揭秘数字化开关电源模块：并联均流技术全解读

出处：网络整理发布于：2025-08-26 16:39:25

在电力机车等应用场景中，随着用电设备的不断增加，对控制电源的输出功率要求也日益提高。采用多个小功率电源模块并联的电源系统成为了开关电源发展的重要方向之一。然而，由于各个模块的外特性参数存在差异，电源模块并联会导致各个模块的电应力和热应力不同，这大大降低了整个电源系统的可靠性。为了保证各个模块所受到的电应力和热应力基本相同，并联均流技术显得尤为重要。本文由铁道电源中电华星铁道电源撰写，提出了数字化开关电源模块并联均流技术，采用平均电流型的自动均流法，有效降低了模块的电应力和热应力，增强了系统的冗余性，解决了电源模块间的均流问题，确保了电源系统的稳定可靠运行。

平均电流型自动均流法原理

平均电流型自动负载均流法是通过在电源系统的几个电源模块之间设置一条总线来实现控制的。这条总线作为均流控制的信号线，其电压值是系统中各个电源模块输出电流采样电压信号的均值。假设 Ui 为第 i 个电源模块的电流输出对应的电压信号，Ub 是总线上的电压大小，则满足方程式：

图 1 平均电流型自动均流法公式

计算得到的 Ub 作为反馈值，各个模块会将自己的采样电压与该反馈值进行比较，从而得到一个误差电压 Uc。根据各个模块的误差电压大小，可以调节电源模块的输出电流，终实现均流的目的。

图 2 是主动型的平均电流控制方法的工作原理图。如果采用该原理图所示的均流方式，系统的各电源模块需要采用相同的结构方式。采样输出电流经过一个电流放大部件后，与均流母线连接在一起。中间的电阻 R 用于检测采样电流与均流母线的电流是否有差值。若没有差值，即 I1=0，则整个电源系统处于均流状态；若有差值，I1=0，R 上必然存在一个电压值 Uab，经过运放 A2 放大后得到 Uc。Uc 与对应电源模块的输入基准 Ur 相加，得到的值为 ΔU，将其与反馈的采样电压 Uf 进行比较，并根据放大后的误差电压调节输出电流，终达到均流的目的。

图 2 主动型平均电流控制方法工作原理图

并联均流控制系统总体设计

图 3 是由两个具有相同结构的电源模块组成的均流法结构电路，且这两个模块均设有一个电压反馈环节。在没有均流控制部分的情况下，电压反馈环节若产生微小波动，就会导致两者出现较大差异。由于变换器之间会相互影响，它们都会试图对母线进行控制。若其中一台电源退出总线，机车相应设备会自动检测出故障，并重新计算电源数量。

图 3 两个相同结构电源模块组成的均流法结构电路

为了提高系统的通用性，将图 3 进行拓展，得到图 4，即 n 个相同模块并联的情况。将 j 号变换器通过 Zcj 与 P 点相连，Zp 为 P 与负载 ZL 间的阻抗。若要得到参考电流 Icom，每个变换器都需要对 Ij 进行检测。各电源模块的输出电流 Ij 与模块的电源增益 uUj 相乘，得到均流信号 Icom。假设 u1=u2=u3=?=un=1/n，即前面提到的电流均值法。信号 Mj(Icom?Ij) 和基准电压进行加法运算，得到第 j 号变换器的电压基准值 VRj，该基准值再与输出反馈电压 VFj 做差，即可得到 PWM 控制器所需要的控制信号。