一种模块化dc-dc变换器系统及其控制装置的制作方法

专利名称：一种模块化dc-dc变换器系统及其控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉模块化DC-DC变换器系统，特别是涉及一种模块化DC-DC变换器系 统，每个模块有独立控制装置，能平衡输入电流和输入电压。
背景技术：
多输入DC-DC转换器系统现已日益流行，因其能同时处理不同的输入电源，并能 给出提供单一输出。将N个模块连接在一起，组成一个模块化电源系统。对于多输入DC-DC 转换器系统，变换器输入并联，当电源的输入功率大到不能由一个转换器模块满足时，需要 多个模块。每个模块应能控制其自己的输入电流，并将其限制在其自身额定功率以下。变 换器输入串联，当电源的输出电压大到已超出转换器模块变换范围时，需要多个模块。每个 输入模块应能控制其自己的输入电压，并将其限制在其自己的额定输入电压以下。为取得最大化的使用，系统应主要应用在适用于所有DC输出和整流AC输出源。 例如，可再生能源(风力发电机，和太阳能光伏板)、多输出开关电源。例如，用在老化测试 系统中的能量再循环E-负载中。在此情况下，变换器的目标是开关电源(SMPS)的输出。输 出电压和电流规格对不同的被测装置(UUT)变化很大，无论它们是单输出或多输出。老化 测试的特点是控制电子负载(E负载)DC-DC变换模块的输入功率。在实际应用中，每个模块不可能是同样的。同一型号的元件，无论主动或被动，都 可能略有不同。因此，如果没有特定的控制电路，系统就不能工作在稳定的条件下。可能会 发生失控情况。当有小的干扰引起模块输入电压增加时，整个输入电压可能会加到一个模 块，导致系统损坏。在现有技术中，多考虑单个的电压模式变换器，如激变换器，反激变换器，隔离全 桥DC-DC变换器。单个变换器的输入与大的输入LC滤波器串联连接，每个变换器的输出直 接并联连接。控制装置聚焦中输出电流分享和输入电压分享上。换言之，系统的输入功率 由所连接的输出负载所决定。因此，需要一种控制装置，使输入系统的功率由系统自身以及独立于输入负载所 决定，并且在系统参数不匹配的情况下，能进行有效的控制。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种模块化DC-DC变换器系统，带有独立的模块控制 装置，有效控制模块的输入电流和输入电压，并且不受输入负载的影响，结构简单，性能稳定。本实用新型的目的是由下述技术方案实现的一种模块化DC-DC变换器系统，包括至少两个DC-DC变换器模块，每个模块带有 相互独立的控制装置，其特征在于，每个模块的控制装置包括两个控制环路，输入电流环路 和输入电压辅助环路，其中，所述输入电流环路包括误差放大器，以一个固定电压为基准电 压，对单个模块的输入电流进行控制；输入电压辅助环路包括误差放大器，通过所述模块本身的输入电压，经过所述输入电压辅助环路误差放大器，输出一个电压环路的控制电压，提 供给所述输入电流环路；和所述输入电流环路进一步包括运算器，将所述电压环路的控制 电压，与所述固定的基准电压比较，给出一个动态的基准电压信号，用所述动态的基准电压 信号，通过所述输入电流环路的误差放大器器，对相应模块的输入电流进行控制。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电流环路进一步包括电流感 知电路，感知模块的输入电流，并将感知的输入电流提供给所述电流环路的误差放大器。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述电流感知电路包括电流传感器和 电阻。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，所述电流感知电路的 电阻为可变电阻。在另一个实施方案，所述电流感知电路进一步包括多个有不同阻值的电 阻，和所述电流感知电路还包括开关，用于在多个电阻之间切换。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电流环路的误差放大器采用 PI控制器(比例积分控制器)、比例差动放大控制器、或比例积分差动放大器。所述固定电 压选用2. 5V电压。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，所述输入电流环路的 运算器为加法器或减法器，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的基准电压比较，输出 所述动态的基准电压信号。在另一个实施方案，所述输入电流环路的运算器包括差动放大 器电路，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的基准电压比较，输出所述动态的基准电压。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压辅助环路的误差放大器 包括比例放大器和运算器。所述运算器为加法器或减法器。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压辅助环路的误差放大器 包括差动放大器电路。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压辅助环路进一步包括输 入电压探测电路，探测相应模块的输入电压。所述输入电压探测电路包括差动放大器电路。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电流环路的还包括移相控制 器，根据所述输入电流环路的误差放大器输出的控制电压信号，产生门信号。本实用新型的目的还可由下述技术方案实现的一种用于模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，其特征在于，所述模块控制 装置包括两个控制环路，输入电流环路和输入电压辅助环路，其中，所述输入电流环路包括 误差放大器，以一个固定的电压为基准电压，对单个模块的输入电流进行控制；输入电压辅 助环路包括误差放大器，通过所述模块本身的输入电压，经过所述输入电压辅助环路的误 差放大器，输出一个电压环路的控制电压，提供给所述输入电流环路；和所述输入电流环路 进一步包括运算器，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的基准电压比较，给出一个动 态的基准电压信号，用所述动态的基准电压信号，通过所述输入电流环路的误差放大器，对 相应模块的输入电流进行控制。在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 输入电流环路进一步包括电流感知电路，感知模块的输入电流，并将感知的模块输入电流 提供给所述电流环路的误差放大器。[0022]在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 电流感知电路包括电流传感器和电阻。其中，在一个实施方案，所述电流感知电路的电阻为 可变电阻。在另一个实施方案，所述电流感知电路进一步包括多个有不同阻值的电阻，和所 述电流感知电路还包括开关，用于在多个电阻之间切换。在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 输入电流环路的误差放大器采用PI控制器(比例积分控制器)、比例差动放大控制器、比例 积分差动放大器。所述固定的电压选用2. 5V电压在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 输入电流环路的运算器为加法器或减法器，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的基 准电压比较，输出所述动态的基准电压信号。在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 输入电流环路的运算器采用差动放大器电路，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的 基准电压比较，输出所述动态的基准电压。在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 输入电压辅助环路的误差放大器包括比例放大器和运算器。所述运算器为加法器或减法器。在本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述 输入电压辅助环路的误差放大器采用差动放大器电路。进一步地，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述输入电压辅助环路进 一步包括输入电压探测电路，探测相应模块的输入电压。所述输入电压探测电路采用差动 放大器电路。进一步地，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，所述输入电流环路的还包 括移相控制器，根据所述输入电流环路的误差放大器输出的控制电压信号，产生控制信号。与现有技术相比优点在于，系统模块标准化。通过使用不同的系统配置，系统能提 供范围宽范的功率和电压。不需要其它的模块和系统，因此，减少成本，制造简单。不受不同模块元件变化的控制，每个模块不完全一样，相同型号的元件也有不同。 本实用新型的控制方法能在此情况下平衡输入电压分配，防止失控情况发生。电路简单。各模块的控制装置相互独立，分别检测各模块自己的输入电压和电流， 控制每个模块自己的PWM，不需要交叉模块配线，简化系统。

图1示出本实用新型模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，模块输入串联；图1 (a)示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统模块输入 串联时，模块1的控制装置；图1 (b)示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统模块输入 串联时，模块2的控制装置；图2示出本实用新型模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，模块输入并联；图2(a)示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统模块输入 并联时，模块1的控制装置；[0038]图2(b)示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统模块输入 并联时，模块2的控制装置；图3和图4示出在本实用新型的一个实施方案中，模块化DC-DC变换器系统，在模 块输入串联时，在模块1和2的额定电流不匹配时的运行；图5示出，根据本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，模块控制 装置输入电流环路的一部分； 图6示出，根据本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，模块控制
装置；图7示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制 装置的输入电压辅助环路；图8示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制 装置，输入电流环路的运算器；图9示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制 装置的输入电压辅助环路和输入电压探测电路；和图10示出根据本实用新型的一个实施方案，模块化DC-DC变换器系统的模块控制 装置，输入电流环路的电流感知电路。
具体实施方式
本实用新型中，模块化DC-DC变换器系统包括至少两个DC-DC变换器模块，每个模 块带有相互独立的控制装置，每个模块的控制装置包括两个控制环路，输入电流环路和输 入电压辅助环路。各模块通过其相应的控制装置，对模块的输入电流或输入电压进行控制， 在各个模块之间，平衡输入电流和输入电压，进而平衡每个模块的输入功率。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置中，输入电流环路包括 误差放大器，以一个固定的电压为基准电压，对单个模块的输入电流进行控制。例如，可选 用固定的2. 5V电压为基准电压，对单个模块的输入电流进行控制。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置中，输入电压辅助环路 包括误差放大器，通过单个模块本身的输入电压，经过放大器，输出一个电压环路的控制电 压，到模块的输入电流环路。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置中，输入电流环路还进 一步包括运算器，来自输入电压辅助环路的控制电压，通过运算器，用来改变固定的基准电 压，给输入电流环路提供一个动态的基准电压，接下来，该动态的基准电压，通过输入电流 环路的误差放大器，对相应模块的输入电流进行控制。在本实用新型中，模块的控制装置采用输入电流环路和输入电压辅助环路，感应 模块的输入电压、输入电流，对模块的输入电流进行动态控制，平衡各模块的输入电流和输 入电压，平衡模块的输入功率，不受负载的影响，因此能使输入系统的功率由系统自身以及 独立于输入负载所决定。
以下结合附图，详细说明本实用新型的模块化DC-DC变换器系统及其模块控制装置。图1示出本实用新型模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案。在图1所示的实施方案中，模块化DC-DC变换器系统包括两个DC-DC变换器模块，模块1和模块2。在图1 所示的实施方案中，模块1和模块2输入串联连接。进一步地，图1 (a)示出模块化DC-DC变换器系统模块输入串联时模块1的控制装 置10，和图1 (b)示出模块化DC-DC变换器系统模块输入串联时模块2的控制装置10。如图 1(a)所示，模块1的控制装置包括输入电流环路100，和输入电压辅助环路200。输入电流 环路100包括控制器G(S)，以一个固定的电压为基准电压，对模块1的输入电流I(inl)进行 控制，例如，可选用固定的2. 5V电压为基准电压，对模块1的输入电流I(inl)进行控制。。继 续参照图1 (a)，输入电压辅助环路200的误差放大器210包括比例放大器K和运算器201， 模块1自身的输入电压V(inl)在运算器201与一个基准信号进行比较后，经过放大器K，输出 一个电压环路的控制电压Vv(。。ntMl D，到输入电流环路100，通过其改变2. 5V的基准电压，提 供一个动态的基准电压信号VI(inl)ref，用该动态的基准电压VI(inlkrf，加上感应到的输入电流 V(inl)，通过误差放大器G(s)，输出输入电流环路的控制电压V(。。ntMl d，对模块1的输入电流 I(inl)进行控制。类似地，如图1(b)所示，在模块2，控制装置10包括输入电流环路100，和输入电 压辅助环路200。在输入电流环路100，用一个固定的2. 5V电压为基准电压，加上感应到的 模块2的输入电流I (in2)，通过误差放大器G (s)，输入电流环路的控制电压V(。。ntMl 2)，控制模 块2的PWM，进而对模块2的输入电流Iiin2)进行控制。在输入电压辅助环路200，误差放大 器210包括比例放大器K和运算器201，模块2本身的输入电压Viin2)在运算器201与一个 基准信号进行比较后，经过放大器K，输出一个电压环路的控制电压Vv(。。ntMl 2)，到输入电流 环路100。在输入电流环路100，控制电压Vv(。。ntral 2)与2. 5V的基准电压相比较，给出一个 动态的基准电压信号VI(in2)Mf，加上模块2的输入电流I(in2)，通过误差放大器G(S)，输出输 入电流环路的控制电压V(。。ntMl 2)，控制模块2的PWM，从而对模块2的输入电流I (in2)进行控 制。进一步地，输入电流环路100还包括运算器110，来自输入电压辅助环路200的控 制电压 Vv (control 1)禾口 Vv (control 2)， 提供给输入电流环路100的运算器110，在此与固定的2. 5V 的基准电压相比较，输出一个动态的基准电压信号VI(inl)ref和VI(in2)ref，到输入电流环路100 的误差放大器G (s)。输入电压辅助环路200的误差放大器210包括比例放大器K和运算器 器201，运算器201将输入电压V(inl)和V(in2)与一个基准信号进行比较，然后通过放大器K， 输出一个控制电压Vv(。。ntral D和、。。_12)，提供给输入电流环路，如图1(a)和图1(b)所示。图2示出本实用新型模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案。在图2所示的实 施方案中，模块化DC-DC变换器系统包括两个DC-DC变换器模块，模块1和模块2。在图2 所示的实施方案中，模块1和模块2的输入并联连接。进一步地，图2 (a)示出模块化DC-DC变换器系统模块输入并联时模块1的控制装 置10，和图2(b)示出模块化DC-DC变换器系统模块输入并联时模块2的控制装置10。如 图2(a)和图2(b)所示，模块1和模块2的控制装置10包括输入电流环路100，和输入电压 辅助环路200，具体请参见上述有关说明，在此不再赘述。在本实用新型，模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，其输入电压辅助环路， 包括一个误差放大器，通过其是将模块的输入电压与一个基准信号比较，提供一个误差信
号，如前述的Vv(。。ntral
1)和 Vv (control 2)‘ 到输入电流环路。基准信号是各模块在模块互相匹配的理想状态下的输入电压，各模块的基准信号是相同的。例如，在由N个模块组成的系 统，当N个模块输入串联时，基准信号为Vin(T。tal)/N，而当N个模块输入并联时，基准信号为 Vin(T。tal)，等等，如图1和图2所示的两个模块的系统，在图1的模块输入串联的基准信号 VMT。tal)/2，和在图2的模块输入并联的基准信号Vin(T。tal)。输入电流环路，通过运算器将输 入电压辅助环路提供的误差信号与固定的2. 5V基准电压进行比较，输出一个动态的基准 信号，通过输入电流环路的误差放大器将其与相应模块的输入电流进行比较，生成一个PWM 信号，调节模块的输入电流，并在模块输入串联时调节模块的输入电压，从而在模块输入串 联和并联情况下，平衡模块的输入电流和输入电压。图3和图4示出在本实用新型的一个实施方案中，模块化DC-DC变换器系统，模 块输入串联时，在模块的额定输入电流不平衡时的运行。如图3和图4所示，模块化DC-DC 变换器系统包括两个DC-DC变换器模块，模块1和模块2，带有各自的控制装置(未示出)， 模块1和2的输入串联连接，模块1的输入电流为I(inl)，模块2的输入电流为I(in2)，由于两 个模块的输入是串联连接，所以，模块1的输入电流与模块2的输入电流相等，S卩，I(inl)= I (in2) °以模块ι为例，模块ι的控制装置包括模块ι的输入电流环路100和输入电压辅 助环路200。输入电流环路100可包括误差放大器G(S)，基准电压信号为VI(inlkrf，基准电 压的初始值为2. 5V。在输入电流环路100，基准电压过误差放大器对模块 1的输入电流Ianl)进行控制。模块1的输入电压环路200的误差放大器包括比例放大器K，模块1的输入电压 为V(inl)，输入电压环路探测模块1的输入电压V(inl)，通过放大器K，输出一个电压环路的控 制电压信号Vv(。。ntMl D，提供给模块1的输入电流环路100。在输入电流环路100，通过运算 器110，电压环路提供的控制电压信号Vv(。。ntral D，与2. 5V基准电压信号比较，使2. 5V的基 准电压发生变化，提供一个动态的基准电压信号Vliinlkrf，通过为误差放大器G(S)，输出电 流环路的控制电压V(。。ntral D对模块1的输入电流I(inl)进行控制。图3和图4示出在本实用新型的一个实施方案中，两个模块的模块化DC-DC变换 器系统，在模块输入串联时，在模块的额定输入电流不平衡时，模块1的额定电流小于模块 2的额定电流时，系统的运行。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，当两个DC-DC变换 器模块输入串联时，如果模块1和2的额定电流相匹配，它们的输入电流相同I(inl) = I(in2), 它们的输入电压也相同V(inl) =V(inl)，即，模块1和2的输入电流和输入电压平衡。但是，如 果模块1和2的额定电流不匹配的情况下，例如，如果模块1的额定电流小于模块2的额定 电流，初始时，由于模块1和2的输入串联，模块1的I(inl)就会增加，模块1输入电流环路 100的初始基准电压是2. 5V，来自输入电流环路误差放大器G ( 的控制电压Vtemtral D会下 降，例如，降为零，则模块1的输入电压V(inl)就会升高，而模块2的输入电压V(in2)因模块1 的输入电压V(inl)的升高而下降，模块1和2的输入电压不平衡，V(inl) >V(in2)。对于本实用 新的模块化DC-DC变换器系统，接下来，一方面，在模块1，来自模块1输入电压环路误差放 大器的控制电压从开始的0值下降为负值，提供到输入电流环路，模块1的输入电流环路的 动态的基准电压升，例如，可能升到2. 5V以上，输入电流环路输出的控制电压信 号V(。。ntMl D上升，模块1的输入电流Ianl)增加，模块1的输入电容Cl放电，补偿模块1输 入电流Ianl)的增加，模块1的输入电压V(inl)下降，如图3所示；另一方面，在模块2，模块2的输入电压V(in2)开始时因模块1的输入电压V(inl)的升高而下降，模块2的控制装置使模 块2的输入电压环路误差放大器输出的控制电压从开始的0值上升到正值，提供给输入电 流环路，模块2输入电流环路的动态基准电压VI(in2)ref下降，例如可能降到2. 5V以下，输出 控制电压信号V(。。ntral 2)下降，模块2的输入电流Ian2)下降，更多的电流流进模块2的输入 电容C2，输入电容C2充电，模块2的输入电压V(in2)上升，如图4所示。最终，通过模块1和2的控制装置，使模块1和2的输入电流达到其额定输入电流 的平均值，即，模块1和2最终的输入电流Ifintonal)) = (I 1额定+工2额定 )/2，同时，模块1的输 入电压V(inl)接近模块2的输入电压Viin2)，二者相差不大，几乎相等，从而达到模块1和2的 输入电流可变到与模块1和2的平均电流相同的水平，以及模块1和2的输入电压几乎相 等的分配。在本实用新型中，对于N个模块的模块化DC-DC变换器系统，在模块输入串联时， 通过各模块的控制装置，使模块1，2，. . .，N的输入电流Ianifinal)) = (I ι额定+12额定+· · · +In额 S) /N,即，使每个模块的输入电流达到N个模块平均电流相同的水平，并且各模块的输入电 压几乎相等的分配，实现模块输入电流、输入电压的平衡，进而实现模块输入功率的平衡， 并且不受负载的影响。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统中，采用一种有效输入串联控制装置， 使得模块串联连接时每个模块分享的输入电压能几乎相等。不受每个模块元件值变化的影 响。类似地，在本实用新型中，对于N个模块的模块化DC-DC变换器系统，在模块输 入并联时，各模块的输入电压相等，Vinl = Vin2 = ... = vin(t。tal)，在模块控制装置输入电压 辅助环路，Vinl, Vin2，...与vin(t。tal)比较后的结果为零，输入电压辅助环路输出的控制电压 ^V (control 1)，^V (control2) ‘ · · · ^V (control N) 也为零，模块控制装置的输入电压辅助环路在模块输入 并联时不起作用。在输入电流环路，基准电压是固定的2. 5V，加了探测的输入电流，通过误 差放大器对模块的输入电流实施控制。在模块输入并联时，各模块的输入电流相互独立，各 模块控制装置独立运行，各模块有其自己的额定输入电流，当模块间额定电流不同时，模块 具有不同的额定功率，互不影响，并且不受负载的影响。以上，虽然说明了本实用新型的带模块控制装置的模块化DC-DC变换器系统，在 模块输入串联、模块额定电流不匹配情况下的运行情况，但是，应能理解，本实用新型的带 模块控制装置的模块化DC-DC变换器系统也同样适用于模块输入并联，和/或模块、元器件 等其他参数不匹配的情况下，实现各模块的输入电流、输入电压的平衡，进而实现模块输入 功率的平衡，并且不受负载的影响。图5示出，根据本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案，模块控 制装置的输入电流环路。如图5所示，在本实施方案中，输入电流环路包括的误差放大器 G(S)，它具有计算两个输入信号的误差，并具有放大误差信号的功能，可采用PI控制器(比 例积分控制器)、比例差动放大控制器、比例积分差动放大器、或其它有类似功能的控制器。 例如，对于模块1来说，动态基准电压为VI(inl)Mf，模块1的输入电流为I(inl)，通过误差放大 器G(s)，输入电流环路100输出控制信号V(。。ntral D，控制模块1的PWM，进而控制输入电流 I(inl)。运算器110可采用加法器，或减法器，等等。图6示出控制装置输入电流环路的一个实施方案，在本实施方案中，控制装置的电流环路100还包括移相控制器，如120所示，误差放大器G (s)输出的控制信号V(。。ntMl d， 通过移相控制器120，产生模块控制信号，控制模块1的PWM，控制调节模块1的输入电流 I(inl)。具体地，在移相控制器120，控制信号V(。。ntral D与三角齿形波相比较，产生MOSFET门 信号C和D，控制模块1。移相控制器可采用UCC3895或微处理器等。图7示出，根据本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的一个实施方案的模块控 制装置的一部分。如图7所示，在本实施方案中，输入电压辅助环路200，包括误差放大器 210，图7所示的实施方案中，模块化DC-DC变换器系统包括模块1和模块2，模块1和模块 2的输入串联，以模块1为例，通过误差放大器210，将模块1的输入电压V(inl)与基准信号 Vin(Total)/2比较，提供误差信号Vv(。。ntMl d，到输入电流环路。进一步地，误差放大器100可包括比例放大器K和运算器201。进一步地，K也可 采用乘法器，等等，运算器201可采用加法器，或减法器，等等。在本实用新型，输入电流环路运算器110的可选用差动放大器电路，输入电压辅 助环路200的误差放大器也可采用差动放大器电路。图8示出输入电流环路运算器110的 差动放大器电路的一个实施例，和图9示出输入电压辅助环路200的误差放大器的一个实 施例。也可采用差动放大器电路本领域技术人员可视情况一个方案，如图8所示，输入电流环路的运算器110的差动放大器电路130，包括一个运算放 大器131和四个电阻R4，2. 5V的基准电压与电压环路200提供的控制电压Vv(。。ntMl 通过 电阻R4和运算放大器131进行比较，提供一个动态的基准电压信号VI(inlkrf，给输入电流环 路的误差放大器，进而，通过输入电流环路，实现对模块1的输入电流I(inl)的控制。在图9所示的实施方案中，输入电压辅助环路200的差动放大器电路220，可包括 一个运算放大器221和四个电阻R2和R3，以模块1为例，运算放大器221的正极通过电阻 R2与基准信号相连，负极通过电阻R2与输入电压V(inl)相连，通过运算放大器221，输出控 制电压Vv(。。ntrall)，到输入电流环路。在本实用新型中，输入电压辅助环路200还可包括一个输入电压探测电路，探测 模块的输入电压，将探测的模块输入电压提供给输入电压辅助环路的误差放大器，并在误 差放大器，通过与基准信号比较后，输出一个控制电压信号Vv(。。ntMl
1)，Vv (control 2)，· · · ^V (control
N)，提供给输入电流环路。进一步地，继续参照图9，输入电压探测电路可采用差动放大器电路，如图9中230 所示，差动放大器电路230也可包括一个运算放大器231和四个电阻Rl，用以探测模块1的 输入电压，并将其提供给输入电压辅助环路的误差放大器。在图9所示的探测电路的实施 方案中，运算放大器231，将输入电压V(inl)与接地信号V(inl)_KTN进行比较，其输出提供给输 入电压辅助环路的误差放大器，如提供给如图9所示的差动放大器电路220。虽然，图8和图9示出了差动放大器电路包括一个运算放大器和四个电阻的实施 方案，但显然，对于本领域技术人员来说，可视情况采用不同的差动放大器电路，如用三个 运算放大器等的电路，实现将基准信号与输入电压V(inl)相比较，输出控制电压、—d， 到输入电流环路。以上有些实施方案是以模块1为例，对模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置 进行了说明，对于本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，当包括N个模块时，每个模块都 有相同的控制装置，每个模块的控制装置互相独立，对模块的输入电流和输入电压进行控制调节。本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，在系统中的模块、元器件不匹配的情况 下，例如，模块控制装置中的输入电压辅助环路中的比较放大器K的比较增益不匹配，变压 器匝数比不匹配，电阻不匹配，等等，调节模块的输入电流和输入电压，调节模块的输入电 流，可变到与所有模块的平均电流相同的水平，调节模块的输入电压，在模块输入串联时， 每个模块的输入电压几乎相等的分配，在模块输入并联时，每个模块的输入电压相等。还有，在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，控制装置的输入电压辅助环路 中，输入探测电路的不匹配在模块输入串联时也会引起输入电压的分配不平衡，但在本实 用新型中，通过模块控制装置，模块化DC-DC变换器系统就能平衡各模块的输入电流和电 压，因此，能平衡各模块的输入功率，并且不受负载的影响。进一步地，在本实用新型中，输入电流环路，还可包括输入电流感知电路，感知模 块的输入电流，并将感知到的输入电流提供给输入电流环路的误差放大器。图10示出电流感知电路的一个实施方案，它包括输入电流传感器，将感知的输入 电流提供给输入电流环路的误差放大器。电流传感器将模块的输入电流减低后输出一个小 的电流信号，提供给输入电流环路的误差放大器，电流传感器可采用霍尔传感器，等。输入 电流感知电路还可进一步包括功率电阻R，通过其感知电流传感器输出的小的电流信号，提 供给输入电流环路的误差放大器，如图10所示。进一步地，电阻R可选用阻值可变的可变电 阻。而在另一个实施方案中，输入电流感知电路也可包括数个功率电阻，有不同的阻值，还 可包括开关，能根据需要在不同阻值的功率电阻之间切换，使输入电流感知电路的功率电 阻具有变化的电阻值。在模块输入并联时，每个模块的输入电流单独地由一个固定的2. 5V 基准电压和一个变化功率电阻有效地控制。模块的输入并联连接，能定义从被测装置输出 的总功率和输入给单个模块的功率。虽然，图10示出电流感知电路的一个实施方案，但是本领域技术人员可以根据需 要采用其它电路来感知模块的输入电流，并将感知到的输入电流提供给输入电流环路的误 差放大器。如电流感知电路可选择包括电流传感器和电阻，电阻两端的电压降信号提供给 输入电流环路的误差放大器，电阻优选几或包括输入电感，将电感两端的电压降信号提供 给输入电流环路的误差放大器，等等。可见，在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，输入电流环路 进一步包括电流感知电路，感知模块的输入电流，并将感知的输入电流提供给输入电流环 路的误差放大器。电流感知电路包括电流传感器和功率电阻。进一步，电流感知电路包括 多个有不同阻值的功率电阻，和输入电流环路还包括开关，用于在多个功率电阻之间切换。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统中，每个模块的控制装置相互独立，分 别探测每个模块自己的输入电压和输入电流，控制每个模块自己的PWM，控制调节每个模块 自己的输入电流，不需要交叉模块配线，简化系统。控制装置探测每个模块自己的输入电压 和输入电流包括在输入电压辅助环路，探测输入电压，和在输入电流环路探测输入电流。在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统中，DC-DC变换器可选用电流模式变换 器，这与大多数现有技术中采用电压模式变换器是不同的。在本实用新型中，电流模式变换 器模块可选用隔离升压变换器。由于在本实用新型的模块化DC-DC变换器系统中，各变换 器模块上施加的电压平衡分配，因此，可选用低压M0SFET，低压MOSFET都有较好的导通电 阻，MOSFET的导通损耗被大大降低，因此，改善系统效率。[0086]本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，变压器可采用多绕组隔离变压器，将所 有模块的磁能量组合在一起。在本实新型中，对于老化测试的具体应用，控制装置聚焦于输入电流平衡和输入 电压分享，换言之，输入系统的功率由系统自身以及独立于输入负载所决定。为充分利用变 换器模块，系统能改变其输入连接方式，适应不同规格的被测装置。本实用新型的模块化DC-DC变换器系统，可用于老化系统中。虽然，以上通过实施例对本实用新型进行了描述，但应能理解，本领域技术人员可 在不偏离本实用新型的实质精神和范围的情况下对本实用新型进行变化或改进。
权利要求1.一种模块化DC-DC变换器系统，包括至少两个DC-DC变换器模块，每个模块带有相互 独立的控制装置，其特征在于，每个模块的控制装置包括两个控制环路，输入电流环路和输 入电压辅助环路，其中，所述输入电流环路包括误差放大器，以一个固定电压为基准电压，对单个模块的输入 电流进行控制；输入电压辅助环路包括误差放大器，通过所述模块本身的输入电压，经过所述输入电 压辅助环路误差放大器，输出一个电压环路的控制电压，提供给所述输入电流环路；和所述输入电流环路进一步包括运算器，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的基 准电压比较，给出一个动态的基准电压信号，用所述动态的基准电压信号，通过所述输入电 流环路的误差放大器器，对相应模块的输入电流进行控制。
2.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述输入电流环路进 一步包括电流感知电路，感知模块的输入电流，并将感知的输入电流提供给所述电流环路 的误差放大器。
3.根据权利要求2所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述电流感知电路包 括电流传感器和电阻。
4.根据权利要求3所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述电流感知电路的 电阻为可变电阻。
5.根据权利要求3所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述电流感知电路进 一步包括多个有不同阻值的电阻，和所述电流感知电路还包括开关，用于在多个电阻之间 切换。
6.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述固定电压选用 2. 5V电压。
7.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述输入电流环路的 误差放大器采用PI控制器、比例差动放大控制器、或比例积分差动放大器。
8.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述输入电流环路的 运算器为加法器或减法器。
9.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述输入电流环路的 运算器包括差动放大器电路。
10.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压辅助环路的误差放 大器包括比例放大器和运算器。
11.根据权利要求10所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述运算器为加法 器或减法器。
12.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压辅助环路的误差放 大器包括差动放大器电路。
13.根据权利要求1或12所述的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压辅助环路进 一步包括输入电压探测电路，探测相应模块的输入电压。
14.根据权利要求13所述的模块化DC-DC变换器系统，所述输入电压探测电路包括差 动放大器电路。
15.根据权利要求1所述的模块化DC-DC变换器系统，其特征在于，所述输入电流环路的还包括移相控制器，根据所述输入电流环路的误差放大器输出的控制电压信号，产生门信号。
16.一种用于模块化DC-DC变换器系统的模块控制装置，其特征在于，所述模块控制装 置包括两个控制环路，输入电流环路和输入电压辅助环路，其中，所述输入电流环路包括误差放大器，以一个固定的电压为基准电压，对单个模块的输 入电流进行控制；输入电压辅助环路包括误差放大器，通过所述模块本身的输入电压，经过所述输入电 压辅助环路的误差放大器，输出一个电压环路的控制电压，提供给所述输入电流环路；和所述输入电流环路进一步包括运算器，将所述电压环路的控制电压，与所述固定的基 准电压比较，给出一个动态的基准电压信号，用所述动态的基准电压信号，通过所述输入电 流环路的误差放大器，对相应模块的输入电流进行控制。
17.根据权利要求16所述的模块控制装置，其特征在于，所述输入电流环路进一步包 括电流感知电路，感知模块的输入电流，并将感知的模块输入电流提供给所述电流环路的 误差放大器。
18.根据权利要求17所述的模块控制装置，其特征在于，所述电流感知电路包括电流 传感器和电阻。
19.根据权利要求18所述的模块控制装置，其特征在于，所述电流感知电路的电阻为 可变电阻。
20.根据权利要求18所述的模块控制装置，其特征在于，所述电流感知电路进一步包 括多个有不同阻值的电阻，和所述电流感知电路还包括开关，用于在多个电阻之间切换。
21.根据权利要求16所述的模块控制装置，其特征在于，所述输入电流环路的误差放 大器采用PI控制器、比例差动放大控制器、比例积分差动放大器。
22.根据权利要求16所述的模块控制装置，其特征在于，所述输入电流环路的运算器 为加法器或减法器。
23.根据权利要求16所述的模块控制装置，其特征在于，所述输入电流环路的运算器 采用差动放大器电路。
24.根据权利要求16所述的模块控制装置，所述输入电压辅助环路的误差放大器包括 比例放大器和运算器。
25.根据权利要求M所述的模块控制装置，其特征在于，所述运算器为加法器或减法器。
26.根据权利要求16所述的模块控制装置，所述输入电压辅助环路的误差放大器采用 差动放大器电路。
27.根据权利要求16或沈所述的模块控制装置，所述输入电压辅助环路进一步包括输 入电压探测电路，探测相应模块的输入电压。
28.根据权利要求27所述的模块控制装置，所述输入电压探测电路采用差动放大器电路。
29.根据权利要求16所述的模块控制装置，其特征在于，所述输入电流环路的还包括 移相控制器，根据所述输入电流环路的误差放大器输出的控制电压信号，产生控制信号。
30.根据权利要求16所述的模块控制装置，其特征在于，所述固定的电压选用2.5V电压。
专利摘要本实用新型涉及一种模块化DC-DC变换器系统及其控制装置，系统包括至少两个DC-DC变换器模块，输入串联或并联。每个模块有独立的控制装置，包括两个控制环路，1，输入电流环路，包括误差放大器，用基准电压，对模块的输入电流进行控制；和2，输入电压辅助环路，包括误差放大器，模块的输入电压，经过误差放大器，输出电压环路的控制电压，到输入电流环路；输入电流环路进一步包括运算器，将电压环路的控制电压与基准电压比较，提供动态的基准电压信号，通过输入电流环路的误差放大器，控制模块的输入电流。本案的模块化DC-DC变换器系统及其控制装置，平衡模块的输入电流和平衡输入电压，使输入系统的功率由系统自身以及独立于输入负载所决定，结构简单，减少成本。
文档编号H02M3/158GK201854186SQ201020294890
公开日2011年6月1日 申请日期2010年8月16日 优先权日2010年8月16日
发明者梁兆威, 陈纪明 申请人:雅达电子有限公司