一種并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源模塊均流的數(shù)字控制方法及其電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源變換器領(lǐng)域，尤其涉及并聯(lián)使用的開(kāi)關(guān)電源變換器領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源變換器均流的數(shù)字控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)電源變換器以體積小，重量輕，效率高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)供電場(chǎng)合。隨著科技的進(jìn)步與實(shí)際應(yīng)用需求的提升，開(kāi)關(guān)電源變換器向著高功率，高密度，高效率不斷發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源的并聯(lián)使用，也應(yīng)運(yùn)而生。并聯(lián)系統(tǒng)中，每個(gè)模塊承受的功率降低，既減小了應(yīng)力，又可以采用冗余技術(shù)，當(dāng)部分并聯(lián)模塊失效時(shí)，仍然可以達(dá)到100%的帶載能力。在不間斷系統(tǒng)中，可以對(duì)失效的模塊進(jìn)行熱更換，具有高效，經(jīng)濟(jì)，利于維修的特點(diǎn)。此外并聯(lián)可以達(dá)到多種輸出要求，可以有效減小設(shè)計(jì)成本，滿(mǎn)足多種功率要求，并且實(shí)現(xiàn)高功率的設(shè)計(jì)。因此，開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)使用是一種實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高、設(shè)計(jì)方便，節(jié)約成本的大功率應(yīng)用解決方案。
[0003]開(kāi)關(guān)電源模塊的并聯(lián)，有多種分類(lèi)方式。以控制方式分類(lèi)，可以分為以下兩類(lèi)(如圖1所示):1、獨(dú)立控制；2、聯(lián)合控制。
[0004]參照?qǐng)Dla，獨(dú)立控制方式的開(kāi)關(guān)電源模塊，所有并聯(lián)的模塊設(shè)計(jì)相同，從而具有高效、經(jīng)濟(jì)、利于維修等優(yōu)點(diǎn)。為了保證并聯(lián)模塊的可靠性，提高并聯(lián)模塊的壽命，閉環(huán)需要加入電流的控制部分。電流控制部分的作用在于模塊之間的均流，均流效果較好的均流電路，一般設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜或者成本較高。
[0005]參照?qǐng)Dlb，聯(lián)合控制方式的開(kāi)關(guān)電源模塊，并聯(lián)的部分設(shè)計(jì)相同；控制部分，相對(duì)于一個(gè)獨(dú)立控制模塊的環(huán)路較為復(fù)雜。由于所有的模塊具有公共的控制部分，因此控制器可以得到所有并聯(lián)模塊的信息，利于模塊之間的信息傳遞與設(shè)計(jì)。
[0006]為了達(dá)到較好的均流效果，采用聯(lián)合控制方式，具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是聯(lián)合控制方式又存在著控制相對(duì)復(fù)雜的缺點(diǎn)。
[0007]具體來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源變換器是一個(gè)具有高階、非線性、時(shí)變等特性的閉環(huán)控制系統(tǒng)。如圖2所示為開(kāi)關(guān)電源控制部分示意圖，圖3為開(kāi)關(guān)電源的閉環(huán)控制系統(tǒng)小信號(hào)框圖。多路的閉環(huán)控制可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為是多個(gè)閉環(huán)控制。因此并聯(lián)系統(tǒng)中，控制環(huán)路需要N個(gè)這樣的控制環(huán)路才可以滿(mǎn)足N個(gè)模塊的并聯(lián)。對(duì)于獨(dú)立控制方式，每個(gè)模塊都有獨(dú)立的控制器，具有獨(dú)立的控制環(huán)路，對(duì)應(yīng)并聯(lián)N個(gè)模塊，就存在N個(gè)環(huán)路控制。
[0008]聯(lián)合控制方式的閉環(huán)控制可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是獨(dú)立閉環(huán)控制，雖然所有的N個(gè)模塊共用一個(gè)控制器，環(huán)路可以有N個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)路；另一類(lèi)是公共閉環(huán)控制，N個(gè)模塊共用一個(gè)控制器的同時(shí)，也共用一個(gè)公共的控制環(huán)路。
[0009]1、獨(dú)立閉環(huán)控制
[0010]聯(lián)合控制中的獨(dú)立環(huán)路與獨(dú)立控制中的環(huán)路類(lèi)似，都是每個(gè)模塊的輸出反饋對(duì)應(yīng)一個(gè)閉環(huán)環(huán)路，如圖4所示為獨(dú)立環(huán)路示意圖。環(huán)路控制1、2、……、N都有自己獨(dú)立的閉環(huán)，每個(gè)閉環(huán)之間環(huán)路設(shè)計(jì)相同，包含輸出電流、輸出電壓以及基準(zhǔn)等必要的環(huán)路參數(shù)。環(huán)路之間相對(duì)獨(dú)立，在想要優(yōu)化均流效果的情況下，可以通過(guò)分析多路輸出電流之間的關(guān)系進(jìn)行均流效果的優(yōu)化。雖然可以有效地得到其他模塊的信息，但是由于獨(dú)立閉環(huán)的設(shè)計(jì)導(dǎo)致了設(shè)計(jì)的繁復(fù)。此外，由于所有的環(huán)路一起計(jì)算，加大了控制環(huán)路的負(fù)荷，對(duì)控制器的要求較高。
[0011]2、公共閉環(huán)控制
[0012]公共閉環(huán)控制的環(huán)路是利用并聯(lián)模塊的共同輸出反饋對(duì)應(yīng)一個(gè)公共的閉環(huán)控制環(huán)路，如圖5所示為公共環(huán)路示意圖。在聯(lián)合控制方式上采用一個(gè)公共的控制環(huán)路，利用公共閉環(huán)控制可以把握每個(gè)模塊的信息，從而實(shí)現(xiàn)模塊之間信息的傳遞，達(dá)到均流的目的。
[0013]在現(xiàn)有技術(shù)中，公共閉環(huán)控制可以采用模擬方式與數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)。采用模擬方式實(shí)現(xiàn)，可以分為模擬IC實(shí)現(xiàn)以及分立元件實(shí)現(xiàn)。采用模擬IC實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镮C的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較多路的閉環(huán)控制，靈活性較差。采用模擬分立元件實(shí)現(xiàn)，電路較為復(fù)雜，靈活性較差。采用現(xiàn)有的數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，算法較為復(fù)雜，對(duì)數(shù)字IC要求較高，對(duì)模塊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)有一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題旨在提供一種數(shù)字式的并聯(lián)均流的數(shù)字控制方法。
[0015]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源模塊均流的數(shù)字控制方法，其特征在于包括以下步驟:采樣輸出電壓的反饋電壓V_FB與模塊1、模塊2、……、模塊N的輸出電流采樣信號(hào)1l、12、……、1N，并經(jīng)AD采樣模塊轉(zhuǎn)化為反饋電壓數(shù)字信號(hào)V_FB_AD和相應(yīng)模塊的電流數(shù)字信號(hào)1l_AD、12_AD、……、1N_AD ;將反饋電壓數(shù)字信號(hào)V_FB_AD送至數(shù)字補(bǔ)償器，由數(shù)字環(huán)路計(jì)算出模塊I的占空比D1，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器直接送至模塊I ;將各模塊電流數(shù)字信號(hào)1l_AD、12_AD、……、1N_AD送至電流補(bǔ)償器Gcc，得到模塊I與模塊2、……、模塊N之間的電流誤差的補(bǔ)償值A(chǔ)D2、……、ADN;將上述電流誤差的補(bǔ)償值通過(guò)加法器A2、……、AN分別疊加在占空比Dl上，得到模塊2、……、模塊N的占空比D2、......、DN，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器送至相應(yīng)的模塊，其中N為彡2的正整數(shù)。
[0016]參照?qǐng)D6，本發(fā)明的并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源均流的數(shù)字控制方法，其工作原理是基于并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電源模塊1、2、……4的輸出電壓和基準(zhǔn)相同，先計(jì)算出主控回路的占空比，再利用電流誤差的補(bǔ)償值，通過(guò)加法器，疊加在主控回路的占空比上，得出各個(gè)并聯(lián)模塊的占空比。本發(fā)明采用數(shù)字控制方式，在聯(lián)合控制方式上通過(guò)一個(gè)公共的電壓環(huán)路以及簡(jiǎn)單的電流環(huán)路，有效的減少了多余的環(huán)路，減小了控制器的壓力，有利于數(shù)字加快閉環(huán)，提高輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)。利用公共閉環(huán)控制可以把握每個(gè)模塊的信息，有效地實(shí)現(xiàn)模塊之間信息的傳遞，從而達(dá)到均流的目的。
[0017]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式不僅可以提高模塊的均流效果，同樣可以提高模塊的負(fù)載調(diào)整率。并且，本發(fā)明算法簡(jiǎn)單，電路的靈活性好，可實(shí)現(xiàn)更多路變換器的并聯(lián)控制。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，所述數(shù)字補(bǔ)償器的基準(zhǔn)可以是數(shù)字補(bǔ)償器的內(nèi)部基準(zhǔn)也可以是外部基準(zhǔn)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述的反饋電壓V_FB是由輸出電壓Vout經(jīng)過(guò)處理后的反饋電壓，可以是經(jīng)過(guò)電阻Rl和R2分壓得到，也可以通過(guò)其他方式得到。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，所述各模塊的輸出電流采樣信號(hào)1l、12、……、1N是由各模塊的輸出電流1utl、1ut2、......、1ut N，通過(guò)采樣得到信號(hào)。采樣方式可以通過(guò)電流采樣電阻Ri1、Ri2、......、RiN和運(yùn)放0PAMP1、0PAMP2、......、OPAMPN得到，也可以通過(guò)電流互感器等其他方式得到。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，環(huán)路控制還可以采用interleave方式實(shí)現(xiàn)，將并聯(lián)模塊的PWM進(jìn)行錯(cuò)相，可以有效地減小輸出濾波電感，或者降低輸出紋波。
[0022]本發(fā)明還要提供一種并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源模塊均流的控制電路，包括模塊1、模塊2、……、模塊N，AD采樣模塊，電流補(bǔ)償器Gcc，數(shù)字補(bǔ)償器、加法器和驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:
[0023]所述AD米樣模塊將輸出電壓的反饋電壓V_FB和各模塊的輸出流米樣信號(hào)Ιο?、Ιο2、……、1N轉(zhuǎn)化為反饋電壓數(shù)字信號(hào)V_FB_AD和相應(yīng)模塊的電流數(shù)字信號(hào)1l_AD、12_AD、......、1N_AD;
[0024]所述的數(shù)字補(bǔ)償器接收反饋電壓數(shù)字信號(hào)V_FB_AD，計(jì)算出模塊I的占空比D1，并通過(guò)所述的驅(qū)動(dòng)器直接送至模塊I ;
[0025]所述的電流補(bǔ)償器Gcc接收各模塊電流數(shù)字信號(hào)1l_AD、12_AD、……、1N_AD并計(jì)算出模塊I與模塊2、……、模塊N之間的電流誤差的補(bǔ)償值A(chǔ)D2、……、ADN;
[0026]所述的加法器接收上述電流誤差的補(bǔ)償值A(chǔ)D2、……、ADN，疊加在占空比Dl上，得到模塊2、……、模塊N的占空比D2、……、DN，并通過(guò)所述的驅(qū)動(dòng)器送至相應(yīng)的模塊；
[0027]其中N為彡2的正整數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)控制方法的示意圖，其中a獨(dú)立控制方式，b為聯(lián)合控制方式。
[0029]圖2是環(huán)路控制部分示意圖。
[0030]圖3是環(huán)路控制的電路框圖。
[0031 ]圖4是獨(dú)立環(huán)路示意圖。
[0032]圖5是公共環(huán)路示意圖。
[0033]圖6是本發(fā)明電流環(huán)路跟隨電壓環(huán)公共閉環(huán)控制示意圖。
[0034]圖7是本發(fā)明雙路并聯(lián)誤差法的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0035]圖8是本發(fā)明多路并聯(lián)誤差法的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0036]圖9是本發(fā)明數(shù)字多路并聯(lián)誤差法的Gcc實(shí)現(xiàn)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]參照?qǐng)D7，本發(fā)明的一種并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源模塊均流的數(shù)字控制方法應(yīng)用于雙路并聯(lián)的【具體實(shí)施方式】。包括以下步驟:
[0038]I)、獲取采樣信號(hào)
[0039]輸出電壓Vout經(jīng)過(guò)電阻Rl和R2分壓得到反饋電壓V_FB。模塊I的輸出電流1utl通過(guò)采樣電阻Ril和運(yùn)放OPAMPl得到模塊I的輸出電流采樣信號(hào)Ιο?。同理，模塊2的輸出電流1ut2通過(guò)采樣電阻Ri2和運(yùn)放0PAMP2得到模塊2的輸出電流采樣信號(hào)12。
[0040]2) AD 轉(zhuǎn)換
[0041]將輸出反饋電壓V_FB與模塊I和模塊2的輸出電流采樣信號(hào)