本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通信設(shè)備需要并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源供電系統(tǒng)為其設(shè)備提供電力供應(yīng)，這是基于并聯(lián)供電系統(tǒng)為多電源模塊并聯(lián)輸出結(jié)構(gòu)，具備兼容性強(qiáng)、可n+m冗余備份、可靠性強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高、設(shè)計(jì)難度較低、易于管理等一系列優(yōu)勢(shì)，成為解決通信電源設(shè)計(jì)的首選方案之一?，F(xiàn)有通信設(shè)備的供電電源采用的是多個(gè)同型號(hào)電源模塊并聯(lián)供電，這將導(dǎo)致系統(tǒng)某些電源模塊損壞之后，不能使用具有相同輸出電壓的其他型號(hào)的電源模塊進(jìn)行替換。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，往往需要儲(chǔ)備大量的電源模塊備用，顯然提高了成本，不利于并聯(lián)供電系統(tǒng)的柔性控制。當(dāng)采用具有相同輸出電壓不同功率容量的電源模塊并聯(lián)供電時(shí)，如何均衡控制每個(gè)電源模塊輸出功率大小一個(gè)挑戰(zhàn)。

不同功率大小的電源模塊的并聯(lián)運(yùn)行，除了要保證每個(gè)模塊的輸出電壓相同之外，還應(yīng)確保每個(gè)電源模塊輸出功率相對(duì)均衡分配。由于電源模塊的額定功率大小不同，因而額定功率大的電源模塊輸出的功率相應(yīng)較大，而額定功率小的電源模塊輸出功率則相應(yīng)較小。那么就自然而然地引出了一個(gè)并聯(lián)供電系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題——輸出功率如何定量分配問(wèn)題。

在電力系統(tǒng)供電領(lǐng)域，為解決上述問(wèn)題，提出了標(biāo)幺值定義，即用實(shí)際值除以基準(zhǔn)值，得到一個(gè)無(wú)綱量的相對(duì)值，該相對(duì)值大于0而小于1。借用電力系統(tǒng)中標(biāo)幺值定義，在并聯(lián)供電系統(tǒng)中，我們可以對(duì)電源模塊輸出功率標(biāo)幺值進(jìn)行均衡控制。其物理意義是：每個(gè)電源模塊以自身額定輸出功率為基準(zhǔn)，那么具有相同的輸出功率標(biāo)幺值的電源模塊則意味著電源模塊具有相同的輸出功率能力，從而確保每個(gè)電源模塊的相對(duì)負(fù)荷處于相同狀態(tài)，提高電源模塊的運(yùn)行性能和壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供了一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性好、抗干擾能力強(qiáng)的并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)的電源模塊輸出功率標(biāo)幺值的均衡控制。

本發(fā)明提供一種并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制系統(tǒng)，其包括

δvk生成電路，基于pwm信號(hào)pwmmax和pwm信號(hào)異或獲得pwm信號(hào)并將pwm信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓δvk；

采樣電路，與所述δvk生成電路的輸出端連接，獲取電壓δvk；

pwm調(diào)制單元、與所述δvk生成電路的一個(gè)輸入端連接，并將將pk(t)信號(hào)調(diào)制為周期為t，占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)

同步觸發(fā)單元，獲取同步信號(hào)syn；

pwm驅(qū)動(dòng)電路，輸出控制脈沖，并驅(qū)動(dòng)外部用電設(shè)備；

檢測(cè)電路，分別檢測(cè)pwm驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓vk(t)和輸出電流ik(t)；

電源控制模塊，分別與所述采樣電路、pwm調(diào)制單元、同步觸發(fā)單元、pwm驅(qū)動(dòng)電路以及檢測(cè)電路連接，所述電源控制模塊的控制步驟如下：

(1)采樣δvk生成電路的輸出電壓δvk，并獲取輸出功率標(biāo)幺值偏差量平均值得到補(bǔ)償量up(t)；

(2)采樣輸出電壓vk(t)，獲得偏差量ek＝vset+up(t)-vk(t)，并得到控制量uk(t)；

(3)基于同步信號(hào)syn，將輸出功率pk(t)調(diào)制為周期為t，占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)

(4)輸出控制量uk(t)到pwm驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制和輸出功率均衡控制。

步驟(1)中依據(jù)獲得輸出功率標(biāo)幺值與并聯(lián)供電系統(tǒng)中最大輸出功率標(biāo)幺值偏差量的平均值其中δvk為占空比是的pwm信號(hào)pwmmax與占空比是的pwm信號(hào)之差的低通濾波輸出電壓，為序號(hào)為k的電源模塊輸出功率標(biāo)幺值；為并聯(lián)供電系統(tǒng)中最大占空比的pwm信號(hào)，滿(mǎn)足：c為系數(shù)。

所述步驟(3)中，基于同步信號(hào)syn，將輸出功率pk(t)＝ik(t)×uk(t)調(diào)制為周期為t，占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)該pwm信號(hào)滿(mǎn)足：其中：為序號(hào)是k的電源模塊的額定輸出功率；其中：ik(t)為序號(hào)為k的電源模塊的輸出電流。

所述δvk生成電路包括：

pwmmax獲取電路，獲取占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)pwmmax；

信號(hào)獲取電路，與pwm調(diào)制單元連接，獲取占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)信號(hào)；

低通濾波器lf，與所述信號(hào)獲取電路連接，對(duì)信號(hào)濾波，得到電壓δvk。

所述δvk生成電路包括異或門(mén)，所述異或門(mén)的一個(gè)輸入端與pwm調(diào)制單元連接，并獲取pwm信號(hào)另一個(gè)輸入端獲取pwm信號(hào)pwmmax，所述異或門(mén)的輸出端與低通濾波器lf連接。

所述異或門(mén)的兩個(gè)輸入端之間并聯(lián)二極管d，所述異或門(mén)獲取pwm信號(hào)pwmmax的一端與接線端子j1連接，且下拉電阻r接地。

所述pwm驅(qū)動(dòng)電路的輸出端設(shè)有功率變換主電路。

所述同步觸發(fā)單元可內(nèi)置或可外接。

本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

①本發(fā)明無(wú)需通信總線即可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)電源模塊輸出功率均衡控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性好；

②本發(fā)明將輸出功率標(biāo)幺值的差值轉(zhuǎn)換為兩路占空比分別為和的pwm信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間差值然后對(duì)導(dǎo)通時(shí)間差值為的pwm信號(hào)進(jìn)行低通濾波得出輸出功率標(biāo)幺值的差值該方案避免了模擬信號(hào)受高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)的干擾。

③本發(fā)明提出的輸出功率均衡控制方案動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；尤其是電源模塊在進(jìn)行熱插拔情況下，均功率控制響應(yīng)速度較現(xiàn)有方案動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)優(yōu)越；這是由于信號(hào)在模塊熱插拔之后進(jìn)行快速調(diào)整，只需一個(gè)同步信號(hào)syn的周期即可實(shí)現(xiàn)調(diào)整之后的輸出，其值不受電源模塊個(gè)數(shù)的影響。

④本發(fā)明提出的均功率控制系統(tǒng)能在任意電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)正常工作沒(méi)有影響；采用通信總線方式實(shí)現(xiàn)均功率控制方案在電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)需通過(guò)復(fù)雜的通信算法確定故障模塊，確保系統(tǒng)正常工作；

⑤本發(fā)明對(duì)開(kāi)關(guān)電源模塊控制芯片要求很低，可以使用單片機(jī)等低成本控制芯片作為開(kāi)關(guān)電源主控芯片，降低了設(shè)計(jì)難度；

⑥本發(fā)明提供的輸出功率均衡控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，為電力電子設(shè)備并聯(lián)控制提供了一種新的方案。

附圖說(shuō)明

圖1為并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。

圖2為電源模塊控制算法框圖。

圖3為δvk生成電路圖。

圖4為輸出功率pk(t)的pwm調(diào)制原理圖。

圖5為pwmmax信號(hào)獲取電路。

圖6為信號(hào)獲取電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，該功能結(jié)構(gòu)圖總體上說(shuō)明了并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制系統(tǒng)的電源模塊內(nèi)部組成部分、電源模塊間連接方式和用電設(shè)備，下面以序號(hào)為k(1≤k≤n)的電源模塊進(jìn)行介紹。

電源模塊包括以下結(jié)構(gòu)：

δvk生成電路，基于pwm信號(hào)pwmmax和pwm信號(hào)異或獲得pwm信號(hào)并將pwm信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓δvk；該電路主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能：㈠獲取最大導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)pwmmax；㈡獲取導(dǎo)通時(shí)間差為的pwm信號(hào)該信號(hào)為與pwmmax的異或運(yùn)算之后獲得；㈢對(duì)低通濾波，得到電壓δvk。

采樣電路，與所述δvk生成電路的輸出端連接，獲取電壓δvk；

pwm調(diào)制單元、與所述δvk生成電路的一個(gè)輸入端連接，并將將pk(t)信號(hào)調(diào)制為周期為t，占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)

同步觸發(fā)單元，獲取同步信號(hào)syn，同步觸發(fā)單元用于接收/輸出同步時(shí)鐘信號(hào)syn。syn實(shí)現(xiàn)具有相同的上升沿時(shí)刻，也就是同步；

pwm驅(qū)動(dòng)電路，輸出控制脈沖，并驅(qū)動(dòng)外部用電設(shè)備，pwm驅(qū)動(dòng)電路用于對(duì)控制信號(hào)uk(t)進(jìn)行隔離、放大，從而驅(qū)動(dòng)mosfet、igbt功率管；

檢測(cè)電路，分別檢測(cè)pwm驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓vk(t)和輸出電流ik(t)，檢測(cè)電路包括電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路，電壓檢測(cè)用于對(duì)輸出電壓vk(t)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、濾波等，將其調(diào)理為合適的電壓進(jìn)入電壓采樣端口；電流檢測(cè)將輸出電流ik(t)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、濾波等，將其調(diào)理為合適的電壓進(jìn)入電流采樣端口。

電源控制模塊，分別與所述采樣電路、pwm調(diào)制單元、同步觸發(fā)單元、pwm驅(qū)動(dòng)電路以及檢測(cè)電路連接，用于執(zhí)行電壓控制算法和輸出功率均衡控制算法。

所述pwm驅(qū)動(dòng)電路的輸出端設(shè)有功率變換主電路，功率變換器主電路主要包括功率管、濾波電容、濾波電感等原件，用于實(shí)現(xiàn)電能變換。

其還設(shè)有接線端口j1主要是輸出/接收pwmmax信號(hào)，與δvk生成電路連接。

接線端口j2主要是輸出/接收syn信號(hào)，該接線端口j2與同步觸發(fā)單元連接。

圖2為電源模塊控制算法框圖，包含電壓控制算法、計(jì)算模型、輸出功率均衡控制算法，其執(zhí)行流程為：(1)采樣電壓δvk，計(jì)算輸出功率標(biāo)幺值偏差量平均值執(zhí)行輸出功率均衡控制算法得到補(bǔ)償量up(t)；(2)采樣輸出電壓vk(t)，計(jì)算偏差量ek＝vset+up(t)-vk(t)，執(zhí)行電壓控制算法，得到控制量uk(t)；(3)基于同步信號(hào)syn，將輸出功率pk(t)調(diào)制為周期為t，占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)④輸出控制量uk(t)到pwm驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制和輸出功率均衡控制。

圖3為δvk生成電路圖，所述δvk生成電路包括：

pwmmax獲取電路，獲取占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)pwmmax；

信號(hào)獲取電路，與pwm調(diào)制單元連接，獲取占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)信號(hào)；

低通濾波器lf，與所述信號(hào)獲取電路連接，對(duì)信號(hào)濾波，得到電壓δvk。

所述δvk生成電路包括異或門(mén)，所述異或門(mén)的一個(gè)輸入端與pwm調(diào)制單元連接，并獲取pwm信號(hào)另一個(gè)輸入端獲取pwm信號(hào)pwmmax，所述異或門(mén)的輸出端與低通濾波器lf連接。所述異或門(mén)的兩個(gè)輸入端之間并聯(lián)二極管d，所述異或門(mén)獲取pwm信號(hào)pwmmax的一端與接線端子j1連接，且下拉電阻r接地。

其中二極管d、電阻r用于獲取占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)pwmmax；異或門(mén)用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)的獲得；低通濾波器lf對(duì)獲得電壓δvk

圖4為輸出功率pk(t)的pwm調(diào)制原理圖，其將pk(t)信號(hào)調(diào)制為周期為t，占空比為導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)由pwm調(diào)制原理、幾何相似三角形和標(biāo)幺值知識(shí)可得：

pk(t)＝vk(t)×ik(t)(1)

其中：vk(t)為模塊輸出電壓；ik(t)為模塊輸出電流；pk(t)、和分別為模塊的輸出功率、額定輸出功率和輸出功率標(biāo)幺值；t為pwm信號(hào)的周期；為導(dǎo)通時(shí)間；

圖5為pwmmax信號(hào)獲取電路，因具有相同的周期t并且同步，所以上升沿出現(xiàn)在同一時(shí)刻。由《電工電子學(xué)》知識(shí)可知，圖5所示電路用于獲得導(dǎo)通時(shí)間最長(zhǎng)的pwm信號(hào)，令其為pwmmax，其導(dǎo)通時(shí)間滿(mǎn)足：

其中：為的導(dǎo)通時(shí)間；聯(lián)立方程(1)，(2)，(3)，(4)可得：

其中：

圖6為信號(hào)獲取電路。由邏輯代數(shù)可知，兩個(gè)數(shù)字信號(hào)異或運(yùn)算法則是：兩個(gè)信號(hào)相同輸出為0，不同輸出為1。從圖中可以看出對(duì)同步的信號(hào)和pwmmax進(jìn)行異或運(yùn)算，即可獲得導(dǎo)通時(shí)間為的pwm信號(hào)圖6中異或門(mén)的輸出信號(hào)邏輯關(guān)系上滿(mǎn)足：

的導(dǎo)通時(shí)間滿(mǎn)足：

所以有：

聯(lián)立方程(2)、(3)、(5)、(8)可得：

其中：為輸出功率標(biāo)幺值偏差量。

由濾波器知識(shí)可知，當(dāng)?shù)屯V波器lf的截止頻率則低通濾波器lf輸出為的直流分量，即的平均值，其δvk滿(mǎn)足：

令t＝mt，則

其中：λ為低通濾波器lf的直流增益；m為周期個(gè)數(shù)；又因?yàn)椋?/p>

聯(lián)立(9)、(12)可得：

其中：為t∈[jt,(j+1)t]的輸出功率標(biāo)幺值偏差量，滿(mǎn)足：為信號(hào)在t∈[jt,(j+1)t]的導(dǎo)通時(shí)間；vcc為pwm模塊電源電壓。聯(lián)立(11)、(13)可得：

其中：為輸出功率標(biāo)幺值偏差量的平均值，并且滿(mǎn)足：令c＝λ×vcc，則：

由公式(15)可知，δvk與輸出功率標(biāo)幺值偏差量平均值為線性關(guān)系，因而可以通過(guò)δvk來(lái)求取進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電系統(tǒng)輸出功率均衡控制。

實(shí)施例不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，任何基于本發(fā)明的精神所作的改進(jìn)，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。