專利名稱：一種插入式多通道均流接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種插入式多通道均流接口電路。
背景技術(shù)：
并聯(lián)直流電源系統(tǒng)由多個直流電源模塊組成，因其穩(wěn)定性、可靠性高，容量擴(kuò)展方便靈活，使用場合不受限制等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛使用于通信、計算機(jī)、電力等領(lǐng)域。但是直流電源模塊即使是同種規(guī)格也會因為元器件容差及老化等原因造成彼此間輸出特性的不一致。這種不一致性會造成并聯(lián)直流電源系統(tǒng)的不均衡現(xiàn)象，即輸出電壓較高的直流電源模塊會承擔(dān)較大的輸出電流，輸出電壓較低的直流電源模塊則承擔(dān)較小的輸出電流。嚴(yán)重情況下，這種不均衡現(xiàn)象將會危及到整個并聯(lián)直流電源系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，并聯(lián)直流電源系統(tǒng)中各個直流電源模塊間的均流問題是最需要解決的。由此，均流技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。插入式均流技術(shù)就是其中的一種，即在并聯(lián)直流電源模塊和負(fù)載之間插入均流接口電路，由該均流接口電路來解決不同直流電源模塊間的電流均衡問題，好處是可降低整個系統(tǒng)對并聯(lián)直流電源模塊的一致性要求，實現(xiàn)低成本和高靈活性。圖1所示的是現(xiàn)有的一種插入式多通道均流接口電路。它由功率主回路和控制回路2部分組成。主回路結(jié)構(gòu)非常簡單，由η個相同的通道組成，每個通道又主要由輸入電容 Cij, N-MOS管Sj和電感Lj組成(j = 1...11，下同)。并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij與 Cij并聯(lián)，Sj的源極與Vij的正端相連，Sj的漏極與Lj的一端相連，Lj的另一端同時與輸出電容Co的一端及輸出電壓Vo的正端相連，Co的另一端同時與Vij的負(fù)端及Vo的負(fù)端相連，負(fù)載電阻Rl并聯(lián)于Vo兩端。控制回路由η個相同的均流控制電路組成，分別和對應(yīng)的主回路通道相連。均流控制電路j有6個外接端口，其中的5個端口 Vij，vsj，vgj，vsenj， 和&idj分別與主回路通道j的Vij正端，Sj源極，Sj門極，電感電流檢測端口 vsenj，和 Vij負(fù)端相連，另1個端口 vcsbusj則接于均流控制總線vcsbus上。均流控制電路j通過均流控制總線獲得均流信息vcsbus，根據(jù)均流信息vcsbus和主回路通道j的電感電流信息 vsenj，采用特定的均流算法，輸出MOS管差分驅(qū)動信號vgj和vsj，控制主回路通道中MOS 管Sj的工作狀態(tài)(或?qū)ɑ蚪刂?，調(diào)節(jié)流過電感Lj的電流iLj，從而實現(xiàn)各個并聯(lián)直流電源模塊輸出電流的均衡。但是由于主回路中MOS管Sj體二極管導(dǎo)通壓降的影響，令并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓可允許的不一致性受到限制，因此該插入式多通道均流接口電路較適合于低壓的并聯(lián)直流電源系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決現(xiàn)有插入式多通道均流接口電路適用的并聯(lián)直流電源系統(tǒng)電壓等級范圍窄的問題，提供了一種適用于高壓的并聯(lián)直流電源系統(tǒng)的插入式多通道均流接口電路。本實用新型的技術(shù)方案一種插入式多通道均流接口電路，包括主回路，所述主回路由多個主回路通道并
3聯(lián)組成，每個所述主回路通道上均連接有控制其工作狀態(tài)的均流控制電路，其特征在于 所述主回路通道包括輸入電容、N-MOS管、輔助電容、輔助電阻、輔助二極管、電感、輸出電容，所述輸入電容與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓并聯(lián)，所述N-MOS管的漏極同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的正端、輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的一端相連，所述輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的另一端與輔助二極管的陽極連接，所述輔助二極管的陰極同時與所述 N-MOS管的源極、電感的一端相連，所述電感的另一端同時與輸出電容的一端、輸出電壓的正端相連，所述輸出電容的另一端同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的負(fù)端、輸出電壓的負(fù)端相連；所述輸出電壓的兩端并聯(lián)有負(fù)載電阻；所述主回路通道的并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓正端、N-MOS管的源極、N-MOS管的門極、電感電流的檢測端口、并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓負(fù)端分別與均流控制電路上相應(yīng)的外接端口相連，所述均流控制電路還設(shè)有一個與均流控制總線連接的外接端口。進(jìn)一步，所述均流控制電路包括輔助電源、電流檢測電路、電流控制電路、電流編程電路、MOS管驅(qū)動電路，所述輔助電源用于提供均流控制電路其余部分工作所需的各種直流電源電壓和基準(zhǔn)電壓，根據(jù)實際需要可對并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓進(jìn)行升壓或降壓的變換處理；所述電流檢測電路用于接收已轉(zhuǎn)換成電壓信號的主回路通道的電感電流信息并作適當(dāng)處理，再把電流檢測結(jié)果輸送給電流編程電路和電流控制電路；所述電流編程電路用于通過均流算法從均流控制總線獲得均流信息產(chǎn)生電流控制電路所需的參考電壓并將該參考電壓發(fā)送給電流控制電路；所述電流控制電路用于將接收到的電流檢測結(jié)果與參考電壓進(jìn)行比較，給出MOS 管開或關(guān)的驅(qū)動指令，并將該驅(qū)動指令發(fā)送給MOS管驅(qū)動電路；所述MOS管驅(qū)動電路用于執(zhí)行電流控制電路的MOS管驅(qū)動指令，控制MOS管的工作狀態(tài)。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為為消除主回路通道中N-MOS管的體二極管影響，采用輔助電容、輔助電阻及輔助二極管的串并聯(lián)支路與N-MOS管漏源極并聯(lián)的結(jié)構(gòu)代替原有的單個MOS管，且調(diào)整N-MOS管漏源極與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓和電感的接法，即N-MOS 管的漏極同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的正端及輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的一端相連，輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的另一端與輔助二極管的陽極相連，輔助二極管的陰極同時與N-MOS管的源極及電感的一端相連。在多個均流控制電路的合作控制下，插入式多通道均流接口電路的主回路能幫助多個輸出特性不一致的并聯(lián)直流電源模塊實現(xiàn)輸出電流均衡。需特別說明的是，該插入式多通道均流接口電路中的MOS管除了可以是N-MOS管還可以是P-MOS管，MOS管的位置除了可以位于高端還可以位于低端，輔助電容和輔助電阻的并聯(lián)支路與輔助二極管的位置可互換。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在拓寬了插入式多通道均流接口電路的適用范圍，不但適合低壓的并聯(lián)直流電源系統(tǒng)，而且還適合高壓的并聯(lián)直流電源系統(tǒng)，能為多個輸出特性不一致的并聯(lián)直流電源模塊或并聯(lián)太陽能電池組或并聯(lián)蓄電池組等提供低成本、高靈活性的均流方案。
圖1是現(xiàn)有的一種插入式多通道均流接口電路圖。圖2是本實用新型的電路圖。圖3是本實用新型的一種均流控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖4是本實用新型的一種具體實施例的一個主回路通道和均流控制電路的電路圖。圖5是當(dāng)Vil < Vik(k = 2. . . η)時，本實用新型的一種具體實施例的理想工作波形圖。
具體實施方式
參照圖2、圖3，一種插入式多通道均流接口電路，包括主回路，所述主回路由多個主回路通道并聯(lián)組成，每個所述主回路通道上均連接有控制其工作狀態(tài)的均流控制電路， 所述主回路通道包括輸入電容Ci j、N-MOS管Sj、輔助電容Caj、輔助電阻Raj、輔助二極管 Daj、電感Lj、輸出電容Co (j = 1. . . n，下同)，所述輸入電容Cij與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij并聯(lián)，所述N-MOS管Sj的漏極同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij的正端、輔助電容Caj和輔助電阻Raj并聯(lián)支路的一端相連，所述輔助電容Caj和輔助電阻Raj并聯(lián)支路的另一端與輔助二極管Daj的陽極連接，所述輔助二極管Daj的陰極同時與所述N-MOS 管Sj的源極、電感Lj的一端相連，所述電感Lj的另一端同時與輸出電容Co的一端、輸出電壓Vo的正端相連，所述輸出電容Co的另一端同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij的負(fù)端、輸出電壓Vo的負(fù)端相連；所述輸出電壓Vo的兩端并聯(lián)有負(fù)載電阻Rl ；所述主回路通道的并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij正端、N-MOS管Sj的源極、 N-MOS管Sj的門極、電感Lj電流iLj的檢測端口、并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij負(fù)端分別與均流控制電路上相應(yīng)的外接端口相連，所述均流控制電路還設(shè)有一個與均流控制總線 vcsbus連接的夕卜接端口 vcsbusj。所述均流控制電路包括輔助電源、電流檢測電路、電流控制電路、電流編程電路、 MOS管驅(qū)動電路，所述輔助電源用于提供均流控制電路的其余部分工作所需的各種直流電源電壓和基準(zhǔn)電壓，根據(jù)實際需要可對并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vi j進(jìn)行升壓或降壓的變換處理；所述電流檢測電路用于接收已轉(zhuǎn)換成電壓信號的主回路通道的電感Lj電流iLj 信息并作適當(dāng)處理，再把電流iLj檢測結(jié)果輸送給電流編程電路和電流控制電路；所述電流編程電路用于通過均流算法從均流控制總線vcsbus獲得均流信息產(chǎn)生電流控制電路所需的參考電壓并將該參考電壓發(fā)送給電流控制電路；所述電流控制電路用于將接收到的電流iLj檢測結(jié)果與參考電壓進(jìn)行比較，給出 MOS管開或關(guān)的驅(qū)動指令，并將該驅(qū)動指令發(fā)送給MOS管驅(qū)動電路；所述MOS管驅(qū)動電路用于執(zhí)行電流控制電路的MOS管驅(qū)動指令，控制MOS管Sj的工作狀態(tài)。圖4顯示了本實用新型的一種具體實施例的主回路通道j和均流控制電路j的部分(j = l...n，下同)。主回路通道j采用串聯(lián)電阻Rsenj來檢測電感電流iLj，獲得電壓Vsenj0圖4所示的主回路通道j中，并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vi j與輸入電容Ci j并聯(lián)， N-MOS管Sj的漏極同時與Vij的正端及輔助電容Caj和輔助電阻Raj并聯(lián)支路的一端相連， Caj和Raj并聯(lián)支路的另一端與Daj的陽極相連，Daj的陰極同時與Sj的源極及電感Lj的一端相連，Lj的另一端同時與輸出電容Co的一端及輸出電壓Vo的正端相連，Co的另一端同時與Vo的負(fù)端及檢測電阻Rsenj的一端相連，Rsenj的另一端與Vij的負(fù)端相連，負(fù)載電阻Rl并聯(lián)于Vo兩端。主回路通道j中引出5個外接端口 Vi j (即Vij正端)、vgj (即Sj門極)、vs j (即Sj源極)、VSenj (即電感電流iLj的檢測端口)、&idj (即Vij負(fù)端)，分別與均流控制電路j的5個同名外接端口一一匹配。圖4所示的均流控制電路j由輔助電源j、 電流檢測電路j、電流編程電路j、電流控制電路j、M0S管驅(qū)動電路j這5個部分組成。輔助電源j把并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓Vij轉(zhuǎn)換成Vccj和Vddj以滿足均流控制電路j的其余部分的供電需要，Vccj給電流檢測電路j、電流編程電路j、電流控制電路j供電，Vddj給 MOS管驅(qū)動電路j供電，產(chǎn)生電流編程電路j所需的基準(zhǔn)電壓Vreflj和Vref2j (Vreflj > Vcref2j)。電流檢測電路j由運(yùn)算放大器Ul j、電阻Rclj和Rc2j、電容Cclj組成。主回路通道j的vsenj接口與Ulj的正相輸入端相連，Rcl j的一端與Ulj的輸出端相連，Rclj的另一端同時與Ulj的反相輸入端、Rc2j和Cclj并聯(lián)支路的一端相連，Rc2j和Cclj并聯(lián)支路的另一端與主回路通道j的&idj接口相連，Ul j輸出電壓vcsenj。電流編程電路j采用最小主從模式產(chǎn)生電流控制電路j所需的參考電壓vcsrefl j和VCSref2j，由運(yùn)算放大器U2j、 U3j、U4j, 二極管 Dcsenj，電阻 Rcsenj、Rcsl j、Rcs2j、Rcs3j、Rcs4j、Rcs5j、Rcs6j、Rcs7j、 Rcs8j,電容CCSlj、CCS2j組成。U2j的正相輸入端即均流控制器j的外接端口 vcsbusj (接于均流控制總線vcsbus上)同時與Dcsenj的陽極、Rcsenj的一端及均流控制總線接口 vcsbusj相連，Dcsenj的陰極與電流檢測電路j輸出vcsenj相連，Rcsenj的另一端與輔助電源j輸出Vccj相連。U2j的負(fù)相輸入端同時與U2j的輸出端、Rcslj的一端及Rcs5j的一端相連。Rcslj的另一端同時與U3j的正相輸入端及Rcs2j的一端相連，Rcs2j的另一端與輔助電源j輸出Vreflj相連。Rcs4j的一端與U3j的輸出vcsreflj相連，Rcs4j的另一端同時與U3j的負(fù)相輸入端及Ccslj和Rcs3j并聯(lián)支路的一端相連，Ccslj和Rcs3j并聯(lián)支路的另一端與主回路通道j的外接端口 &idj相連。Rcs5j的另一端同時與U4j的正相輸入端及Rcs6j的一端相連，Rcs6j的另一端與輔助電源j輸出Vref2j相連。RcsSj的一端與U4j的輸出vcsref2j相連，Rcs8j的另一端同時與U4j的負(fù)相輸入端及Ccs2j和Rcs7j 并聯(lián)支路的一端相連，Ccs2j和Rcs7j并聯(lián)支路的另一端與主回路通路j的外接端口 &idj 相連。電流控制電路j采用滯環(huán)比較控制方法，由比較器U5j和U6j、RS觸發(fā)器U7j組成。 電流檢測電路j的輸出vcsenj同時接于TOj的正相輸入端和U6j的反相輸入端，由電流編程電路j輸出的參考電壓vcsreflj接于TOj的反相輸入端，參考電壓VCSref2j接于U6j 的正相輸入端。U5j的輸出端接于U7j的清零輸入端R(高電平有效)，U6j的輸出端接于 U7j的置位輸入端S(高電平有效)。由U7j的正相輸出端Q輸出控制MOS管Sj的開關(guān)指令vgsj。MOS管驅(qū)動電路j是一個滿足Sj驅(qū)動要求的電平轉(zhuǎn)換電路，U7j的輸出vgsj經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路j的電平轉(zhuǎn)換，輸出1對邏輯關(guān)系與vgsj —致的差分驅(qū)動信號分別與主回路通道j中的vgj和vsj接點(diǎn)相連。圖4所示電路的工作原理大致如下假設(shè)有η個并聯(lián)直流電源模塊，其輸出電壓分別為Vil至Vin，其中以Vil最小，即Vil < Vik(k = 2...Π，下同)。在最小主從模式及滯環(huán)電流控制下，主回路通道1將作為主模式，即N-MOS管Sl將一直導(dǎo)通，輸出電壓Vo Vil。而主回路通道k將作為從模式， 即N-MOS管Sk將周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷，調(diào)節(jié)iLk與iLl保持基本一致，實現(xiàn)均流。具體過程如下由于Vil最小，導(dǎo)致在負(fù)載電流分配中iLl最小，相應(yīng)的vcsenl也最小，因此均流控制總線上的電壓vcsbus vcsenl (即最小主從模式)。合理設(shè)計均流控制電路j中的 Rcsl jRcs2j、Rcs3j、Rcs4j、Rcs5j、Rcs6j、Rcs7j、Rcs8j 等參數(shù)，可令參考電壓 vcsref 1 j = vcsbus+Vrefl j> vcsref2j = vcsbus+Vref2j,其中 Vreflj > Vref2j (j = 1…n)。由于 vcsenl < vcsref21，vgsl將一直為高電平，使主回路通道1中的Sl—直導(dǎo)通。對于主回路通道k，當(dāng)vcsenk > vcsref Ik時，均流控制電路k驅(qū)動Sk截止，主回路通道k中Vik、Cak、 Rak、Dak、Lk、Co、Rl 及 Rsenk 形成回路，Cak 充電，電感 Lk 兩端電壓 vLk ^ Vik-vcak-Vil
<0(vcaj為輔助電容Cak兩端電壓)，Lk放電，iLk減小，vcsenk隨之減小。當(dāng)vcsenk
<vcsref 2k時，均流控制電路k驅(qū)動Sk導(dǎo)通，主回路通道k中Vik、Sk、Lk、Co、Rl及Rsenk 形成回路，Cak和Rak形成另一個回路，Cak通過Rak放電，電感Lk兩端電壓vLk ^ Vik-Vil > 0，Lk充電，iLk增加，vcsenk隨之增加直至vcsenk > vcsref lk，Sk將再次被截止，主回路通道k進(jìn)入下一個循環(huán)周期。采用滯環(huán)電流控制方法，iLk的變化被限定在一個區(qū)間內(nèi)， 始終與iLl保持基本一致。當(dāng)Cak足夠大時可近似認(rèn)為vcak恒定。Rak的作用是吸收多余能量，使Cak兩端電壓vcak維持在一定水平。上述電路各主要理想工作波形如圖5所示。 本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求1.一種插入式多通道均流接口電路，包括主回路，所述主回路由多個主回路通道并聯(lián)組成，每個所述主回路通道上均連接有控制其工作狀態(tài)的均流控制電路，其特征在于所述主回路通道包括輸入電容、N-MOS管、輔助電容、輔助電阻、輔助二極管、電感、輸出電容，所述輸入電容與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓并聯(lián)，所述N-MOS管的漏極同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的正端、輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的一端相連，所述輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的另一端與輔助二極管的陽極連接，所述輔助二極管的陰極同時與所述N-MOS 管的源極、電感的一端相連，所述電感的另一端同時與輸出電容的一端、輸出電壓的正端相連，所述輸出電容的另一端同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的負(fù)端、輸出電壓的負(fù)端相連；所述輸出電壓的兩端并聯(lián)有負(fù)載電阻；所述主回路通道的并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓正端、N-MOS管的源極、N-MOS管的門極、電感電流的檢測端口、并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓負(fù)端分別與均流控制電路上相應(yīng)的外接端口相連，所述均流控制電路還設(shè)有一個與均流控制總線連接的外接端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種插入式多通道均流接口電路，其特征在于所述均流控制電路包括輔助電源、電流檢測電路、電流控制電路、電流編程電路、MOS管驅(qū)動電路，所述輔助電源用于提供均流控制電路其余部分工作所需的各種直流電源電壓和基準(zhǔn)電壓，根據(jù)實際需要可對并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓進(jìn)行升壓或降壓的變換處理；所述電流檢測電路用于接收已轉(zhuǎn)換成電壓信號的主回路通道的電感電流信息并作適當(dāng)處理，再把電流檢測結(jié)果輸送給電流編程電路和電流控制電路；所述電流編程電路用于通過均流算法從均流控制總線獲得均流信息產(chǎn)生電流控制電路所需的參考電壓并將該參考電壓發(fā)送給電流控制電路；所述電流控制電路用于將接收到的電流檢測結(jié)果與參考電壓進(jìn)行比較，給出MOS管開或關(guān)的驅(qū)動指令，并將該驅(qū)動指令發(fā)送給MOS管驅(qū)動電路；所述MOS管驅(qū)動電路用于執(zhí)行電流控制電路的MOS管驅(qū)動指令，控制MOS管的工作狀態(tài)。
專利摘要一種插入式多通道均流接口電路，包括由多個主回路通道并聯(lián)組成的主回路，每個所述主回路通道上均連接有控制其工作狀態(tài)的均流控制電路，所述主回路通道包括輸入電容，所述輸入電容與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓并聯(lián)，所述N-MOS管的漏極同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的正端、輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的一端相連，所述輔助電容和輔助電阻并聯(lián)支路的另一端與輔助二極管的陽極連接，所述輔助二極管的陰極同時與所述N-MOS管的源極、電感的一端相連，所述電感的另一端同時與輸出電容的一端、輸出電壓的正端相連，所述輸出電容的另一端同時與并聯(lián)直流電源模塊輸出電壓的負(fù)端、輸出電壓的負(fù)端相連；所述輸出電壓的兩端并聯(lián)有負(fù)載電阻。
文檔編號H02J7/35GK202094631SQ201120209778
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者陳怡 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)