CN100570980C - 一种多路输出开关电源的宽范围能量回馈方法及实现电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路输出开关电源的宽范围能量回馈方法及实现电路，该实现电路包括多路电源输出端、均流变压电路、回馈电子负载；所述多路电源输出端分别通过所述均流变压电路并联到相应直流母线上，再经过相应的回馈电子负载回馈电网。该方法采用boost升压均流变压回路，通过数字控制技术进行独立均流控制，将开关电源的多路不同输出电压变换为一路或少数几路电压，然后并联至相应的直流母线上，再通过通用的DC/AC回馈型电子负载回馈电网。该实现方法简单，成本低廉，而且回馈效率高。同时其实现电路设定准确、结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源老化能量回馈领域，尤其涉及一种多路输出开关电源的宽范围能量回馈方法及实现电路。
背景技术
随着能源的短缺和环境的日益恶化，我们对绿色能源和绿色制造的需求越来越强烈。而老化过程中的能量回馈则是绿色制造的重要组成部分。
众所周知，开关电源的老化，如果用纯阻性老化，那将是能量的巨大浪费，也是制造成本居高不下的重要因素。尤其是对于大批量、大功率电源的制造上，这种浪费尤其明显。目前的大部分老化还是采用纯阻性老化，而对于老化的能量回馈问题，已经有一些解决方案，但都无一例外的存在各种各样的问题和局限性。
现有的开关电源老化能量回馈的方法有以下几种：
一、通信电源的老化能量回馈
如图1所示，对于通信电源的老化能量回馈，其方法比较简单，也很容易实现。因为通信电源是单路输出(48V)，且功率一般都比较大(几千瓦)。更重要的是通信电源都自带并联系统，所以很容易实现整机并联后再逆变回馈。
这种能量回馈方式的优点是简单，方便，回馈效率高。目前主流的通信电源厂商一部分已经采用了这种能量回馈方式。但这种能量回馈的缺点是需要每个模块自带并联功能，并且只对单一输出的大功率电源有效。如果对于多路输出，模块本身又没有并联功能的回馈，这种方式就失去了作用。
二、单对单的能量回馈
如图2所示，这种能量回馈的方式应用对象是单一输出，其功率不大(300瓦左右)。其回馈的基本思路是对每个模块进行DC-DC变换，再统一逆变回馈电网。
这种能量回馈的方式思路简单，目前已经在服务器的电源老化过程中试用。但是实现起来却是非常复杂，由于每个模块都需要相应的DC/DC对应，所以从老化柜到逆变模组间就需要大量复杂的连接线，不仅实现起来不方便，成本也比较昂贵。而且此种回馈方式只对应于单路输出，对于多路输出，例如等离子电视电源其输出多达十几路，其连接会变的极其复杂而无法实现，成本也会剧增。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适合多路输出开关电源的宽范围能量回馈方法及实现电路。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种多路输出开关电源能量回馈方法，采用boost升压均流变压回路，通过数字控制技术进行独立均流控制，将开关电源的多路不同输出电压变换为一路或少数几路电压，然后并联至相应的直流母线上，再通过通用的DC/AC回馈型电子负载回馈电网。
一种多路输出开关电源能量回馈的实现电路，包括多路电源输出端、均流变压电路、回馈电子负载；所述多路电源输出端分别通过所述均流变压电路并联到相应直流母线上，再经过相应的回馈电子负载回馈电网。
其中，将所述多路电源输出端中的一路或几路电源输出端先通过均流变压电路并联到中间直流母线上，再通过第二级的均流变压电路与所述多路电源输出端中的其它电源输出端一起并联到最终直流母线上，后经过一路回馈电子负载回馈电网。
其中，所述均流变压电路包括：第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)、电感(L1)、MOS管(Q1)、单片机(U1)、电流采样电阻(Rs)、运放(U2)、二极管(D1)；所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)串联后并联在电源输出端，所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)的中点与单片机(U1)的第一A/D采样管脚相连；所述电感(L1)的一端与电源输出端的正向相连，另一端与所述MOS管(Q1)的漏极相连，所述MOS管(Q1)的栅极与单片机(U1)的PWM信号端相连，所述运放(U2)的输出端与单片机(U1)的第二A/D采样管脚相连，其输入端与电流采样电阻(Rs)的一端相连后再联接在MOS管(Q1)的源极，所述电流采样电阻(Rs)的另一端与电源输出端的反向相连；所述二极管(D1)的阳极与MOS管(Q1)的漏极相连，其阴极与直流母线的正极相连。
其中，所述均流变压电路还包括第三分压电阻(R3)、第四分压电阻(R4)；所述第三分压电阻(R3)与第四分压电阻(R4)串联后并联在直流母线上，所述第三分压电阻(R3)与第四分压电阻(R4)的中点与单片机(U1)的第三A/D采样管脚相连。
本发明采用boost升压(也可以是buck降压或buck/boost升降压等回路形式)均流变压回路(Constant Current Variable Voltage.以下简称C.C.V.V)，通过数字控制技术进行独立均流控制，将开关电源的多路不同输出电压变换为一路或少数几路电压，然后并联至相应的直流母线上，再通过通用的DC/AC回馈型电子负载回馈电网。该实现方法简单，成本低廉，应用范围广，而且回馈效率高。同时其实现电路设定准确、结构简单。
附图说明
图1为现有的通信电源老化能量回馈原理图；
图2为现有的单对单的能量回馈原理图；
图3为本发明实施例1电路原理图；
图4为本发明实施例2电路原理图；
图5为本发明中均流变压电路控制原理图；
图6为本发明均流变压电路的实现电路。
具体实施方式
本发明方法的核心思想是：采用boost升压(也可以是buck降压或buck/boost升降压等回路形式)均流变压回路(Constant Current Variable Voltage.以下简称C.C.V.V)，通过数字控制技术进行独立均流控制，将开关电源的多路不同输出电压变换为一路或少数几路电压，然后并联至相应的直流母线上，再通过通用的DC/AC回馈型电子负载回馈电网。
此种方法有效的回避了能量回馈的逆变器输入范围窄的问题，所以能够适用于各种多路输出的开关电源。同时还可以减少直流母线种类和DC/AC回馈型电子负载的种类，起到降低系统总成本和提高可靠性的作用。另外，我们还通过改变直流母线的电压等级进一步拓宽能量回馈的输入电压的范围。
为便于对本发明进一步理解，现结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
请参阅图3所示实施例为平板电视电源的等离子电视(PDP)电源，等离子电视(PDP)电源是典型的多路输出电源，其输出路数一般在6到12路不等。我们以6路输出为例说明。假设电源共有210V，60V，24V，12V，15V和5V六个不同电压等级的输出(Vout1～Vout6)。由于每路输出电压都不一样，所以不能直接并联。通过本发明提供的均流变压电路(C.C.V.V)后，210V和60V可并联至220V直流母线，24V，15V，12V，5V可并联至24V直流母线。然后再经过回馈电子负载回馈电网。多个被老化电源的输出均可采用这种方式并联至直流母线进行均流老化。
当然，有时候为了减少DC/AC回馈电子负载的输入电流，我们会刻意提高母线的电压。如图3所示，我们可以把24V母线提高至28V母线或者48V母线，这样就可以大大减少DC/AC回馈电子负载的输入电流。
而且，有时候我们为了节约DC/AC回馈电子负载的个数，我们会采用中间母线的方式，如图4所示。我们还以上述等离子电视(PDP)电源为例，我们可以先把5V，12V，15V，24V先通过均流变压电路(C.C.V.V)并联到中间母线48V母线上，然后再通过第二级的均流变压电路(C.C.V.V)并联到最终母线220V母线上，这样所有输出只共用一根母线，也就只需要一路220V的DC/AC回馈电子负载即可，这样不仅连接简单，而且成本大大降低。
上述均流变压电路(C.C.V.V)的控制原理如图5所示，其中Vdc为电压采样，Idc为电流采样，Iref为电流给定。电源的输出电压和电流信号进入单片机后，通过内部电流数字PI调节器和PWM控制方式控制boost回路开关管的导通占空比，实现电流闭环恒流控制。
具体的均流变压电路(C.C.V.V)的实现电路如图6所示。所述均流变压电路包括：第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、电感L1、MOS管Q1、单片机U1、电流采样电阻Rs、运放U2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4、二极管D1；所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2串联后并联在电源输出端，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的中点与单片机U1的第一A/D采样管脚相连；所述电感L1的一端与电源输出端的正向相连，另一端与所述MOS管Q1的漏极相连，所述MOS管Q1的栅极与单片机U1的PWM信号端相连，所述运放U2的输出端与单片机U1的第二A/D采样管脚相连，其输入端与电流采样电阻Rs的一端相连后再联接在MOS管Q1的源极，所述电流采样电阻Rs的另一端与电源输出端的反向相连；所述二极管D1的阳极与MOS管Q1的漏极相连，其阴极与直流母线的正极相连；所述第三分压电阻R3与第四分压电阻R4串联后并联在直流母线上，所述第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的中点与单片机U1的第三A/D采样管脚相连。
图6中，电源的输出电压通过分压电阻R1，R2分压后送入单片机U1的A/D采样管脚。Rs为电流采样电阻，其电流采样信号通过运放U2进行比例放大和滤波后送入单片机U1的A/D采用管脚。单片机通过数字PI控制计算后生成控制Q1的PWM信号，最后达到控制输入电流的功能。单片机还可通过分压电阻R3，R4对直流母线电压进行监视，如果母线电压出现异常将进行报警并停止工作。
以上对本发明所提供的一种适合多路输出开关电源的宽范围能量回馈方法及实现电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1、一种多路输出开关电源能量回馈方法，其特征在于，采用boost升压均流变压回路，通过数字控制技术进行独立均流控制，将开关电源的多路不同输出电压变换为一路或少数几路电压，然后并联至相应的直流母线上，再通过通用的DC/AC回馈型电子负载回馈电网。
2、一种多路输出开关电源能量回馈的实现电路，其特征在于，包括多路电源输出端、均流变压电路、回馈电子负载；所述多路电源输出端分别通过所述均流变压电路并联到相应直流母线上，再经过相应的回馈电子负载回馈电网。
3、根据权利要求2所述的多路输出开关电源能量回馈的实现电路，其特征在于，将所述多路电源输出端中的一路或几路电源输出端先通过均流变压电路并联到中间直流母线上，再通过第二级的均流变压电路与所述多路电源输出端中的其它电源输出端一起并联到最终直流母线上，后经过一路回馈电子负载回馈电网。
4、根据权利要求2或3所述的多路输出开关电源能量回馈的实现电路，其特征在于，所述均流变压电路包括：第一分压电阻(R1)、第二分压电阻(R2)、电感(L1)、MOS管(Q1)、单片机(U1)、电流采样电阻(Rs)、运放(U2)、二极管(D1)；所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)串联后并联在电源输出端，所述第一分压电阻(R1)与第二分压电阻(R2)的中点与单片机(U1)的第一A/D采样管脚相连；所述电感(L1)的一端与电源输出端的正向相连，另一端与所述MOS管(Q1)的漏极相连，所述MOS管(Q1)的栅极与单片机(U1)的PWM信号端相连，所述运放(U2)的输出端与单片机(U1)的第二A/D采样管脚相连，其输入端与电流采样电阻(Rs)的一端相连后再联接在MOS管(Q1)的源极，所述电流采样电阻(Rs)的另一端与电源输出端的反向相连；所述二极管(D1)的阳极与MOS管(Q1)的漏极相连，其阴极与直流母线的正极相连。
5、根据权利要求4所述的多路输出开关电源能量回馈的实现电路，其特征在于，所述均流变压电路还包括第三分压电阻(R3)、第四分压电阻(R4)；所述第三分压电阻(R3)与第四分压电阻(R4)串联后并联在直流母线上，所述第三分压电阻(R3)与第四分压电阻(R4)的中点与单片机(U1)的第三A/D采样管脚相连。
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