CN102156500B - 并联直流电流源稳流调节方式 - Google Patents

并联直流电流源稳流调节方式 Download PDF

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Abstract

一种电流源稳流调节方式，在多模块并联电流源系统中，采用检测总输出电流取得反馈信号，通过控制任一指定的主控单元，可调节总输出电流，达到高精度稳流目的，由至少二个直流电流源并联单元组成，各并联单元均由三相不控整流模块、高频逆变模块、高频变压器和倍流整流模块依次电连接，其电流输出均为0～2500A连续可调，选择其中任一并联单元为主机，未被指定为主机的各并联单元按人工预设的给定值独立工作，被指定主机接收来自高精度电流检测装置输出的反馈信号，再与系统电流给定值相比较，动态高精度调整主机的输出电流，使得整个系统总电流输出稳定在指定的电流范围。

Description

并联直流电流源稳流调节方式
技术领域
本发明涉及一种并联直流电流源稳流调节方式，属电力行业变流与控制技术领域。
背景技术
稳流电源是开关电源的一种，对于单台输出电流在2500A以下的单模块开关电源，其可靠性、稳定度、纹波系数、电源效率等指标已达到了较先进技术水平，当负荷电流超过2500A时，受开关电源整流元件模块制造容量局限等原因，单台开关电源已不能满足要求，需要多个电源模块并联供电，实现高稳定度稳流输出及稳定可靠的冗余，有利于系统稳定性提高。
并联型电流源系统，已有的公知技术及公开专利主要为并联回路中各模块的匀流技术，比如民主母线均流恒流法、下垂法、自动均流法和最大电流法及外部控制器法等，还有目前使用较多的主从控制法。对于单个模块输出电流最大值达2500A稳流电源，其精度可达到千分位，输出值可从0～2500A连续可调，中国实用新型专利《一种基于低功耗MCU的数字程控大功率恒流源装置》（申请号：200920108069.0 申请日：2009-05-22）即是将实际输出的电流经精密电阻采样反馈，实现闭环控制，控制算法为单神经元PID算法，可达到2安培千分位精度的直流电流输出；实用新型专利《一种大功率开关电源》（申请号：200920235888.1 申请日：2009-10-10）公开的是采用MOS管同步整流，MOS管多组交错并联实现整流，开关电源的效率由85%提高到了93%；中国发明专利《一种快速响应的恒流源并联系统及其实现方法》（申请号：201010199320.6 申请日： 2010.06.12）公开的并联恒流源系统，每个模块电流给定信号均需要根据测定总输出值并与给定值比较后即时动态控制。然而，当多个电源模块并联运行时，一种综合了输出电流稳定可靠、精度高、接线方式简捷、控制方法简单实用、制造成本相对较低等优点，特别是系统中只需动态控制一个并联模块即可达到控制电流源稳流调节效果，在现有专利中，末检索到该方面发明或新型内容。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种电流源稳流调节方式，在多模块并联电流源系统中，当各并联单元硬件构成相同情况下，采用检测总输出电流取得反馈信号，通过控制任一指定的主控单元，可调节总输出电流，达到高精度稳流目的。各并联单元均由三相不控整流模块、高频逆变模块、高频变压器和倍流整流模块依次电连接组成，其电流输出均为0～2500A连续可调，本方式综合了输出电流稳定可靠、精度高、接线方式简捷、控制方法简单实用、制造成本相对较低等优点。
本发明的技术方案是：并联直流电流源稳流调节方式，是利用内环和外环同时电流控制以实现整个并联系统总输出电流稳定在指定电流范围内方式；所述内环由至少二个直流电流源并联单元组成，各并联单元均由内环PI调节器、三相不控整流模块、高频逆变模块、高频变压器和倍流整流模块依次电连接，各并联单元电流输出均为0～2500A连续可调，所述外环包括外环PI调节器和可检测整个并联系统总输出电流的高精度电流检测信号反馈装置，选择其中任一并联单元为主机；其特征在于：工作中将未被指定为主机的各并联单元按人工预设的给定值由内环PI调节器控制相应的功率开关管工作，被指定主机接收外环PI调节器输出信号，高精度电流检测信号反馈装置输出的反馈信号与系统电流给定值相比较后输出至外环PI调节器，动态高精度调整主机的输出电流，使得整个系统总电流输出稳定在指定的电流范围。
本发明的工作原理是：利用内环和外环同时电流控制，实现整个系统总电流输出稳定在指定的电流范围，内环电流控制用于控制该单元电源模块的功率开关管，实现每个电源模块正常工作；外环电流控制用于调节整个并联系统总的电流输出，外环电流控制根据经高精度电流检测得到的负载电流反馈信号与用户设定的额定电流信号相比之差，经过外环PI调节器得到主机的内环电流给定值，从而动态的调整主机的电流输出，补偿其余几个并联模块不满足用户要求电流的部分，控制整个并联系统总的输出电流稳定度在1‰以内。选择系统中的任一台并联单元为主机时，外环电流控制才得以工作，否则其外环电流控制被屏蔽，也就是说，由二个以上并联单元构成的直流电流源系统中，在任一时段，只能有一个单元电源模块的外环电流控制工作。
本发明的有益效果是：
（1）灵活性高：本发明采用模块化设计，实现了直流电流源模块的独立运行和并联运行，每个电源模块输出电流均在0～2500A连续可调，可通过灵活配置达到用户任意额定电流输出的要求；
（2）电流调节精度高：电流稳定度小于1‰，纹波系数小于1‰。
（3）可在本系统中采用同步整流技术与软开关技术，降低了开关损耗；
（4）可在本系统中运用磁集成技术，提高系统的功率密度，在减小模块体积同时增加了转化效率和滤波的效果；
（5）采用本调节电流方法，系统输出电流稳定可靠、精度高、接线方式简捷、控制方法简单实用、制造成本低。
附图说明
附图1为本发明实施例并联直流电流源稳流调节方式控制方案图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例进一步说明：
附图1为本发明实施例并联直流电流源稳流调节方式控制方案图，是一种利用内环和外环同时电流控制以实现整个并联系统总输出电流稳定在指定电流范围内方式；其中内环由至少二个（图中画出四个）结构相同的直流电流源并联单元组成，每个并联单元包括Gid(S)和内环PI调节器，Gid(S)由三相不控整流模块、高频逆变模块、高频变压器和倍流整流模块依次电连接组成（图中未画出），单个并联单元的输出电流为0～2500A连续可调。本实施例中选定第一个并联单元为主机；外环包括外环PI调节器和可检测整个并联系统总输出电流Iload的高精度电流检测信号反馈装置，外环PI调节器接收总输入电流设定值I*all、以及高精度电流检测信号反馈装置输出的反馈信号，外环PI调节器输出I*1，该I*1值即是主机的输入信号。I*2～ I*4是其余三个并联单元按人工预设的给定电流值，内环电流控制用于控制电源模块的功率开关管，实现每个电源模块正常工作。外环电流控制根据经高精度电流检测信号反馈装置得到的负载电流反馈信号与用户设定的额定电流I* all相比之差，作为外环PI调节器输入值，外环PI调节器的输出值I* 1即为主机的输入值，通过动态调整主机的电流输出，补偿其余几个并联模块不满足用户要求输出电流部分，控制整个并联系统总输出电流稳定度在1‰以内。选择系统中的任一台并联单元为主机时，其外环电流控制才得以工作，否则其外环电流控制被屏蔽，也就是说，由二个以上并联单元构成的直流电流源系统中，在任一时段，只能有一个单元电源模块的外环电流控制工作。
以四台直流电流源并联为例，选择其中任意一台为主机，编号为1，其余并联单元依次编号为2、3、4，除主机1外，并联系统中的其余并联单元电源模块外环电流控制被屏蔽。直流电流源2、3、4的内环电流给定值依次为I* 2、I* 3、I* 4，经过内环PI调节器后去控制相应的功率开关管，实现各台机器的正常工作。主机1负责调节整个直流电流源并联系统总的输出电流Iload稳定在额定范围内。
调节电流的方式描述如下：主机1的外环电流给定值I* all是四台并联单元电流给定值之和，主机1经过高精度电流检测信号反馈装置，将系统输出总电流Iload信号采样回来，与外环电流给定值I* all相比较，再经外理PI调节器后，生成主机1的内环电流给定值I* 1 ，通过内环PI调节器控制主机1的功率开关管，使主机正常工作，并补偿调节并联系统的总输出电流，达到总输出电流Iload的稳定度小于1‰。
依据本发明并联直流电流源稳流调节方式，多台并联后，其输入输出指标如下：
单台可达0～2500A，额定输入电压 三相：380V±15%/50Hz；
额定输入电流：50A；
额定容量：30kVA；
输出电流/电压：2500A/12V  电流值均可从0～额定值连续可调；
电流调节精度：步距5A、调角度<0.1%，稳定度<1‰。
需要指出的是，以上仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.并联直流电流源稳流调节方式，是利用内环和外环同时电流控制以实现整个并联系统总输出电流稳定在指定电流范围内方式；所述内环由至少二个直流电流源并联单元组成，各并联单元均由内环PI调节器、三相不控整流模块、高频逆变模块、高频变压器和倍流整流模块依次电连接，各并联单元电流输出均为0～2500A连续可调，所述外环包括外环PI调节器和可检测整个并联系统总输出电流的高精度电流检测信号反馈装置，选择其中任一并联单元为主机；其特征在于：工作中将未被指定为主机的各并联单元按人工预设的给定值由内环PI调节器控制相应的功率开关管工作，被指定主机接收外环PI调节器输出信号，高精度电流检测信号反馈装置输出的反馈信号与系统电流给定值相比较后输出至外环PI调节器，动态高精度调整主机的输出电流，使得整个系统总电流输出稳定在指定的电流范围。
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