CN102594196A - 一种开关脉冲电源的控制装置和控制方法 - Google Patents

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丁兆林
李凯
罗佳
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Abstract

本发明实施例提供一种开关脉冲电源的控制装置和方法，开关脉冲电源由多个开关脉冲电源单元并联而成，该控制装置包括：主控板，用于向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器同步输出占空比相同的脉冲控制信号，并设定电流给定值；为每个开关脉冲电源单元单独设置的PI调节器和电流采样装置，每个电流采样装置用于获取其对应的开关脉冲电源单元实际电流输出值，并反馈至该开关脉冲电源单元对应的PI调节器，PI调节器比较开关脉冲电源单元的实际电流输出值与主控板预先设定的电流标准值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于电流给定值。

Description

一种开关脉冲电源的控制装置和控制方法
技术领域
本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种开关脉冲电源的控制装置和方法。
背景技术
高频开关脉冲电源目前在电镀行业中得到了广泛的应用，但是都仅限于小功率电源。而在冶金行业板带连续电镀生产线上，要求电镀电源台数多，并且单台电源的功率应该足够大。
目前通常是采用可控硅整流电源达到上述要求，但是这种电源谐波大、效率低，电镀板面质量也不理想。采用大功率高频开关电源替代是一种理想方式。大功率高频开关电源又分为大功率高频开关直流电源和大功率高频开关脉冲电源。
大功率高频开关直流电源由于受单个功率器件及磁性材料的功率限制，只能通过多个功率单元并联来达到所需要的功率，但是由于元器件参数的离散性，必须采用均流技术，才能使各并联单元电流均衡，现有技术中已经提出了较为成熟的开关直流电源的均流技术。大功率开关脉冲电源与开关直流电源一样，也需要通过多个功率单元并联的方式来获得所需要的功率，但脉冲电源输出的是脉冲波，故不能采用多个直流功率单元成熟的均流技术，而且多个开关直流电源并联也不需要输出脉冲同步，因此在现有的开关直流电源的控制方法不能适用大功率开关脉冲电源。综上，现有技术中的大功率开关脉冲电源因为均流和同步的问题以并联的方式使用时电效率和电镀质量均不太理想。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种开关脉冲电源的控制装置和方法，能够控制多个开关脉冲电源单元实现同步和均流。
为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种开关脉冲电源的控制装置，所述开关脉冲电源由多个开关脉冲电源单元并联而成，该控制装置包括：
主控板，用于向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器同步输出占空比相同的脉冲控制信号，并设定电流给定值(给定值可以根据生产工艺要求随时变化的)；
为每个开关脉冲电源单元单独设置的PI调节器和电流采样装置，每个电流采样装置用于获取其对应的开关脉冲电源单元实际电流输出值，并反馈至该开关脉冲电源单元对应的PI调节器，所述PI调节器比较开关脉冲电源单元的实际电流输出值与主控板预先设定的电流给定值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于所述电流给定值。
本发明另一方面还提供一种开关脉冲电源的控制方法，所述开关脉冲电源由多个开关脉冲电源单元并联而成，该方法包括：
向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器输出占空比相同的脉冲控制信号，并设定电流给定值；
针对每个开关脉冲电源单元，获取该开关脉冲电源单元的实际电流输出值，比较该开关脉冲电源单元的实际输出值与所述预先设定的电流标准值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中的buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于所述电流给定值。
根据本发明实施例，可以控制多个开关脉冲电源单元实现同步和均流，因此可以最大限度地发挥每一个开关脉冲电源单元的能力，提高整个开关脉冲电源的供电效率，节能效果明显，以适应连续电镀生产线等领域的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实现开关脉冲电源的一种具体电路示意图；
图2是本发明实施例提供的开关脉冲电源的控制装置和其控制的开关脉冲电源的示意图；
图3是本发明实施例提供的开关脉冲电源的控制方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种开关脉冲电源的控制装置和控制方法，在介绍本发明的具体方案之前，首先简单介绍一下单个开关脉冲电源的结构。
单个开关脉冲电源电路包括依次相连的工控电源、工频三相全桥整流器、buck均流调节器、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)全桥逆变器、高频变压器和高频全波整流器组成。图1示出了实现上述开关脉冲电源的一种具体电路示意图，如图1所示，由三相二极管全桥(D1-D6)电路实现工频整流。Buck变换器由Q5实现降压调节。IGBT全桥逆变器由Q1-Q4组成。高频变压器为图1中的T1，实现变压隔离。全波高频整流器由肖特基二极管全波高频整流组成。图2中的电路的工作原理如下：工频整流的直流电压经过整流后(图1中U1为整流后的直流电压)，由buck均流调节器进行脉宽调制，调节后的电压经过电感电容滤波后得到U2。再经过全桥逆变器、高频变压器T1的变压以及高频全波整流器的整流，输出脉冲电流(或电压)。
图2示出了本发明实施例提供的开关脉冲电源的控制装置和其控制的开关脉冲电源的示意图，其中如图2所示，控制装置所控制的开关脉冲电源为并联的结构，并且每个并联的单元的结构与图1中的开关脉冲电源相同，也就是说每个并联的单元实际上也是单独的开关脉冲电源，为了方便，将本实施例中，每个并联的单元称为开关脉冲电源单元，而图2中多个开关脉冲电源单元并联而成的可以称为开关脉冲电源，在图2中，这些多个开关脉冲电源单元分别标记为P1～PN。
该控制装置包括主控板1、为每个开关脉冲电源单元单独设置的PI调节器和电流采集装置，例如在图3中，为第一个开关脉冲电源单元P1单独设置的PI调节器记为21，为该开关脉冲电源单元P1单独设置的电流采样装置记为31；以此类推，为第N个开关脉冲电源单元PN单独设置的PI调节器记为2N，为该开关脉冲电源单元PN单独设置的电流采样装置记为3N。
每个电流采样装置用于获取其对应的开关脉冲电源单元实际电流输出值，并反馈至该开关脉冲电源单元对应的PI调节器，而该PI调节器将获取到的开关脉冲电源单元的实际电流输出值与主控板预先设定的电流标准值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于电流标准值。在本发明实施例中，主控板1向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器同步输出占空比相同的脉冲控制信号，并预先设定上述电流标准值。
由于主控板1向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器输出脉冲控制信号的占空比相同，并且同步，因此各个并联的开关脉冲电源单元输出的电流波形脉宽必然相同，而且同步。
此外，主控板1还负责预先设定电流标准值，该电流标准值可以等于电流给定值I(给定值是根据生产工艺要求，由自动化控制系统计算的随时变化的给定电流值)除以开关脉冲电源单元的个数所得的商。
主控板1会将设定的电流给定值传送给每个PI调节器，每个PI调节器依据开关脉冲电源单元的实际电流输出值与主控板预先设定的电流标准值，控制开关脉冲电源单元中buck均流调节器的脉冲占空比，由于改变buck均流调节器的脉冲占空比会相应改变该buck均流调节器所在的开关脉冲电源单元实际电流输出值，因此每个PI调节器可以控制相应的开关脉冲电源单元的实际电流输出值与主控板预先设定的电流给定值趋于相同，各个开关脉冲电源单元达到稳定状态，进而实现均流控制。
本领域技术人员应该清楚，为实现上述实施例中描述的电流采样装置有很多种，例如如图2中所述的每个开关脉冲电源单元输出线路上放置的电流采样装置为霍尔元件，以进行电流采样。
由于本实施例中的开关脉冲电源的控制装置可以控制多个开关脉冲电源单元实现同步和均流，因此可以最大限度地发挥每一个开关脉冲电源单元的能力，提高整个开关脉冲电源的供电效率，节能效果明显，以适应连续电镀生产线等领域的要求。
此外，本发明另一实施例还提供一种开关脉冲电源的控制方法，这里的开关脉冲电源由多个开关脉冲电源单元并联而成，具体的结构与上述装置实施例中的描述相同，如图3所示，该方法包括：
步骤S301：向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器输出占空比相同的脉冲控制信号，并给定电流标准值；
步骤S302：针对每个开关脉冲电源单元，获取该开关脉冲电源单元的实际电流输出值，比较该开关脉冲电源单元的实际输出值与所述预先设定的电流给定值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中的buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于所述电流给定值。
同理，这里的主控板设定的电流给定值等于电流设定值除以开关脉冲电源单元的个数。
当电流采样装置采用霍尔元件时，上述获取开关脉冲电源单元的实际电流输出值的步骤可以包括：通过霍尔元件获取开关脉冲电源单元的实际电流输出值。
本实施例中的开关脉冲电源的控制方法可以控制多个开关脉冲电源单元实现同步和均流，因此可以最大限度地发挥每一个开关脉冲电源单元的能力，提高整个开关脉冲电源的供电效率，节能效果明显，以适应连续电镀生产线等领域的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种开关脉冲电源的控制装置，所述开关脉冲电源由多个开关脉冲电源单元并联而成，其特征在于，该控制装置包括：
主控板，用于向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器同步输出占空比相同的脉冲控制信号，并设定电流给定值；
为每个开关脉冲电源单元单独设置的PI调节器和电流采样装置，每个电流采样装置用于获取其对应的开关脉冲电源单元实际电流输出值，并反馈至该开关脉冲电源单元对应的PI调节器，所述PI调节器比较开关脉冲电源单元的实际电流输出值与主控板预先设定的电流给定值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于所述电流给定值。
2.根据权利要求1所述的开关脉冲电源的控制装置，其特征在于，所述主控板设定的电流给定值等于电流设定值除以开关脉冲电源单元的个数。
3.根据权利要求1或2所述的开关脉冲电源的控制装置，其特征在于，所述电流采样装置为霍尔元件。
4.一种开关脉冲电源的控制方法，所述开关脉冲电源由多个开关脉冲电源单元并联而成，其特征在于，该方法包括：
向每个开关脉冲电源单元的全桥变换器的驱动器输出占空比相同的脉冲控制信号，并设定电流给定值；
针对每个开关脉冲电源单元，获取该开关脉冲电源单元的实际电流输出值，比较该开关脉冲电源单元的实际输出值与所述预先设定的电流给定值，并根据比较结果控制开关脉冲电源单元中的buck均流调节器的脉冲占空比，直至从电流采样装置反馈的开关脉冲电源单元的实际电流输出值等于所述电流给定值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述主控板设定的电流给定值等于电流设定值除以开关脉冲电源单元的个数。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述获取开关脉冲电源单元的实际电流输出值包括：
通过霍尔元件获取开关脉冲电源单元的实际电流输出值。
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