CN101521454B - 并联均流的实现方法和电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联均流的实现方法和电源装置。其中，该实现方法包括：多个电源装置中被预先确定为主机的电源装置对其输出电流进行采样操作获得主机输出电流信号，并接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号；主机根据主机输出电流信号和来自从机的输出电流信号进行均流处理获得目标输出电流，并将目标输出电流通知给从机。通过本发明，可以使得各电源装置能够根据该目标输出电流确定各自的输出电流，进而能够稳定、高效、低成本地实现并联均流。

Description

并联均流的实现方法和电源装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体地，涉及一种并联均流的实现方法和电源装置。 

背景技术

目前，分布式供电技术由于具有容量易扩充、可靠性高、使用灵活、便于维护等优点而得到了广泛应用。分布式供电技术的核心是均流技术(或者称为并联均流技术)。图1是根据相关技术的采用分布式供电技术的开关电源并联均流的示意图，如图1所示，分布式供电的开关电源系统中可以包括并联的多个电源模块(即，图1中所示的电源模块1至电源模块N)，这些模块(也可以称为电源装置)接收同一输入电压为V_in的主路输入电流，接收现场总线(例如，控制器局域网(Controller Area Network，简称为CAN)总线)上传递的均流信号(CAN信号1、CAN信号2、......、CAN信号N)，根据该均流信号输出相同的电流，向外部设备提供稳压电压V_out(电源模块1至N输出的V_out1、V_out2、......、V_outN、V_out均相等)。 

目前，常用的均流方法是模拟量控制的方法，即，采用通过并联均流母线将均流信号发送给各并联的电源装置，但是，该方法存在如下问题： 

(1)模拟控制系统需要较多的分立元件，而这些元件很容易受环境的影响，从而需要较高的维护费用，并且，设计好的模拟控制系统移植性很差，不能适应不同场合失真的优化； 

(2)上述模拟量控制的方法不适用于数字均流技术。如果在数字均流技术中采用上述模拟量控制的方法，不仅需要增加一组均流采样电路、这样会浪费控制器资源，而且不能摆脱硬件电路固有的风险，即，如果任何一个均流信号线受干扰或者出现电气连接问题都将会导致整个供电系统出现问题，从而增加了系统中单点故障的风险。 

针对模拟控制方法存在的问题，在数字均流技术中，可以以硬件的方式通过设置均流装置来实现并联均流，但是，由于引入了均流装置，将会导致设备成本的增加，并且，当均流装置出现故障时，将使整个供电系统都无法正常工作，存在较高的运行风险。另外，在数字均流技术中，还可以在各个并联的电源装置中分别计算均流值来实现均流，但是，这种方式的均流处理效率较低、并且处理的稳定性较差。 

可以看出，针对分布式供电系统中并联均流处理存在的稳定性差、效率低、成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。 

发明内容

考虑到相关技术中分布式供电系统中并联均流处理存在的稳定性差、效率低、成本高的问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种并联均流方法和电源装置，以解决相关技术中的上述问题。 

根据本发明的一个方面，提供了一种并联均流的实现方法。该方法应用于包括多个并联连接的电源装置的分布式供电系统中。 

根据本发明的并联均流的实现方法包括：预先确定多个电源装置中的一个电源装置为主机；多个电源装置中被预先确定为主机的电源装置对其输出电流进行采样操作获得主机输出电流信号，并接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号；主机根据主机输出电流信号和来自从机的输出电流信号进行均流处理获得目标输出电流，并将目标输出电流通知给从机。 

优选地，上述主机获得目标输出电流包括：主机获得所有从机的输出电流信号的均值；主机将所有从机的输出电流信号的均值与主机输出电流信号的均值作为所述目标输出电流。 

优选地，上述主机获得目标输出电流包括：主机接收一个从机的输出电流信号，并将该输出电流信号和主机输出电流信号的均值作为当前中间值；主机依次获得其它所有从机的电流信号，其中，对于每次获得的一个从机的输出电流信号，主机将该输出电流信号和当前中间值的均值作为新的当前中间值，直至获得了所有从机的输出电流信号，并将对应于最后一个从机的当前中间值作为目标输出电流。 

优选地，上述主机将目标输出电流通知给从机包括：主机通过现场总线的广播命令将均流调节信号发送给各从机，其中，该均流调节信号中携带有目标输出电流。 

进一步地，上述方法还包括：主机将目标输出电流与主机输出电流信号进行比较；确定目标输出电流与主机输出电流信号之间的误差值作为均流调节信号；根据均流调节信号调整数字控制环路，获得主机的输出电流。 

进一步地，在主机将目标输出电流通知给从机之后，该方法还包括：从机接收到来自主机的目标输出电流，从机将目标输出电流与各自的输出电流信号进行比较；确定目标输出电流与各自的输出电流信号之间的误差值作为均流调节信号；根据均流调节信号调整数字控制环路，获得各自的输出电流。 

优选地，上述主机为多个电源装置中竞争总线被占用的电源装置。 

优选地，上述多个电源装置根据其竞争总线上电平信号判断该竞争总线是否被占用。 

优选地，上述主机为多个电源装置中优先级信息最高的电源装置。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种电源装置。 

根据本发明的电源装置包括：接收模块、采样模块、均流处理模块和通知模块。接收模块，用于在其所在的电源装置为主机的情况下接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号；采样模块，用于在其所在的电源装置为主机的情况下对输出电流进行采样操作获得采样电流信号；均流处理模块，用于在其所在的电源装置为主机的情况下根据接收模块接收到的各从机的输出电流信号和采样模块获得的输出电流信号进行均流处理，得到目标输出电流；通知模块，用于将均流处理模块得到的目标输出电流通知给各从机。 

进一步地，该装置还包括：判断模块，用于根据预定规则判断其所在的电源装置是否为主机。 

借助本发明的上述技术方案，通过使成为主机的电源装置根据作为从机的各电源装置的输出电流信号和该主机本身的输出电流信号确定用于均流调节的目标输出电流，并将该目标输出电流发送给各从机，从而使得各电源装置能够根据该目标输出电流确定各自的输出电流，从而能够稳定、高效、低成本地实现并联均流。 

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是根据相关技术的采用分布式供电技术的开关电源并联均流的示意图； 

图2是根据本发明方法实施例的并联均流的实现方法的流程图； 

图3是根据本发明方法实施例的电源装置成为主机的处理流程图； 

图4是根据本发明装置实施例的电源装置的结构框图； 

图5是根据本发明优选实施例的电源装置的结构框图； 

图6是根据本发明优选实施例的电源装置的具体实现的结构框图。 

具体实施方式

功能概述 

针对相关技术中，分布式供电系统中并联均流处理存在的稳定性差、效率低、成本高的问题，本发明实施例提供了一种改进的并联均流的实现方案，在本发明实施例中，首先，并联的多个电源装置按照预定规则成为主从模式，即，多个电源装置中的一个电源装置成为主机、其余电源装置成为从机，然后，主机接收各从机的输出电流信号，并根据各从机的输出电流信号和主机的输出电流信号 进行均流处理、得到目标输出电流，最后，主机将该目标输出电流发送给各从机，作为主机和从机的各电源装置均根据该目标输出电流和各自采样得到的输出电流确定输出电流。 

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。 

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。 

方法实施例 

根据本发明实施例，提供了一种并联均流的实现方法，该方法可以应用于包括多个并联连接的电源装置的分布式供电系统中。 

图2示出了根据本发明方法实施例的并联均流的实现方法的流程，如图2所示，根据本发明方法实施例的并联均流的实现方法包括(步骤S202至步骤S204)： 

步骤S202，多个电源装置中被预先确定为主机的电源装置对其输出电流进行采样操作获得主机输出电流信号，并接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号； 

步骤S204，主机根据主机输出电流信号和来自从机的输出电流信号进行均流处理获得目标输出电流，并将目标输出电流通知给从机。 

下面以开关电源系统为例，详细说明上述处理的过程。 

在执行步骤S202之前，开关电源系统中并联的多个电源装置中的一个电源装置判断当前多个电源装置中是否有一个电源装置为主机，当不存在主机时，该电源装置可以根据预定规则确定其本身是否能够成为主机。 

具体地，预定规则可包括以下两种方式： 

方式一，电源装置通过竞争总线上电平信号来判断该竞争总线是否被占用，如果未被占用，该电源装置成为主机，例如，如果竞争总线上电平为高电平，则指示竞争总线已被占用，此时该电源装置不能成为主机，如果竞争总线上电平为低电平，则指示竞争总线未被占用，此时该电源装置可以成为主机。通过该方式，电源装置能够简便、有效地判断当前多个电源装置是否已经成为主从模式。 

图3示出了预定规则方式一的处理过程，如图3所示，该处理过程包括以下步骤： 

步骤301，多个电源装置中的一个电源装置判断本机是否为主机，如果判断为是主机，处理进行到步骤306，否则，处理进行到步骤302； 

步骤302，判断竞争总线是否被占用，如果已经被占用，处理进行到步骤305，如果未被占用，处理进行到步骤303； 

步骤303，该电源装置将本机设置为主机； 

步骤304，该电源装置占据竞争总线，至此，处理结束。 

步骤305，该电源装置放弃竞争总线，将本机设置为从机，至此，处理结束。 

步骤306，该电源装置为主机，占据竞争总线，至此，处理结束。 

方式二，电源装置通过现场总线上传递的其他电源装置的优先级信息来判断当前是否已经存在主机，具体地，如果该电源装置的优先级信息为最高，则该电源装置可以成为主机，否则，该电源装置将成为从机。相比于方式一，方式二需要接收其它电源装置的优先级信息来进行判断。 

通过上述方式一或方式二，并联的多个电源装置中的一个电源装置成为主机，其余电源装置成为从机，从而使得多个电源装置形成主从模式的相互关系。 

(一)步骤S202 

成为主机的电源装置通过现场总线自动接收各从机(即，其他电源装置)的输出电流信号，该输出电流由各从机进行采样获得。并且，主机也通过采样操作获得主机的输出电流信号。 

(二)步骤S204 

主机根据各从机的输出电流信号和主机的输出电流信号进行均流处理获得目标输出电流，具体地，均流处理可以包括以下两种方式： 

方式1，主机获得所有从机的输出电流信号的均值；主机将所有从机的输出电流信号的均值与主机输出电流信号的均值作为目标输出电流。 

方式2，主机接收一个从机的输出电流信号，并将该输出电流信号和主机输出电流信号的均值作为当前中间值；主机依次获得其它所有从机的电流信号，其中，对于每次获得的一个从机的输出电流信号，主机将该输出电流信号和当前中间值的均值作为新的当前中间值，直至获得了所有从机的输出电流信号，并将对应于最后一个从机的当前中间值作为目标输出电流。 

然后，主机将获得的目标输出电流发送给各从机，具体地，主机可以通过将目标输出电流携带在均流调节信号中、并通过现场总线的广播命令将均流调节信号发送给各从机。 

主机执行完上述步骤S202至步骤S204后，从机接收到主机发送的目标输出电流，根据该目标输出电流和各自采样获得的输出电流确定输出电流，并且，主机也可以根据该目标输出电流和采样获得的主机输出电流确定输出电流，从而达到均流的目的。具体地，主机或从机可以将目标输出电流和各自采样获得的输出电流的差值作为各自最终的输出电流。 

借助本实施例提供的方法，通过成为主机的电源装置根据各从机的输出电流信号和主机自身的输出电流信号确定用于均流调节的目标输出电流，并将该目标输出电流发送给各从机，从而使得各电源装置能够根据该目标输出电流确定输出电流，从而能够稳定、高效、低成本地实现并联均流。 

基于以上的描述，下面将详细描述本发明实施例提供的并联均流的实现方法的具体实施的过程。 

步骤1，多个并联的电源装置中，一个电源装置通过竞争总线上电平的高低判断竞争总线是否已经被占据，如果竞争总线已经被 占用，则该电源装置退出竞争并默认本机为从机，否则该电源装置成为主机； 

步骤2，主机通过CAN总线接收所有从机发送的输出电流信息，该输出电流信息由从机采样获得； 

步骤3，主机将接收到的所有从机的输出电流信号与自身采样到的输出电流进行均流处理(具体地，可以采用上述均流处理的方式一和方式二)，得到一个目标输出电流(或称为均流目标值)；步骤2至步骤3对应于上述步骤S202至步骤S204； 

步骤4，主机通过CAN总线的广播命令将该目标输出电流实时地发送给所有从机，从机将获得的目标输出电流后作为本机的均流目标值；步骤4对应于上述步骤S206； 

步骤5，主机和从机均将本机采样到的输出电流信号与目标输出电流进行比较，二者之间的误差值(即，差值)作为各电源装置中控制电路的均流调节信号； 

步骤6，在各电源装置中，根据均流调节信号调整数字控制环路、获得各电源装置的输出电流，从而实现整个系统各个电源装置间的电流均流分配。 

通过上述步骤1至步骤6，成为主机的电源装置能够根据本装置采样得到的输出电流、和系统中其他电源装置的采样得到的输出电流确定目标输出电流，各电源装置将该目标输出电流作为均流调节信号来确定输出电流，从而能够实现各电源装置间的电流均流分配。 

装置实施例 

根据本发明实施例，还提供了一种电源装置，优选地，该电源装置可以用来实施上述方法实施例提供的并联均流的实现方法。 

图4示出了根据本发明装置实施例的电源装置的结构，如图4所示，该电源装置包括：接收模块1、采样模块3、均流处理模块5、通知模块7。下面详细说明上述模块的功能。 

接收模块1，用于在其所在的电源装置为主机的情况下接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号； 

采样模块3，用于在其所在的电源装置为主机的情况下对输出电流进行采样获得采样电流信号；优选地，接收模块1和采样模块3可以用来实施上述步骤S202的处理； 

均流处理模块5，连接至接收模块1和采样模块3，用于在其所在的电源装置为主机的情况下根据接收模块1接收到的各从机的输出电流信号和采样模块3获得的输出电流信号进行均流处理，得到目标输出电流；优选地，均流处理模块5可以用来实施上述步骤S204的处理； 

通知模块7，连接至均流处理模块5，用于在其所在的电源装置为主机的情况下将均流处理模块得到的目标输出电流通知给各从机。优选地，通知模块7可以用来实施上述步骤S206的处理。 

上述模块具体工作过程中，在其所在的电源装置为主机的情况下，首先由接收模块1接收作为从机的各电源装置发送的输出电流信号，由采样模块3进行采样操作、获得主机的输出电流信号；然后，均流处理模块5根据各从机的输出电流信号和主机的输出电流信号进行均流处理、获得目标输出电流；最后，由通知模块7将该目标输出电流通知给各从机。 

借助本实施例提供的装置，通过设置接收模块1、采样模块3、均流处理模块5、通知模块7，能够根据各从机的输出电流信号和主机的输出电流信号确定用于均流调节的目标输出电流，并将该目标输出电流发送给各从机，从而使得各电源模块根据该目标输出电流确定输出电流，从而实现并联均流的目的。 

基于以上的描述，图5示出了根据本发明优选实施例的电源装置的结构，如图5所示，在图4所示的电源装置的结构的基础上，该电源装置还可以包括判决模块9。 

判决模块9，连接至接收模块1，用于根据预定规则判断其所在的电源装置是否为主机，并触发接收模块1接收各从机的输出电流信号。具体地，此处的预定规则可以是方法实施例中所描述的预定规则(即，方式一和方式二)，这里不再赘述。 

通过图5所示的电源装置，能够使电源装置根据预定规则成为主机，并进行均流处理，从而能够实现并联均流。 

此外，在具体实施的过程中，可以采用如图6所示的结构实现图4或图5的电源装置。 

如图6所示，电源装置可以包括判决器61、接收器63、采样器65、均流调节器M1、控制调节器M2、发射器67。 

判决器61用于根据预定规则判断电源装置是否为主机，在判断电源装置为主机的情况下：接收器63用于接收N个从机发送的从机输出电流信号(I_curr1、I_curr2、......、I_currN)，采样器65用于对本电源装置的输出电流进行采样得到主机输出电流信号，均流调节器M1连接至接收器63和采样器65，用于根据I_curr1至I_currN的从机和I_curr获得目标输出电流I_avr，发射器67用于将I_avr发送到现场总线 上、通过现场总线将I_avr通知给各从机，控制调节器M2用于根据I_avr和I_curr确定本电源装置上的输出电流I_e，从而提供稳压电压V_d。 

相比与现有技术，图6所示的电源装置能够减少硬件电路的差异性对均流效果带来的影响，可以实现无限制数目的电源装置的并联，并且在不考虑采样误差的情况下，均流效果可以达到无差均流，同时整个均流处理过程无须用户干预，系统工作不会受单机故障的影响，可靠性更高。 

综上所述，借助于本发明的技术方案，根据各从机的输出电流信号和主机的输出电流信号确定用于均流调节的目标输出电流，并将该目标输出电流发送给各从机，从而使得作为从机的各电源模块根据该目标输出电流确定输出电流，能够在不额外增加器件和维护成本的情况下，通过一个电源装置的均流处理达到并联均流的目的，解决了相关技术中均流处理成本高、风险高、稳定性差的问题。 

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种并联均流的实现方法，应用于包括多个并联连接的电源装置的分布式供电系统中，其特征在于，所述方法包括：

预先确定所述多个电源装置中的一个电源装置为主机；

所述多个电源装置中被预先确定为主机的电源装置对其输出电流进行采样操作获得主机输出电流信号，并接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号；

所述主机根据所述主机输出电流信号和来自所述从机的输出电流信号进行均流处理获得目标输出电流，并将所述目标输出电流通知给所述从机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主机获得所述目标输出电流包括：

所述主机获得所有从机的输出电流信号的均值；

所述主机将所有从机的输出电流信号的均值与所述主机输出电流信号的均值作为所述目标输出电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主机获得所述目标输出电流包括：

所述主机接收一个从机的输出电流信号，并将该输出电流信号和所述主机输出电流信号的均值作为当前中间值；

所述主机依次获得其它所有从机的电流信号，其中，对于每次获得的一个从机的输出电流信号，所述主机将该输出电流信号和所述当前中间值的均值作为新的当前中间值，直至获得了所有从机的输出电流信号，并将对应于最后一个从机的当前中间值作为所述目标输出电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主机将目标输出电流通知给所述从机包括：

所述主机通过现场总线的广播命令将均流调节信号发送给各从机，其中，所述均流调节信号中携带有所述目标输出电流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述主机将所述目标输出电流与所述主机输出电流信号进行比较；

确定所述目标输出电流与所述主机输出电流信号之间的误差值作为均流调节信号；

根据所述均流调节信号调整数字控制环路，获得所述主机的输出电流。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述主机将所述目标输出电流通知给所述从机之后，所述方法还包括：

所述从机接收到来自所述主机的所述目标输出电流；

所述从机将所述目标输出电流与各自的所述输出电流信号进行比较；

确定所述目标输出电流与各自的所述输出电流信号之间的误差值作为均流调节信号；

根据所述均流调节信号调整数字控制环路，获得各自的输出电流。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述主机为所述多个电源装置中竞争总线被占用的电源装置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多个电源装置根据其竞争总线上电平信号判断该竞争总线是否被占用。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述主机为所述多个电源装置中优先级信息最高的电源装置。

10.一种电源装置，其特征在于，包括：

判决模块，用于根据预定规则判断其所在的电源装置是否为主机；

接收模块，用于在其所在的电源装置为主机的情况下接收来自作为从机的其它电源装置的输出电流信号；

采样模块，用于在其所在的电源装置为主机的情况下对输出电流进行采样操作获得采样电流信号；

均流处理模块，用于在其所在的电源装置为主机的情况下根据所述接收模块接收到的各从机的输出电流信号和所述采样模块获得的所述输出电流信号进行均流处理，得到目标输出电流；

通知模块，用于将所述均流处理模块得到的所述目标输出电流通知给各从机。

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