輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的開(kāi)機(jī)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的開(kāi)機(jī)控制方法，屬電能變換領(lǐng)域。它主要包括開(kāi)機(jī)時(shí)單片機(jī)的系統(tǒng)初始化和PWM初始化、等待輸入電壓建立、PWM開(kāi)啟中斷、DCX打開(kāi)占空比、調(diào)節(jié)反饋參考電壓值、調(diào)節(jié)DCX的開(kāi)關(guān)頻率、調(diào)節(jié)DCX的占空比以及DC-DC變換器的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)程序，以此實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)，防止啟動(dòng)時(shí)電壓分配不均衡導(dǎo)致電路損壞。
【專利說(shuō)明】輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的開(kāi)機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的開(kāi)機(jī)啟動(dòng)控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]跨入21世紀(jì)后，人們走進(jìn)了一個(gè)嶄新的信息傳遞、交換及指令的社會(huì)，工作、生活方式及娛樂(lè)處于巨大的變革之中，通訊成為人與人交往不可缺少的手段。通訊的多樣化朝著快速、逼真、節(jié)省資源的方向發(fā)展，作為硬件環(huán)境，個(gè)人電腦和服務(wù)器將成為通訊網(wǎng)絡(luò)必備的基本設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)品走勢(shì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，并以積木式結(jié)構(gòu)組成分布式供電系統(tǒng)。
[0003]服務(wù)器電源按照標(biāo)準(zhǔn)可以分為ATX電源和SSI電源兩種。ATX標(biāo)準(zhǔn)使用較為普遍，主要用于臺(tái)式機(jī)、工作站和低端服務(wù)器，目前使用較普遍的ATX電源標(biāo)準(zhǔn)是ATX12V2.0、
2.2、2.3版本電源，輸出電壓主要有+12V，+5V，+3.3V，-12V，+5VSB。服務(wù)器電源從輸入到負(fù)載輸出主要有功率因素校正電路，前端直直變換電路以及載荷點(diǎn)變換電路?，F(xiàn)有的DCX+DC-DC高壓母線變換器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在這三級(jí)變換器中，由于前端直直變換電路輸入為高壓小電流，輸出為低壓大電流，所以它是提高效率的最主要考慮部分。
[0004]為了提高服務(wù)器電源中高壓直流母線電壓到負(fù)載輸出的轉(zhuǎn)換效率，考慮高壓小電流輸入，低壓大電流輸出，提出了輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器，其結(jié)構(gòu)如附圖2所示。這種變換器由直流變壓器DCX和直流變換器DC-DC組成，DCX為多路輸出，其中一路輸出為12V，DC-DC只有一路輸出。DCX和DC-DC的輸入端串聯(lián)，通過(guò)分壓電容獲得各自的輸入電壓，DCX的12V輸出支路與DC-DC的輸出支路并聯(lián)。DC-DC變換器進(jìn)行閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)節(jié)，因此DCX的12V輸出支路也能夠精確輸出12V電壓，而DCX的其它路輸出則通過(guò)變壓器的匝比關(guān)系確定。
[0005]在變換器啟動(dòng)瞬間，若按照正常工作時(shí)的驅(qū)動(dòng)方式，由于DCX的增益較大，因此DCX的輸出電壓較低，DC-DC則會(huì)因承受過(guò)高的電壓而損壞；即使開(kāi)機(jī)時(shí)讓DCX工作在高頻區(qū)，并且占空比取較小值以降低增益，但是啟動(dòng)瞬間由于DCX和DC-DC變換器輸入側(cè)串聯(lián)，無(wú)法保證DCX和DC-DC的輸入電壓按照分壓電容的大小進(jìn)行分壓，仍然可能會(huì)導(dǎo)致DC-DC變換器輸入電壓過(guò)大。因此需對(duì)變換器啟動(dòng)瞬間加以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)，解決啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)電流過(guò)大導(dǎo)致DC-DC損壞的問(wèn)題。由于DCX和DC-DC的輸入端串聯(lián)，而DCX是高壓輸入，DC-DC是低壓輸入，因此串聯(lián)的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)輸入電壓分配不當(dāng)，從而導(dǎo)致DC-DC承受過(guò)高電壓損壞。
[0007]本發(fā)明提供了一種變采樣參考電壓值和DCX變頻變占空比相結(jié)合的方法來(lái)解決開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)過(guò)壓的問(wèn)題。[0008]本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施:
[0009]I)首先單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化和PWM模塊初始化，設(shè)置DCX的開(kāi)關(guān)頻率為4~6倍工作頻率，DC-DC的開(kāi)關(guān)頻率為工作頻率，并設(shè)置DCX和DC-DC的占空比均為零，此時(shí)DCX增益為零。12V輸出支路的采樣參考電壓值對(duì)應(yīng)I~4V的輸出電壓。
[0010]2)待DCX和DC-DC的輸入電壓建立后，單片機(jī)定義標(biāo)志位Flag=O,開(kāi)啟PWM中斷。設(shè)置DCX的占空比為0.05~0.20，并開(kāi)始執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序。此時(shí)系統(tǒng)工作在低電壓輸出的閉環(huán)狀態(tài)；
[0011]3)低電壓輸出穩(wěn)定后，標(biāo)志位Flag置1，12V輸出支路的采樣參考電壓值從對(duì)應(yīng)I~4V的輸出開(kāi)始緩慢上升，同時(shí)DCX的占空比逐漸增加至0.25~0.35。此過(guò)程中輸出電壓緩慢上升，因此DC-DC的輸入電壓也上升很慢，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓情況；
[0012]4)當(dāng)12V輸出支路的采樣參考電壓值上升到對(duì)應(yīng)12V輸出的值時(shí)，標(biāo)志位Flag置2，DCX的開(kāi)關(guān)頻率開(kāi)始降低，增益變大，輸出電壓進(jìn)一步上升；
[0013]5)當(dāng)DCX的開(kāi)關(guān)頻率降至工作頻率時(shí)，標(biāo)志位Flag置3，DCX再次增加占空比，輸出電壓繼續(xù)上升，直到輸出達(dá)到12V ；
[0014]6)當(dāng)DCX的占空比增加到額定值0.45~0.47時(shí)，清除標(biāo)志位Flag，12V輸出支路的輸出電壓穩(wěn)定在12V，之后中斷程序僅執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序，電路進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點(diǎn)是:
[0016]本發(fā)明的方法主要包括開(kāi)機(jī)時(shí)系統(tǒng)的初始化和PWM初始化、等待輸入電壓建立、PWM開(kāi)啟中斷、DCX打開(kāi) 占空比、調(diào)節(jié)反饋參考電壓值、調(diào)節(jié)DCX的開(kāi)關(guān)頻率、調(diào)節(jié)DCX的占空比以及DC-DC變換器的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)程序，以此實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)，防止啟動(dòng)時(shí)電壓分配不均衡導(dǎo)致電路損壞。
[0017]本發(fā)明利用變采樣參考電壓值和DCX變頻變占空比相結(jié)合的方法，通過(guò)合理的時(shí)序調(diào)節(jié)，既實(shí)現(xiàn)了開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電路的輸出電壓和輸出電流的緩慢建立，也避免了 DC-DC輸入電壓過(guò)高的問(wèn)題，適用于輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]附圖1是DCX+DC-DC高壓母線變換器的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]附圖2是兩路輸出的輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的電路圖；
[0020]附圖3是本發(fā)明的開(kāi)機(jī)啟動(dòng)控制電路；
[0021]附圖4是本發(fā)明的軟啟動(dòng)過(guò)程波形示意圖；
[0022]附圖5是本發(fā)明的程序流程圖。
[0023]上述附圖中的主要符號(hào)名稱:Vin —輸入直流電源；Vinl，Vin2—變換器輸入電壓；Cinl~Cin2—輸入分壓電容一原邊諧振電感；(；一原邊諧振電感；1^一原邊勵(lì)磁電感；U—原邊諧振電流—原邊勵(lì)磁電流；iin—原邊變壓器輸入電流；n2—變壓器原邊對(duì)副邊的匝比說(shuō)~Q6 —開(kāi)關(guān)管辦~D6—寄生二極管K1~C6—寄生電容；D21~D22—磁復(fù)位二級(jí)管 ^R1 ~SR4, SR21 ~SR22—同步整流管 V01, V02, Von—輸出電壓，10l，12, 1n, I1, I2—輸出電流；fs—DCX，fs_DC-Dc—DCX 和 DC-DC 的開(kāi)關(guān)頻率；Ddcx，Ddc_dc — DCX 和 DC-DC 的占空比;VDCX—gs-DCX的開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓；VMf—采樣參考電壓。【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例一:
[0025]如附圖3所示，啟動(dòng)時(shí)，為了防止主電直接加在DC-DC變換器的兩端，可以在主電剛加入時(shí)不打開(kāi)DCX和DC-DC的驅(qū)動(dòng)，設(shè)置它們的占空比都為零，這樣DCX和DC-DC的輸入電壓就會(huì)先按輸入分壓電容的關(guān)系緩慢建立起來(lái)。分壓電容采用1:9分配，確保DC-DC的輸入電壓為主電的十分之一，DCX的輸入電壓為主電的十分之九。同時(shí),為了分析的方便，此處考慮DCX為兩路輸出的情況，如附圖3所示。DCX為多路輸出時(shí)與圖3中兩路輸出的控制原理相同。
[0026]圖3中，單片機(jī)的輔助電源由Vin變換后得到，當(dāng)主電Vin來(lái)臨時(shí)，輔助電源開(kāi)始工作，打開(kāi)DCX和DC-DC的驅(qū)動(dòng)并設(shè)置占空比為零。等待一段時(shí)間后，打開(kāi)PWM中斷進(jìn)行開(kāi)機(jī)啟動(dòng)控制。中斷程序中，通過(guò)合理的時(shí)序分配，調(diào)節(jié)采樣電壓基準(zhǔn)值、DCX的占空比以及DCX的開(kāi)關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)輸出電壓和輸出電流的緩慢建立。
[0027]本發(fā)明具體軟啟動(dòng)過(guò)程的波形圖如附圖4所示，主要分為以下幾個(gè)時(shí)間段:
[0028]t0~時(shí)刻(記1^=0,1^=21118):輸入電壓加在變換器兩端,輔助電源開(kāi)始工作,單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化和PWM模塊初始化，DCX的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)定為5倍諧振頻率，DC-DC的開(kāi)關(guān)頻率為工作頻率，設(shè)置DCX和DC-DC占空比均為零，則DCX的輸入輸出電壓增益為零。此階段內(nèi)主電路不工作，輸出電壓為零；
[0029]&~t2時(shí)刻(t2=4ms)，輸入電壓按照輸入電容的比例分配完成，PWM中斷打開(kāi)，單片機(jī)定義標(biāo)志位Flag=O,設(shè)置DCX的占空比為0.1，輸出采樣基準(zhǔn)值設(shè)定為對(duì)應(yīng)3V的輸出值，保證輸出電壓從較 小時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)；DC-DC進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，其占空比由PI調(diào)節(jié)程序決定；此時(shí)輸出電壓慢慢上升到相應(yīng)的輸出電壓\2，且H由\2箝位到DCX的輸入電壓Vinl較大，從而使DC-DC的輸入電壓Vin2在器件電壓應(yīng)力以內(nèi)；
[0030]t2~t3時(shí)刻(t3=8ms)，標(biāo)志位Flag=I,緩慢增加DC-DC輸出采樣基準(zhǔn)值到額定12V輸出所對(duì)應(yīng)的值，同時(shí)為了防止副邊整流管電流過(guò)沖并防止死區(qū)時(shí)間過(guò)小，逐漸打開(kāi)DCX的占空比到0.3，此時(shí)DCX的增益依然較小，輸入電壓絕大部分都加在DCX的輸入側(cè)，而輸出電壓Vtj2緩慢上升但并未達(dá)到額定輸出，DC-DC滿占空比工作，其輸入電壓Vin2逐漸上升且仍在器件電壓應(yīng)力內(nèi)；
[0031]t3~t4時(shí)刻(t4=12ms),標(biāo)志位Flag=2, DCX的開(kāi)關(guān)頻率從5倍諧振頻率減小到工作頻率，DCX的電壓增益進(jìn)一步增大，此時(shí)輸出電壓Vtj2繼續(xù)上升但仍然未到額定輸出，DC-DC仍然工作在滿占空比狀態(tài)，DC-DC的輸入電壓Vin2繼續(xù)上升；
[0032]t4~t5時(shí)刻(t5=15ms)，標(biāo)志位Flag=3，DCX緩慢打開(kāi)占空比到最大值，DCX的輸入輸出電壓增益逐漸變大到正常工作時(shí)的增益值，輸出電壓Vtj2逐漸上升到穩(wěn)定值，則DCX的輸入電壓Vinl開(kāi)始由Vtj2嵌位且逐漸減小到最終值，DC-DC的輸入電壓Vin2逐漸上升到最終值，完成電路的軟啟動(dòng)；
[0033]t5時(shí)刻以后，清除標(biāo)志位Flag，DCX的占空比保持在最大值0.47，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，
穩(wěn)定工作。
[0034]以上整個(gè)開(kāi)機(jī)時(shí)間持續(xù)15ms，如需要改變開(kāi)機(jī)時(shí)間，則每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、~t5可按上述比例進(jìn)行分配。
[0035]實(shí)施例二:[0036]本發(fā)明的啟動(dòng)控制的流程圖如附圖5所示，本發(fā)明的控制過(guò)程如下:
[0037]I)輔助電源由Vin變換后得到，當(dāng)主電Vin來(lái)臨時(shí)，輔助電源開(kāi)始工作，給單片機(jī)供電，單片機(jī)先進(jìn)行DCX和DC-DC的初始化，設(shè)置DCX的開(kāi)關(guān)頻率fs DQi=450kHZ，DC-DC的開(kāi)關(guān)頻率fDC DC=90kHz，并且DCX和DC-DC的占空比都為零。設(shè)定采樣參考電壓值對(duì)應(yīng)3V輸出電壓的值。
[0038]2)輸入電壓建立起來(lái)后，開(kāi)啟PWM中斷，系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)調(diào)節(jié)。單片機(jī)定義標(biāo)志位Flag=O0在中斷程序中，設(shè)置DCX的占空比為較小值Dra=0.1，使輸出電壓穩(wěn)定在3V輸出；
[0039]3)3V輸出穩(wěn)定后，標(biāo)志位Flag置1，，增加采樣參考電壓值到對(duì)應(yīng)額定12 V輸出的值，同時(shí)增加DCX的占空比增加至Ddcx=0.3 ；
[0040]4)采樣參考電壓值調(diào)節(jié)完成后，標(biāo)志位Flag置2，然后開(kāi)始降低DCX的開(kāi)關(guān)頻率至工作頻率fs—DC；x=90kHz ；
[0041]5) DCX降頻完成后，標(biāo)志位Flag置3，為了進(jìn)一步提高DCX的增益，再將DCX的占空比逐漸打開(kāi)到最大值Dra=0.47 ；
[0042]6)占空比調(diào)節(jié)完成后，清除標(biāo)志位Flag，此時(shí)DCX定頻定占空比工作，PWM中斷程序僅實(shí)現(xiàn)PI閉環(huán)調(diào)節(jié)的功能，使輸出電壓\2穩(wěn)定在12V。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器的開(kāi)機(jī)控制方法，該方法包括以下步驟； 1)首先單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)初始化和PWM模塊初始化，設(shè)置DCX的開(kāi)關(guān)頻率為4飛倍工作頻率，DC-DC的開(kāi)關(guān)頻率為工作頻率，并設(shè)置DCX和DC-DC的占空比均為零，12V輸出支路的采樣參考電壓值設(shè)置為對(duì)應(yīng)f 4V輸出電壓的值； 2)待DCX和DC-DC的輸入電壓建立后，單片機(jī)定義標(biāo)志位Flag=O,開(kāi)啟PWM中斷；設(shè)置DCX的占空比為0.05、.20，并開(kāi)始執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序； 3)低電壓輸出穩(wěn)定后，標(biāo)志位Flag置1,12V輸出支路的米樣參考電壓值開(kāi)始上升，同時(shí)DCX的占空比逐漸增加至0.25?0.35 ； 4)當(dāng)12V輸出支路的采樣參考電壓值上升到對(duì)應(yīng)12V輸出的值時(shí)，標(biāo)志位Flag置2，DCX的開(kāi)關(guān)頻率開(kāi)始降低； 5)當(dāng)DCX的開(kāi)關(guān)頻率降至工作頻率時(shí)，標(biāo)志位Flag置3，DCX再次增加占空比； 6)當(dāng)DCX的占空比增加到最大值0.45、.47時(shí)，清除標(biāo)志位Flag，12V輸出支路的輸出電壓穩(wěn)定在12V，之后中斷程序僅執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序，電路進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其中，所述輸入串聯(lián)輸出準(zhǔn)并聯(lián)的多路輸出變換器包括直流變壓器DCX和直流變換器DC-DC，DCX為多路輸出，其中一路輸出為12V，DC-DC只有一路輸出，DCX和DC-DC的輸入端串聯(lián)，DCX的12V輸出支路與DC-DC的輸出支路并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其中，所述DCX為二路、三路、四路或六路輸出。
【文檔編號(hào)】H02M1/36GK103812321SQ201410090993
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】任小永, 龐振進(jìn), 張強(qiáng), 陳乾宏, 張之梁, 阮新波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)