开关转换器的并联

集中式供电电源系统，是直接将交流电压转换成5 V或3 V的直流电压提供给图1所示。与集中式供电电源系统相比较，分布式供电电源系统采用的是模块提高了系统的灵活性、容易扩展功率容量；可以将小功率模块的开关频率提高到兆赫级，从而提高了模块的功率密度，使整个的供电电源系统的体积重量下降。

电源供电系统采用多个模块并联结构，还负载可以增加N＋n冗余功能。所谓N＋n功率冗余系统，是指N＋n个容量为P的转换器模块并联工作，负载功率为NP，冗余（备用）功率为nP。正常工作时，单个均流的转换器模块所承担的功率为其容量的；当其中一个或几个（不超过几个）转换器模块出现故障时，故障模块立即被切除，而其余模块正常运行，供电电源系统仍能保证提供100％的负载功率。采用冗余技术，除了能使系统增加了容错冗余功率外，还可以实现热更换（Hot Swap）（也称热插拔），即在保证系统不间断供电的情况下，更换系统中的失效模块。

设计转换器模块并联系统，应当使负载电流在各模块之间平均分配，简称均流（CurrentSharing）。电源模块的发热和温升对系统的可靠性影响很大，如当电子元、器件温升从25℃上升到50℃时，其寿命将大大降低，仅为25℃时的1／6。在并联系统中采用均流技术，可以保证各模块之问的电流应力和热应力均匀分配，防止一台或多台模块工作在电流极限值（限流）状态。如果不采取均流技术，则由于并联工作的各个模块的特性并不一致，输出电压较高的模块将承担更多的电流、甚至过载，从而使某些外特性较差的模块工作于轻载，甚至空载运行，其后果必然是分担电流多的模块，热应力大，寿命下降，降低了系统的可靠性。

对于DC／DC转换器模块并联系统的基本要求如下：

（1）各模块电流应能自动平衡，实现均流。（2）为了提高系统的可靠性，应尽量不增加外部均流控制的措施，并使均流与冗余技术结合。

（3）当输入电压和／或负载电流变化时，应保持输出电压的稳定，并且均流的瞬态响应要好。

并联模块的电流不均衡度是并联均流控制的最重要指标之一。定义模块尼的电流不均衡度为

式中 Io——并联系统的负载电流； Iok——模块屁承担的负载电流； Iokr——模块尼的额定电流； n——并联模块数。

如果模块的实际输出电流Iok与该模块应分担的负载电流Iokg不相等，两者的差值为

式中 △Iok——环流。

环流实际上是一个等效电流。模块尼的输出电流可以分解为两部分：一部分为Iokg流向负载；另一部分△Iokg只在并联模块之间流动，而不流经负载。

显然，在相同负载下，各模块电流的不均衡度越大，则模块之间的环流也越大。

以两个相同容量的DC／DC模块的并联为例，如图2所示。模块的输出电流分别为Io1和Io2负载RL上的电流为

Io＝Io1+Io2

每个模块应分担的负载电流为

Io1g＝Io2g＝Io／2

环流 △Io1＝Io1-Io1g＝（Io1 －Io2）／2，＝-ΔIo2

人们已经提出了许多的均流方法，如外特性下垂法（简称下垂法）、主从均流法、自动均流法（按平均电流或热应力）、民主均流法等。分析这些均流方法的特点，可以在并联的电源模块系统中更好地应用均流技术，以保证供电电源系统的可靠性。

图2 两个并联模块之间的环流