基于大功率LED的并聯(lián)均流驅動電源探究

張愛君

（西安科技大學高新學院，陜西 西安 710109）

1 主從法控制的交錯并聯(lián)Buck電路特點

LED是一種單向導電器件，被用于直流電流或單向脈沖電流進行驅動[1]。隨著其使用范圍的擴張，單個小功率開關電源已無法滿足其快速發(fā)展與應用的需求。如果簡單地將多個小功率開關電源并聯(lián)起來以滿足大功率需求，將會出現(xiàn)各個子模塊電源負擔不一致的負載電壓情況。通俗的講，就是一部分子模塊電源輸出電流小，另一部分子模塊電源輸出電流大，輸出電流大的子模塊電源長期高負荷運行會帶來一定的安全隱患，所以要消除這種現(xiàn)象，需要應用均流技術。均流控制技術在實現(xiàn)電流應力降低的同時，還能有效地提高整個供電系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

想要通過均流技術實現(xiàn)多個子模塊電源的穩(wěn)定并聯(lián)運行，需要增加輔助電路來實現(xiàn)均流功能，這樣才能使所有子模塊電源均勻分擔負載以達到大功率的輸出。在并聯(lián)輸出中，交錯并聯(lián)是一種高效的輸出形式，當有N個子模塊電源交錯運行，就表示每一個并聯(lián)的子模塊電源控制開關頻率相同，但每個子模塊電源的初始導通時刻都依次推移了1/N個開關時間周期。交錯并聯(lián)電路與普通并聯(lián)相比，交錯并聯(lián)電路能夠有效降低輸出電流和電壓的紋波量，能夠增強輸出電流和電壓的紋波頻率，交錯并聯(lián)電路可以在不增加開關頻率、器件應力和開關損耗的情況下，最大限度地減小輸出濾波器的重量和體積。

2 主從法均流控制電路

電壓型和電流型為當前降壓型直流變換器的主要控制方式。主從法均流控制適用于電流型，并且電流型中的雙環(huán)控制方式通過電流內環(huán)以及電壓外環(huán)閉環(huán)控制，能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主從設置法均流控制電路如圖1所示。

由圖1可以看到每個電源模塊都由雙環(huán)控制系統(tǒng)，在這種控制系統(tǒng)中，模塊1設置為主模塊并讓其按照電壓控制規(guī)律工作。對于剩余的N-1個模塊，它們按照電流型控制方法進行工作。Vr為主模塊基準電壓，Vf為輸出電壓反饋信號。通過電壓誤差放大器，就能得到誤差電壓Ve，它作為主模塊的電流基準，Ve與Vi1比較后，產生控制電壓V，用來控制調制器和驅動器[2]。主模塊電流按照電流基準V進行調制，模塊電流近似與Ve成正比。在完成并聯(lián)設置后，各個從模塊的電壓誤差放大器變?yōu)楦S器[3]，當主模塊的電壓誤差值Ve輸入至各個跟隨器，跟隨器輸出電壓均為Ve，為從模塊的電流基準，因此各個從模塊的電流均按同一電壓（V）值來進行調制，與主模塊電流基本一致，從而實現(xiàn)模塊之間的均流。

3 交錯并聯(lián)Buck電路

根據(jù)本文探究的目的，首先設計交錯并聯(lián)Buck電路，其電路圖如圖2所示。

交錯并聯(lián)Buck電路中S1、S2、L1、C1和Controller組成第一級降壓變換器，S1主控制開關，S2為同步開關；S3、S4、L2、C1和Controller組成第二級降壓變換器，S3為主控制開關，S4為同步開關。電容C1為兩個變換器共用電容，Controller為整個降壓變換器的控制模塊。采用交錯并聯(lián)控制后的各相的輸出電流將有規(guī)律地疊加，有效地降低了交錯并聯(lián)Buck電路的總輸出電流的紋波電流，提高了系統(tǒng)的帶負載能力，并且也提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。

4 仿真檢驗

本文通過MATLAB中的Simulink庫建立一個模型，再通過Simulink建立電路系統(tǒng)模型對實驗結果進行仿真檢驗，本次探究的系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

4.1 仿真參數(shù)設置

設定輸入系統(tǒng)電壓25~350 V，輸出電壓100 V，負載電阻4Ω，相應的輸出電流25 A，輸出功率2 500 W，開關頻率取20 kHz。

4.2 仿真波形與分析

對均流系統(tǒng)進行仿真，便得到系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下的工作波形，輸入電壓波形如圖4所示，相應的輸出電壓波形如圖5所示，輸出電流波形如圖6所示。

5 結論

與傳統(tǒng)線性電源相比，通過上述仿真，可以看到主從法控制的交錯并聯(lián)Buck電路對多組電源并聯(lián)具有均流控制效果。