Schneider XPSDA5142
眾所周知，并聯(lián)技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)大功率分布式電源系統(tǒng)的核心技術(shù)，但由于各并聯(lián)電源模塊特性并不完全一致，輸出電壓高的模塊可能承擔(dān)更多負(fù)載，而有的模塊則可能輕載、甚至空載運(yùn)行，結(jié)果導(dǎo)致分擔(dān)電流多的模塊熱應(yīng)力大，降低了電源整體的工作可靠性。隨著電子系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電源可靠性、效率和功率密度的要求越來越高，因此有必要采取一種有效的均流控制方案，保證整個(gè)電源系統(tǒng)的輸出電流按各個(gè)單元模塊的輸出能力均攤，這樣既能充分發(fā)揮單元電源模塊的輸出能力，又能保證每個(gè)單元電源的工作可靠性。
目前已有大量文獻(xiàn)介紹并聯(lián)電源系統(tǒng)的均流技術(shù)，雖然其原理不盡相同，但控制器的設(shè)計(jì)都是在電源模塊簡(jiǎn)化、近似的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行。考慮到大功率器件及其電源模塊的非線性特性，基于古典反饋控制的均流措施不可能取得滿意的控制效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，復(fù)雜參量和系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算、估計(jì)已成為現(xiàn)實(shí)，自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等現(xiàn)代控制理論以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制方法都已應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)。因此，在設(shè)計(jì)高精度、高穩(wěn)定性電源時(shí)使用先進(jìn)的控制策略論將更具吸引力和實(shí)用價(jià)值。本文將模糊控制與常規(guī)PID控制相結(jié)合，并采用積分前饋控制，構(gòu)成智能均流控制器，試驗(yàn)波形表明電源系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能得到了顯著提高。
工作原理
如圖1a所示，在主從控制方式下的N個(gè)模塊中#1模塊作為主模塊（master），工作在電壓源（VS）方式（圖1b），其余N-1個(gè)模塊作為從模塊（slave），工作在電流源（CS）方式（圖1c）。Vr1是主模塊的電流基準(zhǔn)值，作為PWM控制器的控制電壓；從模塊的PWM控制器由主模塊與從模塊輸出電流的偏差電壓即電流負(fù)反饋來調(diào)節(jié)，CSC是均流控制器。由于從模塊電流均按主模塊電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出電流與主模塊電流基本一致，從而實(shí)現(xiàn)均流。因此，該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
圖1并聯(lián)電源模塊的主-從均流法工作原理圖
主要特點(diǎn)
雙閉環(huán)主-從均流控制技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：
（1）每個(gè)電源模塊的輸出電流能夠自動(dòng)按功率份額均攤，實(shí)現(xiàn)均流；
（2）當(dāng)輸入電壓或/和負(fù)載電流變化時(shí)，能保持輸出電壓穩(wěn)定，并且均流瞬態(tài)響應(yīng)好；
（3）由于主從模塊間需要通訊聯(lián)系，所以整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜。
PID均流控制器（CSC）設(shè)計(jì)
雖然文獻(xiàn)提出的PI均流控制器在DC/DC模塊電源并聯(lián)系統(tǒng)中獲得了較高的均流精度，但動(dòng)態(tài)性能尚無法滿足電源在負(fù)載變化或電網(wǎng)波動(dòng)過程中的快速性要求。為改善動(dòng)態(tài)特性，在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上引入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成PID控制器。這里以降壓型（BUCK）DC/DC電源模塊為例，進(jìn)行具體說明。模塊參數(shù)：輸入電壓15V，輸出電壓5V，輸出電流15A。系統(tǒng)采用三模塊并聯(lián)的MSC拓?fù)洌娫纯傒敵鲭娏魇?5A。若均流控制器（CSC）采用圖2所示的PI控制器，選擇其帶寬BW=28kHz，相位裕量pM=48°，幅值裕量GM=15dB，則其傳遞函數(shù)及參數(shù)：
圖2模糊均流控制器結(jié)構(gòu)圖
其中：
在PI控制器的基礎(chǔ)上引入微分環(huán)節(jié)，增加低頻段零點(diǎn)，從而在保證充分相位裕量的前提下，增加系統(tǒng)帶寬。為提高系統(tǒng)快速性，將PID調(diào)節(jié)器的帶寬由28kHz提高到100kHz，相位裕量不變，幅值裕量為無窮大，則PID控制器的傳遞函數(shù)為：
其中：kp=20，ki=1，kd=0.1，傳遞函數(shù)中包括Z1=0.05s-1、Z2=300×103s-1兩個(gè)零點(diǎn)和附加微分環(huán)節(jié)的高頻極點(diǎn)p=-ωp，ωp值由式（1）決定。值得注意的是，雖然電源系統(tǒng)的響應(yīng)速度有了顯著提高，但是帶寬的增加使系統(tǒng)抑制輸入信號(hào)高頻噪聲的能力大大下降。因此帶寬的選擇應(yīng)當(dāng)是在電源系統(tǒng)具體的應(yīng)用背景下具體分析，盡量在系統(tǒng)快速性和抗擾性之間取得平衡。
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