DC/DC电源并联电路详解

直流电 源 装 置 的 并 联 是 将 两 台 或 两台 以 上 的D C / D C 电 源 装 置 的 输 出 并 联 起 来 给负 载 供电 。 为 了 满 足 本 系 统 可 调 的 四 象 限 运 行 性 能 指 标 要 求 ， 直 流电 源 需 采 用 P W M D C / D C电 源 ， 而 P W M D C / D C 电 源 的 并 联 将 有 许 多 特 殊 问 题 需 要 解 决 ， 如 装 置 的 动 态 与 静 态均 流 等问 题。 为了 解 决 这 些 问 题 ， 本文对 系 统 的 结 构 ， P W M D C / D C 电 路 的 结 构 、工 作 模 式 ， 是 否 采 用 输 入 直 流 母 线 ， 系 统 的 控 制 方 案 ， 泵 升 电 压 的 处 理 等 问 题 进 行 了讨论 与研究。

1 、 D C / D C 电 源 并 联 系 统 的 拓 扑 结 构

D C / D C 并 联 系 统 是由 两 个 或两 个以 上 D C / D C 电 源 模 块 并 联 而 成。 为 了 保 证D C / D C直流电 源并 联运 行安 全 可靠， 应 选 择 合 适 的 D C / D C 电 源 模 块。

1 . 1?? D C / D C 电 源 模 块 拓扑 结 构的 选 择

D C / D C 电 源 斩 波电 路 的 常 见 拓扑 结 构 有 A 型 斩 波电 路 和 B 型 斩 波 器。 其中A 型 斩波 器 只能 在单 象限内 工 作，型 斩 波 器能 在双 象限内 工 作输出 的 直 流电 压的 极 性 不 变，电 流的 极性可 变。输出 电 压极 性 不 变， 电 流 平 均 值 只能 维 持 一 个 方向 。 B为了 满足系 统 要求的 能 够四 象 限 运 行 ， 本 系 统 中 D C / D C模 块 选 用 的 是 P W M 桥 式电 路。这 种 桥式 斩 波电 路 如图 1 一 1所 示， 是由 四 个 功 率 管 和四 个续流二极管组 成的。

1 . 2?? D C / D C 电 源 并 联 系 统 拓 扑 结 构

D C / D C 电 源 并 联 有 两 种 拓 扑 结 构 ， 一 种 是 采 用 输 入 直 流 母 线 结 构 ， 系 统 结 构 框图 如 图 1 3 （ a ） 所 示 ， 系 统 主 要 有 整 流 变 压 器 、 不 可 控 二 极 管 整 流 电 路 、 N 路 D C / D C变 换 器、 泵 升电 压 抑 制 电 路 等 组 成 ; 另 一 种 是 采 用 独 立 的A C D C / D C 电 源 并 联 ， 系 统结 构 图 如 图 1 一 3 （ b ） 所 示 。

图 1 一 3 （ a ） 所 示 拓扑 结 构， 系 统 需 要 大 容 量 的 不 可 调 直 流电 源 ， 一 般 可 采 用 整 流变 压 器 降 压 ， 二 极 管 整 流 经 滤 波 得 到 。 这 种 结 构 虽 然 可 以 保 证 并 联 的 每 条 支 路 有 共同 的 直 流 电 压 输 入， 可 以 避 免 并 联 支 路 因 直 流 侧 输 入电 压 的 不 同 而 带 来 的 不 均 衡问题 ， 但 考 虑 到 该 直 流 电 源 的 容 量 大 、 电 流 达 2 0 0 0 0 安 培 ， 采 用 单 台 整 流 变 压 器 及 整流电 路 供电 比 较 困 难， 因 此 ， 本 设 计 采 用 如 图 1 3 （ b ） 所 示 的 A C / D C 直 流 电 源 的 并联的拓扑结构 。

1 . 3?? D C / D C 电 源并 联系 统的 数 据 传 输

大 功 率 直 流 电 源 由 N 个 独 立 的 D C / D C 环 节 并 联 组 成 ， 一 个D C 1 D C 环 节 称 作 一 个电 源 模 块（ 下同 ）。每 一 个电 源 模 块 也 由 一 个 C P U 控 制 ，负 责 实 现 控 制 要 求， 向 上 一 级 计 算 机 发 送该 电 源 模 块的 状 态 信息。 监 控计 算 机与 电源 模 块 的 C P U 之 间 既 有串 行口 连 接， 也 有并口 连 接， 如图 1 4 所示。 并口 的 主 要任 务 就 是 发 送电 流 给 定 信号 ， 而串 口 则 负责 接 收 从电 源 模 块发 来 的 状 态 信 息， 同 时也 发 送一些常 规的启 动、 停止 指令 信号。

2、 D C / D C 电 源并 联系 统的 组成结 构 和工 作原 理

2 . 1 ?? 受限 单 极型 P W M D C / D C 模 块的 结 构 和 工 作原 理

本 系 统 采 用 的 受 限 单 极 型 的D C / D C 电 源 模 块 的 组 成 结 构 如 图2 1 所 示 。 该 模块 由 电 源主电 路、 驱动 电 路、 控制 电 路、 保 护电 路 和辅 助开关电 源等主 要 部分组成 。

D C / D C 电 A 模 块 主电 路 采 用 桥 式 P W M 斩波 电路 。开关器件 选用 富士公司生产的I G B T 。 控 制电 路主要 作用是完 成系 统的电流、 电 压等 信号的 检测、 A / D 转 换、 P I 数 字电 流 调 节、 P W M 脉 冲 信号的 产生 和 逻 辑 延时等。 驱 动电 路 采 用 富 士 公 司 生 产 的 I G B T 专用 驱 动 模 块 E X B 8 4 1 ， 其主 要 作 用 是 主 电 路 和控 制电 路的 隔离 ， 调 制 信号的 功 率 放大以 驱动主 电 路 的 功 率 管。 辅助电 源 （ 未 画出 ） 为系 统 各部 分 提 供 适当 功 率和不 同电 压的 工作电 源。 保 护部 分 包 含 过 流、 过 压 保 护 等。受限 单极型 D C / D C 变换 器主电 路如图。

根 据以 上 分 析， 可得 受 限 单 极 型D C / D C 电源模块 电路原理框 图如 图 2 6 所示。

下面以 两台 P W M D C / D C 电源 并 联 为 例 ， 说 明 一 下。 DC / D C电 源并联 系统的 工作 原 理。 图2 8 为 两 组 D C / D C 电 源并 联的电 路图。 设 u i 和 u 1 分别 为P W M 输出 的电 压。

编辑点评：本文 介 绍 了 D C / D C 电 源 模 块 以 及 并 联 系 统 的 结 构 组 成 和 工 作 原 理 ， 分 析 了 并联 时 各 模 块 的 P W M 调 制 频 率 、 占 空 比 是 否 相 等 和 调 制 是 否 同 步 等 不 同 情 况 下 的 电路 工 作 情 况 和电 流 波 形。