隨著數字儀控系統在工業行業的廣泛應用，效率及可靠性更高的開關電源在數字儀控系統設計中的應用也越來越多。采用單臺電源供電，電源模塊勢必在處理巨大功率的同時，因電應力較大，而給功率器件的選擇、開關頻率和功率密度的提高帶來困難。一旦單臺電源發生故障，則導致整個系統崩潰，所以，對于使用多個小容量開關電源進行擴容及冗余技術的研究尤為重要。小容量多電源并聯冗余的設計有效地解決了大容量單臺電源集中使用缺少冗余保護機制的問題，隨著大功率輸出和分布式電源的出現，使電源模塊并聯技術得以迅速發展。模塊輸出間的直接并聯運行必須考慮由于各個模塊輸出特性不一致而造成每個模塊輸出不均流的問題，以確保各個電源模塊分擔相等的負載功率[1-2]。

1 電源冗余及擴容技術介紹[3]
    儀控系統的冗余一般都是通過關鍵設備并聯實現的，例如n取p系統中的二取一冗余方法、三取二冗余方法、四取二冗余方法、二取二方法、n+m取n方法等。每種冗余方法的基本機理都是通過設備并聯并輔以相應的決策機制來完成冗余設計的，高冗余機制系統在有設備發生故障時，可以降級到低冗余機制運行。例如：當n+m冗余方法中出現p個設備同時故障時，可以降級到n+（m-p）方式運行。

    在電源配電回路設計中，經常采用多組n+m電源模塊組成冗余擴容電路對系統進行供電，例如采用1+1型、3+3型等供電設計，通過使用具有相同參數特性的電源模塊并聯運行來達到配電回路的高可靠度，這樣形成的分布式供電體系相對集中供電具有容量易擴充、使用靈活、便于維護、可配置形成冗余機制等優點。當某一組或幾組電源出現故障無法正常工作時，由其他熱備電源進行供電。在初始特性相同的電源模塊運行一段時間以后，不可避免地會出現輸出特性的差異，輸出特性的變化將影響擴容冗余電源模塊組的穩定運行，逐漸出現不同電源模塊承擔的負載功率不同的情況，長時間運行會導致各個電源模塊所承受的電、熱應力不同，使部分電源模塊過早的損壞。因此，在電源冗余擴容系統設計中，必須根據所用電源的功率、可靠性以及系統所規定的最短平均無故障時間等參數考慮電源的搭配設計，同時制定相應的運行維護措施，確保電源作為儀控系統的能量來源能夠安全、可靠、長期、穩定地運行。
    典型電源組合示意圖如圖1所示。

示。當單個電源低于其他時源時，試驗數據如表2所示。（RL=196 mΩ）。

    從以上兩次試驗可以看出，在3+3冗余配電體系中，當單個電源電壓輸出漂移升高時，電源的負載電流輸出有較大的上升，相應地電源的發熱也會顯著地增加，但與此電源并聯冗余的電源模塊負載輸出變化不大，配電系統的總輸出上升，對于純電阻負載來說，負載的發熱量有顯著的增加。當單個電源電壓輸出偏移下降時，此電源模塊的負載電流輸出會有較大的下降，與此電源并聯的其他的電源模塊負載輸出電壓略有上升，電流會有緩慢的上升。當電源模塊電壓下降了DC 1 050 mV時，此電源模塊的輸出已經非常小，遠低于初始運行的參數值，電源組總的負載功率會有下降。兩次試驗的結果證明了3+3體系組成的開關電源組本身對其中單個電源出現偏差的自恢復能力不強，一旦出現上升較多的情況會造成此電源模塊的功率會急劇上升，伴隨發熱量也相應增大，當出現下降較多的情況時，會造成此電源模塊的實際出力接近于0，電源組的負載基本上由其他電源一起承擔，造成了其他電源模塊負擔的加重。這兩種情況都是并聯冗余擴容配電體系設計中不期望看到的。所以，必須采取相應的均流措施才能避免此情況發生，提高系統的可靠性。
5 解決方案
    (1)從電源體系上解決，增加電流、電壓監視器件，根據配電方案，試驗出相應的上下限閾值，加入到儀控系統中去，使模塊品質下降的趨勢得到預知，再通過維護檢修手段提高系統的可靠性。
    (2)從器件選型上提高電源模塊的品質，選擇支持較強輸出偏差補償能力的開關電源模塊。從產品上擴大上下限的閾值范圍，從而提高系統的可靠性。
    (3)從工程設計上增加設計裕度，通過降額實現在個別模塊出現極端情況下，品質下降模塊的運行參數還保持在額定參數范圍之內。
    冗余設計策略作為一種被動的可靠性保障技術已經廣泛地應用于實際生產生活中，包括本文所描述的并聯冗余擴容配電體系，從文中所述系統失效率分析可以看出，n+m系統本身從理論上具有很高的可靠性，3+3冗余系統的理論可用率可以達到11個9的級別，但通過配電回路及試驗分析可以得出，電源系統實際的可靠性還和許多其他的因素有關，其中一個重要因素就是并聯電源的均流問題。通過對冗余電源電路的配電回路分析，并輔以試驗驗證，明確了并聯冗余擴容配電體系中均流問題的本質，為在儀控系統中電源的實際工程應用提供了理論指導，從而提高了儀控系統的可靠性。
參考文獻
[1] 威廉·戈布爾.控制系統的安全評估與可靠性[M].北京：電力出版社，2008.
[2] 賀偉超，馬吉強，龍威.數字化儀控系統冗余設計分析[J].自動化博覽，2011(6)：80-87.
[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會.GB/T13626-2008單一故障準則應用于核電廠安全系統[S].2008：5.