电源模块技术与电源均流技术应用分析

电源模块技术与电源均流技术应用分析

税超

（兰州石化通信网络中心30060）

摘要：随着电力电子技术在生产、生活各个领域的大量应用，对于电子设备安全、稳定、高效性能的要求越来越高。电源模块做为给电子设备提供电能的重要组成部分，通过对电源模块技术加强研究能够有效的提高电子设备的质量、性能。在下面文章里，我们简单了解电源模块技术及电源均流技术，重点对其应用进行深入分析。

关键词：电源模块；开关电源；电源均流；电源并联

前言

随着电力电子技术的飞速发展，先进的电子设备在生产生活的各个领域都得到了广泛的应用，相应对于电子设备自身质量、运行性能的要求也越来越高。电源模块作为电力电子设备重要的供电单元，其技术水平直接影响电子设备的安全稳定运行。随着电力改革工作的不断深入，为了改善电力系统结构，降低火力发电对环境造成的危害，分布式发电系统得到了积极的推广应用，其对于电源模块的需求及要求非常高，为了满足应用需求，往往需要多个电源模块并联运行，而如何更好的实现并联系统的均流就显得非常重要。在下面文章里，我们就重点对电源模块技术及电源均流技术进行深入探讨。

一.电源模块技术

在这里我们所探讨的电源模块，也被称为负载点电源（POL）供应系统或使用点电源供应系统（PUPS）。随着相关技术的成熟发展，其体现出更多突出的优异性，如集成化、小型化、抗干扰能力强、转化效率高等，所以在众多领域都得到了广泛的应用。

1.1模块原理

在电源模块发展过程中，根据原理不同，电源模块可分为线性模块和开关型电源模块，其中开关型电源模块由于结构简单、用途广泛，所以得到的充分的发展，在这里我们也侧重于开关型电源模块进行探讨分析。电源模块也叫模块电源，是开关电源的一种，具有更高的集成度和效率。其工作原理与传统开关电源工作原理相同，都是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性的通断开关来控制开关元件的占空比，进而调整输出电压。同时为了满足应用环境及产品功能需求，通过电路设计，可实现变压、隔离、滤波等功能。概况而言，电源模块就是集成度高、功能效率好的开关电源。根据输出电压不同，又分为DC/DC和AC/DC两种。

1.2电源模块具有的优点

虽然电源模块是属于开关电源的一种，但是其与普通的开关电源相比具有更多突出的优点。它可以直接插装或是贴装在印刷电路板上，可专门为集成电路、信号处理器、微处理器及相关数字、模拟负载等提供供电。具体的优点包括：

1）缩短电子设备开发周期，在设备电源电路设计时，只需要配置少量分立元件即可实现设计目的；同时用户可将电源模块进行重复或交叉迭加，从而形成积木式组合电源，实现多路输出，从而有效的缩短开发周期。

2）集成化，小型化。随着集成化技术的发展，模块电源的体积越来越小，相应也便于与电子产品的结合，缩小电子产品体积，提高其应用范围。

3）稳定性及转换效率更高。由于应用了更为先进的元件及设计方法，保证其工作稳定性大大提高，同时转换效率也得到了有效提升。

4）散热好，便于固化。通过应用灌胶工艺，可以使电源模块与电路板形成固态化电源，有效实现防震、防尘，且散热效果更好。

5）设计简单、灵活，可靠性高。在电源电路设计过程中，相关配置一般已经实现标准化，有效的简化了设计，且当需要对设计进行更改时，只需更换或并联合适的模块电源即可。标准化也便于实现生产的自动化，进而更好的保证产品质量，保证了设备应用性能的可靠性。

1.3电源模块的作用

在实际的应用过程中，电源模块主要是起到隔离（安全隔离、噪声隔离、接地环路消除）、保护（短路保护、过压保护、过流保护等）、电压变换（升压、降压、交直流转换等）、稳压（远程直流或分布式电源电池供电）及降噪（有源滤波）这五个作用。[1]

二.电源均流技术

由于受到材料、技术等方面因素的限制，目前单个电源模块的输出功率只能达到几千瓦，而在实际应用过程中往往需要几百千瓦甚至更大的输出功率。研究发现，通过将多个开关电源并联运行能够有效的增大输出功率。这种方法是实现电源模块大容量化的有效方法之一，但是在实际应用过程中发现，并联运行时会存在输出电流不均匀现象，影响使用效果。为此如何实现电源均流就显得非常重要，目前应用到的均流技术主要包括下列几个：

2.1改变输出内阻法

这一方法是根据电流反馈对电源模块单元的输出阻抗进行合理调节，从而实现均流。这一方法独立性强，可靠性高，但是均流性较差，属于开环控制。

2.2主从法

这一方法是在并联运行的多个电源模块中，选择一个电源模块作为主电源模块，其余为从电源模块。主电源模块工作于电压源方式，而从电源模块工作于电流源方式，电流值可独立设置。应用这种方法时，当主电源模块失效，会导致整个电源系统的崩溃，无法实现可靠的冗余功能。虽然均流性能好，但是可靠性低，无法满足日益提高的应用需求。

2.3平均电流自动均流法

这一方法是通过在各个电源模块单元间设置一条公共均流母线，该母线电压为N个电源模块各自输出电流的电压信号的平均值，即电源系统的平均电流。这一平均值与每个电源模块的取样电压信号进行比较，并通过调节放大器输出一个误差电压，从而对每个模块输出电流进行调节，实现均流目的。这种方法可以实现精确的均流，但是容错性和动态特性差，当公共母线发生短路或与母线相连某一电源模块停止工作时，会降低公共母线电压，进而促使各电源模块下调各自输出电压，严重时甚至会达到电压下限，导致故障的发生。[2]

2.4外接控制器法

这一方法是通过在电源模块并联系统中设置一个均流控制器，对每一个电源模块的电流进行比较，进而对相应反馈信号进行调节来实现均流。

3.5热应力自动均流法

这一方法是通过对电源模块并联系统各单元温度进行监测，使温度高的模块降低输出电流，温度低的模块增大输出电流。

3.6最大电流均流法

这一方法是通过利用最大值比较器，将每一时刻输出电流最大模块作为主模块，并将输出电流转化为电压信号送至均流母线，在这一前提下均流母线上电压反映的就是各模块单元中的最大电压值，其余的从模块输出电压与这一最大值进行比较后自动调整输出电流实现均流。目前广泛应用到的UC3907芯片就是利用了这一工作原理。[3]

前面介绍的这几中均流方法中前三者是较为传统的技术，后三者属于数字化均流技术，相比较而言，数字化均流技术精度更高，扩展性更好，能够很好的满足电子设备快速更新换代的需求。但是我们也应清晰的认识到数字化均流技术严重依赖于监视控制模块，如果监控模块出现故障将会影响整个电源模块并联系统的正常运行。

结束语

随着电力电子设备精密度、集成化水平的提高，对于电源模块的要求也将越来越高。通过上面文章分析，我们对于电源模块的优点、原理及应用情况有了整体的认识，并且对于多个电源模块并联运行时如何实现更好均流进行了探讨。电源模块技术及均流技术的应用对于进一步提高电力电子设备技术水平有着积极的作用，为此有必要在相关领域加强研究力度，提高电源容量、功率及数字化均流技术水平。

参考文献：

[1]单跃.浅谈电源模块技术与电源均流技术[J].《河南科技》，2013，（01）：134

[2]黄傲，秦会斌.开关电源并联系统自动均流技术的相关分析[J].《科技视界》，2016，（26）：175

[3]黄天辰，郭宇龙，董士英，王康.电源并联系统的均流技术研究[J].《自动化技术与应用》，2013，（03）：77-80