引言

隨著電力機車上用電設備的增加，機車對于控制電源的輸出功率要求也越來越高，多個小功率電源模塊并聯的電源系統的優勢逐漸明顯。采用電源模塊并聯的電源系統成為了開關電源發展的方向之一。由于各個模塊的外特性參數會有所差異，電源模塊并聯造成了各個模塊電應力和熱應力不同，大大降低了整個電源系統的可靠性運行。為了保證各個模塊所受到的電應力和熱應力基本相同，需要對并聯模塊采用并聯均流技術。

本文由鐵道電源專家中電華星鐵道電源專家撰寫，文中提出了數字化開關電源模塊并聯均流技術，采取平均電流型的自動均流法，降低了模塊的電應力和熱應力，增強了系統的冗余性，解決了電源模塊間均流的問題，保證電源系統的穩定可靠運行。希望對大家有所幫助。

1 平均電流型自動均流法原理

平均電流型自動負載均流法的實現是通過在電源系統中的幾個電源模塊之間通過一條總線來控制。該總線可以作為實現均流控制的信號線，控制線的電壓值是系統中的各個電源模塊輸出電流采樣電壓信號的均值，假設將Ui為第i個電源模塊的電流輸出對應的電壓信號，同時，假設Ub是總線上的電壓大小，則上面的參數應該滿足以下方程式：

上面計算得到的Ub被當做一個反饋值，各個模塊會將自己的采樣電壓與該反饋值進行比較，以得到一個誤差電壓Uc，根據各個模塊的誤差電壓大小，可以調節電源模塊的輸出電流，最終達到均流的目的。

圖1是主動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，系統的各電源模塊均需要采用相同的結構方式。采樣輸出電流經過一個電流放大部件，會和均流母線連接在一起，中間的電阻R可以被用來檢測采樣電流與均流母線的電流是否有差值，假設沒有差值，可以認為I1=0，整個電源系統就處于均流狀態；如果有差值存在

I1≠0，R上必然存在一個電壓值Uab，經過運放A2放大以后，可以得到Uc，它與對應電源模塊的輸入基準Ur相加，得到的值就是△U，將其與反饋的采樣電壓Uf進行比較，并根據通過放大以后得到的誤差電壓調節輸出電流，通過這樣的控制方式，就可以最終達到均流的目的。

2 并聯均流控制系統總體設計

圖2是由兩個有相同結構的電源模塊組成的均流法結構電路，并且這兩個模塊均有一個電壓反饋環節。

在沒有均流控制部分的情況下，電壓反饋環節如果產生了微小的波動，就會造成兩者有很大的差異。由于變換器之間會互相影響，他們都會試圖對母線進行控制，若其中一臺電源退出總線，則機車相應設備會自動檢測出故障，并重新計算電源數量。

通過并聯變換器、加入均流電路，系統有了一種新的特性。為了提高系統的通用性，將圖2進行拓展，拓展后如圖3所示，也即n個相同模塊并聯。

將j，號變換器通過Zcj，與P點相連，Zp為P與負載ZL間的阻抗。如果想要得到參考電流Icom，每一個變換器都應該對Ij檢測，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Icom，假設“u1=u2=u3=un=1／n，也就是前面提到的電流均值法。信號Mj(Icom-Ij )和基準電壓進行加法運算，就可以得到第j號變換器的電壓基準值 VRj，該基準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。

3 實驗結果分析

3．1 平均電流均流控制系統的仿真搭建

用MATLAB搭建仿真模型，仿真框圖分為以下幾個部分：主電路拓撲結構，PWM發生器(SinglPWM Generator)，均流控制模塊(Current SharingBlock)，控制模塊(controlblock)，負載，如圖4所示.

PWM發生器：PWM發生器將頻率為40 kHz，幅值為1的三角波與電壓輸出參考值比較，輸出PWM脈沖調制波。最大輸出電流為10 A，電源模塊開關頻率為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，其模塊內部結構圖如圖5所示。

3．2 平均電流均流控制系統的仿真波形分析

為了驗證平均電流均流法的均流效果，在仿真圖中，設定了特性不一樣的兩個電源模塊進行并聯均流分析。對比加入平均電流均流法前后的輸出電流波形圖，檢驗其均流效果。當沒有均流效果時，兩個并聯運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，兩個并聯運行的電源模塊的電流波形如圖7所示。

比較兩張圖發現，圖6沒加平均電流均流法，四個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，在電源并聯系統中采用平均電流均流法的均流方式的合理性和可行性，提高系統的穩定性和安全性。

4 結論

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，實現了并聯電源模塊系統的電壓環、電流環、均流環三環控制。運用MATLAB／Simulink模擬硬件電路，搭建了四個電源模塊并聯輸出的均流控制系統，仿真結果證明采用平均電流均流控制技術能很好地平均分配負載電流，達到各個并聯電源模塊均流的目的。如對相關應用有疑問，歡迎咨詢中電華星相關鐵道電源技術工程師！