CN102646978B - 一种简易直流电源均流并联系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种简易直流电源均流并联系统及其控制方法，直流电源均流并联系统包括监控系统和n个直流电源模块，n≥2；所述监控系统与所有直流电源模块连接。控制方法包括通过将每个直流电源模块的输出参数与设置的工作参数做相应的控制运算，使各直流电源模块按需输出并实现均流。本发明可直接应用于多台直流电源模块的并联系统中，其工艺简单、布线极少、利于检修、操作简单、控制可靠。

Description

一种简易直流电源均流并联系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及大功率直流电源的控制技术，具体涉及大功率多直流电源模块均流并联系统及其控制方法。

背景技术

目前，在许多行业各种大功率电源的需求日益增加，尤其是一些大功率直流电源的需求。但是，直流电源模块容量有限，常采用多模块并联运行，其输出能量是模块输出的数倍，提高了直流电源的功率等级，同时多模块并联工作使系统具有一定的冗余度，模块故障不会影响这个系统的正常工作，使整个系统的可靠性有了很大提高。多模块并联运行不仅使直流电源具有更大的功率和可靠性，而且还具有良好的通用性，可以根据需要灵活组合成各种功率的系统。不过目前多模块并联运行的大部分大功率直流电源都采用恒流硬并联工作模式，难以实现恒电压模式的要求，虽然有部分电源系统采用了监控系统为主的主从控制系统实现了恒电压模式，但是其线路及电路设计都很复杂，安装及检修都很困难。

发明内容

本发明为了解决现行大功率直流电源并联工作的问题，提出了一种简易直流电源均流并联系统及其控制方法。本发明可直接应用于现行的多模块并联的直流电源，其算法简单、布线极少、利于检修，监控系统采用一个简单的单片机或者DSP即可实现，操作简单，控制可靠。

本发明是通过下述方案予以实现的：

一种简易直流电源均流并联系统，包括监控系统和n个直流电源模块，n≥2；所述监控系统与每个直流电源模块连接；所述监控系统包括人机交互设备、MCU处理器电路、计数脉冲驱动电路、直流电源模块输出电流反馈电路、直流电源系统电压反馈电路和模块电流给定电路，用于根据每个直流电源模块的输出参数与人机交互设备设置的工作参数控制各直流电源模块的输出并实现均流；所述MCU处理器电路分别与人机交互设备、计数脉冲驱动电路、直流电源模块输出电流反馈电路、直流电源系统电压反馈电路、模块电流给定电路链接；所述人机交互设备由显示器和键盘组成，用于显示和设置工作参数；所述计数脉冲驱动电路对MCU处理器电路产生的脉冲进行隔离放大处理；所述模块电流给定电路获取MCU处理器电路的控制指令，通过模块电流给定线将各直流电源模块的工作电流发送给各直流电源模块。

所述直流电源模块具有电流给定接口、输出电流反馈接口、直流电源均流并联系统、主功率电路和控制电路；所述控制电路分别与电流给定接口、输出电流反馈接口、直流电源均流并联系统、主功率电路连接；所述输出电流反馈接口还与主功率电路连接；所述直流电源均流并联系统还与输出电流反馈接口连接；所述模块电流给定线将所有直流电源模块的电流给定接口与监控系统的模块电流给定电路连接在一起。

所述直流电源模块的电流给定接口通过模块电流给定线与监控系统的模块电流给定电路连接；直流电源模块的输出电流反馈接口通过模块电流反馈线与监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路连接；直流电源模块的直流电源均流并联系统通过计数脉冲线与监控系统的计数脉冲驱动电路连接；所述计数脉冲线用于将监控系统计数脉冲驱动电路发出的固定频率直流方波脉冲传输到每个直流电源模块的直流电源均流并联系统；所述模块电流反馈线用于将所有直流电源模块的输出电流反馈接口及监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路连接在一起。

所述直流电源模块的直流电源均流并联系统包括计数处理电路、计数脉冲宽度比较电路和输出电流反馈控制电路；所述计数处理电路分别与计数脉冲线、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路连接；所述计数处理电路对监控系统的计数脉冲驱动电路产生的脉冲进行向上计数，并分时控制输出电流反馈控制电路将自身直流电源模块的反馈电流连接到模块电流反馈线上；所述计数脉冲宽度比较电路还与计数脉冲线连接，对进位时的脉冲宽度进行比较；所述输出电流反馈控制电路还与输出电流反馈接口连接。

所述直流电源模块的控制电路分别与自身直流电源均流并联系统的计数处理电路、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路连接。所述监控系统和所有直流电源模块的地线连接在一起。

所述输出参数包括输出电流、输出电压、输出功率中的一种以上。

上述的简易直流电源均流并联系统的控制方法包括：所述简易直流电源均流并联系统包括n个直流电源模块，第i个直流电源模块用U_i表示，2≤i≤N，i通过直流电源模块的计数处理电路的初始预置电路设置，各直流电源模块对应的电压为V_i，各直流电源模块对应的电流为I_i；各直流电源模块的控制计算周期为T_u，监控系统的计数脉冲时钟周期为T_m，控制周期为T_x=nT_m，n为直流电源模块个数；

当直流电源均流并联系统工作于恒电流模式时，在人机交互设备上面设置直流电源均流并联系统的输出电流为I_G，监控系统的MCU处理器电路以T_x为周期输出脉冲序列，每个脉冲周期为T_m；当其中某个直流电源模块的计时处理电路接到脉冲并向上计数，当产生进位时计数处理电路使输出电流反馈控制电路工作，使该直流电源模块的输出电流反馈信号传输到模块电流反馈线上，监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路采集出现在模块电流反馈线上的该直流电源模块的输出电流并保存，同时计数脉冲宽度比较电路比较脉冲宽度以决定该直流电源模块是否工作；如此在一个T_x周期内，监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路可以分时采集每个直流电源模块的输出电流反馈信号I_i；MCU处理器电路对采集的每个直流电源模块的输出电流反馈信号求和                                               ，并与设置的输出电流I_G进行PID运算，得到每个直流电源模块应输出的工作电流I_ug，模块电流给定电路将I_ug通过模块电流给定线传送给每个直流电源模块的电流给定接口；每个直流电源模块的控制电路在一个周期T_x内以I_ug为主功率电路的工作电流，以T_u为控制计算周期，控制主功率电路输出电流I_ug；

当直流电源均流并联系统工作于恒电压模式时，监控系统的直流电源系统电压反馈电路直接采集直流电源均流并联系统的电压反馈信号，MCU处理器电路将其与人机交互设备设置的工作电压做PID（Proportion Integration Differentiation）运算，得到各直流电源模块的工作电流I_ug，模块电流给定电路通过模块电流给定线传送给每个直流电源模块的电流给定接口，各直流电源模块的控制电路以I_ug为直流电源模块的工作电流控制直流电源模块工作在恒流模式下，此时直流电源均流并联系统工作在恒压模式，监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路实时监控每个直流电源模块的输出电流I_i，以监控各直流电源模块的工作状态。

上述控制方法中，在人机交互设备上设置的工作参数输包括启动几个直流电源模块、输出电压和输出电流。

相对于现在的直流电源并联系统及其控制方法，本发明的有益效果是：

1、具有很好的通用性和易操作性，对于现在的大部分直流电源模块并联系统，加上计数处理电路及脉宽比较电路即可直接应用。

2、系统只有4根连接信号线，若是直流电源模块的并联电路采用单片机控制，连接信号线只有3根，连接线少、安装及检修简单。

3、直流电源并联系统控制电路简单实用，可靠性高。

附图说明

图1是实施例的简易直流电源均流并联系统框图。

图2是实施例的监控系统结构示意图。

图3是实施例的直流电源模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是实施例的简易直流电源均流并联系统框图，包括监控系统和n个直流电源模块，n≥2；所述监控系统与每个直流电源模块连接，所述监控系统和所有直流电源模块的地线104连接在一起。如图2所示为实施例的监控系统结构示意图，所述监控系统包括人机交互设备、MCU处理器电路、计数脉冲驱动电路、直流电源模块输出电流反馈电路、直流电源系统电压反馈电路、模块电流给定电路，用于监控每个直流电源模块的输出参数，通过与设置的工作参数做相应的控制运算，使各直流电源模块按需输出并实现均流；所述MCU处理器电路分别人机交互设备、计数脉冲驱动电路、直流电源模块输出电流反馈电路、直流电源系统电压反馈电路、模块电流给定电路链接。

如图3所示为实施例的直流电源模块的结构示意图，所述直流电源模块具有电流给定接口、输出电流反馈接口、直流电源均流并联系统、主功率电路、控制电路；所述控制电路分别与电流给定接口、输出电流反馈接口、直流电源均流并联系统、主功率电路连接；所述输出电流反馈接口还与主功率电路连接；所述直流电源均流并联系统还与输出电流反馈接口连接；所述人机交互设备由显示器和键盘组成，用于显示和设置工作参数，如输出电压、电流、功率、启动及关闭直流电源模块；所述计数脉冲驱动电路对MCU处理器电路产生的脉冲进行隔离放大处理；所述模块电流给定电路获取MCU处理器电路的控制指令，通过模块电流给定线将各直流电源模块的工作电流发送给各直流电源模块的电流给定接口。直流电源模块的电流给定接口通过模块电流给定线103与监控系统的模块电流给定电路连接；直流电源模块的输出电流反馈接口通过模块电流反馈线101与监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路连接；直流电源模块的直流电源均流并联系统通过计数脉冲线102与监控系统的计数脉冲驱动电路连接。直流电源模块的直流电源均流并联系统包括计数处理电路、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路；所述计数处理电路分别与计数脉冲线102、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路连接；所述计数处理电路对监控系统的计数脉冲驱动电路产生的脉冲进行向上计数，当计数器溢出时产生进位脉冲，控制输出电流反馈控制电路将自身直流电源模块的反馈电流连接到模块电流反馈线101上，并清零计数器，使计数器从零计数；所述计数脉冲宽度比较电路还与计数脉冲线102连接，对进位时的脉冲宽度进行比较，当脉冲宽度大于该直流电源模块的设定值时，将启动相对应的直流电源模块，当脉冲宽度小于该直流电源模块的设定值时将关闭对应的直流电源模块；所述输出电流反馈控制电路还与输出电流反馈接口连接。

直流电源模块的控制电路分别与自身直流电源均流并联系统的计数处理电路、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路连接。计数处理电路还具有初始计数预置电路,预置值为用直流电源模块总数减去直流电源模块编号，只要保证每个直流电源模块的初始计数预置电路预制值不同，计数处理电路就可以通过控制计数脉冲使每个直流电源模块的反馈电流分时出现在模块电流反馈线101上。

计数处理电路可以采用普通带预置的计数器的门电路芯片为核心，计数脉冲宽度比较电路可以由555定时器电路组成，输出电流反馈接口由模拟开关控制，所有电路都价格低廉，在某些精度要求较高或干扰较大的场合可将此部分电路与模块控制电路隔离，甚至可以将整个电路采用一个简单的单片机或者可编程逻辑电路代替。

所述的简易直流电源均流并联系统的控制方法如下：

所述简易直流电源均流并联系统包括n个直流电源模块，第i个直流电源模块用U_i表示，2≤i≤N，i通过直流电源模块的计数处理电路的初始预置电路设置，各直流电源模块对应的电压为V_i，各直流电源模块对应的电流为I_i；各直流电源模块的控制计算周期为T_u，监控系统的计数脉冲时钟周期为T_m，控制周期为T_x=nT_m，n为直流电源模块个数；

所述直流电源均流并联系统上电工作，在人机交互设备上输入工作参数（启动几个直流电源模块，设定输出电压、输出电流等），计数脉冲驱动电路将MCU处理器电路产生的计数脉冲隔离放大并通过计数脉冲线102传送给每个直流电源模块的直流电源均流并联系统，直流电源均流并联系统的计数处理电路进行向上计数，同时计数脉冲宽度比较电路对计数脉冲线102上的脉冲宽度进行比较，当脉冲宽度大于该直流电源模块的设定值时，启动相应设定的直流电源模块；直流电源模块启动后该自身直流电源均流并联系统的输出电流反馈控制电路控制输出电流反馈接口将该直流电源模块的输出电流传输到模块电流反馈线101上；各直流电源模块的直流电源均流并联系统根据计数脉冲控制自身直流电源模块的输出电流反馈信号在模块电流反馈线101上分时出现；MCU处理器电路于每个计数脉冲依次采集在模块电流反馈线101上分时出现的每个直流电源模块的输出电流；

当直流电源均流并联系统工作于恒电流模式时，假定1、2、3号直流电源模块参与工作，在人机交互设备上面设置直流电源均流并联系统的输出电流为I_G，监控系统的MCU处理器电路以T_x为周期输出脉冲序列，序列中前三个脉冲宽度为T_on，后面n-3个脉冲宽度为T_off，每个脉冲周期为T_m；

当1号直流电源模块（预置值为n）的计时处理电路接到第一个脉冲计数时向上计数，当产生进位时计数处理电路使输出电流反馈控制电路工作，使1号直流电源模块的输出电流反馈信号传输到模块电流反馈线101上，监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路采集出现在模块电流反馈线101上的1号直流电源模块的输出电流并保存，同时计数脉冲宽度比较电路比较脉冲宽度启动1号直流电源模块工作；如此2、3号直流电源模块将在第二个及第三个脉冲时被启动，其他直流电源模块不被启动；如此在一个T_x周期内，监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路可以分时采集每个直流电源模块的输出电流反馈信号I_i；MCU处理器电路对采集的每个直流电源模块的输出电流反馈信号求和，并与设置的输出电流I_G进行PID运算，得到每个直流电源模块应输出的工作电流I_ug，模块电流给定电路将I_ug通过模块电流给定线103传送给每个直流电源模块的电流给定接口；每个直流电源模块的控制电路在一个周期T_x内以I_ug为主功率电路的工作电流，以T_u为控制计算周期，控制主功率电路输出电流I_ug；

当直流电源均流并联系统工作于恒电压模式时，监控系统的直流电源系统电压反馈电路直接采集直流电源均流并联系统的电压反馈信号，MCU处理器电路将其与人机交互设备设置的工作电压做PID运算，得到各直流电源模块的工作电流I_ug，模块电流给定电路通过模块电流给定线103传送给每个直流电源模块的电流给定接口，各直流电源模块的控制电路以I_ug为直流电源模块的工作电流控制直流电源模块工作在恒流模式下，此时直流电源均流并联系统工作在恒压模式，监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路实时监控每个直流电源模块的输出电流I_i，以监控各直流电源模块的工作状态。

本发明所提供的简易直流电源均流并联系统及控制方法结构简单、布线少、很好的解决了并联系统的恒压控制模式，可直接应用到大部分直流电源并联系统，并且控制电路简单可靠。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种简易直流电源均流并联系统，其特征在于包括监控系统和n个直流电源模块，n≥2；所述监控系统与每个直流电源模块连接；所述监控系统包括人机交互设备、MCU处理器电路、计数脉冲驱动电路、直流电源模块输出电流反馈电路、直流电源系统电压反馈电路和模块电流给定电路，监控系统用于根据每个直流电源模块的输出参数与人机交互设备设置的工作参数控制各直流电源模块的输出并实现均流；所述MCU处理器电路分别与人机交互设备、计数脉冲驱动电路、直流电源模块输出电流反馈电路、直流电源系统电压反馈电路、模块电流给定电路链接；所述人机交互设备用于显示和设置工作参数；所述计数脉冲驱动电路对MCU处理器电路产生的脉冲进行隔离放大处理；所述模块电流给定电路获取MCU处理器电路的控制指令，通过模块电流给定线将各直流电源模块的工作电流发送给各直流电源模块；所述直流电源模块具有电流给定接口、输出电流反馈接口、直流电源均流并联系统、主功率电路和控制电路；所述控制电路分别与电流给定接口、输出电流反馈接口、直流电源均流并联系统、主功率电路连接；所述输出电流反馈接口还与主功率电路连接；所述直流电源均流并联系统还与输出电流反馈接口连接；所述模块电流给定线将所有直流电源模块的电流给定接口与监控系统的模块电流给定电路连接在一起；

所述直流电源模块的直流电源均流并联系统包括计数处理电路、计数脉冲宽度比较电路和输出电流反馈控制电路；所述计数处理电路分别与计数脉冲线、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路连接；所述计数处理电路对监控系统的计数脉冲驱动电路产生的脉冲进行向上计数，并分时控制输出电流反馈控制电路将自身直流电源模块的反馈电流连接到模块电流反馈线上；所述计数脉冲宽度比较电路还与计数脉冲线连接，对进位时的脉冲宽度进行比较；所述输出电流反馈控制电路还与输出电流反馈接口连接。

2.根据权利要求1所述的简易直流电源均流并联系统，其特征在于，所述直流电源模块的电流给定接口通过模块电流给定线与监控系统的模块电流给定电路连接；直流电源模块的输出电流反馈接口通过模块电流反馈线与监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路连接；直流电源模块的直流电源均流并联系统通过计数脉冲线与监控系统的计数脉冲驱动电路连接；所述计数脉冲线用于将监控系统计数脉冲驱动电路发出的固定频率直流方波脉冲传输到每个直流电源模块的直流电源均流并联系统；所述模块电流反馈线用于将所有直流电源模块的输出电流反馈接口及监控系统的直流电源模块输出电流反馈电路连接在一起。

3.根据权利要求1所述的简易直流电源均流并联系统，其特征在于，所述直流电源模块的控制电路分别与自身直流电源均流并联系统的计数处理电路、计数脉冲宽度比较电路、输出电流反馈控制电路连接。

4.根据权利要求1所述的简易直流电源均流并联系统，其特征在于，所述监控系统和所有直流电源模块的地线连接在一起。

5.根据权利要求1所述的简易直流电源均流并联系统，其特征在于，所述人机交互设备由显示器和键盘组成；在人机交互设备上设置的工作参数包括启动的直流电源模块个数、输出电压和输出电流。

6.根据权利要求1所述的简易直流电源均流并联系统，其特征在于，所述输出参数包括输出电流、输出电压、输出功率中的一种以上。