电源模块并联供电的冗余结构及均流技术

如果采用1＋1冗余结构，即采用两个输出电流为100A的电源模块并联供电。正常情况下只有一个模块工作，当它发生故障，退出工作时，另一个模块开始工作，系统仍然能正常运行。

如果采用2＋1冗余结构，即采用3个输出电流为50A的电源模块并联供电。正常情况下只有两个模块工作，当其中之一发生故障，退出工作时，另一个模块开始工作，系统仍然能正常运行。

如果采用3＋1冗余结构，即采用4个输出电流为33A的电源模块并联供电，正常情况下只有3个模块工作，当其中之一发生故障，退出工作时，另一个模块开始工作，系统仍然能正常运行。

比较上面三种工作方式，采用2＋1这种方式最好，这是因为，1＋1方式中有一半的功率被闲置，而3＋1方式中使用元器件太多，成本过高，经济性不好。

3 几种传统的并联均流方案

3．1 下垂法

下垂法全称外特性下垂法，也叫做斜率控制法。在并联电源模块系统中，各个电源模块是独立工作的。每个模块根据其外特性以及电压参数值来确定输出电流。在下垂法中，主要是利用电流反馈信号来调节各模块的输出阻抗，也就是调节V_o=f(I_o)的斜率，从而调节输出电流。其工作原理图如图3所示。

图3 下垂法工作原理图

R_i为任一并联模块输出电流I_o的采样电阻，经电流放大产生电流反馈电压信号V_i，V_f为输出电压反馈，V_r为V_i与V_f的和，V_g为控制基准电压（5V），V_e为误差电压。当某一模块输出电流I_o偏大时，电压与电流反馈合成信号V_r=V_i＋V_f增大，与V_g进行比较后，使V_e减小，V_e反馈回电源模块的控制部分，使该模块的输出电压I_o下降，则I_o减小，即V_o=f(I_o)外特性下调。每个模块各自调整自己的输出电流，就可以实现各模块的并联均流。

这种方法的优点是简单，不需要外加专门的均流装置，属于开环控制。缺点是调整精度不高，每个模块必须进行个别调整，如果并联的模块功率不同的话，容易出现模块间电流不平衡的现象。

3．2 主从电源法

主从电源法是将并联的多个电源模块中的一个作为主模块，其他模块跟随主模块工作。具体工作过程是：主模块的工作电流与输出反馈信号进行比较，将差值信号反馈回各电源模块（包括主模块和从模块）的控制电路，从而调节各模块的输出电流大小。

如图4所示，设模块1为主模块，其输出电流的采样电压为V₁，其他模块输出电流的采样电压为V_n。当某一模块输出电流偏大时，相应的V_n增大，与V₁比较，得到的V_en减小，反馈给该模块的控制电路中，减小其输出电流，从而实现均流。

图4 主从电源法工作原理图

主从模块法的优点是不须外加专门的控制电路。其缺点是，各个模块间需要有通信联系，连线比较复杂；其最大缺点是，一旦主模块出现故障，则整个电源系统将崩溃，所以，不能用于冗余结构中。

3．3 自动均流法和最大电流法

自动均流法也叫单线法，其工作原理是，将各电源模块都通过一个电流传感器及一个采样电阻接到一条均流母线上。

如图5所示，当输出达到均流时，输出电流I₁为零。反之，则电阻R上由于有电流I₁流过，在其两端产生一个电压U_ab，这个电压经过放大器A输出电压U_c，它与基准电压U_r比较后的ΔU，反馈回电源模块的控制部分，从而调节输出电流，最终实现均流。

图5 单线法工作原理图