專利名稱：一種在線并聯(lián)交流電源模塊輸出高精度同步信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線并聯(lián)交流電源模塊輸出高精度同步信號的方法。
背景技術(shù)：
交流電源模塊如果需要相互之間可以在線并聯(lián)工作，必須保證A、各模塊的交流輸出電壓具備相同電壓有效值(或者在可以接受范圍內(nèi))；B、各模塊的交流輸出電壓具備相同相位(或者在可以接受范圍內(nèi))。保證各模塊的交流輸出電壓具備相同電壓有效值的方法在此不作描述，本文只詳 細(xì)描述保證各模塊的交流輸出電壓具備相同相位的各種方法。顯然，要做到各模塊的交流輸出電壓的相位一致，必須在模塊之間傳輸反映各并 聯(lián)交流電源模塊輸出相位的信號，即輸出同步信號。這個信號可以是并聯(lián)系統(tǒng)中各模塊都 檢測的同一電氣信號，也可以是在并聯(lián)系統(tǒng)中專門傳輸?shù)摹⒏髂K都檢測的、反映各模塊相 位信息的電氣信號。現(xiàn)有技術(shù)對比技術(shù)方案一如

圖1所示，模塊1和模塊2從交流輸入Vin獲取能量，各自輸出交流電壓為Vout 1 和Vout2，經(jīng)過各自的輸出開關(guān)Kl和K2并聯(lián)，最終交流輸出電壓為Vout，給負(fù)載供電。兩個模塊的交流輸出電壓Voutx的相位經(jīng)過各自模塊內(nèi)部的鎖相環(huán)的控制作用 跟蹤共同的交流輸入電壓Vin的相位，從而實現(xiàn)兩個模塊的交流輸出電壓Voutl和Vout2 的相位一致。其缺點是，如果模塊沒有共同的交流輸入電壓Vin，例如市電停電時，不能實現(xiàn)兩 個模塊的交流輸出電壓Voutl和Vout2的相位一致?，F(xiàn)有技術(shù)對比技術(shù)方案二 如圖2所示，模塊1和模塊2各自輸出交流電壓為Voutl和Vout2，經(jīng)過各自的輸 出開關(guān)Kl和K2并聯(lián)，最終交流輸出電壓為Vout，給負(fù)載供電。兩個模塊檢測最終的交流輸 出電壓Vout的相位。首先，模塊1和模塊2各自的輸出交流電壓Voutl和Vout2維持額定頻率(相位 不一定相同)；其次，當(dāng)最終的交流輸出電壓Vout不存在時，其中一個模塊先閉合其輸出開關(guān)， 例如模塊1先閉合其輸出開關(guān)K1，形成交流輸出電壓Vout (與Voutl相同)；然后，模塊2檢測到交流輸出電壓Vout的相位后，其交流輸出電壓Vout2的相位 經(jīng)過模塊內(nèi)部的鎖相環(huán)的控制作用跟蹤交流輸出電壓Vout的相位，從而實現(xiàn)兩個模塊的 交流輸出電壓Voutl和Vout2的相位一致；最后，模塊2閉合其輸出開關(guān)K2，形成最終的交流輸出電壓Vout。其缺點是，上述方案必須有一個模塊先閉合其輸出開關(guān)，這樣當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)總的負(fù) 載超過單個模塊的額定負(fù)載時，第一個輸出供電的模塊會嚴(yán)重過載，直到其它模塊相位鎖 定并輸出后才能恢復(fù)正常工作。期間第一個輸出供電的模塊有可能限流、關(guān)機(jī)保護(hù)或者直接損壞。另外，各模塊的交流輸出電壓Voutx的相位所跟蹤的目標(biāo)Vout實際上與自身有很 大耦合關(guān)系，類似追逐自己的影子，容易出現(xiàn)最終輸出電壓Vout的頻率漂移等現(xiàn)象?，F(xiàn)有技術(shù)對比技術(shù)方案三如圖3所示，模塊1和模塊2各自輸出交流電壓為Voutl和Vout2，經(jīng)過各自的輸 出開關(guān)Kl和K2并聯(lián)，最終交流輸出電壓為Vout，給負(fù)載供電。兩個模塊之間引入輸出同步信號SYN，該信號由并聯(lián)系統(tǒng)中的一個模塊控制，如模 塊1。輸出同步信號SYN的相位與模塊1的的交流輸出電壓Voutl的相位關(guān)系有兩種方案:A 模塊1的交流輸出電壓Voutl輸出額定頻率，輸出同步信號SYN的相位與模塊 1的交流輸出電壓Voutl的相位相同，直接保證模塊1的交流輸出電壓Voutl的相位與輸出 同步信號SYN的相位相同。B 模塊1控制的輸出同步信號SYN輸出額定頻率，其交流輸出電壓Voutl的相位 經(jīng)過模塊內(nèi)部的鎖相環(huán)的控制作用跟蹤輸出同步信號SYN，間接保證模塊1的交流輸出電 壓Voutl的相位與輸出同步信號SYN的相位相同。模塊2檢測輸出同步信號SYN，其交流輸出電壓Vout2的相位經(jīng)過模塊內(nèi)部的鎖相 環(huán)的控制作用跟蹤輸出同步信號SYN，間接保證模塊2的交流輸出電壓Vout2的相位與輸出 同步信號SYN的相位相同，從而實現(xiàn)兩個模塊的交流輸出電壓Voutl和Vout2的相位一致。上面提到的鎖相環(huán)均采用數(shù)字鎖相環(huán)，由DSP (數(shù)字信號處理器)、MCU (微處理器、 單片機(jī))等器件實現(xiàn)。所以輸出同步信號的產(chǎn)生和檢測也由DSP、MCU完成。在通常的應(yīng)用 中，輸出同步信號的產(chǎn)生由上述器件的輸出IO 口完成，輸出同步信號的檢測由輸入IO 口完 成，或者由CAP 口(捕獲口 )完成。其缺點如圖4所示，由DSP、MCU等器件實現(xiàn)的的數(shù)字鎖相環(huán)控制器均存在一個采 樣周期Ts，如50us，即每50us進(jìn)行一次數(shù)字控制操作(上次執(zhí)行控制時刻為tl，本次執(zhí)行 控制時刻為t2)。那么，模塊交流輸出電壓的真實過零點時刻tO與本次執(zhí)行控制的時刻t2 之間存在一個O 50us的隨機(jī)誤差A(yù)t。在t2時刻，控制器檢測到模塊交流輸出電壓的過 零點，并通過輸出IO 口控制輸出同步信號SYN(圖4中黑色部分)。該信號與模塊交流輸出 電壓的真實過零點時刻tO也存在一個O 50us的隨機(jī)誤差A(yù)t。如果輸出同步信號的檢 測也由輸入IO 口完成，還會引入一個附加的O 50us的隨機(jī)誤差A(yù)t。如果輸出同步信號 的檢測由CAP 口(捕獲口)完成，可以認(rèn)為輸出同步信號SYN的上升沿時刻監(jiān)測是準(zhǔn)確無 誤差的。對于輸出50Hz的交流電源模塊而言，50us對應(yīng)的相位角為0. 9°，這個隨機(jī)誤差 的干擾會使得鎖相環(huán)控制器在相位穩(wěn)定工作點附近來回抖動，可能出現(xiàn)正負(fù)100 300US 的相位差，即正負(fù)1. 8 5. 4°的相位差。這種抖動會導(dǎo)致并聯(lián)工作的交流輸出模塊之間出 現(xiàn)顯著的并聯(lián)環(huán)流，嚴(yán)重危害了并聯(lián)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。所以，高精度的輸出同步 信號的產(chǎn)生方法對于并聯(lián)系統(tǒng)至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的一種在線并聯(lián)交流電源模塊輸出高精度同步信號的方法，解決了由于輸出同步信號產(chǎn)生時引入的隨機(jī)誤差導(dǎo)致的相位抖動現(xiàn)象，提高電源模塊間相位一致 性，抑制并聯(lián)環(huán)流，顯著改善并聯(lián)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種在線并聯(lián)交流電源模塊輸出高精度同步信號的方法，其電源模塊包括電源模 塊1和電源模塊2，電源模塊1的交流輸出電壓Voutl正弦波的真實過零點時刻to與本次 執(zhí)行控制的時刻t2之間存在一個O 50us的隨機(jī)誤差A(yù)t。如果簡單地使用輸出IO 口產(chǎn) 生輸出同步信號SW,必然會使該信號與電源模塊1的交流輸出電壓Voutl的真實過零點時 刻tO也存在一個O 50us的隨機(jī)誤差A(yù)t。所以，合理的輸出同步信號SYN的產(chǎn)生方法是 解決問題的關(guān)鍵。本發(fā)明中同步信號SYN的產(chǎn)生采用了 PWM接口(脈寬調(diào)制接口)，具體步 驟如下首先，計算隨機(jī)誤差A(yù)t在t2時刻，電源模塊1的控制器檢測到模塊交流輸出電壓Voutl的過零點，在tl 時刻交流輸出電壓Voutl的相位θ 1為負(fù)，在t2時刻交流輸出電壓Voutl的相位θ 2為 負(fù)，由于電源模塊1的交流輸出電壓Voutl的相位角θ是按照線性規(guī)律周期性地從0°變 化到360°，所以可以根據(jù)tl、ei、t2、θ 2進(jìn)行線性插值，求出tO，插值公式如下
權(quán)利要求
1.一種在線并聯(lián)交流電源模塊輸出高精度同步信號的方法，其電源模塊包括電源模塊 1和電源模塊2，電源模塊1的交流輸出電壓Voutl正弦波的真實過零點時刻to與本次執(zhí) 行控制的時刻t2之間存在一個O 50us的隨機(jī)誤差Δ t，具體步驟如下首先，計算隨機(jī)誤差A(yù)t;然后輸出同步信號SYN，包括Al)根據(jù)計算出來的隨機(jī)誤差A(yù)t，將PWM接口的鋸齒波計數(shù)器當(dāng)前值CNT賦值為At， 鋸齒波計數(shù)器從t2時刻開始從Δ t線性遞增計數(shù)，同時PWM接口產(chǎn)生的輸出同步信號SYN 發(fā)生電平跳變從“O”到“1”；Bi)設(shè)定輸出同步信號SYN的寬度為Tw，Tw要遠(yuǎn)大于最大隨機(jī)誤差Δ t_max,將Tw賦 值給PWM接口的CMPR寄存器；A2)將PWM接口的鋸齒波計數(shù)器當(dāng)前值CNT清0，鋸齒波計數(shù)器從t2時刻開始從O線 性遞增計數(shù)，同時PWM接口產(chǎn)生的輸出同步信號SYN發(fā)生電平跳變從“O”到“ 1” ；B2)根據(jù)計算出來的隨機(jī)誤差A(yù)t，設(shè)定輸出同步信號SYN的寬度為Tw-At，Tw要遠(yuǎn)大 于最大隨機(jī)誤差Δ t_max,將Tw- Δ t賦值給PWM接口的CMPR寄存器；C)隨著鋸齒波計數(shù)器的逐漸增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)波峰時刻t3時，CMPR= CNT，PWM接口產(chǎn)生的 輸出同步信號SYN發(fā)生電平跳變從“ 1 ”到“O” ；D)電源模塊2采用CAP(捕獲口)精確完成輸出同步信號SYN的電平跳變從“1”到 “O”的檢測，跳變時刻為t3，則電源模塊1的交流輸出電壓的真實過零點時刻tO的計算公 式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計算隨機(jī)誤差時，在t2時刻，電源模塊1 的控制器檢測到模塊交流輸出電壓Voutl的過零點，在tl時刻交流輸出電壓Voutl的相位 θ 1為負(fù)，在t2時刻交流輸出電壓Voutl的相位θ 2為負(fù)，由于電源模塊1的交流輸出電 壓Voutl的相位角θ是按照線性規(guī)律周期性地從0°變化到360°，所以可以根據(jù)tl、θ 1、 t2、θ 2進(jìn)行線性插值，求出tO，插值公式如下隨機(jī)誤差A(yù)t = t2_t0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)At= O時，輸出同步信號SYN的寬度 為Tw ;當(dāng)Δ t興 時，輸出同步信號SYN的寬度為Tw- Δ t。
全文摘要
一種在線并聯(lián)交流電源模塊輸出高精度同步信號的方法，其電源模塊包括電源模塊1和電源模塊2，電源模塊1的交流輸出電壓Vout1正弦波的真實過零點時刻t0與本次執(zhí)行控制的時刻t2之間存在一個0～50us的隨機(jī)誤差Δt。如果簡單地使用輸出IO口產(chǎn)生輸出同步信號SYN，必然會使該信號與電源模塊1的交流輸出電壓Vout1的真實過零點時刻t0也存在一個0～50us的隨機(jī)誤差Δt。所以，合理的輸出同步信號SYN的產(chǎn)生方法是解決問題的關(guān)鍵。本發(fā)明所構(gòu)造的高精度輸出同步信號產(chǎn)生的方法，解決了由于輸出同步信號產(chǎn)生時引入的隨機(jī)誤差導(dǎo)致的相位抖動現(xiàn)象，提高電源模塊間相位一致性，抑制并聯(lián)環(huán)流，顯著改善并聯(lián)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H02J3/00GK102130453SQ20101053194
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者劉代兵 申請人:北京鼎漢技術(shù)股份有限公司