一种多路直流电源并联均流控制电路及方法与流程

本发明属于电源均流控制技术领域，更具体地，涉及一种多路直流电源并联均流控制电路及方法。

背景技术：

目前很多工况要求检测设备的电源模块既能单端输出，也能并联输出，并且对并联输出均流的要求越来越高；然而电源模块受误差的影响和工艺水平的限制，并联运行的各电源模块的参数都会存在差异，致使其外特性不尽相同。带载运行时，输出电流大的电源模块热应力变大，损坏几率上升，可靠性降低。因此，在多电源模块并联运行的电源系统中必须引入有效的负载电流均流控制策略，防止一台或多台电源模块运行在电流极限值，甚至超限运行。

在并联的电源系统中实现均流控制的常用技术有：输出阻抗法、主从设置法、热应力自动控制法和外加均流控制器均流法等；这些现有方法存在均流控制误差大、不精准、均流控制系统过于复杂、均流控制没有输出保护措施的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多路直流电源并联均流控制电路及方法，其目的在于将误差信号的均流环与电源模块自身的电压闭环、电流闭环相结合，使均流控制精准无误。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多路直流电源并联均流控制电路，包括多路子控制电路，每路子控制电路作用于其中的一路直流电源；子控制电路包括比例放大模块、差分放大模块、a/d转化模块、信号处理模块、pwm生成模块；

其中，比例放大模块的同相端与直流电源相连接，反相端接地；差分放大模块的同相端与比例放大模块的输出端相连，反相端与负载的电源输入端连接；a/d转换模块的输入端与差分放大模块的输出端相连；信号处理模块的一端与a/d转换模块的输出端相连；pwm生成模块的输入端与信号处理模块的另一端相连；pwm生成模块的输出端用于连接直流电源；

优选的，上述多路直流电源并联均流控制电路，其比例放大模块用于信号比例放大；差分放大模块用于对两路信号进行减法运算，并将差值进行放大；a/d转换模块用于将均流误差模拟量信号转换为信号处理模块可识别的数字量信号；信号处理模块用于根据均流误差数字量信号与电源模块给定的电压、电流生成动态调整的pwm控制信号；pwm生成模块用于根据该pwm控制信号控制直流电源模块的开关状态，实时调节电源模块的电压输出，实现多个直流电源并联均流。

优选的，上述多路直流电源并联均流控制电路，信号处理模块还用于对电压调节信号与直流电源模块自身控制环节的电压给定值的叠加值进行限幅处理，以避免均流过程中输出电压过大，造成负载损坏；其中，电压调节信号是指差分放大模块的输出信号经过比例放大后得到的信号。

优选的，上述多路直流电源并联均流控制电路，其比例放大模块包括第一运算放大器，与第一运算放大器同相端连接的第一电阻，一端接第一运算放大器反相端、另一端接地的第二电阻，一端接第一运算放大器反相端、另一端接第一运算放大器输出端的第三电阻；其中，第一运算放大器用于将直流电源输出的电源信号进行同向比例放大。

优选的，上述多路直流电源并联均流控制电路，其差分放大模块包括差分运算放大器、连接在差分运算放大器同相端与比例放大模块输出端之间的第四电阻，连接在差分运算放大器同相端与地之间的第五电阻，连接差分运算放大器反相端与输出端之间的第六电阻，连接在差分运算放大器反相端与负载的电源输入端之间的第七电阻；

差分运算放大器用于将比例放大模块的输出信号与负载的电源输入端信号作减法运算，并对运算结果进行放大。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种多路直流电源并联均流的控制方法，根据均流误差信号与电源模块自身的电压、电流生成pwm控制信号；该pwm控制信号是动态更新的，通过所述pwm信号控制pwm对直流电源模块的输出电压进行动态调节，实现均流控制；所述均流误差信号是取自一个采样周期内的误差的平均值，不同的采样周期生成的均流误差信号不同。

由于这种方法的pi值是动态改变的，得到实时变化的pwm控制信号，进而对直流电源模块的输出电压进行调整，最终实现多路直流电源并联输出时保证每路电源电流值一致，系统均流响应稳定，均流控制精准无误。

优选地，上述多路直流电源并联均流的控制方法，将均流误差信号与电源模块自身的电压、电流闭环相结合生成pwm控制信号，包括如下步骤：

(1)将均流误差信号δu进行比例放大，形成电压调节信号δumax；

(2)将电压调节信号δumax与直流电源模块自身控制环节的电压给定值uref相叠加后与电源模块实际输出电压的反馈信号uo进行比较，将差值经过pi环节生成电流环的给定电流信号iref；

(3)将给定电流信号iref与电感电流的反馈值il比较，生成pwm控制信号。

优选地，上述多路直流电源并联均流的控制方法，为避免均流过程中输出电压过大，造成负载损坏；还对电压调节信号δumax与直流电源模块自身控制环节的电压给定值uref的叠加值进行限幅。

优选地，上述多路直流电源并联均流的控制方法，限幅后uref+δumax≤1.15uref。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的多路直流电源并联均流控制电路及方法，实现了多路直流电源并联输出时保证每路电源电流值一致，将均流误差信号与电源模块自身的电压、电流相结合生成pi的输出值，进而生成动态的pwm控制信号，通过该控制信号来控制直流电源动态调节输出电压值，该过程形成闭环控制；由于均流误差信号取自一个采样周期内的平均值，不同的采样周期生成不同误差信号，动态改变pi的输出值得到动态更新的pwm控制信号，最终动态调节电压输出值，系统均流响应稳定，因此可使均流控制精准无误；

(2)本发明提供的多路直流电源并联均流控制电路及方法，在信号处理模块进行输出电压限幅，可避免均流过程中输出电压过大，造成负载损坏；

(3)由于均流误差信号δu的采样周期t可通过信号处理模块进行设置，可根据不同的电压输出值、均流精度、负载来调整采样周期，以实现系统均流响应稳定，不用额外新增硬件电路，因此本发明提供的多路直流电源并联均流控制电路及方法通用性强、硬件成本低。

附图说明

图1是本发明实施例涉及的多路直流电源并联均流控制硬件电路示意图；

图2是本发明实施例涉及的多路直流电源并联均流控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例提供的多路直流电源并联均流控制电路，包括多路相同的子控制电路，每路子控制电路作用于其中的一路直流电源；参照图1，为使得附图简洁，在图1中只示意了两路直流电源所采用的并联均流的子控制电路；每路子控制电路包括比例放大模块、差分放大模块、a/d转化模块、信号处理模块、pwm生成模块；比例放大模块的同相端与直流电源相连接，反相端接地；差分放大模块的同相端与比例放大模块的输出端相连，反相端与负载的电源输入端连接；a/d转换模块的输入端与差分放大模块的输出端相连；信号处理模块的一端与a/d转换模块的输出端相连；pwm生成模块的输入端与信号处理模块的另一端相连；pwm生成模块的输出端用于连接直流电源。

实施例中，第一路子控制电路包括比例放大模块a1、差分放大模块a2、a/d转换模块、信号处理模块、pwm生成模块以及若干电阻；

第二路子控制电路包括比例放大模块a3、差分放大模块a4、a/d转换模块、信号处理模块、pwm生成模块以及若干电阻。本实施例中，信号处理模块采用cpu实现；在其他实施例中，也可采用fpga实现。

实施例提供的多路直流电源并联均流控制电路，采用直流霍尔传感器检测直流电源输出的电流转化为电压信号；如图1中所示意的，直流霍尔传感器ct0用于检测多路直流电源并联输出的总电流，并转化为电压信号v0，直流霍尔传感器ct1检测直流电源1输出的电流，并转化为电压信号v1，直流霍尔传感器ct2检测直流电源2输出的电流，并转化为电压信号v2。

比例放大模块功能为：信号电压v1通过电阻rs1加到运放a1的同相输入端，输出电压v1o通过电阻r1和r2反馈到运放的反相输入端，信号v1经过同向比例放大器a1放大后输出电压信号v1o；

v1o＝(1+r2/r1)×v1；其中r2＝(n-1)r1，n为并联输出的直流电源总路数，代入公式算得v1o＝n×v1。

信号电压v2通过电阻rs2加到运放a3的同相输入端，则v2o＝(1+r8/r7)×v2，其中r8＝(n-1)r7，v2o＝n×v2，同理vno＝n×vn。

差分放大模块功能：信号v1o通过电阻r3、r5连接到运放a2的同相输入端，v0通过电阻r4、r6连接到运放的反相输入端，取r6/r4＝r5/r3＝k，那么均流误差信号△u1＝k×(v1o-v0)＝k(n×v1-v0)；

信号v2o通过电阻r9、r11连接到运放a2的同相输入端，v0通过电阻r10、r12连接到运放的反相输入端，取r12/r10＝r11/r9＝k，那么均流误差信号△u2＝k×(v2o-v0)＝k(n×v2-v0)；均流误差信号△un＝k×(vno-v0)＝k(n×vn-v0)。

a/d转换模块用于将均流误差模拟量信号△u1、△u2....△un转换为cpu可识别的数字信号。

信号处理模块则用于根据采集到的均流误差信号生成对应的pwm控制信号。

pwm生成模块用于控制直流电源dc/dc电路中的开关状态，实时调节电压输出，实现均流。

实施例提供的多路直流电源并联均流的控制方法，将均流误差信号δu的与电源模块自身的电压、电流闭环相结合生成pwm控制信号；该pwm控制信号是动态实时的，通过该信号控制pwm对直流电源模块的输出电压进行动态调节，实现均流控制；其中，均流误差信号是取自一个采样周期内的误差的平均值，误差是指各直流电源输出电压值与实际值之间的差值；不同的采样周期的均流误差信号不同。

根据均流误差信号与电源模块自身的电压、电流生成pwm控制信号的方法参照图2，包括如下步骤：

(1)将均流误差信号δu进行比例放大，形成电压调节信号δumax；

(2)将电压调节信号δumax与直流电源模块自身控制环节的电压给定值uref相叠加；同时将电压调节信号δumax与电源模块实际输出电压的反馈信号uo进行比较，其差值经过pi环节生成内环(电流环)的给定电流信号iref；

(3)将给定电流信号iref与电感电流的反馈值il比较，生成pwm控制信号；采用该pwm控制信号对直流电源模块的输出电压进行调整，实现均流控制。

在一个优选实施例中，均流误差信号δu的采样点为一个采样周期t内误差信号的平均值，具体为一个采样周期t内对误差信号采样n次，那么一个采样周期内均流误差信号平均值通过采样周期内取平均值的方法保证均流误差信号采样的准确无误，进而保证生成的pwm控制信号准确。

本发明提供的多路直流电源并联均流控制方法，在dc/dc变换过程中，将均流误差信号△u与电源模块自身的电压、电流相结合形成闭环控制，由于均流误差信号取自一个采样周期内的平均值，不同的采样周期生成不同误差信号，动态改变pi的输出值，实时得到pwm控制信号，最终动态调节电压输出值，系统均流响应稳定，因此使均流控制精准无误。

均流过程中uref与δumax相加后再通过电压环、电流环对输出进行调节，通过对uref与δumax的和进行限幅来避免均流过程中输出电压过大对负载造成损坏，限幅值限幅的大小根据负载对电能质量的需求，以及实际电流的不均衡度等因素来选择。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。