数控可调电源的制作方法

本实用新型涉及一种既可以任意串并联且无需串联二极管的模块化电源方案，提高整体效率，提高稳定性，降低成本，又能充分发挥数字技术网络化、控制、调度、检测、保护、传输、组网、遥测、遥信、遥调、遥控等优势的数控可调电源，属开关电源制造领域。

背景技术：

现有的数字电源，大多只是增加了数字接口的开关电源，以期实现电源的数控、通信、监测等功能，没有进入开关电源的核心；也有人通过微处理器、DSP等实现了全数字PFC，但其基本架构仍然没能跳出模拟技术的框框，充其量只是模拟技术的数字化，不能真正发挥数字技术的网络化、控制、调度、检测、保护、传输、组网、遥测、遥信、遥调、遥控的优势。

在大功率电源系统中采用多个电源模块并联运行，参见图12，是目前电源技术的发展方向之一。模块化电源并联运行具有很多优点，一是小功率的电源模块可以方便地组合成大功率的电源系统，其容量可以任意扩展；二是实现电源系统的冗余设计，提高其可靠性；三是使用场合不受限制，根据需要组合，方便灵活；四是运行维护方便，甚至可以在不间断供电的情况下更换模块完成维修。其不足之处：一般情况下不允许模块输出间直接进行并联，由于各模块电源之间参数的差异，各模块的占空比无法保持一致，极易造成电流倒灌及相互干扰,因而各模块的输出端需要串联一个二极管，而二极管的固有压降，特别在低压大功率场合，造成了严重的损耗(P＝U*I)。

技术实现要素：

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既可以任意串并联且无需串联二极管的模块化电源方案，提高整体效率，提高稳定性，降低成本，又能充分发挥数字技术网络化、控制、调度、检测、保护、传输、组网、遥测、遥信、遥调、遥控等优势的数控可调电源。

设计方案：为了实现上述设计目的。本实用新型在电路结构的设计上，包括主控电路、工作于数字状态的可调压前级、功率变换器，其中可调压前级接受主控数据并据以输出PWM信号驱动开关器件调节输出功率、功率变换器完成由可调压前级到最终负载的功率变换及隔离，在多模块并联运行时，所有功率变换器均由主控电路驱动，使各模块功率变换器同频同相工作，因此各模块输出端无需串联二极管，极大的提高了电源的效率，提高了稳定性，降低了成本。

技术方案1：一种数控可调电源，可调恒流数控电源中一块或多块恒流模块电源的输出端并联后接负载，模块电源的输入端并联一路接AC电路的输出端、一路接主控电路的信号输出端、一路接主控电路的同步信号端；或可调恒压数控电源中一块或多块模块电源的输出端并联后与模数转换器的信号输入端并接接负载，模数转换器的信号输出端接主控电路的信号输入端，模块电源的输入端并联一路接AC采样电路的信号输出端、一路接主控电路的信号输出端、一路接主控电路的同步信号端。

恒流模块电源由开关电路、微处理器、功率变换器、输出电路、驱动电路及模数转换器构成；开关电路输入端接AC电路的输出端，开关电路的输出端接功率变换器的输入端，功率变换器的输出端接输出电路的输入端，输出电路的输出端与模数转换器的信号输入端并接接负载，模数转换器的信号输出端接微处理器信号输入端，微处理器信号输出端接开关电路的信号输入端，驱动电路信号输入端接主控电路的同步信号输出端，驱动电路的输出端接功率变换器的信号输入端；或恒压模块电源由开关电路、微处理器、功率变换器、输出电路、驱动电路及模数转换器构成；开关电路输入端接AC电路的输出端，开关电路的输出端接功率变换器的输入端，功率变换器的输出端接输出电路的输入端，输出电路的输出端与模数转换器的信号输入端并接接负载，模数转换器的信号输出端接微处理器信号输入端，微处理器信号输出端接开关电路的信号输入端，驱动电路信号输入端接主控电路的同步信号输出端，驱动电路的输出端接功率变换器的信号输入端。

开关电路和微处理器构成可调数字前级且可调数字前级通过内部PFC算法使输入电流跟随输入电压的变化，实现PFC控制。功率变换器的开关信号由单片机提供。模数转换器为单片机或其它数字芯片中的模数转换器。功率变换器是由单片机或DSP数字芯片控制的软开关功率变换器。单片机1或DSP1和单片机2或DSP2可以是同一个单片机或DSP。主控电路在电路应用时可以与可调压数字前级的单片机或DSP融为一体，控制数据由内部程序传递。功率变换器设有同步接口，能接收主控发送的同步信号，在多电源模块并联使用时，可以同频同相工作。

本实用新型与背景技术相比，一是可以任意串并联且模块与模块之间无需串联二极管，不仅提高电源转换效率和稳定性，而且降低了制造成本；二是充分发挥数字技术网络化，具有控制、调度、检测、保护、传输、组网、遥测、遥信、遥调、遥控等优势。

附图说明

图1是并联恒流使用数字调压电源的结构示意图。

图2是图1中的模块电源结构示意图。

图3是并联恒压使用数字调压电源的结构示意图。

图4是带PFC功能可调数字前级结构示意图。

图5是带PFC功能的BOOST电路示意图。

图6是可调压数字前级其他实现方式的示意图。

图7是恒压恒流使用数字调压电源的结构示意图。

图8是可接收同步信号的模块电源示意图。

图9是半桥电路开关电路的示意图。

图10是模块电源的结构示意图。

图11是主控电路在单路应用时融入可调压数字前级示意图。

图12是背景技术的示意图。

具体实施方式

实施例1：恒流使用时：参照图1。一种数字调压电源包括：模块电源1、模块电源2...模块电源n(n大于等于1)组成，主控分别与各模块连接，各模块并联并与负载相连。各模块结构参见图2。

所述可调压数字前级包括微处理器和接受微处理器控制的开关电路；微处理器一端与主控相连,一端与开关电路相连，模数转换器输入端连接输出电路输出，输出端连接微处理器，驱动电路与功率变换器相连。

所述的主控电路根据设定或系统给定值，将控制数据发送给各模块的可调压数字前级，所述的可调压数字前级根据主控电路发送的给定值、模数转换器的反馈值，经内部算法形成PWM信号，驱动开关电路调节输出电压，经功率变换器、输出电路送至负载，完成输出调定。

所述的功率变换器为行业公知电路，但不参与功率调节，因此各模块占空比和频率可以一致，同时接受主控发送的同步信号，使各模块同频同相工作。

所述的输出电路为行业公知电路，将功率变换器的输出调整为负载所需电压。

所述的模数转换器采集输出电路输出的电流、电压，以数据形式反馈至可调压数字前级。所述的模数转换器可以集成在微处理器中。

所述的主控电路还拥有数据通讯接口，可以与上位机通讯。用户可以通过主控的人机交互接口或上位机控制电源。

主控实时与各模块通信，当主控接受指令需对负载输送电流I，主控将电流平均分配给其下属的模块电源，每个模块电源接收主控制器所分配的电流I/n。

各模块检测自己的输出电流，当检测到的电流大于I/n时，可调压数字前级即调低输出电压，直到与所分配电流相等。当检测到的电流小于I/n时，可调压数字前级则调高输出电压，直到与所分配电流相等。当每个模块的输出电流都等于I/n时，总输出电流为I，完成恒流输出。

实施例2：恒压使用时：参照附图3。设Uo为额定输出电压，Io为额定输出电流。主控检测负载两端的电压U，并实时与各模块通信，将各模块的输出电流I1、I2...In相加，得到总输出电流I，根据检测的电压U和统计出的电流I计算出负载的等效电阻R。将所需的电压Uo/R得出在恒压情况下负载所需的总电流Io。主控将电流平均分配给其下属的模块电源，每个模块电源接收主控所分配的电流Io/n。

各模块检测自己的输出电流，当检测到的电流大于Io/n时，微处理器根据反馈将可调压数字前级的输出电压降低，直到检测到的电流跟所分配电流相等。当检测到的电流小于Io/n时，微处理器根据反馈将可调压数字前级的输出电压升高，直到检测到的电流跟所分配电流相等。当每个模块的输出电流都等于Io/n时，总输出电流为Io，完成恒压输出。

实施例3：参照图4。所述的可调压数字前级还可以加入电流反馈及PFC算法，使可调压数字前级在调节输出电压的同时兼具功率因数校正功能。

本实施例中开关电路为优选的BOOST电路，参见图5。

功率因数校正的目的是要使电流I的波形跟随输入电压U，同时PFC输出电压U_pfc。

若满足了输入电流与输入电压相位相等，则负载可以等效为电阻R。因此：

U＝I*R

对于BOOST电路来说，其输入电压U与输出电压Uo及占空比D的关系为：

$U\_pfc=\frac{U}{1-D}$

将U＝I*R代入：

U_pfc*(1-D)＝I*R

因此：

$D=1-\frac{I*R}{U\_pfc}$

由于功率变换器增益G固定，所以输出电压Uo＝U_pfc*G。

$D=1-\frac{I*R*G}{Uo}$

其中：D占空比，I为BOOST电路电流，R为等效电阻，G为功率变换器固定增益，Uo功率变换器输出电压。

可调压数字前级根据采样的BOOST电路电流及反馈的输出电压即可算出占空比，使可调压数字前级在调节输出电压的同时兼具功率因数校正功能。

实施例4：参照图6。所述的可调压数字前级还可以通过微处理器控制公知的模拟芯片实现。

调压数字前级根据主控电路发送的给定值、模数转换器的反馈值，经内部算法形成数字控制信号，并通过数模转换器转换为模拟控制信号，公知模拟芯片根据模拟控制信号调节PWM，驱动开关电路调节输出电压，经功率变换器送至负载，完成输出调定。所述的数模转换器可以集成在微处理器中。

实施例5：参照图7。一种数字调压电源的恒流电源包括：模块电源1、模块电源2...模块电源n(n大于等于1)组成，主控分别与各模块连接，各模块分别与负载相连。

主控实时与各模块通信，当主控接受指令需对负载1、负载2...负载n输送电流I1、I2...In，主控将各所需电流分配给其下属各对应的模块电源。

各模块检测自己的输出电流，当检测到的电流大于给定值时，微处理器根据反馈减小PWM占空比，可调压数字前级的输出电压降低，直到检测电流等于给定值。当检测到的电流小于给定值时，微处理器根据反馈增大PWM占空比，可调压数字前级的输出电压升高，直到检测电流等于给定值。当每个模块的输出电流都等于给定值时，完成恒流输出。

实施例6：参照图7。一种数字调压电源的恒压电源包括：模块电源1、模块电源2...模块电源n(n大于等于1)组成，主控分别与各模块连接，各模块分别与负载相连。

主控制器实时与各模块通信，当主控制器接受指令需对负载1、负载2...负载n输送电压U1、U2...U3。主控制器将各所需电压分配给其下属各对应的模块电源。

各模块检测自己的输出电压，当检测到的电压大于给定值时，微处理器根据反馈减小PWM占空比，可调压数字前级的输出电压降低，直到检测电压等于给定值。当检测到的电压小于给定值时，微处理器根据反馈增大PWM占空比，可调压数字前级的输出电压升高，直到检测电压等于给定值。当每个模块的输出电压都等于给定值时，完成恒压输出。

实施例7：参见图8。所述的功率变换器可以利用微处理器的开发简单，多路输入输出，可进行逻辑运算，可时序控制的特点，控制功率变换器使其工作于软开关状态。

本实施例中功率变换器为优选的半桥电路，参见图9。

假定Q2导通，中点电压V_mid等于直流母线电压V_dc。

状态一：根据设定的时间，控制电路使Q2关断，同时内部计时器开始计时，由于谐振电容C2的存在，中点电压V_mid等于直流母线电压V_dc，Q2零电压关断。谐振电容C2通过变压器T1放电，电路进入谐振状态。

状态二：由于T1的漏感能量尚未放尽，故T1电流依然从左到右，当谐振电容C2放电完毕，二极管D3续流导通，控制电路检测到中点电压过零，控制电路使Q3导通，Q3零电压开通。同时计时器停止计时记录Q2的关断时间t1。

状态三：根据设定的时间，控制电路使Q3关断，由于谐振电容C2的存在，中点电压V_mid等于0，Q3零电压关断。

状态四：根据电路对称性原理，即可利用开关管Q2的关断时间t1确定开关管Q3的关断时间，从而控制开关管Q2导通，此时Q2为零电压导通。回到状态一重新循环。

由于控制过程中可以测出或计算出开关管开关速度的变化(因负载变化)，因此可以实现随动控制(驱动随开关管开关速度和随负载变化而变化)。

功率变换器微处理器2和可调压数字前级的微处理器1可以是用一个微处理器，参见图10。

实施例8：参照图11。所述的主控电路在单路应用时可以与可调压数字前级的单片机(或DSP)融为一体，控制数据由内部程序传递。用户通过上位机或人机交互接口控制输出电压或输出电流。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本实用新型的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本实用新型设计思路的简单文字描述，而不是对本实用新型设计思路的限制，任何不超出本实用新型设计思路的组合、增加或修改，均落入本实用新型的保护范围内。