引言

隨著電力機車上用電設備的增加，機車對于控制電源的輸出功率要求也越來越高，多個小功率電源模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)的優(yōu)勢逐漸明顯。采用電源模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)成為了開關電源發(fā)展的方向之一。由于各個模塊的外特性參數(shù)會有所差異，電源模塊并聯(lián)造成了各個模塊電應力和熱應力不同，大大降低了整個電源系統(tǒng)的可靠性運行。為了保證各個模塊所受到的電應力和熱應力基本相同，需要對并聯(lián)模塊采用并聯(lián)均流技術。

本文由鐵道電源專家中電華星鐵道電源專家撰寫，文中提出了數(shù)字化開關電源模塊并聯(lián)均流技術，采取平均電流型的自動均流法，降低了模塊的電應力和熱應力，增強了系統(tǒng)的冗余性，解決了電源模塊間均流的問題，保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。希望對大家有所幫助。

1 平均電流型自動均流法原理

平均電流型自動負載均流法的實現(xiàn)是通過在電源系統(tǒng)中的幾個電源模塊之間通過一條總線來控制。該總線可以作為實現(xiàn)均流控制的信號線，控制線的電壓值是系統(tǒng)中的各個電源模塊輸出電流采樣電壓信號的均值，假設將Ui為第i個電源模塊的電流輸出對應的電壓信號，同時，假設Ub是總線上的電壓大小，則上面的參數(shù)應該滿足以下方程式：

上面計算得到的Ub被當做一個反饋值，各個模塊會將自己的采樣電壓與該反饋值進行比較，以得到一個誤差電壓Uc，根據(jù)各個模塊的誤差電壓大小，可以調(diào)節(jié)電源模塊的輸出電流，最終達到均流的目的。

圖1是主動型的平均電流控制方法的工作原理圖，如果使用該原理圖所表示的均流方式，系統(tǒng)的各電源模塊均需要采用相同的結(jié)構方式。采樣輸出電流經(jīng)過一個電流放大部件，會和均流母線連接在一起，中間的電阻R可以被用來檢測采樣電流與均流母線的電流是否有差值，假設沒有差值，可以認為I1=0，整個電源系統(tǒng)就處于均流狀態(tài)；如果有差值存在

I1≠0，R上必然存在一個電壓值Uab，經(jīng)過運放A2放大以后，可以得到Uc，它與對應電源模塊的輸入基準Ur相加，得到的值就是△U，將其與反饋的采樣電壓Uf進行比較，并根據(jù)通過放大以后得到的誤差電壓調(diào)節(jié)輸出電流，通過這樣的控制方式，就可以最終達到均流的目的。

2 并聯(lián)均流控制系統(tǒng)總體設計

圖2是由兩個有相同結(jié)構的電源模塊組成的均流法結(jié)構電路，并且這兩個模塊均有一個電壓反饋環(huán)節(jié)。

在沒有均流控制部分的情況下，電壓反饋環(huán)節(jié)如果產(chǎn)生了微小的波動，就會造成兩者有很大的差異。由于變換器之間會互相影響，他們都會試圖對母線進行控制，若其中一臺電源退出總線，則機車相應設備會自動檢測出故障，并重新計算電源數(shù)量。

通過并聯(lián)變換器、加入均流電路，系統(tǒng)有了一種新的特性。為了提高系統(tǒng)的通用性，將圖2進行拓展，拓展后如圖3所示，也即n個相同模塊并聯(lián)。

將j，號變換器通過Zcj，與P點相連，Zp為P與負載ZL間的阻抗。如果想要得到參考電流Icom，每一個變換器都應該對Ij檢測，各電源模塊的輸出電流Ij與模塊的電源增益uUj相乘，就得到了均流信號Icom，假設“u1=u2=u3=un=1／n，也就是前面提到的電流均值法。信號Mj(Icom-Ij )和基準電壓進行加法運算，就可以得到第j號變換器的電壓基準值 VRj，該基準值再與輸出反饋電壓VFj，做差，就可以得到PWM控制器所需要的控制信號。

3 實驗結(jié)果分析

3．1 平均電流均流控制系統(tǒng)的仿真搭建

用MATLAB搭建仿真模型，仿真框圖分為以下幾個部分：主電路拓撲結(jié)構，PWM發(fā)生器(SinglPWM Generator)，均流控制模塊(Current SharingBlock)，控制模塊(controlblock)，負載，如圖4所示.

PWM發(fā)生器：PWM發(fā)生器將頻率為40 kHz，幅值為1的三角波與電壓輸出參考值比較，輸出PWM脈沖調(diào)制波。最大輸出電流為10 A，電源模塊開關頻率為40 kHz，最大占空比為0．9。

均流控制模塊：采用平均電流均流控制技術，其模塊內(nèi)部結(jié)構圖如圖5所示。

3．2 平均電流均流控制系統(tǒng)的仿真波形分析

為了驗證平均電流均流法的均流效果，在仿真圖中，設定了特性不一樣的兩個電源模塊進行并聯(lián)均流分析。對比加入平均電流均流法前后的輸出電流波形圖，檢驗其均流效果。當沒有均流效果時，兩個并聯(lián)運行的電源模塊的電流波形如圖6所示，加入平均電流均流法后，兩個并聯(lián)運行的電源模塊的電流波形如圖7所示。

比較兩張圖發(fā)現(xiàn)，圖6沒加平均電流均流法，四個模塊輸出電流之間存在明顯的差異，圖7加人了平均電流均流法后，四組模塊輸出電流比較均衡，驗證了添加平均電流均流法后電流均衡效果明顯，在電源并聯(lián)系統(tǒng)中采用平均電流均流法的均流方式的合理性和可行性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)論

本文選擇了平均電流均流法作為均流控制策略，并搭建了均流電路，實現(xiàn)了并聯(lián)電源模塊系統(tǒng)的電壓環(huán)、電流環(huán)、均流環(huán)三環(huán)控制。運用MATLAB／Simulink模擬硬件電路，搭建了四個電源模塊并聯(lián)輸出的均流控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果證明采用平均電流均流控制技術能很好地平均分配負載電流，達到各個并聯(lián)電源模塊均流的目的。如對相關應用有疑問，歡迎咨詢中電華星相關鐵道電源技術工程師！