专利名称：电源转换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模块结构的供电系统，该系统由一组其输出并联连接的换流器组成，采用电流模式控制。为了向一组负荷和/或电池组供电，全部换流器共用一个误差放大器，从以状态变量表示的一组表中产生的控制回路里得到该放大器的参考电压。
本发明的电源转换系统特别适用于供电所要求的规模与受电负荷和/或电池一致的那些设备。
近年来，在研制模块式供电系统方面进行了卓有成效的努力，从而可能构造一种完全与负荷要求相同规模的模块式系统，在制造、修理和维护等多方面显著地降低费用。
为了达到上述目，采用了换流器，将来自电力网或任何其它电源的交流电流，利用电流模式控制结构能转换为直流电流，使它们能够与其它相类似的换流器并联，该组所提供的电流是这些模块中每一个模块所提供的电流之总和。
以上内容可以由L.Ruiz和J.Sancho所写的文章“用于远程通讯的智能电源系统”得知。该文章发表在1991年日本京都市的第十三届国际远程通讯能量会议(INTELEC)文集第544-551页上。
在这篇文章中，给出了由一组换流器组成的模块式供电系统的框图，它们的输出电流Id相加后以电流Ib向一个电池供电，以电流Il向一负荷供电，输出电压为Vb。通过在输出电压调节回路中，所有换流器共用一个误差放大器，这些换流器并联工作时不会产生负荷分配不均衡的问题。
该误差放大器的输入之一是换流器的输出电压，另一个输入是参考电压，它最初是固定的，在上述文章中，它是根据若干个运行方式，把一组电池负荷表用到系统状态变量而得到的控制回路中得到的参考电压。
然而，虽然这一系统将参考电压Vref调整到最佳值，来完成换流器的输出电压调节，仍有一些变量的变化不能由该系统来调节。以这样的方式，在确定电池的优化负荷条件以至于延长电池的寿命方面并没有进行任何工作，或者控制回路连接所需时间太长，使得负荷的快速变化需要经过一定时间才能被补偿，其后果只能由其它元件，例如电池、换流器等来承担。
需要克服的技术问题是快速并且精确地完成系统状态变量或状态变量组合的调节，使运行条件不会损害系统中任何元件，因而延长其使用寿命，同时执行对其自身的保护功能。
本发明的特征是，它有一系列的换流器，它们的输出并联连接向一组电池和/或负荷供电，所有换流器公用一个第一误差放大器作为其电流模式控制。该第一误差放大器放大了换流器输出电压与第一参考电压之差值，而第一参考电压是在第二误差放大器中放大了由系统状态变量和由预先选定并滤波的系统状态变量之一所建立的一组表形成的第二更新了的参考信号而得到的结果，以此方式建立起嵌套在一个已有的回路中的第二反馈回路。由于这一新的反馈，得到了对加于滤波器上的状态变量的控制。
按照同样方式，对于状态变量的组合可以按上述过程处理，状态变量中每一个分别加到根据不同需要而建立的滤波器上，并根据所希望采取的方案而设定给定的加权。
利用数字电路使这一全部过程成为可能，表的存贮和选择是即时的，状态变量滤波的修正也是更为简单和灵活，利用模数转换器而使这些状态变量数字化，断而上述过程输出的数模转换由数字回路执行。
此外，由于这一数字回路保持了流入及流出电池的电流值的历史记录以及由制造厂所提供的数据温度等，使它能控制电池的负荷情况。
最后，由于这一第二反馈回路考虑到电池充电状态，使有可能按照最佳准则完成电池的充电和维护。该最佳准则是由制造厂提供，并通过与实测得到数据的结合而随时间而进展，这样，在充电状态下，控制该回路的状态变量是电池的充电电流，使它准确地保持在根据电池类型和容量的标称值，当电池为浮接或浮充状态，所控制的变量是输出电压和电流，分别保持在电池的浮接电压和电流下。
在以下说明中，将根据下列附图对本发明作更为详细的叙述。
图1为采用一公共误差放大器的供电系统框图，放大器的参考电压取决于一组系统状态变量。
图2为根据现有技术得到图1上误差放大器上所加参考电压的过程。
图3为得到用于根据本发明的电源转换系统的参考电压部分的框图。
图4为根据本发明可能完成图3的更详细的框图;
图1的框图为根据现有技术的电源转换系统。其中，一组换流器1用电流模式控制，以便能够使它们的输出直接并联。为了完成使全部换流器1能够正确地兼容工作的控制过程，有必要利用对所有上述换流器1所公用的第一误差放大器4，对于换流器1的电流模式模拟量控制回路中得到的所有比较器提供相同的误差信号。
如果第一误差放大器的增益大，反馈回路试图将输出电压Vb固定为等于该第一误差放大器4的另一输入第一参考电压Vrefl。
由于电池的工作条件例如温度、充放电电流、负荷状态等工作条件会影响它们的工作寿命，在限定第一参考电压Vrefl和由此而出现的输出电压时，必须考虑到这些参数。这是通过对控制回路5限定的策略采用不同的表7来实现的，这将根据制造厂的信息产生有一参考电压Vrefl的最佳值。利用图2的框图来实现这一过程。
利用部分示于图3的第二数字反馈回路，有可能精确地，以所希望的形式来控制所希望的状态变量，以便使系统达到最佳运行条件。
为此目的，通过根据确定策略的选择器11来选择控制或状态变量，所确定的策略也取决于状态变量6。
所选择的状态变量在反馈滤波器10中滤波，反馈滤波器的传递函数也可以进行修改，它的输出加到第二误差放大器9上，将反馈滤波器10的输出与参考电压的差值放大。参考电压是由制造厂提供的表7并经过较正回路8校正后得到。校正回路8计及实测或从先前状态的发展。
从第二放大器9出来的放大了的误差信号便是实际加到第一误差放大器4的信号。第一误差放大器4是根据现有技术的目前系统中的已知的一部分。
最后，图4给出了选择器是如何实现的，一个模数转换器12带有可选择的输入，使全部下列元件如反馈滤波器(它也是可选的)，由电池制造厂提供的曲线或策略的表7，以及图3所示的第二误差放大器9等通过微控制器13和后续的数模转换器14，以数字量形式完成，以得到第一参考电压Vrefl，送入换流器1公用的第一误差放大器4，然后执行根据现有技术的控制过程。
由于模数转换完成精确控制所要求的高精度，以及电源是主要噪声源的事实，采用了双坡度模数转换器，其积分区间等于推荐采用的电源周期。
根据上述系统的结构，当电池2处于充电状态，而所选择的状态变量是电池充电电流Ib，有可能精确控制电池充电过程，使这一电池充电电流Ib调整到制造厂根据电池类型和容量值所提供的值。当电池已经充电或在浮充电，新状态变量将是适合于电池浮充状态下的浮充电压和充电电流值的输出电压。然而，如果送到电池组2和负荷3的功率增加，换流器1的温度到危险地步，有可能控制由换流器1供出的总电流IT，使传递功率受到控制，从而控制了它们所达到的温度。
微控制器将独立地启动必要的警报，在运行异常的事件中采取预先编程的行动。
权利要求
1.电源转换系统由一组换流器(1)组成，换流器的输出并联连接，提供总输出电流(IT)，供电给一组电池(2)及负荷(3)。用所有换流器(1)公用的一个第一误差放大器(4)进行电流模式控制。该放大器放大了换流器(1)的输出电压(Vb)和由控制回路(5)得到的第一参考电压(Vref1)之差。该第一参考电压是利用先前存的表及策略(7)，由一组状态变量(6)得到的。其特征是由表及策略(7)得到的信号，是根据实际测量，在较正回路(8)中先前更新了的，加到第二误差放大器(9)的一个输入。由来自滤波器(10)的信号作为第二误差放大器(9)的另一个输入。滤波器(10)在其输入端接受根据确定运行策略的准则由选择回路(11)选定的状态变量或状态变量(6)的组合，这样形成第二反馈回路，该反馈回路按照所选出的策略考虑系统的任何状态变量或状态变量(6)的组合。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，模拟源的状态变量(6)在模数转换器(12)的框中被转换为数字量，这样得到在实际控制回路中以数字量形式完成的状态变量(6)的滤波器(10)的传递函数，并且也有可能修改这一传递函数。
3.根据权利要求2的系统，其特征在于采用一个模数转换器(12)，以便通过多讯道通讯将状态变量(6)及时传输到模数转换器(12)的输入端而对状态变量(6)进行模数转换。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，模数转换器(12)是具有与电力网周期相等的积分常数的双坡度型。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于，由微控制器(13)实现的控制回路能够接通或断开任何一个换流器(1)，这是通过状态变量(6)或这些状态变量的任何组合来决定的。
6.根据权利要求1的系统，其特征在于，微控制器(13)按状态变量(6)提供的信息和经常地贮存于表(7)中的，由电池制造厂提供的曲线经常地计算电池(2)的充电情况。
7.根据权利要求1的系统，其特征在于，根据电池(2)的充电状态和状态变量(6)，数字回路的运行策略按下列准则变化-当电池在充电状态下，电池充电电流(Ib)按电池型号和容量而保持不变，-当电池(2)在浮接或浮充状态下，电池端电压(Vb)维持在浮充水平，电池电流(Ib)控制在确定的值上。
8.根据权利要求1的系统，其特征在于，当变流器(1)的温度达到一确定值时，变流器(1)传递的功率保持不变。
9.根据权利要求1的系统，其特征在于，从状态变量(6)的分析和控制来说，换流器(1)可作为恒定或可变水平的电流、电压或功率发生器工作，而电流、电压或功率作为任何状态变量(6)或这些状态变量任何组合的函数。
10.根据权利要求1的系统，其特征在于，从状态变量(6)的一定组合中，检测出充电电流(Il)相对于电池(2)和负荷(3)的输出电压(Vb)的变化，dI/dV，以检测所连接的负荷(3)的类型。
全文摘要
一种电源转换系统，由一组换流器组成，换流器的输出并联连接，以提供总的输出电流，供电给一组负荷和/或电池。该系统实行电流模式控制，利用一台公共误差放大器(4)。其输入一个是负荷和/或电池端的输出电压(Vb)；另一个是第一参考电压(V
文档编号H02M7/48GK1093499SQ9410117
公开日1994年10月12日 申请日期1994年1月29日 优先权日1993年1月29日
发明者约塞·菲利克斯·桑克·罗杰尔 申请人:阿尔卡塔尔标准电气公司