CN102035390A - 多路移相并联dc-dc变换装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种多路移相并联DC-DC变换装置，包括主控MCU和二个或二个以上的驱动和变换都是相对独立的DC-DC变换电路，二个或二个以上的DC-DC变换电路的输入和输出都是并联，主控MCU分别与每一个DC-DC变换电路电连接，二个或二个以上的DC-DC变换电路共用一个输入DC电压检测电路并将检测信号传递给主控MCU，二个或二个以上的DC-DC变换电路共用一个输出DC电压检测电路并将检测信号传递给主控MCU。二个或二个以上的DC-DC变换电路的电路结构和/或电路参数相同。二个或二个以上的DC-DC变换电路的电路结构和/或电路参数不相同。本发明具有操作灵活、转换效率及EMC效果好、适用范围广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种DC-DC变换装置，特别是一种多路移相并联DC-DC变换装置及其控制方法。
背景技术
现有的DC-DC变换装置大都是使用单路控制技术，在低功率与满功率的转换效率差异很大，低功率时的转换效率只有最大转换效率值的70％左右，甚至更低。这种状况令用户不太满意。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活、在低功率和高功率范围内工作时都具有较高的转换效率及EMC效果好、适用范围广的多路移相并联DC-DC变换装置及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种多路移相并联DC-DC变换装置，包括主控MCU和二个或二个以上的驱动和变换都是相对独立的DC-DC变换电路，其结构特征是二个或二个以上的DC-DC变换电路的输入和输出都是并联，主控MCU分别与每一个DC-DC变换电路电连接，二个或二个以上的DC-DC变换电路共用一个输入DC电压检测电路并将检测信号传递给主控MCU，二个或二个以上的DC-DC变换电路共用一个输出DC电压检测电路并将检测信号传递给主控MCU。
所述二个或二个以上的DC-DC变换电路的电路结构和/或电路参数相同。
所述二个或二个以上的DC-DC变换电路的电路结构和/或电路参数不相同。
所述DC-DC变换电路的数量N为二个或二个以上。
所述DC-DC变换电路的数量N最佳数量为2～4。
一种多路移相并联DC-DC变换装置的控制方法，其特征是主控MCU输送给每一个DC-DC变换电路的控制信号的频率与占空比都保持一致。
所述频率可以根据需要在不同的控制周期内围绕中心频率Fo进行微小变化，该微小变化值≤Fo*X％，X为≤10的正常数，以2左右的数值为最佳值。
所述主控MCU输送给各DC-DC变换电路的控制信号之间存在固定的相移，相移量为2π/N。
所述主控MCU根据需要关闭或开启其中的一个或一个以上的DC-DC变换电路。
本发明中的每一个DC-DC变换电路的控制信号都来自于主控MCU，且对于处于工作状态中的每一个DC-DC变换电路的控制信号的频率与占空比都保持一致，但各控制信号之间存在固定移相，各驱动信号相位依次存在2π/N固定相移，为降低EMC的干扰功率谱水平，前述的频率允许存在适当的偏移量；根据控制的需要可以关闭或开启其中的一个或以上的DC-DC变换电路，即：在输出功率较大时全部开启，在输出功率下降后关闭一路DC-DC变换电路的输出，若输出功率再下降，则再关闭一路DC-DC变换电路的输出，直至只剩最后一个DC-DC变换电路工作，关闭DC-DC变换电路工作可以消除此路变换产生的功率损耗，达到降低整个变换装置的变换损耗，提高转换效率的目的。
本发明为降低EMC的干扰，降低其干扰信号的功率谱水平，主控MCU输送给每一个DC-DC变换电路的控制信号的频率可以根据需要在不同的控制周期内围绕中心频率Fo进行微小变化，该微小变化值的跳变越频繁和随机性越强，则EMC的效果越好，但要兼顾MCU软件算法编程的方便性与可实现性。
本发明为降低输出的滤波电解电容数值及纹波电压水平，主控MCU输送给每一个DC-DC变换电路的控制信号之间存在固定的相移，相移量为2π/N，N越大，效果越好，实际N的数值可以根据MCU的控制能力与变换装置的要求而定，一般在2～4路，最多可以达到8路以上。
本发明为提高在低功率时的转换效率，根据负载的需要关闭二个以上的DC-DC变换电路中的一个或一个以上，则在低功率时的转换效率也将保持高效。
本发明具有结构简单合理、操作灵活、在低功率和高功率范围内工作时都具有较高的转换效率及EMC效果好、适用范围广的特点。
附图说明
图1为本发明的原理框图
图2为本发明的第一应用实施例。
图3为本发明的第二应用实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
第一实施例
参见图1-图2，本多路移相并联DC-DC变换装置，包括主控MCU、电流检测电路I1及输入电压检测电路V2、输出电压检测电路V3。电流检测电路I1及输入电压检测电路V2、输出电压检测电路V3的输出全部连接到主控MCU，向主控MCU提供输入电源的输入电压与电流信息以及输出电压信息。
本实施例包括两个电路结构、电路参数完全相同的DC-DC变换电路：即第一个DC-DC变换电路和第二个DC-DC变换电路，该两个DC-DC变换电路的输入与输出都是并联的，主控MCU分别与每一个DC-DC变换电路电连接。
两个DC-DC变换电路分别通过驱动电路A2和驱动电路B2连接到主控MCU，驱动电路A2及其后级变换电路以及驱动电路B2及其后级变换电路是相互独立的。该两个DC-DC变换电路共用一个输入DC电压检测电路，该输入DC电压检测电路的输出检测信号传递给主控MCU，该两个DC-DC变换电路共用一个输出DC电压检测电路，该输出DC电压检测电路的输出检测信号传递给主控MCU。
两个DC-DC变换电路的控制信号都来自主控MCU，主控MCU控制每一个DC-DC变换电路的控制信号，控制信号与每一个DC-DC变换电路的控制信号输入端一一对应，输送给每一个DC-DC变换电路的控制信号的频率与占空比都在主控MCU的控制下保持一致。
为降低EMC的干扰，降低其干扰信号的功率谱水平，主控MCU输送给各DC-DC变换电路的控制信号的频率可以根据需要在不同的控制周期内围绕中心频率Fo进行微小变化，比如在第一个周期内的中心频率是Fo，在下一个周期内的频率是Fo+ΔF1，在后面的几个周期内又变为Fo-ΔF2，其中的ΔF1和ΔF2都属于微小变化值，微小变化值≤Fo*10％，当微小变化值在Fo*2％左右时，能取得较佳的效果。微小变化值的跳变越频繁和随机性越强，则EMC的效果越好，但要兼顾MCU软件算法编程的方便性与可实现性。
为降低输出的滤波电解电容数值及纹波电压水平，主控MCU输送给各DC-DC变换装置的控制信号之间存在固定的相移，相移量为2π/N。在本实施例中，N＝2，相移量为π。实际使用中，DC-DC变换电路的数量N还可以根据需要而增加，数量N越大，效果越好，实际N的数值可以根据MCU的控制能力与变换装置的要求而定，一般在2～4路，最多可以达到8路以上。
为提高在低功率时的转换效率，根据负载的变化情况，负载较轻时关闭该两个DC-DC变换电路的一路，以降低两个DC-DC变换电路都打开时产生的变换损耗，当功率需求增大时又恢复两个DC-DC变换电路同时工作。
例如，整个多路移相并联DC-DC变换装置的最大输出功率是1000W，使用四个DC-DC变换电路并联，每一个DC-DC变换电路的输出功率最大为250W，当负载为900W时需要全部开通，当负载为700W时，可以开通三个而关闭一个，则关闭的这一个的转换损耗降为零，整个多路移相并联DC-DC变换装置的效率将提升，以此类推，当功率需求仅为200W时，则仅开通其中任一个DC-DC变换电路即可满足需求，其余的另外三个的转换损耗全部变为零，则在低功率时的转换效率也将保持很高。
本实施例可以用于太阳能电池发电。
当然，本实施例中的DC-DC变换电路的电路结构、电路参数也可以不相同，如将第一个DC-DC变换电路和第二个DC-DC变换电路的输出功率设定为1∶2或者其它比例，在实际使用时由MCU直接控制并驱动第一个DC-DC变换电路和第二个DC-DC变换电路，当需要第一路开通时就仅给第一个DC-DC变换电路驱动PWM信号，第二个DC-DC变换电路无PWM信号，或者仅给第二个DC-DC变换电路驱动PWM信号，第一个DC-DC变换电路无PWM信号，或者给两个DC-DC变换电路都施加驱动PWM信号，实现仅开第一个DC-DC变换电路、仅开第二个DC-DC变换电路或两个DC-DC变换电路都开的功能。对于更多路数的DC-DC变换电路，则可以按照前述方法类似操作，不再赘述。这种技术替换也可以取得和上述的技术方案基本相同的效果。
第二实施例
参见图1和图3，本实施例中的两个DC-DC变换电路与第一实施例中的电路结构不相同，但是，该两个DC-DC变换电路的电路结构相同。本实施例也能获得同第一实施例基本相同的技术效果。
其余未述部分见第一实施例，不再重复。
Claims (8)
1.一种多路移相并联DC-DC变换装置，包括主控MCU和二个或二个以上的驱动和变换都是相对独立的DC-DC变换电路，其特征是二个或二个以上的DC-DC变换电路的输入和输出都是并联，主控MCU分别与每一个DC-DC变换电路电连接，二个或二个以上的DC-DC变换电路共用一个输入DC电压检测电路并将检测信号传递给主控MCU，二个或二个以上的DC-DC变换电路共用一个输出DC电压检测电路并将检测信号传递给主控MCU。
2.根据权利要求1所述的多路移相并联DC-DC变换装置，其特征是所述二个或二个以上的DC-DC变换电路的电路结构和/或电路参数相同。
3.根据权利要求1所述的多路移相并联DC-DC变换装置，其特征是所述二个或二个以上的DC-DC变换电路的电路结构和/或电路参数不相同。
4.根据权利要求1至3任一所述的多路移相并联DC-DC变换装置，其特征是所述DC-DC变换电路的数量N为二个或二个以上。
5.一种根据权利要求1所述的多路移相并联DC-DC变换装置的控制方法，其特征是主控MCU输送给每一个DC-DC变换电路的控制信号的频率与占空比都保持一致。
6.根据权利要求5所述的多路移相并联DC-DC变换装置的控制方法，其特征是所述频率可以根据需要在不同的控制周期内围绕中心频率Fo进行微小变化，该微小变化值≤Fo*X％，X为≤10的正常数。
7.根据权利要求6所述的多路移相并联DC-DC变换装置的控制方法，其特征是所述主控MCU输送给各DC-DC变换电路的控制信号之间存在固定的相移，相移量为2π/N。
8.根据权利要求7所述的多路移相并联DC-DC变换装置的控制方法，其特征是所述主控MCU根据需要关闭或开启其中的一个或一个以上的DC-DC变换电路。
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