高頻開關(guān)電源自二十世紀(jì)八十年代進(jìn)入我國(guó)以來，憑借其體積小、重量輕、效率高、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，迅速在郵電通訊、電力部門及其他多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其在傳統(tǒng)的工礦企業(yè)，如電解電鍍、電化、電火花、電池充電、水處理、熱處理、焊接和冶煉等領(lǐng)域，高頻開關(guān)電源正逐步取代傳統(tǒng)的可控硅整流電源，順應(yīng)國(guó)家環(huán)保節(jié)能的政策需求。然而，單臺(tái)高頻開關(guān)電源的功率受到器件約束和其他因素的限制，難以滿足大功率(50KW以上)場(chǎng)合的應(yīng)用需求。為了解決這個(gè)問題，并聯(lián)多臺(tái)高頻開關(guān)電源成為了一種常見的方案。

并聯(lián)系統(tǒng)的基本原理

并聯(lián)配置允許多個(gè)電源模塊同時(shí)工作，更有效地分配負(fù)載，減少單個(gè)模塊的熱損耗。在并聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)電源模塊都可以獨(dú)立工作，且內(nèi)部形成電壓或電流負(fù)反饋系統(tǒng)。然而，簡(jiǎn)單地將多個(gè)電源模塊的輸出端并聯(lián)在一起，雖然可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流輸出，但這樣的系統(tǒng)通常只能適應(yīng)穩(wěn)流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合，而無法滿足穩(wěn)壓輸出的需求。

為了實(shí)現(xiàn)并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)壓輸出，需要在并聯(lián)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)輸出電壓負(fù)反饋系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過電壓反饋的輸出控制各臺(tái)高頻開關(guān)電源，形成雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，并聯(lián)系統(tǒng)電壓反饋屬于外環(huán)，而內(nèi)環(huán)由高頻開關(guān)電源內(nèi)部形成。這樣，通過雙閉環(huán)反饋機(jī)制，可以確保并聯(lián)系統(tǒng)在穩(wěn)壓狀態(tài)下輸出電壓的穩(wěn)定。

單臺(tái)高頻開關(guān)電源的工作原理

在介紹雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)之前，有必要先了解單臺(tái)高頻開關(guān)電源的工作原理。單臺(tái)高頻開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)通常包括輸入電壓、輸出電壓、輸出電流等參數(shù)。例如，一臺(tái)典型的高頻開關(guān)電源可能具有輸入電壓380V、50HZ，輸出電壓DC 18V，輸出電流DC 800A等技術(shù)指標(biāo)。

高頻開關(guān)電源的工作原理大致如下：

交流電源輸入：首先，交流電源經(jīng)過整流濾波變成直流。

高頻PWM控制：通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開關(guān)管，將直流電壓加到開關(guān)變壓器的初級(jí)上。

開關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)：開關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)過整流濾波后供給負(fù)載。

反饋控制：輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。

單臺(tái)高頻開關(guān)電源構(gòu)成一個(gè)電流負(fù)反饋控制系統(tǒng)，也稱為內(nèi)環(huán)。這個(gè)內(nèi)環(huán)系統(tǒng)保證了在電流給定值不變的情況下，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)或電源內(nèi)部原因造成輸出電流變動(dòng)時(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)并維持穩(wěn)定的電流輸出。

雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)在單臺(tái)高頻開關(guān)電源的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)電壓反饋外環(huán)。這個(gè)外環(huán)通過調(diào)節(jié)并聯(lián)系統(tǒng)的電壓，確保系統(tǒng)在穩(wěn)壓狀態(tài)下輸出電壓的穩(wěn)定。

系統(tǒng)自動(dòng)控制原理如下：

內(nèi)環(huán)控制：每臺(tái)高頻開關(guān)電源本身構(gòu)成一個(gè)電流負(fù)反饋控制系統(tǒng)，保證穩(wěn)定的電流輸出。

外環(huán)控制：在高頻開關(guān)電源系統(tǒng)外增加一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器，用來調(diào)節(jié)并聯(lián)系統(tǒng)的電壓。當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)導(dǎo)致并聯(lián)系統(tǒng)電壓輸出變動(dòng)時(shí)，外環(huán)通過調(diào)節(jié)各臺(tái)高頻開關(guān)電源的輸出，確保系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定。

為了實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)合理的控制算法，確保多個(gè)電源模塊之間的負(fù)載分配均勻，避免單個(gè)模塊過載。負(fù)載均衡不僅有助于延長(zhǎng)電源模塊的使用壽命，還能提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可靠性。

實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

基于上述原理，制作了一臺(tái)組合式并聯(lián)的72KW高頻開關(guān)電源。該并聯(lián)系統(tǒng)由五臺(tái)單獨(dú)的高頻開關(guān)電源并聯(lián)組合而成，每臺(tái)高頻開關(guān)電源都輸出同等的800A/18V。系統(tǒng)在穩(wěn)壓工作時(shí)，即使輸出短路也能限流在4100A穩(wěn)定工作;穩(wěn)流工作時(shí)，輸出端開路能實(shí)現(xiàn)限壓而穩(wěn)定工作。為了提高系統(tǒng)的可靠性，還可以增加一臺(tái)備份電源。

該電源在電鍍行業(yè)鍍鉻工藝中現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行近兩年，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，用戶反應(yīng)良好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)不僅提高了系統(tǒng)的輸出功率，還確保了輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性。

并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

并聯(lián)開關(guān)電源系統(tǒng)提供了高效率、高可靠性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也帶來了復(fù)雜性、成本和維護(hù)難度等挑戰(zhàn)。

高效率：并聯(lián)配置允許多個(gè)電源模塊同時(shí)工作，減少了能量損耗，提高了轉(zhuǎn)換效率。

高可靠性：模塊化設(shè)計(jì)使得單個(gè)模塊故障時(shí)，其他模塊可以接管其負(fù)載，繼續(xù)運(yùn)行。

可擴(kuò)展性：系統(tǒng)可以根據(jù)需要輕松增加更多的電源模塊，滿足不斷增長(zhǎng)的負(fù)載需求。

然而，并聯(lián)系統(tǒng)也存在一些挑戰(zhàn)：

復(fù)雜性：并聯(lián)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試比單電源系統(tǒng)更復(fù)雜，需要更多的專業(yè)知識(shí)。

成本：并聯(lián)系統(tǒng)的初始成本可能較高，尤其是在需要多個(gè)電源模塊的情況下。

維護(hù)難度：并聯(lián)系統(tǒng)的維護(hù)可能比單電源系統(tǒng)更復(fù)雜，因?yàn)樾枰獧z查和維護(hù)多個(gè)模塊。

綜上所述，高頻開關(guān)電源雙閉環(huán)反饋并聯(lián)系統(tǒng)通過增加電壓反饋外環(huán)，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)系統(tǒng)在穩(wěn)壓狀態(tài)下的輸出電壓穩(wěn)定。該系統(tǒng)不僅提高了輸出功率，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為高頻開關(guān)電源在大功率場(chǎng)合的應(yīng)用提供了新的解決方案。盡管并聯(lián)系統(tǒng)存在一定的復(fù)雜性和成本挑戰(zhàn)，但其顯著的優(yōu)點(diǎn)使其在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。