一种基于dsp控制的均流控制装置及控制方法
【专利摘要】一种基于DSP控制的均流控制装置及控制方法。装置包括信号采样电路、电流信号调理电路、DSP控制器、均流输出信号调理电路、二极管和均流输入信号调理电路。本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置及其控制方法能够在铁路信号设备供电电源控制的输出并联条件下实现自动均流。由于电源模块均流调节速度很慢，当电源模块数量增加或减少时，电源模块会自动重新均流，因此不会影响使用效果，另外当电源模块总负载超过电源模块所能提供的电流时，均流功能会暂时退出。上述控制方法能够稳定地控制电源模块的均流特性。理论上并联的电源模块不受数量限制，可提高电源模块使用效率，进一步提高经济效益。
【专利说明】
一种基于DSP控制的均流控制装置及控制方法
技术领域
[0001 ]本发明属于DSP控制技术领域，特别是涉及一种基于DSP控制的均流控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]电源模块是以铁路信号电源屏的配套模快，该模块为铁路信号设备提供直流24V电源，以满足铁路信号电源系统对24V直流电源的相关技术要求。电源模块是采用移相全桥软开关技术的开关电源，主要由输入防雷、输入滤波、前级AC/DC变换电路、后级DC/DC隔离变压器变换电路、辅助电源、显示功能电路、风扇控制电路和控制电路组成。为了提高电源模块的可靠性，该模块还设有完善的保护功能，对于关键保护功能采用软硬件双级保护措施。
[0003]现阶段，直流电源主要采用传统的模拟控制技术实现，但缺点是存在控制参数一致性差，故障定位不准确，效率低等问题。随着电力电子技术的迅速发展，为了使铁路领域的高频开关电源能够跟上开关电源的发展，提高开关电源的技术含量和智能水平，开发带单片机采用软开关技术的电源已经迫在眉睫。根据实际工况负载需求，开关电源输出会将多电源模块并联在一起作为输出使用，由于每一个模块输出阻抗不同，电源模块并联过程中每一个模块负担的负载能力不同。为了使每一个模块平均分担负载电流，则必须采用输出负载均流技术，但目前尚缺少自主创新研制出的数字化均流高频开关电源，以解决多电源模块并联在工作过程中存在的均流问题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于DSP控制的均流控制装置及控制方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置包括:信号采样电路、电流信号调理电路、DSP控制器、均流输出信号调理电路、二极管和均流输入信号调理电路，其中:信号采样电路为电流信号采样电路，其输入端接收单个电源模块输出的电流信号，输出端与电流信号调理电路的输入端连接;电流信号调理电路、均流输出信号调理电路和均流输入信号调理电路均为信号调理器，电流信号调理电路的输出端与DSP控制器和均流输出信号调理电路的输入端连接；均流输出信号调理电路的输出端与二极管的阳极连接，二极管的阴极与均流母线连接;均流输入信号调理电路的输入端与二极管的阴极连接，输出端与DSP控制器连接。
[0006]所述的信号采样电路包括电流采样装置。
[0007]所述的电流信号调理电路包括运算放大器及外围电路。
[0008]所述的DSP控制器包括DSP模拟量输入及外围辅助电路，其驱动A、B和驱动C、D端为DSP控制器控制输出端，与电源模块的控制电路相连接。
[0009]所述的均流输出信号调理电路和均流输入信号调理电路均包括运算放大器及外围电路。
[0010]本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置所采用的控制方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0011]步骤I)信号采样过程:DSP控制器采集电流信号调理电路的输出信号和均流输入信号调理电路的输出信号，并将模拟量信号转换为数字量信号，供均流环节使用；
[0012]步骤2)单机运行过程:单机运行过程即为只有一个电源模块工作；由于此时均流母线上输出的均流电压值是单机电源模块自身的电流值，所以在计算均流时，均流控制输出为0，不起调节作用；
[0013]步骤3)多机并联运行过程:多机并联运行是指有两个以上的电源模块输出端并联在一起工作；多机并联输出时由于所有电源模块的均流母线被连接在一起，单一的电源模块负载能力会有差异，因此电流值会不尽相同；根据电压并联原则，单点电压高的电源模块输出会作为最终的均流输出值；
[0014]步骤4)DSP控制器控制:首先将电流信号调理电路输出信号和均流输入信号调理电路的输出信号进行滤波，然后求它们之间的差值，若差值超过规定好的误差边界，一般情况下就把边界值赋值给误差项，使其误差项永远不会超过设定好的边界值;一般边界值设定不超过额定电流值的5%;得到上述的误差项后，继续将误差项进行二次滤波;滤波后将该值叠加到控制程序的参考电压上，通过微调参考电压值来调节电源模块输出电流。
[0015]本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置及其控制方法能够在铁路信号设备供电电源控制的输出并联条件下实现自动均流。由于电源模块均流调节速度很慢，当电源模块数量增加或减少时，电源模块会自动重新均流，因此不会影响使用效果，另外当电源模块总负载超过电源模块所能提供的电流时，均流功能会暂时退出。上述控制方法能够稳定地控制电源模块的均流特性。理论上并联的电源模块不受数量限制，可提高电源模块使用效率，进一步提高经济效益。
【附图说明】
[0016]图1为本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置结构示意图。
[0017]图2为本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置所采用的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置及控制方法进行详细说明。
[0019]如图1所示，本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置包括:
[0020]信号采样电路2、电流信号调理电路3、DSP控制器4、均流输出信号调理电路5、二极管6和均流输入信号调理电路8，其中:
[0021]信号采样电路2为电流信号采样电路，其输入端接收单个电源模块输出的电流信号，输出端与电流信号调理电路3的输入端连接;电流信号调理电路3、均流输出信号调理电路5和均流输入信号调理电路8均为信号调理器，电流信号调理电路3的输出端与DSP控制器4和均流输出信号调理电路5的输入端连接;均流输出信号调理电路5的输出端与二极管6的阳极连接，二极管6的阴极与均流母线7连接;均流输入信号调理电路8的输入端与二极管6的阴极连接，输出端与DSP控制器4连接。
[0022]所述的输出电流信号I为电源模块正常运行时输出的负载电流。
[0023 ]所述的均流母线7由多个用于单个电源模块的基于DSP控制的均流控制装置中二极管6的阴极用连接线并联在一起而形成，其上的信号为电压信号。
[0024]通过均流母线电压的大小来调节并联电源模块的输出电压大小，以实现并联均流的功能。
[0025]所述的信号采样电路2包括电流采样装置，用于将电源模块的输出电流信号I通过其上的电流采样装置变为电压信号；
[0026]电流信号调理电路3包括运算放大器及外围电路，用于将信号采样电路2的输出信号调理成DSP控制器4可以接收范围内的电压信号。
[0027]DSP控制器4包括DSP模拟量输入及外围辅助电路;DSP控制器4主要是通过程序来实现产品的均流功能，其上的驱动A、B和驱动C、D端为DSP控制器4的控制输出端，与电源模块的控制电路相连接，主要控制对象为电源模块的均流信号，通过检测到每个均流母线7上电压的大小来实现。
[0028]均流输出信号调理电路5包括运算放大器及外围电路，用于将输出电流采样信号调理成符合均流母线7输出的电压信号，一般不超过2V。
[0029]均流输入信号调理电路8包括运算放大器及外围电路，用于将输出均流母线电压信号调理成符合DSP控制器4可以接收范围内的电压信号。
[0030]所述的电流信号和电压信号均为连续的幅值不超过3V的直流电压信号。
[0031]如图2所示，本发明提供的基于DSP控制的均流控制装置所采用的控制方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0032]步骤I)信号采样过程:DSP控制器4采集电流信号调理电路3的输出信号和均流输入信号调理电路8的输出信号，并将模拟量信号转换为数字量信号，供均流环节使用；
[0033]步骤2)单机运行过程:单机运行过程即为只有一个电源模块工作；由于此时均流母线7上输出的均流电压值是单机电源模块自身的电流值，所以在计算均流时，均流控制输出为0，不起调节作用；
[0034]步骤3)多机并联运行过程:多机并联运行是指有两个以上的电源模块输出端并联在一起工作；多机并联输出时由于所有电源模块的均流母线7被连接在一起，单一的电源模块负载能力会有差异，因此电流值会不尽相同；根据电压并联原则，单点电压高的电源模块输出会作为最终的均流输出值，这种方法被称为最大电压均流法；
[0035]步骤4)DSP控制器控制:首先将电流信号调理电路3输出信号和均流输入信号调理电路8的输出信号进行滤波，然后求它们之间的差值，若差值超过规定好的误差边界，一般情况下就把边界值赋值给误差项，使其误差项永远不会超过设定好的边界值;一般边界值设定不超过额定电流值的5%;得到上述的误差项后，继续将误差项进行二次滤波，目的是使均流调节的频率更低一些;滤波后将该值叠加到控制程序的参考电压上，通过微调参考电压值来调节电源模块输出电流。
【主权项】
1.一种基于DSP控制的均流控制装置，其特征在于:所述的基于DSP控制的均流控制装置包括:信号采样电路(2)、电流信号调理电路(3)、DSP控制器(4)、均流输出信号调理电路(5)、二极管(6)和均流输入信号调理电路(8)，其中:信号采样电路(2)为电流信号采样电路，其输入端接收单个电源模块输出的电流信号，输出端与电流信号调理电路(3)的输入端连接;电流信号调理电路(3)、均流输出信号调理电路(5)和均流输入信号调理电路(8)均为信号调理器，电流信号调理电路(3)的输出端与DSP控制器(4)和均流输出信号调理电路(5)的输入端连接;均流输出信号调理电路(5)的输出端与二极管(6)的阳极连接，二极管(6)的阴极与均流母线(7)连接;均流输入信号调理电路(8)的输入端与二极管(6)的阴极连接，输出端与DSP控制器(4)连接。2.根据权利要求1所述的基于DSP控制的均流控制装置，其特征在于:所述的信号采样电路(2)包括电流采样装置。3.根据权利要求1所述的基于DSP控制的均流控制装置，其特征在于:所述的电流信号调理电路(3)包括运算放大器及外围电路。4.根据权利要求1所述的基于DSP控制的均流控制装置，其特征在于:所述的DSP控制器(4)包括DSP模拟量输入及外围辅助电路，其驱动A、B和驱动C、D端为DSP控制器(4)控制输出端，与电源模块的控制电路相连接。5.根据权利要求1所述的基于DSP控制的均流控制装置，其特征在于:所述的均流输出信号调理电路(5)和均流输入信号调理电路(8)均包括运算放大器及外围电路。6.一种如权利要求1所述的基于DSP控制的均流控制装置所采用的控制方法，其特征在于:所述的控制方法包括按顺序进行的下列步骤: 步骤I)信号采样过程:DSP控制器(4)采集电流信号调理电路(3)的输出信号和均流输入信号调理电路(8)的输出信号，并将模拟量信号转换为数字量信号，供均流环节使用； 步骤2)单机运行过程:单机运行过程即为只有一个电源模块工作；由于此时均流母线(7)上输出的均流电压值是单机电源模块自身的电流值，所以在计算均流时，均流控制输出为O，不起调节作用； 步骤3)多机并联运行过程:多机并联运行是指有两个以上的电源模块输出端并联在一起工作;多机并联输出时由于所有电源模块的均流母线(7)被连接在一起，单一的电源模块负载能力会有差异，因此电流值会不尽相同；根据电压并联原则，单点电压高的电源模块输出会作为最终的均流输出值； 步骤4)DSP控制器控制:首先将电流信号调理电路(3)输出信号和均流输入信号调理电路(8)的输出信号进行滤波，然后求它们之间的差值，若差值超过规定好的误差边界，一般情况下就把边界值赋值给误差项，使其误差项永远不会超过设定好的边界值;一般边界值设定不超过额定电流值的5% ;得到上述的误差项后，继续将误差项进行二次滤波;滤波后将该值叠加到控制程序的参考电压上，通过微调参考电压值来调节电源模块输出电流。
【文档编号】H02M1/088GK105896945SQ201610219427
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】王树桐
【申请人】北京国铁路阳技术有限公司