開關電源并聯系統(tǒng)的數字均流技術

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，經過調節(jié)放大器，輸出調整電壓Vc，Vc值可正可負。當Vb=Vi時，電阻R上的電壓為零，調整電壓Vc=0，實現了均流。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均流，但是，若采用模擬方法實現時，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，甚至達到下限，造成故障。若采用數字方法實現，用通信的方法獲得所有并聯模塊的平均電流值，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。采用數字方式實現這種方法能夠揚長避短，具有很大優(yōu)越性。

3 數字均流控制的實現

采用數字方式實現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的其它模塊的正常運行。而要實現模塊之間的自動均流，則模塊之間的數據交換是必需的功能。采用數字方式，則這種交換數據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數字均流的關鍵技術。采用何種通信方式、制訂怎樣的通信協議，既能夠實現數據的可靠和高速交換又能使通信接口簡單，便是數字均流技術首先要研究的內容。

許多單片機（包括DSP控制器）都有內置通信模塊。選用這些單片機片內的通信模塊實現數據通信，無論對于增加可靠性，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?。

CAN屬總線式串行通信網絡，與一般的通信總線相比，CAN總線的數據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，對于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，我們能夠實現并聯工作的各電源模塊之間的數據通信，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能夠提供對總線的差動接收和發(fā)送功能，以實現總線上各節(jié)點間的電氣隔離，最高通信速率達1Mbps。

4 CAN的協議模型和自定義的高層協議

上面的硬件實現方案中，CAN只采用了OSI參考模型的兩層協議——物理層和數據鏈路層，它僅實現了節(jié)點間無差錯的數據傳輸。因此，其它層的協議需要我們自己定義。

以下是針對開關電源并聯系統(tǒng)的數字均流控制制訂的部分高層協議：

1）允許參加并機的模塊總數不超過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)送數據的優(yōu)先級。

3）模塊向外發(fā)送數據幀時，應包含自身的地址碼信息。

4）所有的數據都以廣播形式向總線發(fā)送，同時回收自己發(fā)送的數據，若發(fā)現發(fā)送和回收的數據不符，則立即重發(fā)。

5）對每個模塊而言，上電后1s內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，該值可以根據通信速率合理定義；

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會根據每個模塊信息的優(yōu)先級自動調整發(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，計算出并聯工作的模塊總數，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議和平均電流均流算法，模塊之間傳輸數據類型和數量，模塊內部對這些數據的處理方法都可以得到解決。

5 結語

平均電流法可實現精確的均流控制，上述數字均流技術已成功地應用在開關電源并聯系統(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。采用數字方法實現均流能夠避免模塊發(fā)生故障時影響整個系統(tǒng)工作的現象，揚長避短，具有很大的優(yōu)勢。