1、第27卷第2期 2012年6月 安徽工程大学学报 Journal of Anhui Polytechnic University Vo127No2 JurL，2012 文章编号：16722477(2012)02007803 模块化电源的数字化均流法研究 张 禁，江 明 ，高文根 (安徽工程大学安徽省检测技术与节能装置重点实验室，安徽芜湖 241000) 摘要：在电流电压均流三环控制基础上提出了一种数字化平均电流均流法，并以M+N冗余模式设计了大功率 并联电源系统以2个电源模块并联为例，采用PID控制方式，应用Matlab对该模型进行了仿真，结果表明均流 效果较好，从而验证了设计的正确性 关键词
2、：平均电流法；PID控制 中图分类号：TN86 文献标识码：A 在科技快速发展的今天，对电源系统的要求越来越高，尤其是大功率、高安全性、不间断供电的电源如 果单靠一台电源供电，当电源出现故障将导致供电系统不能工作，可靠性差此外大功率供电场合，单台电源 的设计制作成本高目前电源技术的发展方向之一，是通过采用多模块并联组成的大功率分布式电源系统， 取代传统的集中式供电系统，但必须采取均流技术控制各并联模块的输出电流，尽可能地均分系统的输出总 电流，保证各模块承载情况相同，从而使分布式电源系统可以长期稳定地工作口开关电源并联系统的均流 技术已成为电力电子技术的研究热点 1数字化平均电流法的实现 平均
3、电流法若采用模拟方法实现，缺点是当均流母线发生短路或接在均流母线上的任何一个模块不能 工作时，均流母线上的电压将会下降，会促使各个模块的电压下调，甚至达到下限，造成故障若采用数字方 法实现，则可防止上述情况的出现_2数字化平均电流法通过读取并联模块输出电流的AD采样值，经软件 计算出平均电流，再采用适当的均流控制算法后，输出PWM来控制各个并联模块主电路拓扑结构中的功率 管以实现均流 以M+N冗余模式设计的大功率并联电源均流系统，如图1所示M个主电源模块，N个冗余电源模块， 每个电源模块输入220 V交流电，经EMI滤波、输入整流及有源功率因数校正后得到500 V电压，再经全桥 变换器、高频变
4、压器及输出整流滤波后得到的电源，其功率为总功率的1M电源以DSP为控制核心，检测各 模块电流和电压，通过软件计算出平均电流，调节各模块的PWM波占空比，进而调节各个模块的输出，达到 均流目的L3在均流的过程中，系统实时检测各模块的运行状态，若有模块发生故障，系统会切除该模块，自 动投入备用冗余模块，并发出警报通知检修采用数字方法实现平均电流自动均流法能够扬长避短，具有很 大的优越性，不仅控制方法灵活，且容易做到单个模块故障时不影响与其并联的其他模块的正常运行 2并联均流的数字控制算法设计 并联均流的数字控制算法采用的是电压电流均流三环控制，算法结构图如图2所示均流环的输人量是 本模块电流采样与
5、并联模块电流采样均值的差值，将该值通过均流环调节后，送入电流环电压环的输入量 是本模块输出电压采样与电压基准的差值，经过电压环的调节后，也送入电流环电流环将电压环与均流环 的输出量经过调节后，送入DSP内部的PWM模块，产生具有一定占空比d的PWM信号，经过驱动电路后 来调节电源模块的功率管该方法简单易行，能可靠地实现输出稳压和系统均流 图2中Gc。是将Iorr先乘 以比例系数再设置其正负限幅值后得到Ics；G 是将U 进行PID算法处理后得到I 。；G。是将Ii3er 先进行PID 篁 堡!要量旦塑信号进行关系运算后得到的输出量送入PwM模块 收稿日期：20120117 基金项目：安徽检测技
6、术与节能装置省级实验室基金资助项目(10111406006) 作者简介：张禁(1986一)，男，安徽宣城人，硕士研究生 通讯简介：江明(1965一)，男，安徽芜湖人，教授，硕导 第2期 张禁，等：模块化电源的数字化均流法研究 图1大功率并联模块电源均流系统 3仿真分析 图2算法结构图 并联仿真模型采用了2个电源模块，略去EMI滤波、输入整流及有源功率因数校正部分，直接选用全桥 型DC-DC变换器、高频变压器及输出整流滤波部分基于平均电流法模式，仿真模型如图3所示仿真模型图 分为3个部分：主拓扑模块，控制模块和均流模块图3中，Subsystem1和Subsystem2为控制模块，模块结构 相同，
7、均采用双闭环控制，模型结构如图4所示Subsystem3为均流模块，模型结构如图5所示 图3 电源模块并联仿真模型图 并联系统输入电压500 V，输出电压12 V，单模块额定功率24 KW，要求电流不平衡度小于5电源模 块1的滤波电感L1=315 H，ESR一01 Q；滤波电容C 一375 F，ESR=01 Q电源模块2的滤波电感 一295 H，ESR一01 Q；滤波电容Cz一30 F，ESR=01 Q为了体现均流效果，将控制模块Subsystem1和 Subsystem2参数设置不同Subsystem1中电流环的P、I、D参数分别为01、240、4e，电压环的P、I、D参数分 别为25、24
8、0、le ；Subsystem2中电流环的P、I、D参数分别为01、240、4e一，电压环的P、I、D参数分别为20、 200、le_。 图4 Subsysteml模块仿真模型 图5 Subsystem3模块仿真模型 未采取均流措施时，仿真结果如图6所示，模块1的输出电流约为185 A，模块2的输出电流约为212 A， 误差率CSo =NmLL ，计算得136采取平均电流法后，仿真结果如图7所示，模块1的输出电流约为 8O 安徽工程大学学报 第27卷 196 A，模块2的输出电流约为203 A，误差 率为35 由此可以看出，未均流时各模块 之间的输出电流差异比较大，采用平均电流 法后各模块的电
9、流近似趋向于200 A，符合 均流误差小于5 的要求 4结束语 O O1 02 0 O1 02 nmels Um 8 图6未均流的模块输出电流 图7均流后的模块输出电流 利用仿真软件Matlab中的Simulink工 具箱搭建了并联电源系统仿真模型，并进行了均流仿真仿真结果表明，数字化平均电流法可以很好地实现 并联模块电源的均流，在一定程度上提高了系统的可靠性，保证了电源模块使用寿命，拥有很好的发展前景 参考文献： 1赵承滨，王明杰，李伟，等基于DSP的大功率电源外部均流控制研究口煤矿机械，2010，31(2)：3437 2刘风君现代高频开关电源技术及应用M北京：电子工业出版社，2008：51
10、3534 3石宏伟全桥移相大功率开关电源的设计FD无锡：江南大学，2008 4胡雪莲，王雷，陈新基于CAN总线的并联IXIX；变换器数字均流技术J电力电子技术，2007，41(3)：6769 5 马威多模块并联DCDC电力变换技术研究FD3哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010 6邓磊，任稷林，王杰数字控制技术在直流电源并联均流中的应用J空军雷达学院学报，2010，24(1)：4346 7PENG Li，LEHMAN B A Design Method for Paralleling Current-Mode-Controlled DC-DC ConvertersFJIEEE Transon Pow
11、er Electronics，2004，19(3)：748756 The research of digital current-sharing method in modular power supply ZHANG Jin，JIANG Ming，GAO Wen-gen (Anhui Key Laboratory of Detection Technology and Energy Saving Devices， Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China) Abstract：A kind of digital average current
12、 method based on the three loops control of current，voltage and current is proposedThe large parallel power system based on redundancy model of M+N is designedThen by using PID control methodology and software for simulation，the efficacy and feasibility are proved fairly good accarding to the simulation results of two parallel power modules Key words：average current method；PIDcontro1
