CN102751717B - 一种多路电源并行输入处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路电源并行输入处理方法及系统，针对现有技术中多个电源并联连接供电方式系统，结果形成实际上单电源供电，没有实现大电流，高效率供电的缺陷而发明，本方法包括，至少两路以上电源输入，开关电路调整各路电源的电压和电流输出，各路电源并联为一路电源输出。本发明方法和系统达到功耗低，放热小，高效率并联运行操作的技术效果。

Description

一种多路电源并行输入处理方法

技术领域

本发明涉及电源控制领域，特别涉及一种多路电源并行输入处理方法及系统。

背景技术

目前，为了弥补供给能力不足，大多采用并联多个电源的方式。有以下几种方式并联运行操作方式来实现没有并联运行功能电源电路的并联运行操作方法如下。

如图1所示直接连接方式，这种方法仅适于输出的过电流动作点在90至100％的电源，其他不能连接。这种连接由于输出电源电压差异，输出负载电流往往是较高的电源输出电压供电。更主要的是，输出电压可能超出规定范围，高电源输出向低电源流动，也就是逆流，有可能造成电源故障。

如图2所示使用电阻连接方式，这种方法是一种简单的方法来实现并联运行操作，电阻如何选取，取决于平衡电流大小的选择，电阻损失来确定。这种方法虽然既便宜又方便，但不适应较大的负载变化，负载电流增加。而且，电阻发热造成的损失也大，不是有效方法。

如图3所示使用二极管连接方式，这是利用二极管的正向电压特性，最常见的方式。二极管耐压，功耗，放热，正向压降等需要考虑。此外，虽然没有高电源输出向低电源流动，也就是逆流的问题。但由于输出电压差异，引起的最高电源电压来提供输出电流的问题依旧没有解决。

现有技术中没有并联运行功能电源电路；例如，全波、半波整流电路；低成本的，没有并联运行功能的AC(交流)/DC(直流)，DC(直流)/DC(直流)转换器；或IC电源稳压器等。这类电源当并联运行时，由于输出电压精度不匹配，输出功率不平衡，将产生仅从最高电源电压来提供输出电流的问题。此外，每个电源模块的可靠性也产生差异。因此，尽管是多个电源并联连接供电方式系统，结果形成实际上单电源供电，没有实现大电流，高效率供电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多路电源并行输入处理方法及系统

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多路电源并行输入处理方法，包括如下步骤：

至少两路以上电源输入，

开关电路调整各路电源的电压和电流输出，

各路电源并联为一路电源输出。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多路电源并行输入处理系统，包括输入保护电路、输入检测电路、开关电路、开关滤波电路、开关检测电路、开关保护电路、总输出检测电路、总输出滤波电路和控制电路，

所述输入保护电路的输入端输入一路电源，所述输入保护电路输出与所述输入检测电路的输入连接，所述输入检测电路的输出与所述开关电路的输入连接，所述开关电路的输出与所述开关滤波电路的输入连接，所述开关滤波电路的输出与所述开关检测电路的输入连接，所述开关检测电路的输出与所述开关保护电路的输入连接，所述开关保护电路的输出与所述总输出检测电路的输入连接，所述总输出检测电路的输出与所述总输出滤波电路的输入连接，所述总输出滤波电路的输出与负载连接，

所述控制电路输入与所述输入检测电路输出、所述开关检测电路输出和总输出检测电路输出连接，所述控制电路的输出与所述开关电路的输入连接，

所述控制电路采比例积分微分PID调节方式调节所述开关电路达到平衡，并达到要求负载电压；当电压、电流偏高时，所述控制电路输出占空比变小的控制脉冲给所述开关电路，使所述开关电路的关断时间变长；当电压、电流偏低时，所述控制电路输出占空比变大的控制脉冲给所述开关电路，使所述开关电路的关断时间变短。

由上可知，本发明方法和系统达到功耗低，放热小，高效率并联运行操作的技术效果。

附图说明

图1是现有技术直接连接的结构示意图，

图2是现有技术使用电阻连接的结构示意图，

图3是现有技术使用二极管连接的结构示意图，

图4是本发明一较佳实施例的顺序时序图，

图5是本发明一较佳实施例的同相同频同占空比时序图，

图6是本发明一较佳实施例的有误差的顺序时序图，

图7是本发明一较佳实施例的有误差的同相同频同占空比时序图，

图8是本发明一较佳实施例的开关电路输出脉冲随机时序图，

图9是本发明一较佳实施例的随机时序图，

图10是本发明一较佳实施例的同相同频率异占空比时序图，

图11是本发明一较佳实施例的结构示意图，

图12是本发明一较佳实施例的单路电压调节结构示意图，

图13是本发明一较佳实施例的多路电压调节结构示意图，

图14是本发明一较佳实施例的方法流程示意图

图15是本发明另一较佳实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

本发明可根据各输入电源的功率，输出电压的状态，以不同的时序工作。实现了高效率、低功耗的目的。并以5路输入为例，具体说明本发明在各种输入电源状态下的工作过程及时序。

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的其具体方法，详细说明如后。

本发明一较佳实施例的顺序时序图参见图4，各输入电源的能提供的功率，输出电压完全相等。

为了简明起见，没有画出相对波形(A)的波形VoutA的延迟。其他的信号波形也是这样。以下时序图相同。

这种情况采用图4的顺序时序是最理想，控制也最简单。由于，各开关单元以已知的固定时序工作。因而，各开关单元的输出电压，电流不需测量。各开关滤波电路，开关电流和电压检测电路，开关电流、电压信号处理电路可不连接。

如图4所示，每路输入电源只须工作1/N时间，N为输入总数，本实施例为5。但负载却能得到连续的电流和电压。但最大负载电流和电压与1路输入电源提供的输出电流，输出电压相等。这种顺序时序工作的优点是每路输入电源只工作1/N时间，功耗也就固定只有1/N。也就是说提高了输入电源的寿命，缺点是不能提供超过1路输入电源提供的输出电流，输出电压。并且，负载电流和电压不可调节，与1路输入电源提供的输出电流，输出电压相等。

例如，如图4所示，有5路输入电源VIN1-VIN5。每路的参数为；功率12W，输出电压12V。则能提供的最大电流为1A。控制器能输出5路开关控制脉冲信号(A)-(E)。其电压Vctrl输出一般为逻辑电平。通常为3.3V或5V。按图4的顺序为每路开关单元分配的开通时间为1ms，即每路开关的工作频率相同均为200Hz，占空比固定不变为1/5，A(ON)=B(ON)=C(ON)=D(ON)=E(ON)=1ms。也就是说，像接力赛样各输入电源轮流工作。显然，每路输入电源只工作了1ms。也即，只在1ms内提供12V，最大1A的电力。尽管，每路开关单元是以脉冲方式工作。但从负载电压，电流的结合点F来看，却是得到连续的电压和电流。虽然，由于开关切换时，产生了噪声(电压的微小波动)。但通过总输出滤波单元后，将使输出电压和电流平滑，稳定(理论上，如果开关速度极快，切换时的噪声就极小，采用体积较小的元件就能使输出电压和电流平滑，稳定。甚至不需要总输出滤波单元。)。最终负载上的电压一定。等于输入电压12V。而负载上的电流取决于负载的大小。例如，负载电阻为100欧姆。则负载电流为12/100=0.12A。这里只是单纯计算。不讨论负载的发热问题。又如，负载电阻为10欧姆。则负载电流为12/10=1.2A。超过最大输入电流的1A。这时，要么输入电源本身过载保护功能工作，停止输出。要么，输出电压下降为10V(=12W/1.2A)。

系统只需要检测总输出电流，电压。以监视对负载是否有过流，过压(欠压)情况即可。

要实现图4的时序很简单。一般的微处理(单片)机都具有脉冲输出功能。例如，MICROCHIP公司的PIC24F系列微处理机。选择内藏有5路输出比较功能的芯片，将其设置成连续输出脉冲方式，就能实现图4的顺序时序。具体设置方法请参考相关的微处理(单片)机硬件手册。

图5是本发明一较佳实施例的同相同频同占空比时序图，

为了克服上述顺序时序的缺点。实现负载上电压可调节，电流达到各输入电流之和。可采用图5所示的同相同频同占空比时序。每路输入电源工作时间相同(与输入路数无关。只于时序的周期有关。也就是PWM方式)，但由于输出电压可调节。即工作时间可变。因次，功耗也就不是固定不变。这种时序工作的优缺点刚好与顺序时序相反。即缺点是每路输入电源功耗有所增加(一般来说工作时间都大于1/N)。优点是能提供超过1路输入电源提供的输出电流。为N路输入电流之和。并且，负载电压可调节。当然最大输出电压与1路输入电源提供的输出电压相等。也就是降压可调。

例如，如图5所示，有5路输入电源VIN1-VIN5。每路的参数为；功率12W，输出电压12V。则能提供的最大电流为1A。控制器能输出5路开关脉冲控制信号(A)-(E)。按图5的顺序为每路开关单元分配的开通时间均为0-10ms(即每路开关的工作频率为100Hz。占空比可变。为说明方便，分为10格，每格1ms。实际设计时，由采用微处理(单片)机的计时器的分解能，以及开关工作频率来决定)。如图5所示，A(ON)=B(ON)=C(ON)=D(ON)=E(ON)=7ms。也就是说，占空比为7/10。从负载电压，电流的结合点F来看，也是脉冲状的电压和电流。电压虽然为12V，但电流却增加5倍(反过来说，每路输入电流是输出电流的1/5。即平分输出电流)。通过总输出滤波单元后，将使输出电压和电流平滑，稳定。负载上的电压一定。等于输入电压7/10。即12V*0.7=8.4V。同时每1路输入电源提供的功率也下降为12W*0.7=8.4W。而负载上的电流取决于负载的大小。例如，负载电阻为100欧姆。则负载电流为8.4V/100=0.084A。这里只是单纯计算。不讨论负载的发热问题。又如，负载电阻为10欧姆。则负载电流为8.4/10=0.84A。再如，负载电阻为5欧姆。则负载电流为8.4V/5=1.68A。虽然超过1路输入电流的1A。但实际上这时每路输入电流为1.68A/5=0.336A，输入电源仍然正常工作。也就是说最大输出电流能达到5A。超过5A时，要么输入电源本身过载保护功能工作，停止输出。要么，输出电压下降到8.4V以下(<8.4W/(>1A))。

同样系统只需要检测总输出电流，电压。以监视对负载是否有过流，过压(欠压)情况。但当输出电压偏离负载要求电压时，反馈误差电压；通过控制器运算(比如PID运算)后，重新设置开关单元的占空比就能使输出电压回归负载要求电压。即实现了稳压调节。当然，如果反馈的是误差电流，就实现了恒流调节。

另外，这种工作方式也提供了一种解决小功率电源为负载提供大电流的方案。

要实现图5的时序也很简单。一般的微处理(单片)机都具有脉冲输出功能。例如，MICROCHIP公司的PIC24F系列微处理机。选择内藏有5路输出比较功能的芯片，将其设置成脉宽调制模式即PWM输出方式，就能实现图5所示的同相同频同占空比时序。具体设置方法请参考相关的微处理(单片)机硬件手册。

理论上存在各输入电源的能提供的功率，输出电压完全相等的情况。但实际产品却不可能存在。有一定的误差。但在一定的误差范围内，就可认定为相等。本文不讨论这个“误差范围”。因为具体情况要求的精度不同。“误差范围”也就不同。本文只是指出本发明要求的“误差范围”方向。有二种电压“误差范围”。第一；各输入电源的输出电压“误差范围”。当采用图5的顺序时序时，以用户能容忍的负载电压为判定基准。例如，+/-10%以内。第二；开关单元输出电压“误差范围”。以能达到结合点F的负载电流为各开关单元输出电流之和为判定基准。实际数据需要实际测量。本发明的实验电路在图5所示的同相同频同占空比时序工作，结合点F的负载电流为各开关单元输出电流之和时的各开关单元输出电压“误差范围”为0.05V(50mV)以内。

图6是本发明一较佳实施例的有误差的顺序时序图，各输入电源的能提供的功率相等，输出电压不相等，但相差不大。

除经过精确调整的电源以外。实际上的各输入电源的额定功率虽然相等，但输出电压不会完全相等。一般来说在+/-10%以内。这种情况也可采用图4的顺序时序。

只是，如图6所示，从结合点F来看，得到的是在+/-10%以内(10.8V—13.2V内)连续波动的电压和电流。同样也存在开关切换时，产生的噪声(电压的微小波动)。但通过总输出滤波单元后，将使输出电压和电流平滑，稳定。最终负载上的电压一定。等于输入电压10.8V—13.2V内的某一点。换句话说，就是输入电源在一定范围内(用户能够容忍的范围)的情况下，即可采用也可图4的顺序时序。同样，负载上的电流取决于负载的大小。

图7是本发明一较佳实施例的有误差的同相同频同占空比时序图，如图7所示。因为，输出电压有差异，从结合点F来看，是大小不等的脉冲电压重叠。实际上的负载电压VoutF只与最高输入电压VoutA相等。负载电流也只有输入电源1提供。当负载电流IoutF与小于或等于输入电压IoutA时，均只由输入电源1给负载提供提供能量。也就是说，虽然开关单元B-E在工作，但输入电源2-5并没有给负载提供能。开关单元B-E只是自身发热消耗。当负载电流IoutF超过输入电流IoutA时，为了保持电压IoutF不便，VoutF将下降。当VoutA下降到与VoutB相等时，输入电源2才开始为负载提供能量。假定，各输入电源本身的过载保护功能不工作。那么，依此类推，各输入电源为负载提供能量的顺序为VIN5->VIN4->VIN3。最终负载电压为VoutC=10.8V，最大负载电流为各输入最大电流之和。也就是说，各输入电源是一级一级地加入工作。没有达到高效率，节能的目的。

在不接入开关滤波电路，开关电流、电压检测电路，开关电流、电压信号处理电路的情况下，为了提高各输入电源的效率，减小各开关单元发热消耗。只有采用图8所示随机时序，控制器给各开关单元分配不同频率，不同占空比的脉冲信号，使各开关单元的开/关时序，时间不同。达到调节各输入电源加入工作的时间。尽量平衡负载电压，电流。但在这种情况下，由于控制器没有随时检测各开关单元的输出电压，电流的状态，控制器只能以事先预定的一种随机时序工作。而且，事先预定一种随机时序时，需要对各输入电源的参数；负载要求的电压，电流；工作状况进行全面分析，才能确定。使得控制程序复杂，控制器的负担繁重。所以，效率低，用途也受到限制。当某一路输入电源故障时，显然，开关单元的时序就失去平衡。系统就无法正常工作。

图8是本发明一较佳实施例的开关电路输出脉冲随机时序图，例如，如图8所示。系统处于平衡，正常工作状态。当某一路输入电源，例如，IN2(对应VoutB)发生故障不能给负载提供能量。显然，负载上的电压，电流将发生改变。轻微时，负载不能工作在正常(理想)状态。严重时，负载将不能工作。

由于要给各开关单元分配不同频率，不同占空比的脉冲信号，一般来说，需要能分别设置不同频率的脉宽调制模式的性能较好的微处理(单片)机。因而，在没有检测各开关单元的输出电压，电流的状态下，这不是一种高效率，低损耗，的工作方式。本系统不推荐。

图9是本发明一较佳实施例的随机时序图，各输入电源的能提供的功率不等，输出电压也不相等。

本节说明在各输入电源的能提供的功率相等，输出电压不相等，但相差不大的情况。以及，各输入电源的能提供的功率不等，输出电压也不相等的情况下的本发明的工作原理(过程)，时序。

为了适应当各输入电源的功率，输出电压变化较大情况，例如；太阳能，风力发电。以及，各输入电源的能提供的功率相等，输出电压不相等，但相差不大的情况。解决方法就是在系统里接入开关滤波电路，开关电流、电压检测电路，开关电流、电压信号处理电路。并采用如图9所示的随机时序，使负载电压，电流平滑，稳定。

开关滤波电路使开关单元输出的脉冲电压，电流变成直流电压，电流。开关电流，电压检测电路及开关电流、电压信号处理电路只是检测和处理这个直流电压，电流后送入到控制器。对这个直流电压，电流大小几乎不影响。因此，从结合点F来看，是与时间无关的直流电压重叠。只要直流电压在误差范围内，负载电流IoutF就为各滤波单元输出直流电流之和。而开关电流，电压检测电路及开关电流、电压信号处理电路检测和处理这个直流电压，电流后送入到控制器后，控制器经过运算(例如PID运算)，输出经过调整后的控制脉冲到相应的开关单元。就能调整相应的滤波单元输出电压。从而使各直流电压控制在一定的误差范围内。达到负载电流为各滤波单元输出直流电流之和的目的。

图9的随机时序是一种不同相，不同频率，不同占空比的工作时序。由于各开关单元的控制脉冲的相位，频率，占空比不同。能根据各自输入电源的变化情况，例如，输入电源一会工作；一会停止。随时随地调节(当然要在系统的控制能力范围内)各自开关输出到最佳状态。例如，输入电源一会工作；一会停止。或者，输出电力一会太高，一会太低。控制器检测到这种变化后，就让各开关单元的工作，停止。当然停止时，重新平衡剩余各开关的工作时序。或者，改变各开关单元控制脉冲的相位，频率，占空比。进行电压，电流调节。使负载电压，或者，负载电流保持稳定。因而，最适合应用在变化频繁。变化不规律输入电源。如，受天气变化影响大，输出不太稳定的太阳能，风能发电。很显然，图9的随机时序并不是控制器一旦设置后就一成不变。而是，根据检测到的各开关输出电压，电流；负载电压，电流变化后；也就是检测到有误差电压，电流后，控制器经过运算，输出相应的控制脉冲到各开关单元。使负载电压，电流回归正常。所以，工作时序，随时随地在改变(调整)。这就对硬件要求较高。一般来说，需要AD(模拟/数字)转换较快，运算速度较快，能分别设置不同频率的脉宽调制模式的性能较好的微处理(单片)机。系统的成本较高。

图10是本发明一较佳实施例的同相同频率异占空比时序图，

当输入电源有变化，但变化不频繁，或者只是，各电源输出电压有误差。特别是无一会工作；一会停止现象(损坏除外)情况时，最适合接入开关滤波电路，开关电流、电压检测电路，开关电流、电压信号处理电路状态下的随机时序的特例；同相同频异占空比时序。如图10所示。

事实上，输入电源处于这种状况最普遍。并且，由于输入电源变化不频繁。也就是说，各开关单元的电压，电流；负载电压，电流的变动较小。一旦将负载电压，电流控制稳定后。控制器也相对处于稳定状态。所以，不需要较高的AD(模拟/数字)转换，运算速度。并且，各开关单元以相同频率工作，输入电源变化也不频繁。因而，不需要能分别设置不同频率的脉宽调制模式。也就是说，对硬件的要求不太苛刻。因此，可供选择的微处理(单片)机较多。性价比较高。

以如图10所示的5路输入电源的各电压值为例，降压工作方式说明系统如何调整VoutA---VoutE达到一定误差范围内。例如，系统的各参数如下表1所示。

表1：5路输入电源系统参数 

输入编号	系统最大输入电压(V)	要求负载电压(V)	初始占空比	实际输入电源电压(V)
					VIN1	15.00	9.00	0.60	13.20
VIN2	15.00	9.00	0.60	12.50
					VIN3	15.00	9.00	0.60	10.80
VIN4	15.00	9.00	0.60	11.50
					VIN5	15.00	9.00	0.60	12.00

初始占空比等于系统最大输入电压，也就是输入电压上限。要求负载电压，也就是，输出电压之比。即，9.00/15.00=0.60。显然，各初始占空比相等。系统刚开始工作时，实际输出各开关电压如下表2所示。

表2：5路输入电源系统初始状态电压 

开关单元编号	初始开关电压(V)	初始输出误差电压(V)
			VoutA	7.920	-1.080
VoutB	7.500	-1.500
			VoutC	6.480	-2.520
VoutD	6.900	-2.100
			VoutE	7.200	-1.800

各初始开关电压VoutA--VoutE等于各实际输入电源电压乘于初始占空比。 各初始输出误差电压等于各初始开关电压减去要求负载电压。由表2可知，各初始输出误差电压均为负数。也就是说，实际输出小于要求输出。由于，系统运算(如PID运算)后，将使各开关控制脉冲的占空比增加。也就是说，使各开关电压上升。最终达到接近要求负载电压。实际上，不会等于要求负载电压。只是误差为容许的“误差范围”。如下表3所示。

表3：5路输入电源系统最终电压 

最终占空比	最终开关电压(V)	最终输出误差电压(V)
			0.68	8.976	-0.024
0.72	9.000	0.000
			0.83	8.964	-0.036
0.78	8.970	-0.030
			0.75	9.000	0.000

而负载电压的变化如下表4所示。

表4：5路输入电源系统负载电压 

负载	要求负载电压(V)	初始负载电压(V)	初始负载误差电压(V)	最终负载电压(V)	最终负载误差电压(V)
						VoutG	9.000	7.920	-1.080	8.982	-0.018

上述各表的数据，只是为了说明工作原理和调节过程，举的例。不是实际的数据。既没有系统里个器件的损耗，延迟。也没有考虑各开关之间的平衡。当然，调节过程也不是一次就完成的。但基本原理就是根据误差进行负反馈调节。最终使系统达到平衡时。负载电压一定，电流为各输入电流之和。并不断重复这个过程。而，采用什么算法，系统各参数如何选择。则根据实际要求来选取。甚至，设计出新的算法。以及过程。例如，本发明为了缩短系统初始调节时间。没有采用系统的初始占空比。如本例的0.60。而是，先行测量各输入电源的实际电压值后，再计算各初始占空比。如下表5所示。

表5：改进后的5路输入电源系统初始占空比，初始开关电压 

输入编号	实际输入电源电压(V)	要求开关电压(V)	初始占空比	初始开关电压(V)
					VIN1	13.20	9.000	0.68	8.976
VIN2	12.50	9.000	0.72	9.000
					VIN3	10.80	9.000	0.83	8.964
VIN4	11.50	9.000	0.78	8.970
					VIN5	12.00	9.000	0.75	9.000

由于初始占空比等于表3的最终占空比。由此可见，能快调节到表3的最终开关电压。而负载电压的变化也如下表6所示。

表6：改进后的5路输入电源系统负载电压 

负载	要求负载电压(V)	初始负载电压(V)	初始负载误差电压(V)	最终负载电压(V)	最终负载误差电压(V)
						VoutG	9.000	9.000	0.000	9.000	0.000

如前所述，这是一种为了说明工作原理和过程的理想数据。因此，改进后的调整结果，非常理想。立刻达到平衡。当然，这是不可能的。但能缩短调节时间，却是无疑的。

此外，上例虽是以降压调节系统为例说明。但根据误差进行负反馈调节。最终使系统达到平衡的工作原理。同样适合升压调节系统，以及，升降压调节系统。

区别只在于，当各输入电源的输出电压小于要求负载电压时，为了满足负载电压。要将输入电压提高到负载电压。这时就需要升压调节系统。也就是说，开关单元要采用升压结构。

显然，当各输入电源的输出电压变化范围大，既有小于，也有大于负载电压时。就需要开关单元升降压结构。甚至于，系统拥有各种不同类型开关电压变换结构。对各种不同类型的输入电源都能调节。

本发明一较佳实施例的结构示意图参见图11，

I部为输入部。标示各输入电源。例如：输入电源1，输入电源2等。并以VIN1，VIN2，—，VIN(n)表示其输出电压；Iin1，Iin2，—，Iin(n)表示其输出电流。同时，也是后续II部分的输入电压和电流。

II部为控制，处理电路。包括输入保护电路、输入检测电路、开关电路、开关滤波电路、开关检测电路、开关保护电路、总输出检测电路、总输出滤波电路和控制电路构成。(A)—(E)表示控制电路输出到开关电路的控制脉冲信号。VoutA—VoutG和IoutA—IoutG表示各点的电压和电流。因为本文中将以5路输入为例说明具体的工作顺序及流程。因此，VoutE表示VIN(n)的变化结果。

在一些工作时序下，开关滤波电路，开关电流、电压检测电路，开关电流、电压信号处理电路将不需要。图11里虽未明确标识出。但可手动，也可通过控制器判断进行自动切换。

III部为负载部。图11的蓄电池仅表示一例。可为其他负载。例如；电机等。

图12是本发明一较佳实施例的单路电压调节结构示意图，

本系统的开关电路，控制电路，开关滤波电路，开关电流、电压检测电路，开关电流、电压信号处理电路，开关保护电路，总输出电流、电压检测单元，输出电流、电压信号处理单元连动才能完成将电压调节到一定误差范围内。前面详细介绍了各种不同类型时序的工作原理及过程。本节将详细说明软硬件接合，生成各开关单元的时序，调节各开关电压达到误差范围内，以及如何平衡各开关电流的实现方法。先分析，说明单路输入电源的工作原理后。再引伸说明本发明的多路输入并行系统实现方法、调节原理及过程。

如图12所示，本发明的基本构成单元单路输入电源系统。基本控制原理为负反馈控制。工作过程如下；控制器检测输出电压，电流。通过整型，电流电压转换(目前，无论微处理(单片)机内部，还是单独芯片的的A/D转换器。都只能进行电压方式的A/D转换。因此，电流信号须要转换成电压信号)后，反馈到控制器。并与目标电压，电流进行比较(差运算)。得到误差信号。为了得到合适的控制脉冲操作信号。更进一步根据控制理论(如图所示的PID)对其进行相应的数学运算。最终输出控制脉冲操作信号到开关单元，调节电压，电流。

如误差信号为正，说明负载电压，电流偏高。则，控制器输出占空比变小的控制脉冲。使开关单元的关断时间变长。从而，使开关滤波输出电压，电流变小。也就是使负载上的电压，电流变小。向目标电压，电流靠近。同样，如误差信号为负，则进行相反的控制过程。当误差信号小到一定程度(要求“误差范围”)，控制脉冲不在变化时，系统就达到平衡。系统就一直维持这个误差。当有干扰发生时，例如，输入电源发生变动，负载改变时，这平衡就会被破坏。系统又进行上述的调节过程，达到一个新的平衡点。不言而喻，当干扰过大，超出系统调节能力时，系统将崩溃。如无保护功能，将输出系统可能输出的最大，或者最小电压，电流。因此，系统一般都具有，过压，过流，欠压，欠流等保护功能。

本文不详细说明PID控制原理。可参考控制理论方面书记的相关内容。PID控制理论不是新理论。可共参考的资料非常丰富。这里只是简单说明微处理(单片)机如何实现PID控制。

传统的PID控制原理是一种模拟控制原理。控制变量都是连续变化的。也就是模拟变量。而众所周知，微处理(单片)机只能处理0，1的数字信号；也就是离散信号。不能处理连续变化的模拟变量。而且，如下所示的传统的PID控制方程里包含微积分，需要高性能的计算机。微处理(单片)机很难实现。因此，必须另外想法解决。

目前，应用较多的是采样(离散)方式数字PID方式。即差分方程。实际上就是将上述传统的PID控制方程经拉氏变换后，得到系统的传递函数。再利用Z变换将其离散化。得到离散化函数。也就是，得到差分方程。

操作量＝Kp×误差＋Ki×误差积累＋Kd×同前次误差的差

采样(离散)方式数字PID控制的方程，如下所示的。

：现在操作量，前次操作量。

：现在操作量差分。

：现在、前次、前前次的误差。

简单地说，只要检测现在，前次的误差，就能计算操作量。也就是说，通过软件就能实现PID控制。并且，微处理(单片)机也能实现。

关于比例系数Kp，积分系数Ki，微分系数Kd的决定方法。这里也不讨论。有不少论述。可供参考的资料非常丰富。

测量输入电源的电压，电流。是为了根据实际输入电压，电流设置系统的初始占空比。改善系统控制时间。当输入电源比较稳定时，就不需要经常改变初始占空比。只用于监视输入电源的功率。起到监视消耗电力的附加作用。

图13是本发明一较佳实施例的多路电压调节结构示意图。

如图13所示的本发明的多路输入并行系统为一般的没有并列运行功能的直流电源产品，以及，太阳能发电，风力发电，这些本身就没有并列运行功能的电源，构成能够进行并列运行的系统。系统随时平衡各输入电源的输出电压，电流。并为负载提供稳定的输出电压，稳定的大电流。实现了多路输入状态下的高效率，低能耗工作。单独电源的工作原理，工作过程如前所述，并联时，其本身的功能，工作过程也并没有改变。然而，这时因为每个电源的输出之间存在差异，很显然，如果不考虑系统整体的工作过程，要么，系统调节各输入电源的输出达到平衡时，调整时间太长，要么，甚至无法调整到平衡。也就是说，各个开关电路分的协调调整(合作调整)，将变得非常重要。

不仅仅是本发明，设备相互连接较多的系统，通常都采用一种称为“主/从(Master/Slave)”的控制方式。例如，具有I2C通信方式的设备，在相互连接时，通常有一个设备是主设备的功能，也就是说，发出对从设备的控制命令，负责确定和从设备连接，操作的顺序等等。而所有其他的设备都是从设备。即处于被动状态。只接收主设备来得控制命令，按照规定的顺序，完成相应的操作过程。“主/从”之间可进行双向通信(沟通)，能够交换相关的控制信息。然而，“从/从”之间不进行信息交流。

本发明也采用类似“主/从(Master/Slave)”的控制方式。并以软件方式实现。更进一步增加了软件方式的“从/从”之间的信息交流。控制电路担任主设备的功能。负责所有从设备，即开关电路的控制，以及计算功能，开关频率和占空比设定，控制脉冲输出。每个开关单元，即控制对象(从设备)。接收来自控制单元输出的控制脉冲，然后对开关元件进行相应的调节。达到开关单元输出电压，电流的调整。另一方面，每个开关单元也向控制单元反馈控制参数。如电压，电流，温度等。更重要的是，控制单元比较每个开关单元的控制参数，确定每个开关单元的控制优先度。优先级最高的开关单元，作为当前最需要调整的控制对象。优先计算，频率和占空比。并输出控制脉冲。所有的这些控制过程，均在控制单元里的程序完成。也就是说，由软件完成任务。对各开关电路的平衡控制调节不由硬件负责，而采用软件方式，这是本发明的一个特点。

优先级的确定要考虑系统的配置（例如，输入电源连接数量），负载条件（例如，负载稳定不稳定，以及使用条件等各方面的因素。但一般有向最稳定的输入电源(开关单元输出稳定)靠近；向最小(大)电源容量靠近等控制方案。目的是使负载电压，电流在向目标值移动时，快速，稳定(波动小)，控制不发生崩溃。

此外，本系统对于不需要输出直流电压的负载，例如，电机控制，加热器控制。能够直接输出PWM控制脉冲。在那个时候，请输入转速，温度等控制参数，以建立一个反馈控制回路。

最后简要说明本发明的另一个特点，也是重要组成部分，即；远程监视，控制，升级，以及在线调试，编程，升级部分。本发明可通过有线通信，无线通信的方式实现远程监视，控制，升级，以及在线调试，编程，升级功能。本文不讨论有线通信，无线通信的原理。并且，本发明也仅仅是利用现有的，或者将来的通信方式。例如，有线的USB，LAN等。无线的Wi-Fi，甚至GPS等等。

系统的本地控制器将电压，电流，温度，转速的参数通过有线通信，或无线通信的方式上传到上位控制器。例如，中心控制室的大型计算机等。上位控制器可根据这些参数来判断系统工作是否正常。如工作不正常，可进行报警；对相应参数进行调节（控制）的操作。以及判断是否需要技术人员到现场解决问题等工作。当系统升级，也可通过上位控制器来进行。

在线调试，编程，升级。一般来说是对系统本地控制器进行现场维护，维修工作。例如，微处理器（机）的嵌入程序的现场调试，升级处理工作。

图14是本发明一较佳实施例的方法流程示意图，

至少两路以上电源输入，开关电路调整各路电源的电压和电流输出，各路电源并联为一路电源输出。

包括如下步骤：

步骤S10，检测各电路信号，如果各电路输出电压等于负载电压，执行步骤S40，如果不相等，执行步骤S20；步骤S20，调整各电路开关输出电压平衡；步骤S30，调整负载电压；步骤S40，比较输出电流与负载电流；步骤S50，中断处理。

图15是本发明另一较佳实施例的方法流程示意图。

包括如下步骤：步骤S110，系统初始化；步骤S120，读输入电源电压值；步骤S130，如果全部输入电源读完，执行步骤S140，否则执行步骤S120；步骤S140，计算全部开关电路的初期占空比；步骤S150，输出全部开关电路的初期PWM控制脉冲；步骤S160，读开关电路输出电压值；步骤S170，如果全部开关电路读完，执行步骤S180，否则执行步骤S160；步骤S180，读取总输出电压值；步骤S190，各开关电路输出电压与负载电压比较；步骤S200，如果各开关电路输出电压等于负载电压，执行步骤S300，否则执行步骤S210；步骤S210，判定最小开关电路输出电压值确定该开关电路；步骤S220，判定最大开关电路输出电压值确定为当前工作开关电路。步骤S230，比较当前电压值和最小值；步骤S240，PID运算；步骤S250，输出PWN控制脉冲到当前开关电路；步骤S260，读当前开关电路输出电压值；步骤S270，当前开关电路输出电压值是否等于最小值，如果等于最小值，执行步骤S280，否则执行步骤S230；步骤S280，选择下一个最大值；步骤S290，除最小值外全部选完，如果全部选完，执行步骤S320，否则执行步骤S230。步骤S320，比较最小值和负载电压；步骤S330，PID运算；步骤S340，输出PWM控制脉冲到全部开关电路；步骤S350，读全部开关电路输出电压值；步骤S360，判断是否等于要求负载电压，如果等于要求负载电压，执行步骤S300，否则执行步骤S320。步骤S300，将各开关电路的合计电流与负载电流比较；步骤S310，判断是否需要微调电流值，如果需要微调电流值，执行步骤S320，否则执行步骤S510。步骤S510，允许中断处理；步骤S520，是否有中断信号，如果有中断信号，执行步骤S530，否则执行步骤S520；步骤S530，主程序暂停，进入中断处理程序；步骤S540，中断开始；步骤S550，中断信号分析；步骤S560，返回主程序；步骤S570，中断处理程序完成，主程序恢复。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (1)

1.一种多路电源并行输入处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

至少两路以上电源输入，

单一控制电路独立于各开关调整电路，并控制各开关调整电路，

开关调整电路调整各路电源的电压和电流输出，

各路电源并联为一路电源输出；

具体包括如下步骤：

步骤S10，检测各开关调整电路信号，如果各开关调整电路输出电压等于负载电压，执行步骤S40，如果不相等，执行步骤S20；

步骤S20，调整各开关调整电路输出电压平衡；

步骤S30，调整负载电压，

步骤S40，比较输出电流与负载电流，

步骤S50，中断处理；

所述步骤S10还包括，

步骤S110，系统初始化；

步骤S120，读输入电源电压值；

步骤S130，如果全部输入电源读完，执行步骤S140，否则执行步骤S120；

步骤S140，计算全部开关调整电路的初期占空比；

步骤S150，输出全部开关调整电路的初期PWM控制脉冲；

步骤S160，读开关调整电路输出电压值；

步骤S170，如果全部开关调整电路读完，执行步骤S180，否则执行步骤S160；

步骤S180，读取总输出电压值；

步骤S190，各开关调整电路输出电压与负载电压比较；

步骤S200，如果各开关调整电路输出电压等于负载电压，执行步骤S300，否则执行步骤S210；

步骤S210，判定最小开关调整电路输出电压值确定该开关调整电路；

步骤S220，判定最大开关调整电路输出电压值确定为当前工作开关调整电路；

所述步骤S20还包括，

步骤S230，比较当前工作开关调整电路输出电压值和最小开关调整电路输出电压值；

步骤S240，PID运算；

步骤S250，输出PWM控制脉冲到当前工作开关调整电路；

步骤S260，读当前工作开关调整电路输出电压值；

步骤S270，当前工作开关调整电路输出电压值是否等于最小开关调整电路输出电压值，如果等于最小开关调整电路输出电压值，执行步骤S280，否则执行步骤S230；

步骤S280，选择下一个最大开关调整电路输出电压值；

步骤S290，除最小开关调整电路输出电压值外全部选完，如果全部选完，执行步骤S320，否则执行步骤S230；

所述步骤S30还包括，

步骤S320，比较最小开关调整电路输出电压值和负载电压；

步骤S330，PID运算；

步骤S340，输出PWM控制脉冲到全部开关调整电路；

步骤S350，读全部开关调整电路输出电压值；

步骤S360，判断是否等于要求负载电压，如果等于要求负载电压，执行步骤S300，否则执行步骤S320；

所述步骤S40还包括，

步骤S300，将各开关调整电路的合计电流与负载电流比较；

步骤S310，判断是否需要微调电流值，如果需要微调电流值，执行步骤S320，否则执行步骤S510；

所述步骤S50还包括，

步骤S510，允许中断处理；

步骤S520，是否有中断信号，如果有中断信号，执行步骤S530，否则执行步骤S520；

步骤S530，主程序暂停，进入中断处理程序；

步骤S540，中断开始；

步骤S550，中断信号分析；

步骤S560，返回主程序；

步骤S570，中断处理程序完成，主程序恢复。