一種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，包括第一降壓模塊、第二降壓模塊、控制器模塊、用于調(diào)節(jié)輸出電流的大小實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電路的輸出電流比值任意配置的功率調(diào)節(jié)模塊和用于檢測(cè)負(fù)載的輸出電流和電壓值的功率檢測(cè)模塊；第一降壓模塊與功率調(diào)節(jié)模塊連接，功率調(diào)節(jié)模塊、第二降壓模塊分別與負(fù)載模塊連接，功率檢測(cè)模塊的采集端與負(fù)載模塊連接，功率檢測(cè)模塊的輸出端與控制器模塊連接；控制器模塊的控制端分別與第一降壓模塊、第二降壓模塊連接；控制器模塊包括用于通過(guò)調(diào)節(jié)第一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM占空比以保證并聯(lián)電路的輸出電流比值穩(wěn)定在設(shè)定值的電流自主分配并聯(lián)電路控制器。本發(fā)明模塊化和人性化設(shè)計(jì)、功能完備、適應(yīng)性強(qiáng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種并聯(lián)供電系統(tǒng)，尤其設(shè)及的是一種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事、航空等領(lǐng)域， 設(shè)及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。當(dāng)然，各種電子裝置對(duì)電源質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)電流的要 求也越來(lái)越嚴(yán)格，開(kāi)關(guān)電源向更大功率方向發(fā)展。因此，研制各種各樣的大功率、高性能的 開(kāi)關(guān)電源成為趨勢(shì)。然而，受到半導(dǎo)體功率器件、磁性材料等器件性能的影響，單個(gè)開(kāi)關(guān)電 源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實(shí)際應(yīng)用中往往需用幾百千瓦W上的開(kāi)關(guān)電源為系 統(tǒng)供電。因此，大功率電源系統(tǒng)需要用若干臺(tái)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)運(yùn)行，W滿(mǎn)足負(fù)載功率的要求。
[0003] 進(jìn)而，較傳統(tǒng)的單電源供電而言，并聯(lián)電源具有可實(shí)現(xiàn)大容量、高效率、模塊化、低 成本、可冗余配置等優(yōu)點(diǎn)。但由于系統(tǒng)中參與并聯(lián)各模塊輸出特性難W做到完全一致，將會(huì) 造成各模塊不均流，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)不能正常工作，甚至損壞模塊。
[0004] 在對(duì)并聯(lián)電路的多數(shù)研究中，往往僅考慮均流的情況，在各種均流方法中，又W電 流型雙閉環(huán)控制(包括主從均流技術(shù)、平均電流均流技術(shù)、自主均流技術(shù)等)最受關(guān)注。它外 環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，把所產(chǎn)生的電壓誤差信號(hào)注入電流環(huán)，調(diào)整電流誤差信號(hào)達(dá)到 均流控制，從而獲得較為理想的均流效果。而在實(shí)際的較多場(chǎng)合中，還設(shè)及多路并聯(lián)電路輸 出電流要求不一致的情形。因此，在并聯(lián)均流技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輸出電流比值自主分配的 并聯(lián)方案更具實(shí)際價(jià)值，可W賦予并聯(lián)電路更多的靈活性和魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服傳統(tǒng)并聯(lián)電路各路輸出電流比值不可調(diào)節(jié)、電路分工不明確、缺乏人性 化和離線(xiàn)編程功能、適應(yīng)性差的不足，本發(fā)明提供一種模塊化和人性化設(shè)計(jì)、功能完備、適 應(yīng)性強(qiáng)的輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提供的技術(shù)方案為：
[0007] -種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，包括第一降壓模塊、第二降壓模塊、控制 器模塊、用于調(diào)節(jié)輸出電流的大小實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電路的輸出電流比值任意配置的功率調(diào)節(jié)模塊 和用于檢測(cè)負(fù)載的輸出電流和電壓值的功率檢測(cè)模塊;所述第一降壓模塊與功率調(diào)節(jié)模塊 連接，所述功率調(diào)節(jié)模塊、第二降壓模塊分別與負(fù)載模塊連接，所述功率檢測(cè)模塊的采集端 與所述負(fù)載模塊連接，所述功率檢測(cè)模塊的輸出端與所述控制器模塊連接;所述控制器模 塊的控制端分別與第一降壓模塊、第二降壓模塊連接;所述控制器模塊包括用于通過(guò)調(diào)節(jié) 一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM占空比W保證并聯(lián)電路的輸出電流比值穩(wěn)定在設(shè)定值的 電流自主分配并聯(lián)電路控制器。
[000引進(jìn)一步，所述系統(tǒng)還包括輔助電源模塊，所述控制器模塊、功率檢測(cè)模塊均與所述 輔助電源模塊連接。
[0009] 再進(jìn)一步，所述系統(tǒng)還包括人機(jī)交互模塊，所述人機(jī)交互模塊分別與所述控制模 塊、輔助電源模塊連接。
[0010] 更進(jìn)一步，所述人機(jī)交互模塊包括按鍵外部設(shè)定子模塊和液晶實(shí)時(shí)顯示子模塊。
[0011] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:模塊化和人性化設(shè)計(jì)，功能完備，適應(yīng)性和魯棒性 強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖。
[0013] 圖2為輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)的電路連線(xiàn)示意圖。
[0014] 圖3為輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)的控制器框圖。
[0015] 圖4為輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)的控制模塊流程圖，其中，（a)為控制主 程序的流程，（b)所示為定時(shí)器中斷服務(wù)程序的流程。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0017] 參照?qǐng)D1~圖4,一種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，包括第一降壓模塊1、第 二降壓模塊2、功率調(diào)節(jié)模塊3、負(fù)載模塊4、功率檢測(cè)模塊5、控制器模塊6、人機(jī)交互模塊7和 輔助電源模塊8;所述第一降壓模塊與功率調(diào)節(jié)模塊連接，所述功率調(diào)節(jié)模塊、第二降壓模 塊分別與負(fù)載模塊連接，所述功率檢測(cè)模塊的采集端與所述負(fù)載模塊連接，所述功率檢測(cè) 模塊的輸出端與所述控制器模塊連接;所述控制器模塊的控制端分別與第一降壓模塊、第 二降壓模塊連接;所述控制器模塊包括用于通過(guò)調(diào)節(jié)第一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM 占空比W保證并聯(lián)電路的輸出電流比值穩(wěn)定在設(shè)定值的電流自主分配并聯(lián)電路控制器。
[0018] 所述輔助電源模塊為功率檢測(cè)模塊、控制器模塊和人機(jī)交互模塊提供穩(wěn)定的電壓 供應(yīng);所述第一降壓模塊、第二降壓模塊、功率調(diào)節(jié)模塊、負(fù)載模塊依次連接形成并聯(lián)供電 系統(tǒng)的主電路;所述功率調(diào)節(jié)模塊通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流的大小，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電路的輸出電流比 值任意配置;所述功率檢測(cè)模塊用于采集輸出電流、電壓值，并經(jīng)過(guò)雙級(jí)放大，把電流、電壓 值傳遞給控制器模塊;所述控制器模塊通過(guò)計(jì)算輸出電壓電流的值，并通過(guò)調(diào)節(jié)并聯(lián)電路 降壓電路的PWM占空比，W此保證并聯(lián)電路的輸出電流比值穩(wěn)定在某一特定值;所述人機(jī)交 互模塊包括按鍵外部設(shè)定子模塊和液晶實(shí)時(shí)顯示子模塊兩部分，該模塊可W實(shí)現(xiàn)離線(xiàn)編程 功能。
[0019] 所述輔助電源模塊可W輸出立路獨(dú)立的3.3V電源，一路3.3V電源保證控制器正常 工作;一路3.3V電源保證功率檢測(cè)電路正常工作;另一路3.3V電源為人機(jī)交互模塊供電。
[0020] 所述第一降壓模塊和第二降壓模塊的電感以取值為80化H，電容Ci取值為2200iiF， MOS管Mi的型號(hào)為：IRF3205，肖特基二極管型號(hào)為：IN5822，i = 1，2。
[0021] 所述功率調(diào)整模塊由5個(gè)阻值均為1 Q的水泥電阻并聯(lián)而成，功率值均為5W。
[0022] 所述負(fù)載模塊由功率值為300W的滑動(dòng)變阻器和若干個(gè)功率在為IOOW黃金侶殼電 阻組成。
[0023 ] 所述功率檢測(cè)模塊分為電壓檢測(cè)電路和電流電測(cè)電路兩部分，電壓檢測(cè)電路主要 由一個(gè)IOKQ的固定電阻和一個(gè)最大電阻值為IOOKQ的滑動(dòng)變阻器組成。電壓檢測(cè)電路分 成兩部分，第一部分為電流采集與轉(zhuǎn)換電路：由型號(hào)為INA2128的軌對(duì)軌運(yùn)放和阻值為0.01 Q的康銅絲組成，把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信息化;第二部分為電壓值放大電路:采用的運(yùn)放 型號(hào)為:〇P〇7,通過(guò)放大電路把電壓信號(hào)化進(jìn)一步放大，W提升采樣的精度。
[0024] 所述控制器模塊的16位單片機(jī)型號(hào)為:MSP430F149。
[0025] 所述人機(jī)交互模塊由按鍵外部設(shè)定模塊和液晶顯示模塊共同組成。在離線(xiàn)環(huán)境 下，按鍵設(shè)定模塊可W根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整諧振頻率的大小，從而大大提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性。
[0026] 圖2為本發(fā)明的電路連線(xiàn)示意圖，圖中給出了各個(gè)模塊的電路連接情況。圖3為本 發(fā)明的控制器框圖，圖中詳細(xì)介紹了整個(gè)電路的控制過(guò)程。并聯(lián)電路控制器通過(guò)電流檢測(cè) 電路和電壓檢測(cè)電路分別采集上路輸出電壓Vsvl、下路輸出電壓Vsv2、上路輸出電流Vsil、下 路輸出電流Vsi2的信號(hào)，經(jīng)處理輸出Vgvi、Vgv2、Vgii和Vgi2,由MSP430F149根據(jù)Vgvi、Vgv2、Vgii和 Vgi2的值產(chǎn)生MOS管11、12的控制信號(hào)￥。81、￥。82，105管驅(qū)動(dòng)單元將控制信號(hào)￥。81、￥。82轉(zhuǎn)換成版)8 管化、M2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgi、Vg2,驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vgi、Vg迫接控制MOS管Mi、M2的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。并聯(lián)電路 控制器采用雙環(huán)控制算法，通過(guò)改變MOS管Mi、M2的占空比來(lái)控制輸出電壓與輸出電流的大 小，進(jìn)而，根據(jù)外界需要任意改變兩路Buck電流的輸出電流比值，并保證供電效率不低于 60%。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)具有負(fù)載短路保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù)功能，保護(hù)閥值電流為4.5A。
[0027] 圖4(a)為本發(fā)明的控制主程序的流程圖。主程序首先進(jìn)行液晶初始化，并初始化 端口 P2.3和P2.4，使控制器能輸出2路PWM波;接著配置端口 P6.1、P6.2、P6.3和P6.4用作A/D 采樣通道;然后進(jìn)行ADC中斷配置，使能ADC中斷;最后主程序進(jìn)入循環(huán)，等待ADC中斷。
[0028] 圖4(b)所示為定時(shí)器中斷服務(wù)程序的流程圖。進(jìn)入ADC中斷服務(wù)程序后，先關(guān)斷 ADC中斷，然后保存上路輸出電壓的采樣值^_0ut_dy，下路輸出電壓的采樣值DownJXit_ dy，上路輸出電流的采樣值Up_0ut_dl，下路輸出電流的采樣值Down_0ut_dl，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的 處理，計(jì)算公式如（2-1)至（2-4)所示。當(dāng)輸出電流大于4A時(shí)，貝化Oiint加1，否則Count清零。 當(dāng)Count大于100時(shí)，貝化Oimt清零，把全部參數(shù)清零，進(jìn)入過(guò)流保護(hù)功能。否則，根據(jù)設(shè)定的 比例，對(duì)輸出電流進(jìn)行增量式PID調(diào)節(jié)，使上路和下路的輸出電流之比為期望的比值。最后， 使能ADC中斷，中斷返回。
[00 巧]Up_0ut_dy_moni=Up_0ut_dy*3.3/4095.0 (1-1)
[0030] Down_0ut_dy_moni =Down_0ut_dy*3.3/4095.0 (1-2)
[0031] Up_0ut_dl_moni=Up_0ut_dl*3.3/4095.0 (1-3)
[0032] Down_0ut_dl_moni =Down_0ut_dl*3.3/4095.0 (1-4)
[0033] 式(2-1)中，Up_0ut_dy為上路輸出電壓的采樣值，3.3為A/D 口輸入允許的最大電 壓值(其對(duì)應(yīng)的12位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量為4095.0)，^_0ut_dy_moni為經(jīng)過(guò)折算后的上路實(shí)際 輸出電壓值。
[0034] 式（2-2)中，0〇側(cè)_011*_(17為下路輸出電壓的采樣值，3.3為4/0口輸入允許的最大 電壓值(其對(duì)應(yīng)的12位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量為4095.0)，Down_0ut_dy_moni為經(jīng)過(guò)折算后的下路 實(shí)際輸出電壓值。
[0035] 式(2-3)中，Up_0ut_dl為上路輸出電流的采樣值，3.3為A/D 口輸入允許的最大電 壓值(其對(duì)應(yīng)的12位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量為4095.0)，^_0ut_dl_moni為經(jīng)過(guò)折算后的上路實(shí)際 輸出電流值。
[0036] 式（2-4)中，0〇側(cè)_011*_(11為下路輸出電流的采樣值，3.3為4/0口輸入允許的最大 電壓值(其對(duì)應(yīng)的12位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量為4095.0)，Down_0ut_dl_moni為經(jīng)過(guò)折算后的下路 實(shí)際輸出電流值。
[0037]定時(shí)器中斷服務(wù)程序中主要的變量如表1所示。
[00；3 引
[0039]
[0040] 表1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括第一降壓模塊、 第二降壓模塊、控制器模塊、用于調(diào)節(jié)輸出電流的大小實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電路的輸出電流比值任意 配置的功率調(diào)節(jié)模塊和用于檢測(cè)負(fù)載的輸出電流和電壓值的功率檢測(cè)模塊，所述第一降壓 模塊與功率調(diào)節(jié)模塊連接，所述功率調(diào)節(jié)模塊、第二降壓模塊分別與負(fù)載模塊連接，所述功 率檢測(cè)模塊的采集端與所述負(fù)載模塊連接，所述功率檢測(cè)模塊的輸出端與所述控制器模塊 連接;所述控制器模塊的控制端分別與第一降壓模塊、第二降壓模塊連接;所述控制器模塊 包括用于通過(guò)調(diào)節(jié)第一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM占空比以保證并聯(lián)電路的輸出電流 比值穩(wěn)定在設(shè)定值的電流自主分配并聯(lián)電路控制器。2. 如權(quán)利要求1所述的輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包 括輔助電源模塊，所述控制器模塊、功率檢測(cè)模塊均與所述輔助電源模塊連接。3. 如權(quán)利要求1或2所述的輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng) 還包括人機(jī)交互模塊，所述人機(jī)交互模塊分別與所述控制模塊、輔助電源模塊連接。4. 如權(quán)利要求3所述的輸出電流自主分配的并聯(lián)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述人機(jī)交互 豐旲塊包括按鍵外部設(shè)定子t旲塊和液晶實(shí)時(shí)顯子t旲塊。
【文檔編號(hào)】H02J1/10GK105826916SQ201610151770
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】俞立, 何勝權(quán), 陳俊, 張文安
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)