模塊電源的4種均流電路利弊衡量

引言

先說(shuō)說(shuō)為什么需要均流電路，我們知道，當(dāng)一個(gè)模塊無(wú)法提供負(fù)荷需要的電流的時(shí)候，可以采用多個(gè)模塊并聯(lián)的方式來(lái)提供總的負(fù)荷，但由于每個(gè)模塊的輸出電壓無(wú)法完全一致，輸出阻抗特性也會(huì)有所區(qū)別，簡(jiǎn)單的將模塊并聯(lián)在一起，并不能保證各模塊輸出電流完全一致，很可能會(huì)出現(xiàn)有的模塊全負(fù)荷工作，有的模塊卻空載運(yùn)行的情況，我們知道，模塊空載及滿負(fù)荷運(yùn)行，都不是最佳運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于系統(tǒng)的整體壽命也就可想而知了。所以，就需要額外的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)均流的功能，讓所有模塊均分負(fù)載。

再說(shuō)說(shuō)如何實(shí)現(xiàn)均流，其實(shí)，模塊為什么不均流原因也很簡(jiǎn)單，就是輸出電壓不一致，有人可能要問(wèn)，我都將電壓調(diào)整一致直接并聯(lián)可以不？如果你能保證所有模塊輸出電壓完全一致且模塊的阻抗特性也完全一致，那么直接并聯(lián)應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的（沒(méi)試過(guò)，不確定哈）但是我們能將所有模塊電壓調(diào)整的完全一致而且隨著負(fù)載的變化，模塊輸出電壓的變化趨勢(shì)也一致嗎？如果你有方法，歡迎指點(diǎn)，但大多數(shù)情況下，這種情況是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。那么我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)均流呢？簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是通過(guò)外加的均流電路，讓模塊輸出電壓一致，電流大的，將電壓調(diào)低，電壓小的，將電壓調(diào)高，就可以實(shí)現(xiàn)均流了，是不是很簡(jiǎn)單？

1輸出阻抗法

先來(lái)說(shuō)一下第一種均流方法，輸出阻抗法，droop法：

負(fù)載阻抗法你可以簡(jiǎn)單的理解成，對(duì)于模塊來(lái)說(shuō)，輸出電流越大，模塊輸出電壓會(huì)越低，這樣兩個(gè)模塊并聯(lián)在一起，原來(lái)輸出電壓高的模塊，由于輸出電流的增加，模塊輸出電壓降低，自然就無(wú)法輸出更多的電流，那么電流就由其余模塊提供了。具體的電路可以由上面的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，前級(jí)放大電路對(duì)輸出電流信號(hào)進(jìn)行放大，然后與反饋信號(hào)進(jìn)行疊加送入電壓環(huán)，隨著電流的增加，就可以降低輸出電壓?？蓜e疊加錯(cuò)了，如果你疊加到基準(zhǔn)端，那邏輯就反了，電流越大輸出越高。這種均流方式我沒(méi)有試過(guò)，因?yàn)檫@種方式隨著電流的增加，輸出電壓是變化的，有時(shí)候可能變化比較大，對(duì)于有穩(wěn)壓精度要求的模塊來(lái)說(shuō)，肯定是不合適的。

2主從設(shè)置法

主從設(shè)置法：就是人為設(shè)置一個(gè)主模塊，所有模塊以該模塊為參考，輸出電流。下圖為網(wǎng)上摘錄的一個(gè)主從設(shè)置均流法的工作示意圖。

從上圖可以看出，在這種工作方式下用n個(gè)單元，其中一個(gè)單元（主控單元）工作在電壓源（CV）方式，其余n－1個(gè)單元工作于電流源（CC）方式。它實(shí)際上是由電壓環(huán)（外環(huán)）和電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）構(gòu)成電流控制型的雙環(huán)控制，或說(shuō)成是電壓控制的電流源。這種均流方式最大的缺點(diǎn)就是，主模塊是我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中指定的，如果工作過(guò)程中主模塊發(fā)生問(wèn)題，那么整套系統(tǒng)將癱瘓。

3平均電流法

平均電流法：平均電流法首先要得到一個(gè)平均電流，也就是總負(fù)載電流除以模塊總數(shù)得到的電流值，各模塊電流與該平均電流比較，如果模塊電流大于平均電流就調(diào)低模塊輸出電壓，反之調(diào)高模塊輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)各模塊輸出電流一致。在平均電流法中，將所有模塊的輸出電流，通過(guò)一個(gè)電阻接到一起，就可以得到所有模塊輸出電流的平均值，這個(gè)點(diǎn)我們稱之為均流母線，如下圖所示：

如果V1-V4分別是四臺(tái)模塊的輸出電流值，只要R1-R4選值一樣，那么A點(diǎn)電壓值就是（V1+V2+V3+V4）/4，也就是均流母線上的電壓值就是所有模塊輸出電流的平均值。

采用簡(jiǎn)單的LM324，就可以實(shí)現(xiàn)平均電流均流法，具體的均流電路圖及參數(shù)如下：

對(duì)于圖中電路，VI代表本模塊輸出電流信號(hào)，通過(guò)一個(gè)1K的電阻引出到均流母線，均流母線上的電壓為所有并聯(lián)模塊輸出電流的平均值，對(duì)于上圖的原理圖，當(dāng)模塊單獨(dú)工作的時(shí)候，均流母線是懸空的，運(yùn)放輸入是高阻態(tài)，所以本模塊電流VI與均流母線上電壓一致，也就是本模塊電流與均流母線電流沒(méi)有偏差，整個(gè)電路輸出電壓（N104的1腳）為0V。這個(gè)時(shí)候通過(guò)設(shè)置R1R2的值，可以得到模塊自身的輸出電壓，當(dāng)模塊并聯(lián)工作的時(shí)候，如果本模塊輸出電流小于平均電流，即VI電壓小于均流母線電壓，則經(jīng)過(guò)查分放大及后級(jí)放大電路后，在1腳可以得到一個(gè)VI與均流母線電壓誤差90倍放大后的電壓值，且輸出電壓為正，這樣就會(huì)抬高Vref的電壓值，從而提高模塊輸出電壓，增加模塊輸出電流。如果本模塊輸出電流大于平均電流，就會(huì)輸出一個(gè)低的電壓，降低基準(zhǔn)，從而調(diào)低輸出電壓。

這種均流方式既可以調(diào)低電流大的模塊的輸出電壓，也可以調(diào)高電流小的模塊的輸出電壓，也即是電壓是雙向跳動(dòng)的。

峰值第一次做模塊均流的時(shí)候，就是采用的這種均流方式，并聯(lián)模塊數(shù)量為12個(gè)，系統(tǒng)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍198-286V，系統(tǒng)穩(wěn)壓精度0.5%，均流精度3%以內(nèi)。

對(duì)于模塊而言，均流基本屬于免調(diào)試的部分，關(guān)鍵的重點(diǎn)是系統(tǒng)的接線，在系統(tǒng)接線中最主要的一點(diǎn)就是模塊輸出的地要在模塊輸出就近位置接到一起，也就是說(shuō)所有模塊輸出的負(fù)之間的阻抗越低越好。

4峰值電流法

峰值電流法就是在所有并聯(lián)模塊中，模塊自動(dòng)選舉產(chǎn)生一位主模塊，其余所有模塊電流向該模塊靠攏，企圖達(dá)到主模塊的電流（但永遠(yuǎn)卻達(dá)不到）

平均電流均流法中，連接到均流母線的電阻換成二極管，就變成了峰值電流均流法，電路圖如上圖所示，假設(shè)有N個(gè)模塊并聯(lián)，模塊輸出電流對(duì)應(yīng)的電壓分別為V1V2….Vn,很明顯從上圖可以看到，均流母線上體現(xiàn)的將是模塊輸出電流最大的模塊的電壓Vx(有一個(gè)二極管壓降，即使將平均電流均流法中的四個(gè)電阻換成四個(gè)二極管，很明顯A點(diǎn)電壓將是最高電壓減去一個(gè)二極管壓降了)。這個(gè)模塊我們稱之為主模塊，從上面電路圖上可以看出，電路會(huì)調(diào)整所有模塊輸出電流向主模塊對(duì)應(yīng)的電流靠近，但由于均流母線電壓與主模塊電流對(duì)應(yīng)的電壓相差一個(gè)二極管壓降，所以從模塊輸出電流永遠(yuǎn)是緊跟主模塊，但超不過(guò)主模塊。

與主從設(shè)置法比較，這種均流方式里面的主模塊，是由并聯(lián)模塊自己選就產(chǎn)生的，所以這種均流方式，也稱為民主均流模式。當(dāng)主模塊故障的時(shí)候，在其余模塊里會(huì)再次選舉產(chǎn)生一個(gè)模塊作為主模塊。系統(tǒng)仍可以正常工作。

下圖為曾經(jīng)采用過(guò)的一種峰值電流均流模式的具體電路。 工作原理基本與3902類似，采用2.5V基準(zhǔn)提供一個(gè)偏置電壓，拉開(kāi)主模塊與從模塊之間的差距，-2.5V的電平是為了讓模塊單獨(dú)工作是，均流電路輸出高電平，這樣結(jié)合后面二極管，均流電路就不起作用了。

需要說(shuō)明的是，由于偏置是2.5V提供的，所以在額定輸出電流下，電流檢測(cè)放大電路的輸出電壓應(yīng)低于2.5V，也就是前面提到V1。