CN101359868B

CN101359868B - 模块并联式大功率直流开关电源装置

Info

Publication number: CN101359868B
Application number: CN2008101509193A
Authority: CN
Inventors: 田学武; 石勇; 岳艳伟; 吴泉兵
Original assignee: XI'AN AIKE ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: Xi'an Actionpower Electrical Co.,Ltd.
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101359868A

Abstract

本发明是一种模块并联式大功率直流开关电源装置。它包括多个并联的直流开关电源模块和并联后总输出电流和电压的外环负反馈模块。直流开关电源模块内设有一个电流负反馈内环控制环路，在外环负反馈模块中设有总输出电流负反馈外环环路和总输出电压外环环路。本发明消除了已有主、从设置法并联电源装置的主、从设置操作，使其使用变得更为简单，节省了元器件，降低了成本。同时，本发明增加了一个总输出电流负反馈外环环路，使并联后的总输出电流也得到了负反馈控制，从而大大提高了本装置输出的稳定性。

Description

模块并联式大功率直流开关电源装置

技术领域

本发明涉及一种大功率直流开关电源，具体地说，它是一种模块并联式大功率直流开关电源装置。

背景技术

直流开关电源是近年来出现的一种新型功率变换装置。它的工作方式是交-直-交-直，即先将电网的50Hz低频交流整流滤波成直流，再将直流逆变成高频交流，然后将高频交流整流滤波成直流输出。其中高频交流电在变压器中的变压效率要比50Hz低频电网交流高很多.所以变压器可以做得很小，因此，与传统的相控电源相比，它具有体积小、重量轻的优点，故而近年来得到发展。但是，由于它受到功率器件(如高频逆变器中大功率晶闸开关管、高频整流器中的高频二极管)定额功率的限制，大功率直流开关电源往往采用多个直流开关电源模块并联的方式，通过并联均流分流来实现该电源的大功率输出。所述的并联均流分流的方式很多，其中主从设置法并联是一种较为常用的方式。如图4所示，该并联方法中每个并联的直流开关电源模块都带有一个电流反馈内环环路和一个电压反馈外环环路，使用时，要进行主从设置，如：当模块1被选为主模块时，需将联动开关K1合上，则电源的输出电压给定值Ug通过一个电压调节器(简称PI调节器)和联动开关K1分别送入各模块。该并联方式的缺点是：一是每次使用前需进行主、从设置，增加了使用操作。二是如果主模块失效，则使整个电源装置不能工作，工作可靠性难以提高。三是输出稳定性不够高，这是因为该装置只进行了分流输出电流的负反馈控制，而没有进行总输出电流的负反馈控制，也就是说，在每个模块的输出端只设置了一个电流反馈检测点，并利用各模块的电流负反馈内环环路进行模块内分流电流的负反馈控制，而在多个模块并联后的总输出端没有设反馈电流检测点，也没有设置总输出电流的负反馈控制环路，因此，不能进行总输出电流的负反馈控制。由于在并联装置中，电流有先分流、再合流的过程，如果只进行分流的负反馈控制，而不进行合流后的负反馈控制，其输出稳定性是难以达到较好水平的。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的缺点，提供一种改进的模块并联式大功率直流开关电源装置，以提高其工作可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

它包括多个并联的直流开关电源模块，其特殊结构是：所述的直流开关电源模块具有一个交-直-交-直变换主环路，该主环路由三相交流整流器、输入LC滤波器、高频逆变器、输出变压器、高频整流器和输出LC滤波器连接构成，在该主环路的高频逆变器和其输出端之间设有一个电流负反馈内环环路；它还包括一个多个并联直流开关电源模块的外环负反馈模块，该外环负反馈模块中包括一个总输出电流负反馈外环环路和一个总输出电压负反馈外环环路，该两个负反馈环路至少由第一减法器、比例放大器、线性检波器、第二减法器、第一电压调节器连接构成，其中第一减法器用于总输出反馈电流If与总输出电流给定值Ig的差值比较、并输出该差值的回调量，该回调量通过比例放大器的放大和线性检波器的检波后输出一个过流回调量UIf；所述的第二减法器将该过流回调量UIf和总反馈电压Uf之和与总输出电压的给定值Ug进行差值比较、并输出该差值的回调量U^＊，该回调量U^＊通过电压调节器的积分放大后分别送入多个直流开关电源模块中参与他们各自的内环负反馈调节，所述总反馈电流If和总反馈电压Uf取自多个并联直流开关电源模块的并联输出端；所述直流开关电源模块的电流负反馈内环环路至少由比较器、第三减法器、第二电压调节器和脉宽调节器连接构成，所述的比较器将外环负反馈模块输出的回调量U^＊与直流开关电源模块的输出电流给定量Ig’进行比较、并选择二者中的低者输出而作为实际给定值Ig”，所述的第三减法器将内环反馈电流If’与实际给定值Ig”进行差值比较、并输出内环反馈差值的回调量，该回调量经过第二电压调节器积分放大形成脉宽调节信号送入脉宽调节器，由脉宽调节器输出相应占空比的脉冲信号送给高频逆变器，使该高频逆变器中的逆变电流始终跟随给定值Ig”，所述内环反馈电流If’取自直流开关电源模块的输出端。

本发明进一步改进的技术方案如下：

在所述外环负反馈模块的回调量U^＊输出端增设一个滤波器。

在所述直流开关电源模块的回调量U^＊输入端增设一个滤波器。

本发明与已有技术相比，具有以下特点：

一、本发明将各模块中的电压负反馈外环环路合并成一个外环环路，在同样完成电压负反馈控制的条件下，使装置变成了无主、从式的并联结构，从而使本装置的使用变得更为简单，同时，还省掉每个模块中的电压调节器和主、从设置开关等，降低了成本。

二、本发明增加了一个总输出电流负反馈外环环路，这样，不仅电源模块内的分流电流得到了负反馈控制，同时，模块并联后的总输出电流也得到了负反馈控制，从而大大提高了本装置输出的稳定性。

附图说明

图1、本发明的电路方框图。

图2、本发明的直流开关电源模块的电路原理图。

图3、外环负反馈模块的电路原理图。

图4、已有直流开关电源装置的电路方框图。

具体实施方式

参见图1、2，所述的直流开关电源模块1具有一个交-直-交-直变换主环路，该主环路主要由三相交流整流器1-1、输入LC滤波器1-2、高频逆变器1-3、输出变压器1-4、高频整流器1-5和输出LC滤波器1-6连接构成，模块1内带有一个电流负反馈内环环路，它由比较器1-7、第三减法器1-8、第二电压调节器1-9和脉宽调节器1-10连接构成。其中比较器1-7是由运放U6接成的一个比较检波器，由它完成本模块输出给定电流Ig’和总反馈回调量U^＊的比较，同时选择低者输出而作为本模块的实际给定值Ig”；所述的第三减法器1-8和第二电压调节器1-9是由运放U5和电阻、电容连接构成的一个减法积分放大器，由它完成实际给定值Ig”与本模块内环反馈电流If’的差值计算，并将该差值进行积分放大，然后输出一个相应的回调电压送入脉宽调节器1-10，其中反馈电流If’用霍尔器件3来采集，霍尔器件输出的是代表反馈电流If’大小的电压值，Ig”也是一个代表给定电流大小的电压值，因此，第三减法器1-8可以将If’与Ig”直接相减；所述的脉宽调节器1-10由器件U4构成，它将根据电压调节器1-9输出的回调电压调节其输出脉冲的占空比，从而使高频逆变器1-3中功率开关管的开关时间按照该输出脉冲的占空比进行变化，则高频逆变器中逆变电流也随之改变，最终使本模块的输出电流始终跟随给定值Ig”，达到稳定的电源输出。由于总反馈回调量U^＊的传输距离较运，在总反馈回调量U^＊的输入端增设一个滤波器1-11，以防止高频干扰。

参见图1、3，所述的外环负反馈模块中包括一个总输出电流负反馈外环环路和一个总输出电压负反馈外环环路，该两个负反馈环路由第一减法器2-1、比例放大器2-2、线性检波器2-3、第二减法器2-4、第一电压调节器2-5连接构成。其中第一减法器2-1和比例放大器2-2由运放U3及其外围电阻连接构成，它将总反馈电流If与总输出电流给定值Ig进行差值比较，然后通过比例放大后输出一个相应的回调电压送入线性检波器2-3；所述的线性检波器2-3由运放U2及其外围电阻和检波二极管连接构成，由该线性检波器检出过流的回调电压UIf输出，而欠流的回调节电压-UIf被检掉，输出为零；所述的第二减法器24和第一电压调节器2-5是由运放U1及其外围电阻和电容连接构成的一个减法积分放大器，它将总反馈电流的过流回调电压UIf和总反馈电压Uf与总输出电压给定值Ug进行相减运算和积分放大，然后输出一个总反馈回调量U^＊，该总反馈调节量分别送入各直流开关电源模块1～N中参与它们各自的负反馈内环调节，工作过程如上段所述。本模块的总反馈电流If和总反馈电压Uf取自多个并联直流开关电源模块1～N的并联输出端，如图1所示。由于总反馈回调量U^＊传送距离较远，故在第一电压调节器2-5的输出端接有一个滤波器2-6，用于消除高频干扰。同样，由于反馈电压Uf的传送距离也较远，故在它输入端接有一个滤波器2-7，该滤波器是一个接在其输入端的滤波电容C8。

Claims

1.一种模块并联式大功率直流开关电源装置，它包括多个并联的直流开关电源模块(1～N)，其特征是：

1)所述的直流开关电源模块(1)具有一个交-直-交-直变换主环路，该主环路由三相交流整流器(1-1)、输入LC滤波器(1-2)、高频逆变器(1-3)、输出变压器(1-4)、高频整流器(1-5)和输出LC滤波器(1-6)连接构成，在该主环路的高频逆变器(1-3)和该主环路的输出端之间设有一个电流负反馈内环环路；

2)本装置还包括一个多个并联直流开关电源模块(1～N)的外环负反馈模块(2)，该外环负反馈模块中包括一个总输出电流负反馈外环环路和一个总输出电压负反馈外环环路，该总输出电流负反馈外环环路和总输出电压负反馈外环环路至少由第一减法器(2-1)、比例放大器(2-2)、线性检波器(2-3)、第二减法器(2-4)、第一电压调节器(2-5)连接构成，其中第一减法器(2-1)用于总输出反馈电流If与总输出电流给定值Ig的差值比较、并输出该差值的回调量，该回调量通过比例放大器(2-2)的放大和线性检波器(2-3)的检波后输出一个过流回调量UIf；所述的第二减法器(2-4)将该过流回调量UIf和总反馈电压Uf之和与总输出电压的给定值Ug进行差值比较、并输出该差值的回调量U^＊，该回调量U^＊通过第一电压调节器(2-5)的积分放大后分别送入多个直流开关电源模块(1～N)中参与他们各自的内环负反馈调节，所述总输出反馈电流If和总反馈电压Uf取自多个并联直流开关电源模块(1～N)的并联输出端；

3)所述直流开关电源模块(1)的电流负反馈内环环路至少由比较器(1-7)、第三减法器(1-8)、第二电压调节器(1-9)和脉宽调节器(1-10)连接构成，所述的比较器(1-7)将外环负反馈模块(2)输出的回调量U^＊与直流开关电源模块的输出电流给定量Ig’进行比较、并选择二者中的低者输出而作为实际给定值Ig”，所述的第三减法器(1-8)将内环反馈电流If’与实际给定值Ig”进行差值比较、并输出内环反馈差值的回调量，该回调量经过第二电压调节器(1-9)积分放大形成脉宽调节信号送入脉宽调节器(1-10)，由脉宽调节器(1-10)输出相应占空比的脉冲信号送给高频逆变器(1-3)，使该高频逆变器中的逆变电流始终跟随实际给定值Ig”，所述内环反馈电流If’取自直流开关电源模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的模块并联式大功率直流开关电源装置，其特征是：在所述外环负反馈模块(2)的回调量U^＊输出端增设一个滤波器(2-6)。

3.根据权利要求1或2所述的模块并联式大功率直流开关电源装置，其特征是：在所述直流开关电源模块(1)的回调量U^＊输入端增设一个滤波器(1-11)。