专利名称：一种电力系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关于一种电力系统与其控制方法，且特别是有关于可进行正前馈 控制的电力系统与其控制方法。
技术背景近年来由于半导体技术突飞猛进，因而发展许多电力电子组件，其具有良好的可 控性、耐高压及耐大电流的特性。目前这些电力电子组件广泛地应用于电力设备中，如马达 驱动器、电弧炉、电车、充电器及照明器具等。举例来说，转换器(Converter)常应用于电子 领域中，例如直流/直流、直流/交流、交流/直流或交流/交流转换器，其一般是用以转 换一直流或交流电压成另一直流或交流电压。通常，电力系统使用转换器的方式有几种，例如中央电力系统(Central Power System ；CPS)或分布式电力系统(Distributed Power System ；DPS) 请参照图1，其绘示 依照习知技术一种中央电力系统的系统方块图。在中央电力系统中，单一输入电源911是 电性连接于单一直流/直流转换器912及多个负载913 (例如电子组件)。输入电源911可 为直流电源，而直流/直流(DC/DC)转换器912是用以转换一直流电压准位至另一直流电 压准位，因而输入电源911可供应电量至负载913。然而，中央电力系统具有例如对组件 容易造成高电流压(Current Mress)、低可靠度及难以维持电力等缺点。请参照图2，其绘示依照习知技术一种分布式电力系统的系统方块图。在分布式电 力系统中，单一输入电源921是电性连接于多个直流/直流(DC/DC)转换器922及多个负 载923以供应电量至负载923。分布式电力系统具有例如低电流电压、可支持外接多个组 件、容易维持电力以及可用标准模块来客制化等优点。然而，当单一输入电源921的电量不 足或发生故障，导致无法供应电量时，整组电力系统则无法产生作用。
发明内容本实用新型针对目前技术存在的不足和缺陷，提供一种既可以提供一种电力系统 与其控制方法，即以正前馈控制转换器，因而可根据其对应连接的电源的电量情形，来对应 调整输出电量至负载。又可以提供一种电力系统，即以是多个分别电性连接于多个转换器， 而分别呈一对一的连接方式，因而可对个别的电源进行置换，或者增加电源的数量。为实现上述目的，本发明提供关于一种电力系统与其控制方法，且特别是有关于 可进行正前馈控制的电力系统与其控制方法，其采用如下设计方案一种电力系统至少包 含有多个电源、多个转换器及负载。这些转换器是分别对应地电性连接于这些电源，而呈一 对一的连接方式，其中每一个转换器至少包含有正前馈控制电路，其电性连接于电源，而呈 一对一的连接方式，用以提供正前馈控制讯号来正前馈控制转换器。此负载是电性连接于 这些转换器。—种电力系统的控制方法至少包含提供多个电源；电性连接多个转换器于这些 电源和至少一负载之间，其中这些转换器是分别对应地电性连接于这些电源，而分别呈一对一的连接方式；以及利用正前馈控制电路来正前馈控制每一个转换器，其中正前馈控制 电路是电性连接于这些电源之其中一者，而呈一对一的连接方式。因此，本实用新型电力系统及其控制方法可同时并联多个电源，并分别根据其电 量情形来对应调整输出电量至负载，因而可确保电力效率和使用寿命。
为让本实用新型的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式 的详细说明如下图1是绘示依照习知技术一种中央电力系统的系统方块图。图2是绘示依照习知技术一种分布式电力系统的系统方块图。图3是绘示依照本实用新型的第一实施例的电力系统的系统方块图。图4是绘示依照本实用新型的第一实施例的多个均流方法的方法示意图。图5是绘示依照本实用新型的第一实施例的转换器的电路示意图。图6是绘示依照本实用新型的第一实施例的第一转换器和第二转换器的电路示 意图。图7A是绘示依照本实用新型的第一实施例的第一转换器和第二转换器在未具有 正前馈控制电路时的输出电流量测图。图7B是绘示依照本实用新型的第一实施例的第一转换器和第二转换器在具有正 前馈控制电路时的输出电流量测图。图8是绘示依照本实用新型的第二实施例的电力系统的电路图。图9是绘示依照本实用新型的第三实施例的电力系统的电路图。图10是绘示依照本实用新型的第四实施例的电力系统的电路图。图11是绘示依照本实用新型的第五实施例的电力系统的电路图。图12是绘示依照本实用新型的第六实施例的电力系统的电路图。主要组件符号说明C 节点CL 电流补偿回路CSL 均流回路Pi 输入端Po 输出端VL 稳压回路VSL 均压回路100 电力系统 110、110a、110b 电源120、220、320、420、520、620 转换器120a 第一转换器120b 第二转换器121,521 功率级电路122 稳压补偿器123 平均补偿器124 正前馈控制电路IMa 加法器130 负载140,540 平均总线422 补偿器911 电源912 转换器913 负载
921 电源922 转换器923 负载具体实施方式
为让本实用新型的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，本说明书 将特举出一系列实施例来加以说明。但值得注意的是，此些实施例只是用以说明本实用新 型的实施方式，而非用以限定本实用新型。请参照图3至图5，图3是绘示依照本实用新型的第一实施例的电力系统的系统方 块图，图4是绘示依照本实用新型的第一实施例的多个均流方法的方法示意图，图5是绘示 依照本实用新型的第一实施例的转换器的电路示意图。本实施例的电力系统100包含有多 个电源110、多个转换器120、至少一负载(Load) 130及多个平均总线(Sharing Buses) 140。 这些转换器120系分别对应地电性连接于这些电源110，而呈一对一的连接方式，以转换一 输入电压至一输出电压。负载130是电性连接于这些转换器120。平均总线140是电性连 接于每两个相邻转换器120之间，而并联这些转换器120，其中平均总线140可为均流总线 (Current Sharing Bus)或均压总线(Voltage Sharing Bus)，以均流控制或均压控制这些 转换器120。如图3所示，本实施例的电源110可为直流电源或交流电源，例如人力发电装置、 太阳能发电装置、燃料电池、风力发电装置、热力发电装置、水力发电装置、传统电力供应装 置或电池等，以提供输入电压至对应连接的转换器120，即以经过转换器120来提供电量至 负载130。如图3和图4所示，本实施例的这些转换器120例如为直流/直流、直流/交 流、交流/直流或交流/交流转换器，用以转换一输入电压(直流或交流)成一输出电压 (直流或交流)，其可即由平均总线140来形成并联形式。负载130可为任何需即由电力 驱动的电子组件或装置，例如马达。再者，本实施例的电力系统100可使用单一负载130 或同时使用多个负载130来提供电力。本实施例的平均总线140可即由例如直接主仆法 (Dedicated Master Method ;DM)、平均电流法(Average Current Method ;AC)、自动主仆 法(Automatic Master Method ；AM)或其它适合的连接方法来分别电性连接于每两个相邻 转换器120之间，而平均总线140的控制回路架构可例如为内回路调整法(Inner Loop Regulation ;ILR)、外回路调整法(Outer Loop Regulation ;0LR)、双回路调整法(Dual Loop Regulation ；DLR)、单回路调整法(Single Loop Regulation ；SLR)或其它适合的控制 回路架构。如图5所示，在本实施例中，这些转换器120例如为直流/直流转换器，平均总线 140例如为均流总线，且即由自动主仆法(AM)来电性连接于每两个相邻转换器120之间，并 使用内回路调整法(ILR)的控制回路架构。每一个该转换器120至少包含功率级(Power Stage)电路121、稳压补偿器122、平均补偿器123、正前馈控制(Positive Feed-Forward Control)电路1 及驱动器125。功率级电路121是对应电性连接于电源110，而呈一对一 的连接方式，以转换一电压准位至另一电压准位，其中功率级电路121具有输入端Pi和输 出端Po。稳压补偿器122例如为误差放大器(Error Amplifier)，其可对应于在稳压补偿 器122的负端钮所接收的感应电压(Vsen)及在稳压补偿器122的正端钮所接收的参考电 压(Vref)，来产生一个回馈讯号，并形成一稳压回路VL。在本实施例中，平均总线140的一 端是连接于位于稳压补偿器122和平均补偿器123之间的节点C，以提供参考电流讯号，其 中平均总线140是即由二极管来电性连接于每一个转换器120，因而形成自动主仆法(AM)连接方式。平均补偿器123例如为差分放大器，其可对应于在平均补偿器123的正端钮所 接收的回馈讯号和参考电流讯号，以及在平均补偿器123的负端钮所接收的感应电流，来 产生一均流讯号，并形成一均流回路CSL。此时，均流回路CSL系形成于稳压回路VL之前， 即以形成内回路调整法(ILR)的控制回路架构。正前馈控制电路IM是电性连接于功率级 电路121的输入端Pi，而呈一对一的连接方式，即以正前馈控制转换器120。该正前馈控制 电路124具有一个加法器IMa，用以对应于由平均补偿器123所提供的均流讯号和由功率 级电路121的输入端Pi所提供的输入参考讯号，来提供一正前馈控制讯号，其中由功率级 电路121的输入端Pi所提供的输入参考讯号可为电流讯号或电压讯号。驱动器125是电 性连接于功率级电路121和正前馈控制电路IM之间，用以根据该正前馈控制讯号来驱动 功率级电路121。因此，每一个转换器120可即由正前馈控制电路IM来进行正前馈控制。值得注意的是，本实施例的转换器120的正前馈控制电路IM是即由加法器12 来加入由功率级电路121输入参考讯号，以正前馈控制转换器120，而非习用的负前馈控制 方式(Negative Feed-Forward Control)。因此，本实施例的每一个转换器120可根据其对 应连接之电源110的电量状况来对应输出电量。请参照图6、图7A及图7B，图6是绘示依照本实用新型的第一实施例的第一转换 器和第二转换器的电路示意图，图7A是绘示依照本实用新型的第一实施例的第一转换器 和第二转换器在未具有正前馈控制电路时的输出电流量测图，图7B是绘示依照本实用新 型的第一实施例的第一转换器和第二转换器在具有正前馈控制电路时的输出电流量测图。 当这些转换器120分别对应地电性连接于这些电源110，而呈一对一的连接方式时，这些转 换器120例如包括有第一转换器120a和第二转换器120b，而第一转换器120a和第二转换 器120b可由平均总线140来形成并联，其中第一转换器120a和第二转换器120b是分别 电性连接于不同的电源110a、100b (亦即具有不同的电量状态)。如图7A和图7B所示，相 比较第一转换器120a和第二转换器120b在未具有正前馈控制电路124时的输出电流结 果(第7A图)，当第一转换器120a接收一较高的第一输入电压(例如48V)，而第二转换器 120b接收一较低的第二输入电压(例如38V)时，亦即相比较第二转换器120b所连接的电 源110b，第一转换器120a所连接的电源IlOa可提供较多的电量时，具有正前馈控制电路 1 的第一转换器120a可提供一第一输出电流，其高于第二转换器120b所提供的第二输出 电流(如第7B图所示)。因此，每一这些转换器120可根据其对应连接的电源110的电量 情形，来对应调整输出电量(电流或电压)，亦即转换器120的正前馈控制电路IM可避免 低输入电压的电源IlOb来进均流动作。因此，具有愈高电量供应能力的电源110可提供愈 多的输出电量，因而电量不足或故障的电源110可不必提供与其它电源110相同的电量，而 确保本实施例的电力系统的电力效率和使用寿命。值得注意的是，本实施例的转换器电路仅为本实用新型的一种实施方式，熟悉电 子电路的技术者可即由各种不同的电子电路设计来达成相同功效。请参照图8，其绘示依照本实用新型的第二实施例的电力系统的电路图。以下仅就 本实施例与第一实施例的相异处进行说明，关于相似处在此不再赘述。相较于第一实施例， 第二实施例的转换器220的稳压补偿器122系形成于平均补偿器123之前，亦即稳压回路 VL是形成于均流回路CSL之前，即以形成外回路调整法(OLR)的控制回路架构。因此，第二 实施例的转换器220可即由正前馈控制电路IM来进行正前馈控制，即以根据其对应连接的电源Iio的电量情形，来对应调整输出电量至负载130。请参照图9，其绘示依照本实用新型的第三实施例的电力系统的电路图。以下仅就 本实施例与第一实施例的相异处进行说明，关于相似处在此不再赘述。相比较第一实施例， 第三实施例的转换器320的稳压补偿器122和平均补偿器123是偶接成并联形式，亦即稳 压回路VL和均流回路CSL系偶接成并联形式，即以形成双回路调整法(DLR)的控制回路架 构。因此，第三实施例的转换器320可即由正前馈控制电路IM来进行正前馈控制，即以根 据其对应连接的电源110的电量情形，来对应调整输出电量至负载130。请参照图10，其绘示依照本实用新型的第四实施例的电力系统的电路图。以下仅 就本实施例与第一实施例的相异处进行说明，关于相似处在此不再赘述。相较于第一实施 例，第四实施例的转换器420可使用单一补偿器422，例如差分放大器，来形成稳压回路VL 或均流回路CSL。因此，第四实施例的转换器420可由正前馈控制电路IM来进行正前馈控 制，即以根据其对应连接的电源110的电量情形，来对应调整输出电量至负载130。请参照图11，其绘示依照本实用新型的第五实施例的电力系统的电路图。以下仅 就本实施例与第四实施例的相异处进行说明，关于相似处在此不再赘述。相比较第四实施 例，第五实施例的平均总线540例如为均压总线，以均压控制此些转换器520，此时，转换器 520可形成有电流补偿回路CL或均压回路VSL。在本实施例中，平均总线540是电性连接 于每两个相邻的转换器520之间，且每一功率级电路521是电性连接于负载130。因此，第 五实施例的转换器520可即由正前馈控制电路IM来进行正前馈控制，即以根据其对应连 接之电源110的电量情形，来对应调整输出电量至负载130。请参照图12，其绘示依照本实用新型的第六实施例的电力系统的电路图。以下仅 就本实施例与第一实施例的相异处进行说明，关于相似处在此不再赘述。相比较第一实施 例，第四实施例的每两个相邻转换器620之间可省略设置平均总线140，此时，转换器620可 未设有平均补偿器123。然而，每一个转换器620仍可根据其对应连接的电源110的电量情 形，来对应调整输出电量至负载130。因此，第六实施例的转换器620可进行正前馈控制，来 对应调整输出电量至负载130。由上述本实用新型的实施例可知，本实用新型的电力系统可同时并联多个电源， 由于每一电源可个别地进行置换或根据其电量情形，来对应调整输出电量至负载，因而可 避免当单一电源的电量不足或故障时，整组电力系统即无法正常运作的情形。再者，由于 转换器可自行根据其对应连接的电源的电量情形，来对应调整输出电量至负载，因而具有 较多的电量的电源可提供较多的电量，而具有较少的电量的电源可避免提供太多的电量。 因此，本实用新型的电力系统可确保电力效率和使用寿命。虽然本实用新型已以实施例揭露如上，但并非用以限定本实用新型，任何熟习该 技艺的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作各种变动与润饰，因此本实用新型的 保护范围应该看后面附的申请专利范围所界定的人为准。
权利要求1.一种电力系统，其特征在于包含多个电源；多个转换器，分别对应地电性连接于这 些电源，而呈一对一的连接方式，其中每一个转换器至少包含一个正前馈控制电路，电性 连接于这些电源的其中一个，而呈一对一的连接方式，用来提供一个正前馈控制讯号来正 前馈控制每一个转换器；以及至少一个负载，电性连接于该转换器。
2.根据权利要求1所述的电力系统，其特征在于其中每一个转换器至少包含一个功 率级电路，电性连接于这些电源中的其中一个，而呈一对一的连接方式，以转换一电压准位 至另一电压准位；以及一个驱动器，电性连接于该功率级电路和该正前馈控制电路之间，用 来根据该正前馈控制讯号来驱动该功率级电路。
3.根据权利要求2所述的电力系统，其特征在于其中每一个转换器至少包含一个稳 压补偿器，用以对应于一个感应电压和一个参考电压来产生一个回馈讯号，并形成一个稳 压回路。
4.根据权利要求1所述的电力系统，其特征在于其中的多个电源是由自由人力发电 装置、太阳能发电装置、燃料电池、风力发电装置、热力发电装置、水力发电装置、传统电力 供应装置及电池所组成的。
5.根据权利要求1所述的电力系统，其特征在于至少包含多个转换器，电性连接于多 个电源和至少一个负载之间，其中这些转换器是分别对应地电性连接于这些电源，而分别 呈一对一的连接方式，且每一个转换器至少包含一个功率级电路，电性连接于这些电源中 的一个，呈一对一的连接方式，换一电压准位至另一电压准位；一个稳压补偿器，用以对应 于一个感应电压和一个参考电压来产生一种回馈讯号，并形成一个稳压回路；一个正前馈 控制电路，电性连接于这些电源中的一个，而呈一对一的连接方式，用以提供一个正前馈控 制讯号来正前馈控制每一个转换器；以及一个驱动器，电性连接于功率级电路和正前馈控 制电路之间，用来根据该正前馈控制讯号来驱动功率级电路。
6.根据权利要求5所述的电力系统，其特征在于这些转换器是直流/直流、直流/交 流、交流/直流或交流/交流转换器。
专利摘要一种电力系统与其控制方法。此控制方法至少包含提供多个电源；电性连接多个转换器于这些电源和至少一负载之间，其中这些转换器是分别对应地电性连接于这些电源，而分别呈一对一的连接方式；以及利用正前馈控制电路来正前馈控制每一个转换器，其中正前馈控制电路是电性连接于这些电源的其中一个，而呈一对一的连接方式。
文档编号G05F1/46GK201926946SQ201020289268
公开日2011年8月10日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者刘清雄, 沈建跃 申请人:苏州氢洁电源科技有限公司