各自的 優(yōu)缺點(diǎn)； ( 3 ) 重點(diǎn)就其中一種改進(jìn)式方法分析建模，最后通過仿真，證明該方 法具有很好的均流效果 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 0 頁 第2 章常見均流方法的簡介 從本質(zhì)上講，模塊并聯(lián)運(yùn)行需要均流的主要原因是由于模塊輸出是電壓 源性質(zhì)，輸出電壓的微小偏差會(huì)導(dǎo)致輸出電流的很大差別。因此均流可以通 過改變電壓源的特性( 使特性變軟) 或改變電壓源的幅值來實(shí)現(xiàn)。從目前國內(nèi) 外對均流技術(shù)的研究看，在并聯(lián)的電源系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)均流控制常用的幾種并 聯(lián)均流技術(shù)有以下幾種： 1 、下垂法( 又稱作輸出阻抗法或者電壓調(diào)整率法) 2 、主從設(shè)置法( m a s t e r s l a v e ) 3 、平均電流自動(dòng)均流法 4 、最大電流自動(dòng)均流法( 民主均流法) 5 、熱應(yīng)力自動(dòng)均流法 6 、外加均流控制器均流法 下面簡單的介紹一下以上6 種均流方法。 2 1 下垂法( d r o o pm t h o d ) 下垂法是一種通過調(diào)節(jié)變換器輸出阻抗( 即調(diào)節(jié)外特性傾斜度) ，實(shí)現(xiàn)并 聯(lián)模塊均流。 2 1 1 方法的基本原理 圖2 - 1 表示開關(guān)變換器的伏安特性v o = f ( 1 。) ，r 為開關(guān)變換器的輸出阻 抗，其中也包括開關(guān)變換器模塊連接到負(fù)載的導(dǎo)線或電纜的電阻。當(dāng)空載時(shí)， 模塊的輸出電壓為v o 。當(dāng)電流變化量為i 時(shí)，負(fù)載電壓變化量為a v ， 故得a v a i = r ，r 即為該模塊的輸出阻抗。實(shí)際上，a v a i 指的是模塊電流 增加了i 時(shí)，模塊輸出電壓的降落a v 大小，因此a v a i 也代表了開關(guān)電源 的輸出電壓調(diào)整率。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 1 頁 d 唧 圖2 - 1 開關(guān)變換器的外特性v 廬f o o ) 因此，開關(guān)變換器的負(fù)載電壓v 0 與負(fù)載電流i 。的關(guān)系表達(dá)式如下： k - v 。一砜 ( 2 一1 ) 圖2 - 2 為兩臺相同容量，具有相同主電路參數(shù)的開關(guān)變換器并聯(lián)的情況， 有下式： - k 。一r k ( 2 2 ) - 。一是k ( 2 3 ) r 1 。r 2 分別為模塊1 及模塊2 的輸出阻抗( 包括電纜電阻) 。設(shè)r l 為負(fù) 載電阻，可解得 i m f r 。+ ( k 。一) r 1 ，磁 ( 2 - 4 ) f 0 2 一f r ，+ 一。) 民1 ，墨( 2 - 5 ) 式中墨- 墨恐+ ( 足+ 是) 冠 由圖2 2 可知，當(dāng)負(fù)載電流i 。= i 。+ i 。時(shí)，負(fù)載電壓v 0 ，按兩個(gè)模塊的 外特性傾斜率( 即電壓調(diào)整率) 分配負(fù)載電流i l ，斜率不相等，分配的負(fù)載 電流也不相等；當(dāng)負(fù)載電流增大到i x = i o x + i 。時(shí)，負(fù)載電壓為v o 。可見， 模塊1 外特性斜率小( 1 i l 】輸出阻抗小) ，分配電流的增長量比外特性斜率大 的模塊2 增長量更大。如果能設(shè)法將模塊1 的外特性斜率( 即輸出阻抗) 調(diào) 整得接近模塊2 ，則可使這兩個(gè)模塊的電流分配接近相等。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 2 頁 圖2 - 2 兩臺并聯(lián)的開關(guān)變換器及外特性 2 1 2 下垂法( d r o o pm e t h o d ) 實(shí)際應(yīng)用 圖2 3 為基于外特性下垂法的均流控制電路。r 為模塊電流的檢測電阻， 與負(fù)載電阻串聯(lián)。檢測到的電流信號經(jīng)過電流放大器輸出v ，與模塊輸出的 反饋電壓v t 綜合加到電壓放大器的輸入端。這個(gè)綜合信號電壓與基準(zhǔn)電壓 v f 比較后，其誤差經(jīng)過放大得到v ，控制脈寬調(diào)制器及驅(qū)動(dòng)器，用以自動(dòng)調(diào) 節(jié)模塊的輸出電壓。當(dāng)某模塊電流增加得多，v 上升，v 下降，使該模塊的 輸出電壓隨著下降，即外特性向下傾斜( 輸出阻抗增大) ，接近其它模塊的外 特性，使其它模塊電流增大，實(shí)現(xiàn)均流。 下垂法是最簡單的均流方法，在小電流時(shí)電流分配特性差，重載時(shí)分配 特性要好一些，但仍是不平衡。其缺點(diǎn)是：電壓調(diào)整率下降，為達(dá)到均流， 每個(gè)模塊必須個(gè)別調(diào)整；對于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實(shí)現(xiàn)均流【1 】 此外，還有許多因素在影響電流分配的不均勻性，如：元器件的容差， 元件老化，物理?xiàng)l件改變使元件性能的變化有差別等等。因此，在用輸出阻 抗法實(shí)現(xiàn)近似均流以后，電源系統(tǒng)運(yùn)行了一段時(shí)間，若發(fā)生上述變化，則電 流分配又不均勻了。由于用輸出阻抗法均流的系統(tǒng)電壓調(diào)整率差，因此這一 方法不可能用在電壓調(diào)整率要求很高( 例如3 或小于3 ) 的電源系統(tǒng)中【1 1 。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁 圖2 - 3 下垂法實(shí)際應(yīng)用圖 2 2 主從設(shè)置法( m a s t e r sia v e ) 主從設(shè)置法適用于采用電流型控制的并聯(lián)開關(guān)電源系統(tǒng)中，所謂電流型 控制是指開關(guān)電源模塊中有電壓控制和電流控制，形成電壓電流雙閉環(huán)系 統(tǒng)。電壓環(huán)用于調(diào)節(jié)輸出電壓、電流環(huán)用于調(diào)節(jié)電感電流。主從設(shè)置法是在 并聯(lián)的u 個(gè)變換器模塊中，任意指定其中一個(gè)為“主模塊”( m a s t e rm o d u l o ；， 其余各模塊跟從主模塊分配電流，稱為從模塊6 l a v e m o d u l e s ) 。圖2 - 4 給出n 個(gè)d c - d c 變換器模塊并聯(lián)的主從控制原理圖。圖中每個(gè)模塊都采用電流型 控制。設(shè)模塊1 為主模塊，按電壓控制規(guī)律工作，其余的n 1 個(gè)模塊按電流 型控制方式工作。v f 為主模塊的基準(zhǔn)電壓，v f 為輸出電壓反饋信號。經(jīng)過 電壓誤差放大器，得到誤差電壓v e ，它是主模塊的電流基準(zhǔn)，與v i l ( 反映主 模塊電流的大小) 比較后，產(chǎn)生控制電壓v c 控制脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)器工作。 于是主模塊電流將按電流基準(zhǔn)v c 調(diào)制，即模塊電流近似與v e 成正比。各個(gè) 從模塊的電壓誤差放大器接成跟隨器的形式，主模塊的電壓誤差v c 輸入各 跟隨器，于是跟隨器輸出均為v e ；它即是從模塊的電流基準(zhǔn)，因此各個(gè)從 模塊的電流都按同一v c 值調(diào)制，與主模塊電流基本一致，從而實(shí)現(xiàn)了均流。 主從控制法均流的精度很高，但存在的最大缺點(diǎn)是一旦主控電源出現(xiàn) 故障，整個(gè)系統(tǒng)將完全失控。此外，由于系統(tǒng)在統(tǒng)一的誤差電壓控制下，任 何非負(fù)載電流引起的誤差電壓的變化，都會(huì)導(dǎo)致各并聯(lián)電源電流的再分配， 從而影響均流的實(shí)際精度。通常主控電源電壓取樣反饋回路的帶寬不宜太 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 4 頁 寬，主從電源間的連線應(yīng)盡量短 v v 圖2 - 4 主從模塊設(shè)置法均流控制原理示意圖 2 3 平均電流自動(dòng)均流法 t 模塊 從模塊 從模塊 圖2 5 為n 個(gè)并聯(lián)模塊中一個(gè)模塊按平均電流自動(dòng)均流的控制電路原理 圖。這種方法要求并聯(lián)各模塊的電流放大器輸出端( 見圖2 - 5 中的點(diǎn)a ) 通過 一個(gè)電阻r 接到一條公用電流母線上，稱為均流母線( s h a r eb u s ) 圖2 5 為 n 個(gè)并聯(lián)模塊中一個(gè)模塊按平均電流自動(dòng)均流的控制電路原理圖。圖中，電 壓放大器輸入為v f t 和反饋電壓v f ? 是基準(zhǔn)電壓v f 和均流控制電壓v c 的綜 合，它與v f 進(jìn)行比較放大后，產(chǎn)生v c ( 電壓誤差) 來控制p w m 控制器。v i 為電流放大器的輸出信號，和模塊的負(fù)載電流成比例，v b 為電流母線電壓。 現(xiàn)在討論兩個(gè)模塊并聯(lián)( n = 2 ) 的情況，v n 及v v 分別為模塊1 和2 的電 流信號，都經(jīng)過阻值相同的電阻r 接到母線b 。因此，當(dāng)流入母線的電流為 零時(shí)，可得下式： ( 嵋l k ) r + o 2 - v 6 ) r 一0 ，或k 一0 i , 。+ 巧2 ) 2 ( 2 - 6 ) 即母線電壓v b 是、，i l 和v 比的平均值，也代表了模塊1 、模塊2 輸出電 流的平均值。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 5 頁 負(fù)載電流 均 流 母 線 、 均漉挖刪器 圖2 - 5 平均電流法自動(dòng)均流控制電路原理圖 v i 與v b 之差代表均流誤差，通過調(diào)整放大器( a d j u s t m e n t a m p l i f i e r ) 輸出 一個(gè)調(diào)整用的電壓( 可能大于、也可能小于v i ) 。當(dāng)、= k 時(shí)，電阻r 上的電壓為零，表明這時(shí)己實(shí)現(xiàn)了均流。當(dāng)r 上有電壓出現(xiàn)，說明模塊間 電流分配不均勻，v i v h ，這時(shí)基準(zhǔn)電壓將按下式修正：v - v f4 - v ，相當(dāng) 于通過調(diào)整放大器改變v ，以達(dá)到均流的目的。這就是按平均電流( 即按v b ) 法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流的原理。 平均電流法可以精確地實(shí)現(xiàn)均流，但具體應(yīng)用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些特殊問題。 例如，當(dāng)均流母線發(fā)生短路，接在母線上的任一個(gè)模塊不能工作時(shí)，母線電 壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至到達(dá)其下限，結(jié)果造成故障。而當(dāng)某 一模塊的電流上升到其極限值時(shí)，該模塊的v t 大幅度增大，也會(huì)使它的輸 出電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)到下限。 2 4 最大電流自動(dòng)均流法 圖2 - 6 所示最大電流自動(dòng)均流法的原理圖，該方法是一種自動(dòng)設(shè)定主模 塊和從模塊的方法。在n 個(gè)并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動(dòng)成 為主模塊，而其余的模塊則為從模塊，它們的電壓誤差依次被整定，以校正 負(fù)載電流分配的不平衡，又稱為“自動(dòng)主從控制法”。由于在n 個(gè)并聯(lián)的模 塊中，事先沒有人為設(shè)定哪個(gè)模塊為主模塊，而是按電流大小排序，電流大 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 6 頁 的模塊，自動(dòng)成為主模塊，所以也有人稱這個(gè)方法為。民主均流法” 圖2 - 6 所示最大電流自動(dòng)均流法與圖2 5 所示的平均電流自動(dòng)均流法的 差別，僅在于將連接在電流放大器和均流總線之間的電阻用二極管( 令a 點(diǎn) 接二極管陽極，b 點(diǎn)接陰極) 代替。這時(shí)均流母線上的電壓v b 反映的是并聯(lián) 各模塊的v i 中的最大值。由于二極管的單向?qū)ㄐ?，只有電流最大的模塊， 二極管才導(dǎo)通，a 點(diǎn)才能與均流母線相連。設(shè)各模塊分配的電流均衡的正常 情況下，如果某個(gè)模塊電流突然增大，成為1 1 個(gè)模塊中電流最大的一個(gè)，于 是v i 上升，該模塊自動(dòng)成為主模塊，其它各模塊為從模塊。這時(shí)k = 一， 而各模塊的v i 與v b ( 即v l 。) 比較，通過調(diào)整放大器調(diào)整基準(zhǔn)電壓，自動(dòng)實(shí) 現(xiàn)均流。 負(fù)投電濺 均漉攤制器 均 漉 讎 線 圈2 - 6 最大電流法自動(dòng)均流控制電路原理圖 美國u n i t r o d e 集成電路公司根據(jù)最大電流自動(dòng)均流法均流原理，研制開 發(fā)了u c 3 9 0 7 系列負(fù)載均流集成控制器。為了減少主模塊均流誤差，u c 3 9 0 7 用單向緩沖器( b u f f e r ) 代替二極管。在a b 兩點(diǎn)問介入如圖2 7 所示緩沖器電 路i 應(yīng)用u c 3 9 0 7 可以調(diào)節(jié)電源模塊的電壓并實(shí)現(xiàn)模塊問的均流。u c 3 9 0 7 的開發(fā)簡化了并聯(lián)電源( 線性或開關(guān)電源) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 7 頁 l bib n i 幻一， 一 i 圖2 - 7 a , b 兩點(diǎn)間接一緩沖器 2 5 熱應(yīng)力自動(dòng)均流法 均 讖 母 線 圖2 - 8 為熱應(yīng)力自動(dòng)均流法原理圖。本方法按每個(gè)模塊的電流和溫度( 即 熱應(yīng)力1 自動(dòng)均流。 i 圖2 - 8 熱應(yīng)力自動(dòng)均流控制電路原理圖 模塊負(fù)載電流經(jīng)檢測、放大后，輸出一個(gè)低帶寬電壓v i ： v _ 船。( 2 - 7 ) k 與口為常數(shù)；t 與模塊運(yùn)行溫度成正比；，為模塊平均輸出電流。 因此，每個(gè)模塊的電流和溫度決定了模塊間均流的程度。電壓v 與模塊 電流成正比，加到一個(gè)電阻電橋的輸入端，電橋輸出( a ，b 兩點(diǎn)) 接一個(gè)放大 器的輸入端；同時(shí)b 點(diǎn)接均流母線。電阻r l ，r 2 在這里又起了加法和平均電 路的作用。因此，母線電壓v h 與n 個(gè)模塊平均電流成正比： k 。( 嵋l + 嵋2 + + 吃) n ( 2 - 8 ) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 8 頁 每個(gè)模塊的v i 值，經(jīng)過r ，r 分壓電路，在相應(yīng)的均流控制器的a 點(diǎn)， 產(chǎn)生電壓v ，它反映了該模塊的i t 值。v 與v b 經(jīng)過窄頻帶比較器比較，若 v ，則r ，中電流增大，電壓放大器輸出電壓v e 發(fā)生變化，該模塊的輸 出電壓上升，輸出更多電流，使v 接近v h 。當(dāng)均流母線有故障時(shí)，電阻 限制了v 偏離v b 的最大偏差，以保持系統(tǒng)的正常工作。 電源系統(tǒng)中各并聯(lián)模塊在電源柜中所處的位置不同，對流情況和散熱條 件也不同，結(jié)果有的模塊溫度高，有的模塊溫度低。但按熱應(yīng)力自動(dòng)均流可 以在設(shè)計(jì)電源柜時(shí)，不必考慮各模塊的布置情況。此外，由于回路頻帶窄， 對噪聲不敏感，設(shè)計(jì)時(shí)也無需考慮電源對噪聲的屏蔽。 2 6 外加均流控制器均流法 圖2 - 9 外加均流控制器的均流控制電路原理圖 圖2 - 9 為n 個(gè)并聯(lián)的電源模塊中的一個(gè)模塊均流控制電路原理圖。應(yīng)用 本方法時(shí)，在每個(gè)模塊的控制電路中都需要加一個(gè)特殊的均流控制器，用以 檢測并聯(lián)各模塊電流不平衡情況，調(diào)整控制信號k ，從而實(shí)現(xiàn)均流。圖2 - 9 為n 個(gè)并聯(lián)的電源模塊中的一個(gè)模塊均流控制電路原理圖。圖中突出了均流 控制器s c ，其輸入為反映模塊負(fù)載電流的信號乃，由電流放大器供給，s c 輸出圪與基準(zhǔn)電壓k 和反饋電壓以由電壓檢測器提供) 綜合比較后，輸出 k 經(jīng)過電壓放大器，控制p w m 。各均流控制器的另端b 接均流母線。 設(shè)n 個(gè)并聯(lián)的模塊輸出功率相等，電流檢測、放大等電路也都一樣。n 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 9 頁 個(gè)并聯(lián)模塊的均流控制器s c 聯(lián)接如圖2 1 0 ，其中，n 個(gè)均流控制器的輸入 端分別接吻、p 瓠，；輸出端分別為k j 、“、圪。b 端則并 聯(lián)到均流母線上。 s c 均 流 母 線 圖2 - l on 個(gè)均流控制器的聯(lián)接圖 當(dāng)n = 2 時(shí)，均流控制器的工作原理可用圖2 1 1 來說明。圖中放大器1 為加法器，放大器2 為比較器。加法器輸入端經(jīng)開關(guān)s to ，= 1 ，2 ) 接到均流母 線當(dāng)所有開關(guān)s 都合上時(shí)，每個(gè)加法器的輸出電壓v i = ( v h + k ) 2 ，即它 所反映的是兩個(gè)并聯(lián)模塊的負(fù)載電流平均值。第k 個(gè)均流控制器的圪與p k 通過第七個(gè)比較器比較，如果有差別，表示兩個(gè)模塊負(fù)載電流不均衡，該均 流控制器若為比例控制，輸出電壓v 矗由下式?jīng)Q定： 吃一一以一k ) ，k - 1 , 2 ( 2 - 9 ) 4 為比例系數(shù)。調(diào)節(jié)第七個(gè)模塊的輸出電壓，使第k 個(gè)模塊電流跟隨平 均電流，從而實(shí)現(xiàn)均流。 對n 個(gè)并聯(lián)模塊說，如果第k 個(gè)模塊失效，則第k 個(gè)均流控制器的開關(guān) s i 斷開，第k 個(gè)s c 從均流母線上撤出，則這時(shí)及圪代表剩下的n - 1 個(gè) 模塊的平均電流： e i 。( h 一1 ) ，m - 1 , 2 , ，七一1 ，七+ 1 ，”席 根據(jù)上述原理，可實(shí)現(xiàn)n - 1 個(gè)并聯(lián)模塊的均流。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 0 頁 均 流 母 線 圈2 - 1 1n - - 2 時(shí)均流控制器的原理圖 應(yīng)用這一方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流，可使n 個(gè)并聯(lián)模塊的電流不均衡度在5 以內(nèi)腳】m 。最后應(yīng)當(dāng)指出，均流控制器的引入，將使并聯(lián)電源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 過程分析更加復(fù)雜，但如果不注意均流控制環(huán)的正確設(shè)計(jì)，將使系統(tǒng)不穩(wěn)定， 或者使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變壞。 2 7 常見的均流方法的優(yōu)劣比較 前述幾種均流技術(shù)，各有特點(diǎn)，其中輸出阻抗法和最大電流自動(dòng)均流法 應(yīng)用較為廣泛，并且己有現(xiàn)成的集成控制芯片。下面對它們作簡單的比較： 1 、主從設(shè)置法均流利用雙環(huán)控制，提高了均流效果，主要缺點(diǎn)是：( 1 ) 主從模塊間必須有通訊聯(lián)系，使系統(tǒng)復(fù)雜。( 2 ) 如果主模塊失效，則整個(gè)電 源系統(tǒng)不能工作，團(tuán)此這個(gè)方法不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。( 3 ) 電壓環(huán)的帶寬 大，容易受外界干擾。 2 、平均電流法可以精確地實(shí)現(xiàn)均流，但具體應(yīng)用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些特殊 問題。例如，當(dāng)均流母線發(fā)生短路，或接在母線上的任一個(gè)模塊不能工作時(shí)， 母線電壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至到達(dá)其下限，結(jié)果造成故障。 而當(dāng)菜一模塊的電流上升到其極限時(shí)，該模塊大幅度增大，也會(huì)使它的輸出 電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)到下限。 3 、采用外加均流控制器雖然可以獲得很好的均流效果和電壓調(diào)整率， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 1 頁 但需要外加一個(gè)均流控制器，一旦它發(fā)生故障，系統(tǒng)將無法正常工作；而且 當(dāng)并聯(lián)模塊較多時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)的連線也較多，在一定程度上也降低了系統(tǒng)的 可靠性?；谶@些原因，這種方法使用的不多。 并且均流控制器的引入，將使并聯(lián)電源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程分析更加復(fù)雜， 但如果不注意均流控制環(huán)的正確設(shè)計(jì)，將使系統(tǒng)不穩(wěn)定，或者使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性 能變壞。 4 、下垂法不需要在并聯(lián)模塊電源間建立聯(lián)系，是最簡單的實(shí)現(xiàn)并聯(lián)均 流的方法。但它的缺點(diǎn)也很明顯：首先它是通過改變模塊等效內(nèi)阻實(shí)現(xiàn)均流， 在提高均流性能的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致模塊的電壓調(diào)整率下降。文獻(xiàn)【2 1 】證明在并聯(lián) 系統(tǒng)輸出電壓波動(dòng)范圍為5 ，各并聯(lián)模塊電源負(fù)載特性曲線斜率差異為1 時(shí)，要想實(shí)現(xiàn)均流精度小于1 0 ，各模塊電壓空載電壓差異必須小于 0 3 5 。因此輸出阻抗法難以用在對電壓調(diào)整率要求較高的電源系統(tǒng)中。其 次它要對每一個(gè)模塊進(jìn)行個(gè)別調(diào)整，而且對于額定功率不同的并聯(lián)模塊，難 以實(shí)現(xiàn)均流。 采用輸出阻抗法時(shí)，還有很多因素會(huì)影響電流的分配，如：外部運(yùn)行條 件變化，元器件性能的差異，元件的老化等等。因此當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后， 均流性能可能會(huì)大幅下降。 5 、采用最大電流自動(dòng)均流法的并聯(lián)模塊電源問不是孤立的，通過一條 均流母線( s h a m gb u s ) 聯(lián)系起來的。它為每一個(gè)模塊電源提供了一個(gè)電流基 準(zhǔn)值，而所有并聯(lián)模塊電源則依據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)值來調(diào)整其輸出電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 總電流在各并聯(lián)電源中的精確均分，因而是一種優(yōu)良的均流方法。 最大電流自動(dòng)均流法中的均流母線上體現(xiàn)輸出電流最大的那個(gè) d c d c 變換器模塊的電流信號( 轉(zhuǎn)化為電壓信號) ，該模塊也可稱為主模塊， 其他電源模塊( 從模塊) 根據(jù)這個(gè)電流信號來調(diào)整自身的輸出電流，直到某一 個(gè)從模塊的輸出電流超過主模塊的輸出電流，而成為新的主模塊，因此這種 方法也稱為自動(dòng)主從法。采用這種方法可以實(shí)現(xiàn)較好的冗余，不會(huì)因?yàn)槟骋?模塊的故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，而且均流母線的抗干擾性能比較好。但 是由于主從模塊總處于不斷的切換中，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)模塊的輸出電流產(chǎn)生一個(gè) 低頻振蕩，產(chǎn)生搖擺問題。不過只要合理設(shè)置參數(shù)，這個(gè)問題的影響并不十 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 2 頁 分嚴(yán)重。 綜上所述，可以總結(jié)出以上六種方法的優(yōu)劣比較見表2 1 ： 表2 1 均流方法比較表 方法名稱 均流精度可靠性應(yīng)用范圍 主從設(shè)置法 較高差較少使用 平均電流法 高較好較廣泛 外加均流控制器法較高最差很少采用 下垂法較差 較好 應(yīng)用廣泛 最大電流法高 好應(yīng)用廣泛 熱應(yīng)力法 一般差很少采用 隨著新的均流技術(shù)的出現(xiàn)和均流控制模式的不同組合方式的提出，將來 會(huì)出來更多的均流方案，但任何控制策略都不可能是十分完美的，不可能通 用于任何并聯(lián)系統(tǒng)以上所討論的幾種控制策略都各有其優(yōu)點(diǎn)與不足，所以 在為并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)均流控制電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體總電路要求和客 觀標(biāo)準(zhǔn)，如均流性能指標(biāo)、系統(tǒng)可靠性、成本費(fèi)用等等，選用正確的且能滿 足各條件的均流方案。 2 8 本章小結(jié) 本章詳細(xì)分析了常用的各種均流控制方法。對各種均流方法進(jìn)行了分析 比較，其中重點(diǎn)分析比較了輸出阻抗法和最大電流自動(dòng)均流法。在以上所討 論的6 種均流方法中，其中以這兩種均流法應(yīng)用最為廣泛。在本文第3 、4 章將將著重對這兩種方法進(jìn)行研究。為了說明方便，后面將“最大電流自動(dòng) 均流法”稱作“自主均流法”。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 3 頁 第3 章輸出阻抗法的分析 從2 1 節(jié)的分析可以看出，輸出阻抗法實(shí)質(zhì)就是通過改變電源的輸出特 性來達(dá)到均流的目的。本章將在詳細(xì)分析其方法實(shí)現(xiàn)的原理的基礎(chǔ)上，對輸 出阻抗法具體實(shí)現(xiàn)的三種方案，進(jìn)行仿真分析，并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 3 1 電源模塊并聯(lián)的建模 分布式電源系統(tǒng)中，多個(gè)電源模塊并聯(lián)是應(yīng)用最多的情況。本節(jié)通過分 析兩個(gè)d c d c 變換器并聯(lián)的系統(tǒng)，建立其小信號模型。 3 1 。1 單個(gè)d c d c 變換器小信號模型 單個(gè)d c d c 變流器的簡化電路見圖3 - 1 所示，其中，為輸入電壓，為 輸入電流，為輸出電壓，為輸出電流，為占空比信號，為參考電壓。電 壓電流和占空比等均可用其穩(wěn)態(tài)分量和交流小信號分量之和來表示： 式中：圪、毛、k 、l 、d 、 吃一圪十吃 一l + 0 匕- k + 屯 f o - l 一 d d + - + 為各自變量的穩(wěn)態(tài)分量，也稱穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。 屯、乇、吃、乏、0 、為交流小信號量，即擾動(dòng)量。應(yīng)用狀態(tài)空間平均法， 電路平均法等建模方法，可以得到圖3 - 2 所示的小信號模型圖。將吃、毛作 為輸出量，吒、i 看作輸入量。 則主電路頻域內(nèi)的小信號模型如下： i 吃- g , g o ) 吒+ z “o ) 藝+ g o 矽，。 l