1  引言
随着电源应用技术的不断发展，对于功率和功率密度的要求不断提高。为了满足功率密度和功率冗余等要求，功率因数校正(PFC)变换器的并联工作广泛应用于分布式电源系统。一般来说，相对于单一的集中式大功率变换器，较小功率的变换器模块的并联使用具有更大的优势，如效率高，负载调整率好，可以扩展输出功率，实现冗余，从而提高系统的可靠性。
当变换器模块并联工作时，应使负载电流在各模块间平衡分配。所以在并联系统中采用均流控制方法，以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限值（限流）状态。如果不采用均流技术，则由于并联运行的各个模块特性并不一致，外特性好（电压调整率小）的模块，可能承担更多的电流，甚至过载，从而使某些外特性较差的模块运行于轻载，甚至基本上是空载运行。其结果必然是分担电流多的模块，热应力大，寿命下降，降低了可靠性。
Boost PFC变换器具有非隔离、输出电压高的特点，用一般的均流控制芯片难以实现均流控制。本文研究和设计并联PFC变换器的均流控制方法，并提出了一种新颖的可以同时实现功率因数校正和均流控制的综合采样电路，通过实验验证了所提出新方法的可行性以及所作分析研究正确性和可靠性。
2  提出的均流控制策略
目前，对电源模块并联系统均流方法的分类和性能比较已有研究[1]，综合考虑结构的复杂程度、经济成本、可行性和可靠性等多种因素，本文对PFC变换器的并联系统采用了外环调节(OLR)和基本平均电流调制(BACP)相组合的方法。
2.1 系统结构
本文是对具有Boost拓扑的PFC变换器模块的并联工作进行研究，所以必须对每个模块的输入电流进行采样。图1是PFC模块并联工作的基本结构图。其中的Boost变换器设计为可并联模块；输入端的EMI滤波器和整流桥是不可控的，简单地多路并联不能实现均流，因此设计为单路形式；输出滤波器也是公共的，根据并联后的总功率设计其容量。
2.2 新电流采样电路的提出
电流采样一般有两种方法：(1)用采样电阻进行对电流的采样。(2)用电流互感器进行采样。Boost PFC变换器是高压输出且非隔离的，因此须采用电流互感器采样输入电流以实现PFC。
图2是对输入电流的采样电路。
PFC变换器并联工作时，可以直接采用其输入电流采样电路，即输入电流均流控制。然而在一定输出功率时，输入电流会随输入电压的变化而变化，即均流母线电压会随之变化。例如，对于一台当输出电压Vo为380V的PFC变换器，由于Pin=Pout，即Iin·Vin=Io·Vo，当输入电压改变时，输入电流显然会随之改变，而输出电流则不会受其影响，如图3所示。这对于并联系统在额定负载和整个输入电压范围内工作是很不利的。
为避免上述问题，可以采用输出电流均流控制。如图4(a)所示，再增加一个电流互感器来采样输出电流，这样的采样电路显得有些复杂且成本增加。于是，本文提出一种结构简单的输入输出电流的综合电流采样电路，如图4(b)所示。在图2的基础上，只增加一个采样电阻RS2和一个二极管D3，同时改变一些电路参数，就可以同时实现对输入和输出电流的采样，达到功率因数校正和输出电流均流控制的目的。在RSl采样输入电流实现PFC的同时，从采样信号中分出一部分作为均流控制的采样信号VS2，从而节省了一个电流互感器。输入电压的变化也不会对均流母线造成不利影响。
在图4(b)的综合采样电路中，各部分采样到的电流及其关系可简单地由图5表示。电流互感器CT1检测了流过开关管SW的电流iSW，CT2则检测了流过二极管D的电流iD。电感电流iL就是iSW和iD的结合。因此，采样电阻RS1采样iL，其平均值即为输入电流Iin。RS2采样iD，其平均值即为输出电流Io。
在此综合电流采样电路中，两个互感器的匝数N1和N2应该满足以下关系：
                             (1)
为保证分别采样开关管SW和二极管D的脉冲电流以1∶1的合成等效为输入电流采样信号，输入电流的等效互感器匝比为1∶N1，输出电流的等效互感器匝比为1∶1/(1/N2-1/N1)。在本设计实例中取N1和N2分别为200和100，RS1=RS2。
2.3 均流控制
前文提到，本文采用的是外环调节(OLR)和基本平均电流调制(BACP)相组合的方法，以获得较好的均流精度，实现电路较简单。具体的均流控制原理和设计出的均流控制电路分别如图6所示。电流采样信号经过滤波放大后的信号记作V1，V1经过电阻与均流母线连接，当多个模块并联时，在均流母线上则自动生成来自各模块V1节点信号的平均信号，即均流信号Vbus；Vbus与Vl的差值即本模块的均流差经环流放大器放大后，生成信号V2。V2与基准电压Vref叠加，生成实际基准信号Vref*，从而根据环流调节模块的给定输出电压，实现均流。
3  实验结果与分析
为了验证本文所分析和设计的均流控制方法，制作了两台300W PFC样机，组成输出为380V的并联系统进行实验。图7和图8为对并联系统分别应用输出和输入电流均流控制方法的实验结果，其中输出电流均流控制采用本文提出的综合电流采样电路。两图中(a)和(b)为并联系统输入电压分别为200V和l00V的实验波形。
图7表明，并联系统可以正常工作，两个模块的均流效果较好。
图8表明，当均流系统采用输入电流均流控制方法时，并联系统能正常工作，可以达到均流效果。
PFC变换器输人电流基本上是连续的、带高频纹波的工频整流信号。输出电流仅为高频二极管电流，是高频脉冲电流，因此输入电流采样信号对控制回路的干扰较小。但是，两个实验结果中可明显观察出，图7中均流母线电压Vbus基本不变，而图8中Vbus在不同输入电压时相应有所变化。这与前文的理论分析相一致。这样的不同之处决定了两种均流控制方法的均流效果和特性的差异。在均流母线电压变化时，均流效果会略为变差。这对于在整个输入电压和负载范围内获得较好的均流性能非常不利，从而进一步验证了本文提出的PFC变换器并联系统的均流控制方法的合理性与可行性。
4  结语
本文研究了一种基于PFC变换器并联系统的均流控制方法。均流控制电路采用了外环调节(OLR)和基本平均电流调制(BACP)相组合的动态均流方法。从PFC变换器的基本特点出发，在不增加额外电流互感器的前提下，提出了新颖的可用于同时实现PFC和均流控制的输出输入电流综合采样电路。对两台PFC样机并联系统分别应用输入和输出电流采样均流控制，实验结果进一步验证了所做理论研究与分析的正确性。所研究、分析和提出的均流控制方法主要具有以下特点：
·电路简单可靠，易于实现。
·均流母线电压仅与输出功率有关，不随输入电压的变化而变化。
·并联系统在整个输入电压和负载范围内获得更好的均流性能。

参考文献
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[2] W．W．Sun，Y．J．Guo，Y Xing and X．D．Sun-A Current Sharing Approach for Parallel PFC Converter modules．in Proceedings of The Forth International Power Electronics and Motion Control Conference 2004，Vo1.2，PP．1069-1073．
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[4] Jung Won Kim，Hang Seok and B. H．cho．A novel Droop Method for the Converter Parallel operation．IEEE Trans．on PE，17(1)，Jan 2002，PP．25-32．

作者简介
孟丽婵，女，1982年生，南京航空航天大学电力电子与电力传动硕士研究生，主要研究方向是功率变换。
方宇，男，1972年生，南京航空航天大学电力电子与电力传动博士研究生，主要研究方向是功率变换。
邢岩，女，教授，博士生导师，主要研究方向是电力电子与电力传动。