引言

隨著電力機(jī)車(chē)上用電設(shè)備的增加，機(jī)車(chē)對(duì)于控制電源的輸出功率要求也越來(lái)越高，多個(gè)小功率電源模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)逐漸明顯。采用電源模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)成為了開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的方向之一。由于各個(gè)模塊的外特性參數(shù)會(huì)有所差異，電源模塊并聯(lián)造成了各個(gè)模塊電應(yīng)力和熱應(yīng)力不同，大大降低了整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行。為了保證各個(gè)模塊所受到的電應(yīng)力和熱應(yīng)力基本相同，需要對(duì)并聯(lián)模塊采用并聯(lián)均流技術(shù)。

本文由鐵道電源專(zhuān)家中電華星鐵道電源專(zhuān)家撰寫(xiě)，文中提出了數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源模塊并聯(lián)均流技術(shù)，采取平均電流型的自動(dòng)均流法，降低了模塊的電應(yīng)力和熱應(yīng)力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的冗余性，解決了電源模塊間均流的問(wèn)題，保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。希望對(duì)大家有所幫助。

1 平均電流型自動(dòng)均流法原理

平均電流型自動(dòng)負(fù)載均流法的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在電源系統(tǒng)中的幾個(gè)電源模塊之間通過(guò)一條總線(xiàn)來(lái)控制。該總線(xiàn)可以作為實(shí)現(xiàn)均流控制的信號(hào)線(xiàn)，控制線(xiàn)的電壓值是系統(tǒng)中的各個(gè)電源模塊輸出電流采樣電壓信號(hào)的均值，假設(shè)將Ui為第i個(gè)電源模塊的電流輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，同時(shí)，假設(shè)Ub是總線(xiàn)上的電壓大小，則上面的參數(shù)應(yīng)該滿(mǎn)足以下方程式：

上面計(jì)算得到的Ub被當(dāng)做一個(gè)反饋值，各個(gè)模塊會(huì)將自己的采樣電壓與該反饋值進(jìn)行比較，以得到一個(gè)誤差電壓Uc，根據(jù)各個(gè)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(dá)到均流的目的。

圖1是主動(dòng)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(gòu)方式。采樣輸出電流經(jīng)過(guò)一個(gè)電流放大部件，會(huì)和均流母線(xiàn)連接在一起，中間的電阻R可以被用來(lái)檢測(cè)采樣電流與均流母線(xiàn)的電流是否有差值，假設(shè)沒(méi)有差值，可以認(rèn)為I1=0，整個(gè)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(gè)電壓值Uab，經(jīng)過(guò)運(yùn)放A2放大以后，可以得到Uc，它與對(duì)應(yīng)電源模塊的輸入基準(zhǔn)Ur相加，得到的值就是△U，將其與反饋的采樣電壓Uf進(jìn)行比較，并根據(jù)通過(guò)放大以后得到的誤差電壓調(diào)節(jié)輸出電流，通過(guò)這樣的控制方式，就可以最終達(dá)到均流的目的。

2 并聯(lián)均流控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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

在沒(méi)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(dòng)，就會(huì)造成兩者有很大的差異。由于變換器之間會(huì)互相影響，他們都會(huì)試圖對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行控制，若其中一臺(tái)電源退出總線(xiàn)，則機(jī)車(chē)相應(yīng)設(shè)備會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出故障，并重新計(jì)算電源數(shù)量。

通過(guò)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(jìn)行拓展，拓展后如圖3所示，也即n個(gè)相同模塊并聯(lián)。

將j，號(hào)變換器通過(guò)Zcj，與P點(diǎn)相連，Zp為P與負(fù)載ZL間的阻抗。如果想要得到參考電流Icom，每一個(gè)變換器都應(yīng)該對(duì)Ij檢測(cè)，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(hào)Icom，假設(shè)“u1=u2=u3=un=1／n，也就是前面提到的電流均值法。信號(hào)Mj(Icom-Ij )和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行加法運(yùn)算，就可以得到第j號(hào)變換器的電壓基準(zhǔn)值 VRj，該基準(zhǔn)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(hào)。

3 實(shí)驗(yàn)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(gè)部分：主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，PWM發(fā)生器(SinglPWM Generator)，均流控制模塊(Current SharingBlock)，控制模塊(controlblock)，負(fù)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(kāi)關(guān)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(shù)，其模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(yàn)證平均電流均流法的均流效果，在仿真圖中，設(shè)定了特性不一樣的兩個(gè)電源模塊進(jìn)行并聯(lián)均流分析。對(duì)比加入平均電流均流法前后的輸出電流波形圖，檢驗(yàn)其均流效果。當(dāng)沒(méi)有均流效果時(shí)，兩個(gè)并聯(lián)運(yùn)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(gè)并聯(lián)運(yùn)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(méi)加平均電流均流法，四個(gè)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(yàn)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(shí)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(yùn)用MATLAB／Simulink模擬硬件電路，搭建了四個(gè)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(shù)能很好地平均分配負(fù)載電流，達(dá)到各個(gè)并聯(lián)電源模塊均流的目的。如對(duì)相關(guān)應(yīng)用有疑問(wèn)，歡迎咨詢(xún)中電華星相關(guān)鐵道電源技術(shù)工程師！