一种电源均流控制器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电源均流技术领域，尤其涉及一种电源均流控制器。


背景技术：

[0002]
实际应用中往往需用几百千瓦以上的开关电源为系统供电，因单个开关电源模块的最大输出功率只有几千瓦，大功率电源系统需要用若干台开关电源并联运行，以满足负载功率的要求。当多个开关电源并联运行时，为了充分利用每一个电源的有效容量，需要通过均流控制器来合理的分配每个电源所承担的负载电流。电源均流控制器通常先采集开关电源直流母线上的电流和电压，并根据采样电流获取每个开关电源直流输出电流以及所有开关电源直流输出的最大电流、最大电流差，cpu根据获取的每个开关电源直流输出的电压信号及电流信号、所有开关电源直流输出的最大电流及最大电流差，按照一定的均流控制方法控制pwm生成电路产生pwm信号来控制开关电源的输出，以实现开关电源模块并联的均流输出。
[0003]
其中，电源均流控制器通常通过电流传感器或分流器采集开关电源直流母线电流，电流传感器体积大、价格高，不利于成本控制和小型化；分流器采样会对电源的地回路造成混乱或者存在输入共模电压与放大倍数之间的矛盾，抗干扰能力和采样精度低。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本实用新型提出了一种小型化、体积小、抗干扰能力和采样精度高的电源均流控制器。
[0005]
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种电源均流控制器，包括电流采样电路，所述电流采样电路包括运算放大器u1、采样电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4及电阻r5；
[0006]
采样电阻r1接入并联开关电源的直流母线负极，采样电阻r1的一端经电阻r2连接运算放大器u1的反相输入端，采样电阻r1的另一端经电阻r4连接运算放大器u1的同相输入端，运算放大器u1的同相输入端、电阻r4的公共端经电阻r5接地，运算放大器u1的输出端经电阻r3连接运算放大器u1的反相输入端。
[0007]
可选的，所述电源均流控制器还包括电压采样电路、均流信号生成电路、ad转换模块及cpu；
[0008]
所述电压采样电路的输入端连接并联开关电源的直流母线正极，所述电压采样电路的输出端连接所述ad转换模块的第一输入端；
[0009]
运算放大器u1的输出端分为两路，一路直接连接所述ad转换模块的第二输入端，另一路经所述均流信号生成电路连接所述ad转换模块；所述均流信号生成电路用于根据运算放大器u1的输出信号生成所有并联开关电源的最大电流信号和最大电流差信号；
[0010]
所述ad转换模块的输出端连接所述cpu。
[0011]
可选的，所述电压采样电路包括电压传感器。
[0012]
可选的，所述均流信号生成电路包括第二均流母线、第一均流母线、差分放大器及
二极管d1；
[0013]
运算放大器u1的输出端依次经二极管d1的正极、二极管d1的负极连接所述差分放大器的同相输入端，运算放大器u1的输出端、二极管d1正极的公共端还直接连接所述差分放大器的反相输入端，所述差分放大器的输出端连接所述第二均流母线，所述第二均流母线还连接所述ad转换模块的第三输入端，二极管d1负极、所述差分放大器同相输入端的公共端连接所述第一均流母线，所述第一均流母线还连接所述ad转换模块的第四输入端。
[0014]
可选的，所述均流信号生成电路还包括二极管d2，二极管d2接入所述差分放大器的输出端与所述第二均流母线之间，所述差分放大器的输出端依次经二极管d2的正极、二极管d2的负极连接所述第二均流母线。
[0015]
可选的，所述差分放大器的放大倍数为1。
[0016]
本实用新型的电源均流控制器相对于现有技术具有以下有益效果：
[0017]
(1)本实用新型用采样电阻和差分电路构成的采样电路代替了传统的电流传感器，有利于均流控制器的小型化和降低成本；电流采样电阻接入了电源直流母线负极，避免了运算放大器出现类似分流器高端差分式电流采样中输入共模电压超出范围的问题；对采样电阻两端的电压差进行比例放大，故而运算放大器的此种接地方式不会出现分流器低端电压采样电路中地线混乱的问题；同时电流采样方式使输出电压采样和输出电流采样互不干扰，从而保证了采样回路的抗干扰能力和采样信号的精确度；
[0018]
(2)本实用新型的均流信号产生电路采用了双均流母线的结构，不仅为cpu提供了所有并联运行开关电源输出电流中的最大电流，还提供了现有各种均流控制器无法提供的最大电流差信号，从而使cpu可以更好的连接系统的运行状态，为均流控制提供更加精准的依据。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]
图1为本实用新型的电流采样电路的电路图；
[0021]
图2为本实用新型的电源均流控制器的结构示意图；
[0022]
图3为本实用新型的均流信号生成电路的电路图。
具体实施方式
[0023]
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]
如图2所示，本实施例的电源均流控制器包括电流采样电路、电压采样电路、均流信号生成电路、ad转换模块及cpu；
[0025]
电流采样电路包括运算放大器u1、采样电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4及电阻r5，
采样电阻r1接入开关电源的直流母线负极，采样电阻r1的一端经电阻r2连接运算放大器u1的反相输入端，采样电阻r1的另一端经电阻r4连接运算放大器u1的同相输入端，运算放大器u1的同相输入端、电阻r4的公共端经电阻r5接地，运算放大器u1的输出端经电阻r3连接运算放大器u1的反相输入端。运算放大器u1、电阻r2、电阻r3、电阻r4及电阻r5构成了一个差分放大电路，其放大倍数由电阻r2、电阻r3、电阻r4及电阻r5决定，本实施例优选电阻r2与电阻r3的阻值相同，电阻r4与电阻r5的阻值相同，则差分放大电路放大倍数为1，采样电阻r1两端的电压差等于运算放大器u1的输出电压，流经采样电阻r1的电流(即开关电源的输出电流)等于运算放大器u1的输出电压与r1的比值。
[0026]
电压采样电路可为电压传感器，用于采集每个开关电源模块的输出电压。电压采样电路的输入端连接开关电源的直流母线正极，电压采样电路的输出端连接ad转换模块的第一输入端。运算放大器u1的输出端分为两路，一路直接连接ad转换模块的第二输入端，另一路经均流信号生成电路连接ad转换模块。ad转换模块的输出端连接cpu。
[0027]
均流信号生成电路用于根据运算放大器u1的输出信号生成所有并联开关电源的最大电流信号和最大电流差信号。均流信号生成电路包括第二均流母线、第一均流母线、差分放大器、二极管d1及二极管d2；运算放大器u1的输出端依次经二极管d1的正极、二极管d1的负极连接差分放大器的同相输入端，运算放大器u1的输出端、二极管d1正极的公共端还直接连接差分放大器的反相输入端，差分放大器的输出端依次经二极管d2的正极、二极管d2的负极连接第二均流母线，第二均流母线还连接ad转换模块的第三输入端，二极管d1负极、差分放大器同相输入端的公共端连接第一均流母线，第一均流母线还连接ad转换模块的第四输入端。其中，差分放大器包括运算放大器u2、电阻r6、电阻r7、电阻r8及电阻r9，原理较为常见。
[0028]
需要说明的是，本实施例中所有并联的开关电源模块中，每个开关电源模块均连接有一个电压采样电路、一个电流采样电路、一个二极管d1、一个差分放大器、一个二极管d2、一个ad转换模块，所有开关电源模块共用第二均流母线、第一均流母线及cpu。
[0029]
一般的，开关电源直流母线电流的检测有电流传感器检测、分流器低端电流检测及分流器高端差分式电流检测，电流传感器体积大、价格高，不利于电源均流控制器的成本控制和小型化；分流器低端采样会对电源的地回路造成混乱；分流器高端差分式电流采样又存在输入共模电压范围与放大倍数之间的矛盾。本实施例中，由于电流采样电阻接入了电源直流母线负极，这就避免了运算放大器出现类似分流器高端差分式电流采样中输入共模电压超出范围的问题；此外，本电路采用差分式电流采样方式，即对采样电阻两端的电压差进行比例放大，故而运算放大器的此种接地方式不会出现分流器低端电压采样电路中地线混乱的问题；同时这种采样方式使输出电压采样和输出电流采样互不干扰，从而保证了采样回路的抗干扰能力和采样信号的精确度。
[0030]
本实施例中，电压采样电路产生的开关电源直流母线电压信号输入到ad转换模块进行ad转换；电流采样电路产生的开关电源直流母线电流信号一方面被送入ad转换模块进行ad转换，另一方面被送入均流信号生成电路。由于并联运行的所有开关电源都将各自电流采样电路输出的电流信号通过各自的二极管d1与公共的第一均流母线连接在一起，根据二极管的工作特性可知，只有输出电流最大的开关电源才能将自己的输出电流信号通过二极管d1送到第一均流母线上，而其他开关电源的二极管d1处于反向截止状态，所以第一均
流母线上的电流信号始终为所有开关电源输出电流中的最大电流信号。二极管d1两端的电压差通过运算放大器u2和二极管d2送入第二均流母线，二极管d2用于防止输出电压较大的开关电源将输出电压较小的开关电源当成负载进行输出，避免造成系统的不稳定和降低系统的整体效率，差分放大器正常情况下作为跟随器使用，优选放大倍数为1，可简化cpu的计算，也可改变电阻r6、电阻r7、电阻r8及电阻r9的阻值使其成为放大器。因为所有开关电源都将各自二极管d1两端的电压差信号通过各自的运算放大器u2和二极管d2送入公共的第二均流母线，所以只有最大电压差信号才能送入第二均流母线。
[0031]
由于二极管d1的一端为最大电流信号，另一端为单个开关电源的输出电流信号，因此其两端的电压差表明了单个开关电源输出电流与当前最大输出电流的差值，即第二均流母线上的信号始终为并联运行的开关电源中输出电流最大值与输出电流最小值的差值。第一均流母线上的最大电流信号和第二均流母线上的最大电流差信号被共同送入ad转换模块。
[0032]
ad转换模块路将输出电压信号、输出电流信号、最大电流信号和最大电流差信号转换成数字信号后，传送至cpu，cpu根据这些数据，按照一定的均流控制方法控制输出的pwm信号。pwm信号于驱动开关电源中的电力电子器件，过控制电力电子器件的开关状态，最终在输出电压满足直流电压母线需求的前提下，使自身的输出电流与其他直流电源输出电流近似相等，当误差满足均流精度要求，即实现了均流控制。
[0033]
这样本实施例中的均流信号产生电路采用了双均流母线的结构，不仅为cpu提供了所有并联运行开关电源输出电流中的最大电流，还提供了现有各种均流控制器无法提供的最大电流差信号，从而使cpu可以更好的连接系统的运行状态，为均流控制提供更加精准的依据。
[0034]
以上仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。