均流式开关电源的设计实例

为提高输出电流和输出功率，常常将多个开关电源模块并联使用，此时需采用均分电流法（简称均流法）使每个开关电源模块的输出电流按照一定的比例系数来分配。采用均流法时需注意以下问题：

（1）开关电源模块的输出电压必须相同，但允许它们的输出功率不同。

（2）由于每个开关电源模块的输出电压、输出电阻都有一定的差异，因此输出电压较高的模块会向输出电压较低的模块倒灌电流，很容易损坏模块。为防止发生电流倒灌现象，需要给每个模块的输出端分别串联一只隔离二极管（亦称冗余二极管，也叫做“或”运算二极管，Oring Diode）。隔离二极管须采用肖特基二极管并安装合适的散热器，以减小其功率损耗。此方法还能满足冗余设计要求，一旦某个模块发生故障，其余模块仍能给负载提供足够的电流。

（3）采用均流法，确保每个模块的输出电流都按规定的比例系数来分配。具体方法是首先确定主电源模块（通常将输出电流最大的模块规定为主电源模块），并使之工作于稳压模式；而从电源模块均工作在恒流模式。每个模块需配相应阻值的电流取样电阻，输出电流值可单独设置。根据实际需要，比例关系可选1∶1，亦可选1∶1/n（n＞1）。以4个开关电源模块并联使用为例，假定总负载电流为100A，若采取平均分配的方法，则比例关系可选1∶1∶1∶1，即4个模块各输出25A的电流。但也可根据实际需要将主模块的输出电流规定为40A，其余3个从模块的输出电流选分别为30A、20A和10A，此时比例关系变为4∶3∶2∶1。不同型号的开关电源模块做并联使用时，建议将每个模块的额定输出电流设计在满载的80%左右，这样确定的比例系数更加合理，有利于提高整个电源系统的效率和可靠性。

（4）美国TI公司专门生产一种能够均分负载电流的芯片——UC3907，内部包含一个具有良好瞬态响应的电压控制环、一个低噪声的电流控制环及状态指示电路（可驱动指示灯来指示哪个模块是主电源）。利用UC3907很容易完成负载电流的均分功能，不需要其他的外部控制电路。UC3907通过均流信号总线来分别控制多个开关电源模块的工作，均流精度一般可达2.5%。

（5）若开关电源模块具有外时钟输入端，即可用同一个时钟信号来实现多模块的同步工作，这有利于降低电源系统的干扰。(www.xing528.com)

以由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统为例，并联供电系统的框图如图14-19所示。该系统采用主-从结构的均流控制方案，两个DC/DC模块均由3A输出的降压式高效率DC/DC变换器LM2596构成。现将DC/DC模块1为主电源，DC/DC模块2为从电源，+24V输入电压经过DC/DC模块获得+8V稳压输出。以美国芯科实验室有限公司（Silicon Laboratories Inc.）生产的混合信号微控制器C8051F120（系统级芯片SOC）作为控制核心，检测电路分别对两个电源模块进行电压和电流检测，4路检测信号依次通过多路转换器（MUX）和可编程增益放大器（PGA），送至C8051F120中的12位ADC，转换成数字量。将主电源模块电流信号作为C8051F120中12位DAC的基准电压U_REF，则U_REF与DAC的输出呈精确的分压比，比值为DAC的设定值与满度值之比。从电源模块的电流信号经1/2分压（÷2），再通过均流控制放大器将主电源模块的输出电流信号与分压后的从电源模块输出电流信号进行比较，比较后得到的反馈电压U_FB就叠加到从电源模块的反馈输入端，进而微调从电源模块的输出电压，改变其输出电流，使之达到预先所设定的电流比例，实现均流闭环控制。

C8051F120控制显示电路依次显示输出电压，输出总电流、各模块分别输出的电流、设定的电流比例及过流状态。C8051F120利用键盘来设置电流比例、过电流保护阈值及自动和固定显示方式。一旦输出总电流超过设定阈值，C8051F120输出的通/断控制信号ON/OFF=0，就立即关闭主、从电源模块，实现过电流保护。

图14-19 并联供电系统的框图