1引言

電源系統(tǒng)的發(fā)展方向之一是用分布式電源系統(tǒng)取代集中式電源系統(tǒng)。這是因為分布式電源系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，比如易于擴充輸出功率容量、可靠性高、使電源保持高的效率和較快的動態(tài)響應、可以實現(xiàn)標準化設計、便于維護等。但是外特性不同的電源模塊并聯(lián)工作時，假如不采取一定的均流措施，每個模塊的輸出電流將出現(xiàn)分配不均的情況，外特性好的電源模塊將承擔更多的電流，甚至過載，從而降低了可靠性；分擔電流小的模塊可能處在效率不高的工作狀態(tài)。因此必須采取均流措施。

同時分布式電源系統(tǒng)對兩個技術提出了更高的要求：

1）并聯(lián)模塊間的自動均流技術；

2）模塊的智能化技術。

電源模塊的數(shù)字化能夠提高其可靠性和產(chǎn)品一致性等工程問題，并且有利于實現(xiàn)智能化，是應用技術的發(fā)展方向。

2平均電流法

目前常用的均流方法有：輸出阻抗法、主從設置法、平均電流法、最大電流法、熱應力自動均流法和采用均流控制器的方法等。為了提高電源系統(tǒng)的可靠性和可維護性，采用的均流方法最好有如下特點：

1）單個模塊的故障不影響整個系統(tǒng)的正常運行；

2）模塊之間自動實現(xiàn)均流，無需人為的調(diào)整和設定，無需模塊之外控制器的介入。

考慮到均流算法和數(shù)字化的特點和互補性，本系統(tǒng)選用平均電流法。這種方法是將并聯(lián)工作的每個模塊電流值取平均后，將平均電流值送給每個模塊。各模塊都以這個平均電流值為目標自動調(diào)節(jié)自己的輸出電流，從而達到均流的目的。圖1畫出了N個并聯(lián)模塊中一個模塊按平均電流自動均流的控制電路原理圖。并聯(lián)各模塊的電流放大器輸出端，通過一個電阻R，接到均流母線上。如圖1所示，電壓放大器輸入為Vr′是基準電壓Vr和均流控制電壓Vc的綜合，它與Vf進行比較放大后，出現(xiàn)電壓誤差Ve，控制pWM及驅動器。Vi為電流放大器的輸出信號，和每個模塊的負載電流成正比，Vb為母線電壓。當N=2時，也就是兩個模塊并聯(lián)運行狀態(tài)下，Vi1和Vi2分別為模塊1和2的電流信號，都經(jīng)過阻值為R的電阻接到母線b，母線電流I值計算如下：

I=(Vi1－Vb)/R＋(Vi2－Vb)/R(1)

圖1平均電流法自動均流控制原理圖

圖282C250的功能框圖

當母線電流I=0時，由式(1)得

Vb=(Vi1＋Vi2)/2（2）

母線電壓Vb是Vi1和Vi2的平均值。也代表了模塊1，2的輸出電流平均值。代表均流誤差的Vi與Vb之差，經(jīng)過調(diào)節(jié)放大器，輸出調(diào)整電壓Vc，Vc值可正可負。當Vb=Vi時，電阻R上的電壓為零，調(diào)整電壓Vc=0，實現(xiàn)了均流。一旦模塊間的電流分配不均勻，Vb≠Vi，電阻R承受電壓，此時Vr′=Vr±Vc，電路通過調(diào)整放大器改變Vr′，以達到均流目的。

這種方法能夠精確地實現(xiàn)均流，但是，若采用模擬方法實現(xiàn)時，也會有一些特殊問題，比如當均流母線發(fā)生短路，或接在母線上的任何一個模塊不能工作時，均流母線電壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至達到下限，造成故障。若采用數(shù)字方法實現(xiàn)，用通信的方法獲得所有并聯(lián)模塊的平均電流值，再用這個平均電流值與模塊電流值比較，比較的結果用來補償電壓基準，則可防止上述情況的出現(xiàn)。采用數(shù)字方式實現(xiàn)這種方法能夠揚長避短，具有很大優(yōu)越性。

3數(shù)字均流控制的實現(xiàn)

采用數(shù)字方式實現(xiàn)均流控制具有控制方法靈活的特點，很容易做到單個模塊故障時不影響與其并聯(lián)的其它模塊的正常運行。而要實現(xiàn)模塊之間的自動均流，則模塊之間的數(shù)據(jù)交換是必需的功能。采用數(shù)字方式，則這種交換數(shù)據(jù)的簡單形式一般就是通信。因此，模塊之間的通信技術是實現(xiàn)數(shù)字均流的關鍵技術。采用何種通信方式、制訂怎么樣的通信協(xié)議，既能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠和高速交換又能使通信接口簡單，便是數(shù)字均流技術首先要研究的內(nèi)容。

許多單片機（包括DSp控制器）都有內(nèi)置通信模塊。選用這些單片機片內(nèi)的通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，無論關于新增可靠性，還是簡化軟硬件設計都有很大的幫助。TMS320X241DSp控制器具有較高的A/D轉換速率、較小的封裝，并且?guī)в蠧AN模塊?？勺鳛橹麟娐返目刂坪诵摹?/p>

CAN屬總線式串行通信網(wǎng)絡，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于CAN具有以上一些特點，關于100ms級響應時間的均流控制來說，能夠滿足其實時通信的要求。通過CAN，我們能夠實現(xiàn)并聯(lián)工作的各電源模塊之間的數(shù)據(jù)通信，而且硬件接口簡單，圖2為CAN控制器與物理總線之間的接口電路82C250的功能框圖。82C250能夠供應對總線的差動接收和發(fā)送功能，以實現(xiàn)總線上各節(jié)點間的電氣隔離，最高通信速率達1Mbps。4CAN的協(xié)議模型和自含義的高層協(xié)議

上面的硬件實現(xiàn)方法中，CAN只采用了OSI參考模型的兩層協(xié)議——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，它僅實現(xiàn)了節(jié)點間無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。因此，其它層的協(xié)議要我們自己含義。

以下是針對開關電源并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)字均流控制制訂的部分高層協(xié)議：

1）允許參加并機的模塊總數(shù)不超過8個，每個模塊擁有1個3位的地址編碼，模塊的地址編碼不允許重復。

2）每個模塊都以自身的地址碼作為發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。

3）模塊向外發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，應包含自身的地址碼信息。

4）所有的數(shù)據(jù)都以廣播形式向總線發(fā)送，同時回收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)發(fā)送和回收的數(shù)據(jù)不符，則立即重發(fā)。

5）對每個模塊而言，上電后1s內(nèi)若未接收到任何通信信息，則在1s計時結束后，延時發(fā)送自身的地址碼及電流采樣值（可能為零）。這個延時發(fā)送時間（tdelay）的計算公式為

tdelay=T1×MADDR（3）

式中：T1為單位延時時間常數(shù)，該值可以根據(jù)通信速率合理含義；

MADDR為模塊自身地址編碼。

6）從模塊上電后第一次接收到通信信息（可能為自身發(fā)送的信息）起，每隔40ms向外發(fā)送自身地址碼和電流采樣值。如發(fā)生沖突，CAN會根據(jù)每個模塊信息的優(yōu)先級自動調(diào)整發(fā)送順序。由于每個模塊發(fā)送信息的優(yōu)先級都不相同，因此它們會自動按一定的次序發(fā)送出去。

7）每個模塊在自身發(fā)送信息10ms之后，計算出并聯(lián)工作的模塊總數(shù)，并求出所有采樣電流的平均值，通知模塊的控制環(huán)節(jié)。由于CAN高速的通信能力和極低的出錯率，10ms之內(nèi)所有的模塊都能將電流采樣值發(fā)送出去讓每個模塊接收到。

8）模塊檢測到自身出現(xiàn)故障時，應及時切斷輸出，并退出通信。

結合上面制訂的高層的通信協(xié)議和平均電流均流算法，模塊之間傳輸數(shù)據(jù)類型和數(shù)量，模塊內(nèi)部對這些數(shù)據(jù)的處理方法都可以得到解決。

5結語

平均電流法可實現(xiàn)精確的均流控制，上述數(shù)字均流技術已成功地應用在開關電源并聯(lián)系統(tǒng)中。實踐表明，在滿足輸出電壓要求的同時也達到了很好的均流精度，提高了電源系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。采用數(shù)字方法實現(xiàn)均流能夠防止模塊發(fā)生故障時影響整個系統(tǒng)工作的現(xiàn)象，揚長避短，具有很大的優(yōu)勢。