1引言

電源系統(tǒng)的發(fā)展方向之一是用分布式電源系統(tǒng)取代集中式電源系統(tǒng)。這是因?yàn)榉植际诫娫聪到y(tǒng)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如易于擴(kuò)充輸出功率容量、可靠性高、使電源保持高的效率和較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、便于維護(hù)等。但是外特性不同的電源模塊并聯(lián)工作時(shí)，假如不采取一定的均流措施，每個(gè)模塊的輸出電流將出現(xiàn)分配不均的情況，外特性好的電源模塊將承擔(dān)更多的電流，甚至過載，從而降低了可靠性；分擔(dān)電流小的模塊可能處在效率不高的工作狀態(tài)。因此必須采取均流措施。

同時(shí)分布式電源系統(tǒng)對兩個(gè)技術(shù)提出了更高的要求：

1）并聯(lián)模塊間的自動(dòng)均流技術(shù)；

2）模塊的智能化技術(shù)。

電源模塊的數(shù)字化能夠提高其可靠性和產(chǎn)品一致性等工程問題，并且有利于實(shí)現(xiàn)智能化，是應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。

2平均電流法

目前常用的均流方法有：輸出阻抗法、主從設(shè)置法、平均電流法、最大電流法、熱應(yīng)力自動(dòng)均流法和采用均流控制器的方法等。為了提高電源系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性，采用的均流方法最好有如下特點(diǎn)：

1）單個(gè)模塊的故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；

2）模塊之間自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均流，無需人為的調(diào)整和設(shè)定，無需模塊之外控制器的介入。

考慮到均流算法和數(shù)字化的特點(diǎn)和互補(bǔ)性，本系統(tǒng)選用平均電流法。這種方法是將并聯(lián)工作的每個(gè)模塊電流值取平均后，將平均電流值送給每個(gè)模塊。各模塊都以這個(gè)平均電流值為目標(biāo)自動(dòng)調(diào)節(jié)自己的輸出電流，從而達(dá)到均流的目的。圖1畫出了N個(gè)并聯(lián)模塊中一個(gè)模塊按平均電流自動(dòng)均流的控制電路原理圖。并聯(lián)各模塊的電流放大器輸出端，通過一個(gè)電阻R，接到均流母線上。如圖1所示，電壓放大器輸入為Vr′是基準(zhǔn)電壓Vr和均流控制電壓Vc的綜合，它與Vf進(jìn)行比較放大后，出現(xiàn)電壓誤差Ve，控制pWM及驅(qū)動(dòng)器。Vi為電流放大器的輸出信號，和每個(gè)模塊的負(fù)載電流成正比，Vb為母線電壓。當(dāng)N=2時(shí)，也就是兩個(gè)模塊并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)下，Vi1和Vi2分別為模塊1和2的電流信號，都經(jīng)過阻值為R的電阻接到母線b，母線電流I值計(jì)算如下：

I=(Vi1－Vb)/R＋(Vi2－Vb)/R(1)

圖1平均電流法自動(dòng)均流控制原理圖

圖282C250的功能框圖

當(dāng)母線電流I=0時(shí)，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(jīng)過調(diào)節(jié)放大器，輸出調(diào)整電壓Vc，Vc值可正可負(fù)。當(dāng)Vb=Vi時(shí)，電阻R上的電壓為零，調(diào)整電壓Vc=0，實(shí)現(xiàn)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(shí)Vr′=Vr±Vc，電路通過調(diào)整放大器改變Vr′，以達(dá)到均流目的。

這種方法能夠精確地實(shí)現(xiàn)均流，但是，若采用模擬方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，也會(huì)有一些特殊問題，比如當(dāng)均流母線發(fā)生短路，或接在母線上的任何一個(gè)模塊不能工作時(shí)，均流母線電壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限，造成故障。若采用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)，用通信的方法獲得所有并聯(lián)模塊的平均電流值，再用這個(gè)平均電流值與模塊電流值比較，比較的結(jié)果用來補(bǔ)償電壓基準(zhǔn)，則可防止上述情況的出現(xiàn)。采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)這種方法能夠揚(yáng)長避短，具有很大優(yōu)越性。

3數(shù)字均流控制的實(shí)現(xiàn)

采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)均流控制具有控制方法靈活的特點(diǎn)，很容易做到單個(gè)模塊故障時(shí)不影響與其并聯(lián)的其它模塊的正常運(yùn)行。而要實(shí)現(xiàn)模塊之間的自動(dòng)均流，則模塊之間的數(shù)據(jù)交換是必需的功能。采用數(shù)字方式，則這種交換數(shù)據(jù)的簡單形式一般就是通信。因此，模塊之間的通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字均流的關(guān)鍵技術(shù)。采用何種通信方式、制訂怎么樣的通信協(xié)議，既能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠和高速交換又能使通信接口簡單，便是數(shù)字均流技術(shù)首先要研究的內(nèi)容。

許多單片機(jī)（包括DSp控制器）都有內(nèi)置通信模塊。選用這些單片機(jī)片內(nèi)的通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，無論關(guān)于新增可靠性，還是簡化軟硬件設(shè)計(jì)都有很大的幫助。TMS320X241DSp控制器具有較高的A/D轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于CAN具有以上一些特點(diǎn)，關(guān)于100ms級響應(yīng)時(shí)間的均流控制來說，能夠滿足其實(shí)時(shí)通信的要求。通過CAN，我們能夠?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)工作的各電源模塊之間的數(shù)據(jù)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能夠供應(yīng)對總線的差動(dòng)接收和發(fā)送功能，以實(shí)現(xiàn)總線上各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離，最高通信速率達(dá)1Mbps。4CAN的協(xié)議模型和自含義的高層協(xié)議

上面的硬件實(shí)現(xiàn)方法中，CAN只采用了OSI參考模型的兩層協(xié)議——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，它僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。因此，其它層的協(xié)議要我們自己含義。

以下是針對開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)字均流控制制訂的部分高層協(xié)議：

1）允許參加并機(jī)的模塊總數(shù)不超過8個(gè)，每個(gè)模塊擁有1個(gè)3位的地址編碼，模塊的地址編碼不允許重復(fù)。

2）每個(gè)模塊都以自身的地址碼作為發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級。

3）模塊向外發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，應(yīng)包含自身的地址碼信息。

4）所有的數(shù)據(jù)都以廣播形式向總線發(fā)送，同時(shí)回收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)發(fā)送和回收的數(shù)據(jù)不符，則立即重發(fā)。

5）對每個(gè)模塊而言，上電后1s內(nèi)若未接收到任何通信信息，則在1s計(jì)時(shí)結(jié)束后，延時(shí)發(fā)送自身的地址碼及電流采樣值（可能為零）。這個(gè)延時(shí)發(fā)送時(shí)間（tdelay）的計(jì)算公式為

tdelay=T1×MADDR（3）

式中：T1為單位延時(shí)時(shí)間常數(shù)，該值可以根據(jù)通信速率合理含義；

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(huì)根據(jù)每個(gè)模塊信息的優(yōu)先級自動(dòng)調(diào)整發(fā)送順序。由于每個(gè)模塊發(fā)送信息的優(yōu)先級都不相同，因此它們會(huì)自動(dòng)按一定的次序發(fā)送出去。

7）每個(gè)模塊在自身發(fā)送信息10ms之后，計(jì)算出并聯(lián)工作的模塊總數(shù)，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(cuò)率，10ms之內(nèi)所有的模塊都能將電流采樣值發(fā)送出去讓每個(gè)模塊接收到。

8）模塊檢測到自身出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷輸出，并退出通信。

結(jié)合上面制訂的高層的通信協(xié)議和平均電流均流算法，模塊之間傳輸數(shù)據(jù)類型和數(shù)量，模塊內(nèi)部對這些數(shù)據(jù)的處理方法都可以得到解決。

5結(jié)語

平均電流法可實(shí)現(xiàn)精確的均流控制，上述數(shù)字均流技術(shù)已成功地應(yīng)用在開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)中。實(shí)踐表明，在滿足輸出電壓要求的同時(shí)也達(dá)到了很好的均流精度，提高了電源系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力。采用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)均流能夠防止模塊發(fā)生故障時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)工作的現(xiàn)象，揚(yáng)長避短，具有很大的優(yōu)勢。