专利名称：一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电源电路。
背景技术：
在能源应用领域，大功率电源系统应用越来广泛，但受功率器件容量，磁性材料和散热等原因的限制，单个开关电源模块最大输出功率只能用于中小功率，例如3KW以下。电源发展趋势是采用模块化，通过并联进行扩容，用相对较小的电源功率模块组合成积木式，智能化的大功率电源系统。各模块并联使用中，由于电子元器件各自参数的分散性，使得每个电源的开路电压和内阻均会存在差异，通常开关电源的内阻都非常小，因此开路电压很小的差异就会导致各电源的输出电流有较大的差异。这种状态会导致闲的闲死，忙的忙死的现象:有的模块在超负荷工作，损耗发热都比较厉害，寿命会降低；而有的工作于轻载，甚至都没有进入较好的工作状态。这时就需要在多模块并联运行系统中引入有效的负载分配或均流控制策略，目前均流方案有很多，输出阻抗法，主从设置法，平均电流法，最大电流自主均流法和外加均流控制器，结构复杂，成本高。在没有使用外部控制器情况下，大部分情况只能在固定电压及功率下实现均流，均流效果差。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，以达到均流效果好，结构简单的目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。
一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，包括功率电路和控制电路，多个电源模块的功率电路并联，每一电源模块设有控制电路，其特征在于:控制电路包括电流采样单元，获取电源模块的功率电路的电流采样值；电压采样单元，获取电源模块的功率电路的电压采样值；与电流采样单元相连的均流母线单元，以最大电流采样值作为均流母线值；均流控制电压获取单元，将电流采样值与均流母线值作误差放大得均流控制电压值；可调外部参考电压单元，设定外部参考电压值；可调外部限流参考电压单元，设定外部最大参考电压值；电压误差放大单元，根据电流采样值、均流母线值、外部参考电压值、均流控制电压值，获得电压误差放大值并输出至PWM控制器，以调节输出电压、电流，使各模块的反馈电流值与均流母线值相同；电流误差放大单元，将外部最大参考电流值与电流采样值作误差放大并输出至PWM控制器，以限制最大电流；所述的电压误差放大单元包括第一运算放大器，第一运算放大器的反相输入端与电压采样单元输出端及均流母线单元输出端相连，同相输入端与可调外部参考电压单元输出端及均流控制电压获取单元输出端相连。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征。控制电路还包括电流采样跟随单元，以避免各单元影响电流采样信号。所述的电流跟随单元包括第五运算放大器，第五运算放大器的同相输入端与电流采样单元输出端相连，第五运算放大器的反相输入端、输出端、均流控制电压获取单元输入端相连。所述的均流母线单元包括第四运算放大器，第四运算放大器的同相输入端与电流采样输出端相连，其输出端经第一二极管与均流母线相连。所述的均流控制电压获取单元包括第三运算放大器，第三运算放大器的同相输入端与均流母线单元输出端相连，其反相输入端与电流采样跟随单元输出端相连，第三运算放大器的输出端通过第五二极管与第一运算放大器的同相输入端相连。所述的第三运算放大器的同相输入端及反相输入端分别连接可调电阻。
电流误差放大单元包括第二运算放大器；第二运算放大器的同相输入端与可调外部限流参考电压单元输出端相连，其反相输入端与均流母线单元输出端相连，其输出端与PWM控制器之间反向串联第二二极管。所述的第一运算放大器的输出端通过第四二极管与其反相输入端相连，第四二极管与电容、电阻串联电路并联；均流母线单元的输出端与第一运算放大器的反相输入端之间串联电阻，电压误差放大单元与PWM控制器之间反向串联第三二极管。所述的功率电路包括整流滤波电路、升压电路、半桥变换电路、隔离变压器；所述的半桥变换电路包括第一、第二电容、和第一、第二绝缘栅双极型晶体管，第一电容、第二电容串接在升压电路的正负两端，第一电容、第二电容的连接处与隔离变压器原边线圈一端连接，隔离变压器原边线圈另一端与第一、第二绝缘栅双极型晶体管连接。有益效果:本技术方案以纯硬件电路来实现最大电流自主均流，不带控制器；同时达到输出电压可调的实用电路；结构简单，成本低。
图1是本实用新型均流反馈拓扑图。图2是本实用新型功率电路拓扑图。图3是本实用新型控制电路图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。如图1所示，本实用新型包括功率电路和控制电路，多个电源模块的功率电路并联，每一电源模块设有控制电路；控制电路包括:电流采样单元，获取电源模块的功率电路的电流采样值；电压采样单元，获取电源模块的功率电路的电压采样值；与电流采样单元相连的均流母线单元，以最大电流采样值作为均流母线值；均流控制电压获取单元，将电流采样值与均流母线值作误差放大得均流控制电压值；可调外部参考电压单元，设定外部参考电压值；可调外部限流参考电压单元，设定外部最大参考电压值；电压误差放大单元，根据电流采样值、均流母线值、外部参考电压值、均流控制电压值，获得电压误差放大值并输出至PWM控制器，以调节输出电压、电流，使各模块的反馈电流值与均流母线值相同；电流误差放大单元，将外部最大参考电流值与电流采样值作误差放大并输出至PWM控制器，以限制最大电流。电压误差放大单元包括第一运算放大器Ul，第一运算放大器Ul的反相输入端与电压采样单元输出端及均流母线单元输出端相连，同相输入端与可调外部参考电压单元输出端及均流控制电压获取单元输出端相连；电流采样跟随单元，以避免各单元影响电流采样信号。电流跟随单元包括第五运算放大器U5，第五运算放大器U5的同相输入端与电流采样单元输出端相连，第五运算放大器U5的反相输入端、输出端、均流控制电压获取单元输入端相连。均流母线单元包括第四运算放大器U4，第四运算放大器U4的同相输入端与电流采样输出端相连，其输出端经第一二极管Dl与均流母线相连。均流控制电压获取单元包括第三运算放大器U3，第三运算放大器U3的同相输入端与均流母线单元输出端相连，其反相输入端与电流采样跟随单元输出端相连，第三运算放大器U3的输出端通过第五二极管D5与第一运算放大器Ul的同相输入端相连。第三运算放大器U3的同相输入端及反相输入端分别连接可调电阻RT。电流误差放大单元包括第二运算放大器U2 ;第二运算放大器U2的同相输入端与可调外部限流参考电压单元输出端相连，其反相输入端与均流母线单元输出端相连，其输出端与PWM控制器之间反向串联第二二极管D2。第一运算放大器Ul的输出端通过第四二极管D4与其反相输入端相连，第四二极管D4与电容、电阻串联电路并联；均流母线单元的输出端与第一运算放大器Ul的反相输入端之间串联电阻，电压误差放大单元与PWM控制器之间反向串联第三二极管D3。图2中，Vout为输出电压，Vcom为均流母线电压，Vref为可调外部参考电压，Vrefl为可调外部限流参考电压，Vi为电流采样输出信号，V。为电流采样输出信号与均流母线进行误差放大后的均流控制电压。U4部分和二极管Dl实现，当均流母线上的电压信号比本模块的电流采样信号的电压高，本模块的电流采样信号就不会输出到均流母线，所以母线上的电压永远是输出电流最大的那个模块的电流采样信号`。U5部分为各模块电流采样跟随，避免各运算电路影响电流采样信号。U3部分为均流母线电压和各模块电流采样电压差值放大。当模块作为主模块工作，即本模块电流为最大，此时，电流采样输出信号Vi与均流母线电压V。》相等，故均流控制电压V。为零，从而不影响电压误差放大器，继续之前状态工作。当模块为从模块，即电流采样信号电压值低于均流母线电压V。.均流控制电压V。是电流采样输出信号Vi与均流母线电压V-的函数。Ul部分电路为电压误差放大器，反相输入端为模块输出电压的采样值和均流母线电压值的综合，同相输入端是可调外部参考电压和均流控制电压V。的综合，来调节输出。U2部分电路为电流误差放大器，反相输入端为均流母线电压V.，同相输入端为可调外部限流参考电压vMfI。第一运算放大器输出和电流误差放大器的输出经过D3和D2后，输入到SG3525的同相输入端，不利用其误差放大器，完全由外部误差放大器Ul部分和U2部分来实现。这样方便实现限流控制和不同电压输出功能。如图2所示，所述的功率电路包括整流滤波电路、升压电路、半桥变换电路、隔离变压器；所述的半桥变换电路包括第一、第二电容、和第一、第二绝缘栅双极型晶体管，第一电容、第二电容串接在升压电路的正负两端，第一电容、第二电容的连接处与隔离变压器原边线圈一端连接，隔离变压器原边线圈另一端与第一、第二绝缘栅双极型晶体管连接。输入取两相交流电，经过整流桥整流，滤波，得到固定电压31OV直流电，31OV直流不能满足部分使用需求，需要DC/DC升压电路，之后经过半桥变换器拓扑，来调节输出电压。这里使用桥式拓扑，能将变压器初级侧的漏感电压尖峰钳位于直流目前电压，并将漏感储存的能量回馈到输入母线，而不是损耗在有缓冲电路的电阻元件上。半桥拓扑的两个IGBT的驱动，由SG3525的输出，经过变压器隔离后来控制。本电路的实现结果，纯硬件方式，将4块电源板并联输出，实现了 5kW，(T400V电压可调输出。
权利要求1.一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，包括功率电路和控制电路，多个电源模块的功率电路并联，每一电源模块设有控制电路，其特征在于:控制电路包括 电流采样单元，获取电源模块的功率电路的电流采样值； 电压采样单元，获取电源模块的功率电路的电压采样值； 与电流采样单元相连的均流母线单元，以最大电流采样值作为均流母线值； 均流控制电压获取单元，将电流采样值与均流母线值作误差放大得均流控制电压值； 可调外部参考电压单元，设定外部参考电压值； 可调外部限流参考电压单元，设定外部最大参考电压值； 电压误差放大单元，根据电流采样值、均流母线值、外部参考电压值、均流控制电压值，获得电压误差放大值并输出至PWM控制器，以调节输出电压、电流，使各模块的反馈电流值与均流母线值相同； 电流误差放大单元，将外部最大参考电流值与电流采样值作误差放大并输出至PWM控制器，以限制最大电流； 所述的电压误差放大单元包括第一运算放大器(U1)，第一运算放大器(Ul)的反相输入端与电压采样单元输出端及均流母线单元输出端相连，同相输入端与可调外部参考电压单元输出端及均流控制电压获取单元输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:控制电路还包括电流采样跟随单元，以避免各单元影响电流采样信号。
3.根据权利要求2所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:所述的电流跟随单元包括第五运算放大器(U5)，第五运算放大器(U5)的同相输入端与电流采样单元输出端相连，第五运算放大器(U5)的反相输入端、输出端、均流控制电压获取单元输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:所述的均流母线单元包括第四运算放大器(U4)，第四运算放大器(U4)的同相输入端与电流采样输出端相连，其输出端经第一二极管(Dl)与均流母线相连。
5.根据权利要求1所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:所述的均流控制电压获取单元包括第三运算放大器(U3)，第三运算放大器(U3)的同相输入端与均流母线单元输出端相连，其反相输入端与电流采样跟随单元输出端相连，第三运算放大器(U3)的输出端通过第五二极管(D5)与第一运算放大器(Ul)的同相输入端相连。
6.根据权利要求5所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:所述的第三运算放大器(U3)的同相输入端及反相输入端分别连接可调电阻(RT)。
7.根据权利要求1所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:电流误差放大单元包括第二运算放大器(U2);第二运算放大器(U2)的同相输入端与可调外部限流参考电压单元输出端相连，其反相输入端与均流母线单元输出端相连，其输出端与PWM控制器之间反向串联第二二极管(D2)。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:所述的第一运算放大器(Ul)的输出端通过第四二极管(D4)与其反相输入端相连，第四二极管(D4)与电容、电阻串联电路并联；均流母线单元的输出端与第一运算放大器(Ul)的反相输入端之间串联电阻，电压误差放大单元与PWM控制器之间反向串联第三二极管(D3)。
9.根据权利要求7所述的一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，其特征在于:所述的功率电路包括整流滤波电路、升压电路、半桥变换电路、隔离变压器；所述的半桥变换电路包括第一、第二电容、和第一、第二绝缘栅双极型晶体管，第一电容、第二电容串接在升压电路的正负两端，第一电容、第二电容的连接处与隔离变压器原边线圈一端连接，隔离变压器原边线圈 另一端与第一、第二绝缘栅双极型晶体管连接。
专利摘要一种实现可调和均流的大功率并联开关电源电路，涉及一种开关电源电路。通过并联模块扩容的电源，为实现均流采用最大电流自主均流法和外加均流控制器方式，结构复杂，成本高。本实用新型特征在于控制电路包括电流采样单元；电压采样单元；与电流采样单元相连的均流母线单元；均流控制电压获取单元；可调外部参考电压单元；可调外部限流参考电压单元；电压误差放大单元；电流误差放大单元；电压误差放大单元包括第一运算放大器，第一运算放大器与电压采样单元、均流母线单元、可调外部参考电压单元及均流控制电压获取单元相连。本技术方案以纯硬件电路来实现最大电流自主均流，不带控制器；同时达到输出电压可调的实用电路；结构简单，成本低。
文档编号H02M7/217GK203104320SQ201320139408
公开日2013年7月31日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者魏红梅, 曾祥幼, 陆利军, 苗永春 申请人:卧龙电气集团股份有限公司, 浙江卧龙新能源有限公司