一種高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，包含并聯(lián)的多個(gè)電源模塊，其特征在于：所述多個(gè)電源模塊通過(guò)其具有的高速收發(fā)模塊順次連接，形成通信環(huán)路，各電源模塊利用高速收發(fā)模塊接收上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的信息，并將本電源模塊的本機(jī)信息整合到其中后利用高速收發(fā)模塊傳給下一個(gè)電源模塊，實(shí)現(xiàn)各電源模塊本機(jī)信息的采集和各電源模塊的控制。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)完成電源并聯(lián)系統(tǒng)的各類(lèi)控制和瞬時(shí)量的測(cè)量，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鏈路中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，傳輸速度快，實(shí)時(shí)性高，抗干擾性強(qiáng)，靈活性好，誤差小，易于實(shí)現(xiàn)各類(lèi)功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及測(cè)量電子設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電源并聯(lián)運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)電源產(chǎn)品模塊化，大容量化，是電源技術(shù)的發(fā)展方向之一，也是實(shí)現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵。電源并聯(lián)擴(kuò)容后，一方面需要采取均流措施，實(shí)現(xiàn)電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的均流控制，另一方面需要測(cè)量并聯(lián)后的總電流。
[0003]目前實(shí)現(xiàn)均流控制和電流加總的測(cè)量，主要是基于硬件電路實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示，從機(jī)通過(guò)取樣電路將本機(jī)電流信息送至總機(jī)上，總機(jī)接收各個(gè)從機(jī)的電流信息，送至加法器輸入端，進(jìn)而得到這一時(shí)刻的總電流。這種方案中，鏈路中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，硬件電路較為復(fù)雜，抗干擾性差，且測(cè)量值誤差大。
[0004]具體如本實(shí)用新型
【申請(qǐng)人】以前申請(qǐng)過(guò)一個(gè)關(guān)于多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)及電流加總方法的專(zhuān)利，公開(kāi)號(hào)為CN104932340A，一種多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)，由多個(gè)電子設(shè)備并聯(lián)組成，其中一個(gè)電子設(shè)備設(shè)置為主機(jī)，其余電子設(shè)備設(shè)置為從機(jī)，所述電子設(shè)備包括一個(gè)電流加總電路，主、從機(jī)的采樣電流輸給主機(jī)的電流加總電路，電流加總電路由加法器組成，加法器的反饋電阻采用數(shù)字電位器。在【背景技術(shù)】中，從機(jī)的采樣電流通過(guò)連接器同步地并行傳給主機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種電源并聯(lián)系統(tǒng)，采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，提高抗干擾能力，減小測(cè)量誤差。
[0006]—種高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，包含并聯(lián)的多個(gè)電源模塊，其特征在于:所述多個(gè)電源模塊通過(guò)其具有的高速收發(fā)模塊順次連接，形成通信環(huán)路，各電源模塊利用高速收發(fā)模塊接收上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的信息，并將本電源模塊的本機(jī)信息整合到其中后利用高速收發(fā)模塊傳給下一個(gè)電源模塊，實(shí)現(xiàn)各電源模塊本機(jī)信息的采集和各電源模塊的控制。
[0007]進(jìn)一步地，所述通信環(huán)路完成一次完整的環(huán)路通信時(shí)間t〈T，其中T為模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣周期。所述高速收發(fā)模塊采用光纖通信口、以太網(wǎng)口、CAN總線接口或電平信號(hào)通信口。本實(shí)用新型并聯(lián)的電源系統(tǒng)通過(guò)環(huán)路通信結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
[0008]進(jìn)一步地，上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的信息包括系統(tǒng)的全局控制信息及前面數(shù)個(gè)電源模塊上傳的本機(jī)信息。
[0009]所述本機(jī)信息包含電流信息，所述電源模塊包含一電流加總模塊，用于加總上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的電流信息與本電源模塊的電流信息。
[0010]本實(shí)用新型的電源并聯(lián)系統(tǒng)利用有高速收發(fā)模塊的電源模塊構(gòu)成高速環(huán)形通信結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)完成電源并聯(lián)系統(tǒng)的各類(lèi)控制和瞬時(shí)量的測(cè)量。其主要優(yōu)點(diǎn)為硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鏈路中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，傳輸速度快，實(shí)時(shí)性高，抗干擾性強(qiáng)，靈活性好，誤差小，易于實(shí)現(xiàn)各類(lèi)功能。
[0011]為解決并聯(lián)電源系統(tǒng)的電流加總和/或電流均流等技術(shù)問(wèn)題，區(qū)別于傳統(tǒng)的通過(guò)各個(gè)從機(jī)采樣電流并行加總的傳統(tǒng)構(gòu)思，本實(shí)用新型提供了一種完全不同的構(gòu)思方案，即通過(guò)環(huán)路串行的方式實(shí)現(xiàn)電流加總，只要該環(huán)路的通信速度足夠快，例如，通信環(huán)路完成一次完整的環(huán)路通信在兩次電流采樣時(shí)間間隔內(nèi)，即所述通信環(huán)路完成一次完整的環(huán)路通信時(shí)間t〈T，其中T為模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣周期，這樣保證采樣的數(shù)據(jù)不存在堆積等待的現(xiàn)象，被實(shí)時(shí)地讀取及環(huán)路通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)電流加總的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型高速環(huán)路實(shí)現(xiàn)電流加總和均流控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為電流加總模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為均流控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5為基于光纖通信實(shí)現(xiàn)電流加總的三相多機(jī)電源并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)路通信實(shí)施例；
[0017]圖6為環(huán)路通信數(shù)據(jù)幀格式示例性視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]本實(shí)用新型的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，該系統(tǒng)包含并聯(lián)的多個(gè)電源模塊，每一個(gè)電源模塊內(nèi)包含了一高速接收模塊、一高速發(fā)送模塊、一電流加總模塊和一均流控制模塊。前一個(gè)電源模塊的發(fā)送模塊連接至后一個(gè)電源模塊的接收模塊，形成環(huán)形通信結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電流加總以及均流控制。高速接收模塊和高速發(fā)送模塊在實(shí)際應(yīng)用中可以整合成一個(gè)高速收發(fā)模塊。
[0020]電流加總模塊如圖3所示，包括取樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和電流累加模塊。取樣電路采樣本電源模塊的電流信息。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)采樣得到的本電源模塊的電流信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到本機(jī)數(shù)字電流信號(hào)。本電源模塊利用高速接收模塊接收上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的數(shù)字電流信息，該數(shù)字電流信息是本電源模塊前面各電源模塊的電流累加和，利用電流累加模塊對(duì)接收到的數(shù)字電流信息和本電源模塊的數(shù)字電流信息進(jìn)行加總，并將加總后的電流信息傳給本電源模塊的高速發(fā)送模塊，高速發(fā)送模塊將電流加總信息發(fā)送到下一個(gè)模塊。
[0021]系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，指定環(huán)路中的其中一個(gè)電源模塊為主機(jī)，其余為從機(jī)，主機(jī)發(fā)送本機(jī)電流信息，假設(shè)主機(jī)序號(hào)為1，則序號(hào)為N的從機(jī)的高速接收模塊接收的是前N-1臺(tái)電源并機(jī)的電流信息，其高速發(fā)送模塊發(fā)送的是N臺(tái)電源并機(jī)的電流信息。這樣環(huán)路經(jīng)過(guò)一次完整傳輸，收集了環(huán)路中所有設(shè)備的電流累加信息，即并聯(lián)的總電流，并傳輸回到主機(jī)設(shè)備。
[0022]均流控制模塊如圖4所示，均流控制模塊同樣基于高速通信接口和環(huán)路通信結(jié)構(gòu)。高速接收模塊接收上一設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包中含有主機(jī)發(fā)出的全局控制信息和前面數(shù)臺(tái)從機(jī)上傳的本機(jī)信息。通過(guò)解析模塊(利用電源模塊中的CPU實(shí)現(xiàn))解析該數(shù)據(jù)包，獲得本機(jī)有效的控制指令，實(shí)現(xiàn)本機(jī)均流調(diào)整等控制，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)整合模塊(利用電源模塊中的CPU實(shí)現(xiàn))將本機(jī)信息整合到該數(shù)據(jù)包中，送往高速發(fā)送模塊，傳遞給下一設(shè)備，依次類(lèi)推，經(jīng)過(guò)一次環(huán)路的完整傳輸后，各個(gè)從機(jī)接收并執(zhí)行主機(jī)發(fā)出的主控指令，進(jìn)行均流調(diào)整，同時(shí)主機(jī)也接收得到各個(gè)從機(jī)反饋回來(lái)的相關(guān)信息，為下一輪的均流控制提供參考。
[0023]本實(shí)用新型中定義的高速串行通信為上百兆至G比特速率，設(shè)計(jì)中考慮采用600M至1.25G的傳輸速率。目前，高速串行接口通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有XAUI ,PC1-EXpress,FiberChannel,Serial Rapid 1等等，而采用的硬件端口有光纖通信口，以太網(wǎng)口以及CAN總線，電平信號(hào)通信口等等。
[0024]本實(shí)用新型通信環(huán)路基于高速環(huán)路通信接口，要實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)測(cè)量，還需要確保在兩次電流采樣時(shí)間間隔內(nèi)完成一次完整的環(huán)路通信，即需保證t〈T采樣，其中t表示一次環(huán)路通信時(shí)間，T表示兩次電流采樣時(shí)間，這樣得到的電流累加值即為實(shí)時(shí)的總電流值。這種方案，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活性大，引入誤差小。
[0025]對(duì)于本實(shí)用新型的環(huán)路通信結(jié)構(gòu)，采樣時(shí)間T是固定的，由系統(tǒng)的ADC采樣速率決定的，而t受環(huán)路的通信速率，設(shè)備的數(shù)量和處理能力影響的。本實(shí)用新型可以通過(guò)一系列的設(shè)計(jì)來(lái)減小環(huán)路時(shí)間。本實(shí)用新型采用了高速串口通信，提高通信速率，設(shè)備采用流水線的指令方式，大大的減小了處理時(shí)間，同時(shí)簡(jiǎn)化通信協(xié)議，加快通信指令的解析和執(zhí)行。
[0026]本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)通信不存在采樣數(shù)據(jù)堆積和等待，其原理如下:
[0027]為確保環(huán)路通信的實(shí)時(shí)性，要求環(huán)路系統(tǒng)內(nèi)部必須在限定的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)處理完成，這個(gè)時(shí)間就是內(nèi)部ADC的采樣時(shí)間T。
[0028]例如，假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的采樣時(shí)間T=lus，每一臺(tái)設(shè)備完成這樣一個(gè)過(guò)程:首先采樣得到第i個(gè)采樣數(shù)據(jù)，而后等待環(huán)路通信的到來(lái)，當(dāng)接收到攜帶電流加總信息段通信幀后，將采樣的電流值加總到該信息段后，再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)子機(jī)。假設(shè)環(huán)路內(nèi)所有子機(jī)同步采樣，均在to時(shí)刻采樣得到第i個(gè)采樣數(shù)據(jù)，主機(jī)在to時(shí)刻采樣后立即發(fā)送一幀攜帶電流信息的控制字給第一子機(jī)A，第一子機(jī)A在tO+r時(shí)刻收到該信息段，經(jīng)過(guò)累加處理后，在tO+r+p時(shí)刻發(fā)送給第二子機(jī)B。第二子機(jī)B在t0+2r+p時(shí)刻收到該信息段，經(jīng)過(guò)累加處理后，在t0+2r+2p時(shí)刻發(fā)送給第三子機(jī)C。以此類(lèi)推，第N臺(tái)子機(jī)，在tO+N打+(N-1 )*p時(shí)刻接受到環(huán)路電流加總信息段通信幀，將本機(jī)電流加總到該信息段后，在t0+N*r+N*p時(shí)刻發(fā)送回主機(jī)，主機(jī)接收到電流加總值的即為系統(tǒng)的瞬時(shí)總電流值。
[0029]為確保這是一次實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和傳輸過(guò)程，每臺(tái)子設(shè)備往環(huán)路通信中加總的電流值都應(yīng)該是t0時(shí)刻采樣得到第i個(gè)采樣數(shù)據(jù)，例如在t0+N*r+N*p時(shí)刻，環(huán)路最末一臺(tái)子機(jī)進(jìn)行電流加總時(shí)，此時(shí)，它的電流采樣值是第i個(gè)采樣數(shù)據(jù)，ADC還未采到第i+Ι個(gè)數(shù)據(jù)，即此時(shí)未到下一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)to+1US ;由此，可得到
[0030]t0+N*r+N*p < t0+lus
[0031]進(jìn)而可得
[0032]N*s < Ius ；
[0033]其中s=(r+p)為每臺(tái)子機(jī)完成一幀數(shù)據(jù)的接收、處理和傳輸所需的時(shí)間。它是受環(huán)路的通信速率，處理器的處理能力，數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度等因素影響。設(shè)計(jì)中一方面提高處理器主頻，采用流水線的指令方式，大大的減小了處理時(shí)間，同時(shí)簡(jiǎn)化通信協(xié)議，加快通信指令的解析和執(zhí)行等來(lái)減小s。
[0034]如圖5所示，基于光纖通信實(shí)現(xiàn)電流加總的三相多機(jī)電源并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)路通信實(shí)施例。該多機(jī)電源并聯(lián)系統(tǒng)采用光纖實(shí)現(xiàn)高速的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)通路，在設(shè)備間構(gòu)成一個(gè)完整的高速串行通信傳輸系統(tǒng)。光纖通信具有傳輸損耗低，速率高，體積小以及抗電磁干擾等特點(diǎn)，采用FPGA高性能數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)作為主控制芯片。綜合應(yīng)用這兩種技術(shù)，完成電流加總及均流控制等高速串行光纖傳輸。該系統(tǒng)是一個(gè)多相系統(tǒng)，同相之間由主設(shè)備發(fā)出通信指令，從設(shè)備接收并執(zhí)行通信指令，同時(shí)將系統(tǒng)指令和本機(jī)的數(shù)據(jù)信息傳遞給下一個(gè)從設(shè)備，依次級(jí)聯(lián)。本機(jī)的數(shù)據(jù)信息包括電流信息，經(jīng)過(guò)一次完整環(huán)路通信，收集了環(huán)路中所有設(shè)備的電流累加信息，即并聯(lián)的總電流，并傳輸回到主機(jī)設(shè)備。最終從設(shè)備的數(shù)據(jù)信息將全部反饋到主設(shè)備中。
[0035]相與相之間是各相的主設(shè)備進(jìn)行信息的交互和反饋，由A相主機(jī)為總調(diào)度，發(fā)出控制指令，其他相的主設(shè)備接收指令，同時(shí)給出應(yīng)答。
[0036]結(jié)合圖6，詳細(xì)闡述通信中信息整合的示例，如電流加總。
[0037]為了更好的理解和實(shí)施環(huán)路通信，下面舉例一種通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式，例如一幀數(shù)據(jù)可包含:開(kāi)始位，全局控制命令段，子機(jī)狀態(tài)信息段，電流加總信息段，CAN總線，校驗(yàn)位。
[0038]其中，開(kāi)始位和校驗(yàn)位是保證數(shù)據(jù)正確的傳輸和接收；
[0039]全局控制命令是主機(jī)對(duì)所有從機(jī)下發(fā)的指令，如開(kāi)關(guān)命令，均流信息等等，子機(jī)接收全局控制指令，并執(zhí)行。且對(duì)于每一個(gè)子機(jī)而言。該字段可以直接轉(zhuǎn)發(fā)，不需要處理。
[0040]子機(jī)狀態(tài)信息是各子機(jī)將自身的狀態(tài)信息掛到總線上，如故障信號(hào)，工作狀態(tài)，同步信號(hào)。環(huán)路通信通過(guò)該字段可攜帶全部子機(jī)的信息，反饋給主機(jī)。對(duì)每一個(gè)子機(jī)而言，該字段除了本機(jī)字段部分，其他的都是可以透?jìng)鳌?br>[0041]電流加總信息段是主機(jī)用于計(jì)算系統(tǒng)總電流，主機(jī)首先將自身電流值放入該字段，開(kāi)始沿著通信環(huán)路依次傳遞。第一子機(jī)接收到此段信息后，將該信息段電流值和第一子機(jī)自身電流值做加法，而后得到加總電流值繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給第二子機(jī);第二子機(jī)收到該信息段后，也將自身的電流值加到該信心段上后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給第三子機(jī)，依次類(lèi)推，直至所有子機(jī)的電流值都加總到該信息段上，并通過(guò)通信環(huán)路再次傳到了主機(jī)。此時(shí)，主機(jī)收到的電流加總值即為并機(jī)系統(tǒng)的總電流。該信息段對(duì)于子機(jī)而言，不可以直接轉(zhuǎn)發(fā)，需要將數(shù)據(jù)先進(jìn)行處理之后更新信息段再轉(zhuǎn)發(fā)。
[0042]另外，在通信帶寬允許下，保留一定的字段，可用于后期功能的擴(kuò)展。如CAN總線的壓縮等等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，包含并聯(lián)的多個(gè)電源模塊，其特征在于:所述多個(gè)電源模塊通過(guò)其具有的高速收發(fā)模塊順次連接，形成通信環(huán)路，各電源模塊利用高速收發(fā)模塊接收上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的信息，并將本電源模塊的本機(jī)信息整合到其中后利用高速收發(fā)模塊傳給下一個(gè)電源模塊，實(shí)現(xiàn)各電源模塊本機(jī)信息的采集和各電源模塊的控制。2.如權(quán)利要求1所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于:所述通信環(huán)路完成一次完整的環(huán)路通信時(shí)間t〈T，其中T為模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣周期。3.如權(quán)利要求1所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于:所述上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的信息包括系統(tǒng)的全局控制信息及前面數(shù)個(gè)電源模塊上傳的本機(jī)信息。4.如權(quán)利要求1所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于:所述高速收發(fā)模塊采用光纖通信口、以太網(wǎng)口、CAN總線接口或電平信號(hào)通信口。5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于:所述本機(jī)信息包含電流信息，所述電源模塊包含一電流加總模塊，用于加總上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的電流信息與本電源模塊的電流信息。6.如權(quán)利要求5所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于所述電流加總模塊包括: 取樣電路，用于采樣本電源模塊的電流信息； 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)采樣得到的本電源模塊的電流信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 電流累加模塊，用于加總模數(shù)轉(zhuǎn)換后的本電源模塊的電流信息和上一個(gè)電源模塊傳來(lái)白勺電流ig息。7.如權(quán)利要求1或3所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于:所述通信環(huán)路中，其中一個(gè)電源模塊為主機(jī)，其余為從機(jī)，主機(jī)利用通信環(huán)路匯總各從機(jī)的本機(jī)信息，產(chǎn)生全局控制信息。8.如權(quán)利要求7所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊包含一均流控制模塊，用于根據(jù)全局控制信息實(shí)現(xiàn)本電源模塊的均流調(diào)整。9.如權(quán)利要求8所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于所述均流控制模塊包含一解析模塊，用于解析所述全局控制信息得到本電源模塊的控制指令。10.如權(quán)利要求1所述的高速實(shí)時(shí)電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊包含一數(shù)據(jù)整合模塊，用于整合本電源模塊的本機(jī)信息與上一個(gè)電源模塊傳來(lái)的信息。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205563198SQ201620348702
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】馬海波, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名
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