CN103780078A - 直流变换器数字并联均流方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流变换器数字并联均流方法及系统，所述方法包括：主机周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发；各个从机依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。采用本发明，其直流变换器数字并联均流系统在出现干扰或负载切换后依然可以稳定运行，表现出非常好的鲁棒性。

Description

直流变换器数字并联均流方法及系统

技术领域

本发明涉及通信电源领域，具体而言，涉及一种直流变换器数字并联均流方法及系统。

背景技术

在通信电源技术领域中，采用多个电源模块并联来实现大功率输出是一项非常重要的技术。

电源并联具有供电的集中管理、易扩容、兼容性好、冗余备份、可靠性高、性价比高等多种优势，并且由于其具有这些优势，由此辐射并推动了整个电源领域在电源模块并联技术方面的研究、进步以及发展。

电源并联技术已成为大功率分布式电源系统的核心技术，而实现电源并联运行的核心就是均流技术。所谓均流技术，是指在n 个电源模块并联的系统中，均匀分配各个电源模块负载电流的措施，要求每个电源模块处理所承受电流的自平衡，同时在输入电压和负载电流变化时，保持系统的输出电压稳定，并且均流精度和瞬态响应均有较好的表现。

如今，随着电源系统朝着数字化方向的演化，高度集成、易于移植、智能化的数字电源系统也必将成为整个电源系统的主流。作为数字电源设计中极为重要的一环，均流技术的数字控制方案已经开始被关注。

其中，均流技术的数字控制方案是指通过数字控制实现均流的解决方案。如图1所示，其描述了现有的数字均流方案架构框图，该该系统框架中，多台电源模块并联到CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线上面，采用有主机或无主机均流方式进行均流。

现有的主机电流给定的算法是：主机直接将自己的负载的电流发给从机，从机直接根据电流给定进行均流运算，该算法所存在的缺点是无法保证收敛性，容易导致均流系统产生振荡，难以趋于稳定。

发明内容

为了克服在现有的均流运算过程中，无法保证收敛，容易导致均流系统产生振荡，难以稳定的问题，本发明的目的在于提供一种直流变换器数字并联均流方法及系统。

为了达到本发明的目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种直流变换器数字并联均流方法，包括：

A、主机周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发；

B、各个从机依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。

优选地，在所述步骤A中，主机采用以下数学式计算在T=n时刻其下发至多个从机的当前均流给定值Ic_n+1：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}$  ；

其中，Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数。

优选地，在所述步骤B中，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值小于预设的最小均流误差阈值时，则该从机依据其保存的上次均流给定值执行负载电流调节。

优选地，从机在接收到主机发送的当前均流给定值前，其上一个负载电流调节过程已经稳定，以及所有从机的均流环都是稳定的，其均分别可以稳定跟踪主机发送的均流给定。

优选地，在所述步骤A中，主机通过数字通讯通道将计算出的均值给定广播下发至多个从机。

一种直流变换器数字并联均流系统，包括：

主机，用于周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发；

从机，用于依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。

优选地，主机采用以下数学式计算在T=n时刻其下发至多个从机的当前均流给定值Ic_n+1：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}$  ；

其中，Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数。

优选地，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值小于预设的最小均流误差阈值时，则从机依据其保存的上次均流给定值执行负载电流调节。

优选地，从机在接收到主机发送的当前均流给定值前，其上一个负载电流调节过程已经稳定，以及所有从机的均流环都是稳定的，其均分别可以稳定跟踪主机发送的均流给定。

优选地，主机通过数字通讯通道将计算出的均值给定广播下发至多个从机。

通过上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、由于在本发明中，主机均流算法是必然收敛，使得在同一套参数条件下、扩展均流模块时更易于稳定，但是最大并联数不能超过设置的参数K₁，否则会破坏主机均流算法的收敛性。

2、由于主机电流必然收敛，通过采用本发明，只要从机的均流环参数稳定，则整个均流系统就能稳定工作，从而给从机的均流环参数选择留有很大的余地，特别对于三相输入的并联均流系统，选择较快的均流环参数可以大大的减小不同相线之间工频环流，增加模块工作的可靠性。

附图说明

图1是直流变换器数字并联均流系统架构示意图；

图2是主机每个调节周期的均流算法流程示意图；

图3是从机每个调节周期的均流算法流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进一步的说明。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提出一种有主机的数字均流方法，此种主从均流方式的工作原理是：由主机发出均流给定，从机接收到均流给定后按照给定的电流大小经过数字调节算法，调节输出电流，从而达到均流的目的。

例如，本发明实施例提供的一种直流变换器数字并联均流方法，包括如下具体步骤：

S300、主机周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发；例如，在具体实施时，主机通过数字通讯通道将计算出的均值给定广播下发至多个从机，所述数字通讯通道可以采用CAN总线实现；

在具体实现时，所述采集的当前负载电流可以进行滤波运算，同样也可以不进行滤波运算。

另外，所述周期可以视具体情况而由本领域技术人员自行设定，本文对此不做细述。

S400、各个从机依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。

对于本实施例，在所述步骤S300中，主机采用以下数学式计算在T=n时刻其下发至多个从机的当前均流给定值Ic_n+1：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}$  ；

其中，Ic_n+1为T=n时刻主机下发的当前均流给定值，也是T=n+1时刻从机在满足一定条件下的工作电流值；Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数。

在所述步骤S400中，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值小于预设的最小均流误差阈值时，则该从机依据其保存的上次均流给定值执行负载电流调节。

从机在接收到主机发送的均流给定后，将其与上次收到的均流给定进行比较，如果和上次的变化量太小，例如小于预设的最小均流误差阈值∈，则保持均流给定不变，即从机依然按照该存储的均流给定进行工作电流（或称输出电流、负载电流）的调节，以使得其工作电流达到主机所给的均流给定值；当变化量大于预设的最小均流误差阈值∈，则从机将从主机接收的当前均流给定作为本次调节的依据，从而进行负载电流的调节，其中，从机进行电流调节的算法可表达为：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{Ic}}_n& |{\mathrm{Ic}}_{n+1}-{\mathrm{Ic}}_n|\≤\∈\\ {\mathrm{Ic}}_{n+1}& |{\mathrm{Ic}}_{n+1}-{\mathrm{Ic}}_n|>\∈\end{array}\right.$ ；

其中，Ic_n+1为T=n时刻主机下发的当前均流给定值，也是T=n+1时刻从机在满足一定条件下的工作电流值；Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数，∈为预设的最小均流误差阈值。

当然，根据均流精度要求，用户可以依据具体要求选取合适的∈值，也可以将其设置为0，这里对此不做过多赘述。

在本实施例中，按照本实施例提供的直流变换器数字并联均流方法进行均流控制，其主机电流一定在有限次调节过程内收敛。如此设计可以使得从机的均流环设计变得更加容易，以满足较好的快速响应特性，从而，本方法基于以下条件：

（1）从机在接收到主机发送的当前均流给定值前，其上一个负载电流调节过程已经稳定；

（2）以及所有从机的均流环都是稳定的，其均分别可以稳定跟踪主机发送的均流给定。

此时，则主机电流和(K₂-1)台从机电流构成序列：

{|Iz₀-Ic₀|,|Im₁-Ic₁|,…..|Iz_n-Ic_n|}；

其中，Iz_n ，Ic_n满足条件

，Iz_n(K₂-1)×Ic_n=I_load（其为定值）；

若K₁≥K₂，则|Iz_n-Ic_n|收敛于0，推导如下：

T=n+1时刻从机电流为：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{{}_{}{K}_1}$ ；

由于整体的负载电流一定，那么根据T=n时刻下发的均流给定完成调节后，T=n+1时刻的主机负载电流为：

${\mathrm{Iz}}_{n+1}={\mathrm{Iz}}_n-\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}(K_2-1)$ ；

则主从机的实际负载电流误差为：

$|{\mathrm{Iz}}_{n+1}-{\mathrm{Ic}}_{n+1}|=|{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n|*(1-\frac{K_2}{K_1})$  ；

将初始值代入上述公式，得到：

$|{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n|=|{\mathrm{Iz}}_0-{\mathrm{Ic}}_0|*{(1-\frac{K_2}{K_1})}^n$

则主从机的实际负载电流误差构成等比数列，如果调节n次，n趋向无穷大，则：

${\lim }_{n\→\∞}|{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n|={\lim }_{n\→\∞}\left[\right|{\mathrm{Iz}}_0-{\mathrm{Ic}}_0|*{(1-\frac{K_2}{K_1})}^n]=0$ ；

从上述公式可以看出，主从机的均流稳态误差为0。由于均流的起始点可以从任一开始时间开始计算，所以出现干扰或负载切换后依然可以稳定运行，则表现出非常好的鲁棒性。

在实际使用中，不能接受无穷次调节后稳定，如果增加判断条件|I_n-I_n|≤∈时，认为主机电流已经稳定，那么在有限次内实现调节过程结束。

本发明的实施不局限于在AC/DC电源系统，亦可移植于DC/DC变换系统、AC逆变器系统等。

本发明实施例还提供了一种直流变换器数字并联均流系统，继续参考图1，其主要包括：

主机，用于周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发，具体实施时，主机通过数字通讯通道将计算出的均值给定广播下发至多个从机，例如所述数字通讯通道可以采用CAN总线实现，从而实现主机与多个从机的相连；

在具体实现时，所述采集的当前负载电流可以进行滤波运算，同样也可以不进行滤波运算。

以及，

从机，用于依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。

本实施例中，主机采用以下数学式计算在T=n时刻其下发至多个从机的当前均流给定值Ic_n+1：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}$  ；

其中，Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数。

本实施例中，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值小于预设的最小均流误差阈值时，则从机依据其保存的上次均流给定值执行负载电流调节。

同样地，在本实施例中，按照本实施例提供的直流变换器数字并联均流方法进行均流控制，其主机电流一定在有限次调节过程内收敛。如此设计可以使得从机的均流环设计变得更加容易，以满足较好的快速响应特性，从而，本方法基于以下条件：

（1）从机在接收到主机发送的当前均流给定值前，其上一个负载电流调节过程已经稳定；

（2）以及所有从机的均流环都是稳定的，其均分别可以稳定跟踪主机发送的均流给定。

例如在本实施例中：一台电源模块作为主机，N台模块作为从机，每个电源模块都含有至少一个数字运算单元。在主机和各个从机电源模块之间建立一个高速的数字通讯通道，主机将计算的均流给定以广播的方式传输给其它的从机电源模块，每个从机电源模块根据接收到的主机均流给定，调整输出电流的大小，使得自身的负载电流等于均流给定。

如图2所示，其描绘了主机每个调节周期的均流算法流程示意图，其具体包含以下步骤：

S101、主机对自己的负载电流进行采样，对于所述采样电流可以进行滤波运算或不进行滤波运算；

S102、主机根据本机的电流采样和上次保存的均流给定（初始按照给定为0处理），进行从机的均流给定运算；

S103、保存本次计算的均流给定，以用于下次计算；

S104、主机发送均流给定至多个从机；

如图3所示，其描绘了从机每个调节周期的均流算法流程图，其具体包含以下步骤：

S201、定时接收主机的均流给定；

S202、从机对自己的负载电流进行采样，进行滤波运算或不进行滤波运算；

S203、将本次接收的均流给定与上次接收的均流给定进行比较，如果变化量小于预设的最小均流误差阈值ε，则执行步骤S204；否则，不更新均流给定，直接执行S205；

S204、将当前接收的均流给定更新上次保存的均流给定值，完成均流给定的更新；

S205、从机根据均流给定直接执行负载电流调节运算。

应当理解，本发明不局限于上述本实施例提供的实现步骤，可以根据实际的需要进行调整。

上述的一个电源模块或多个电源模块可以通过一个或多个处理器来实现，例如可以通过DSP(Digital Signal Processor，数字处理器)或其他处理器或硬件来实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流变换器数字并联均流方法，其特征在于，包括：

A、主机周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发；

B、各个从机依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。

2.如权利要求1所述的直流变换器数字并联均流方法，其特征在于，在所述步骤A中，主机采用以下数学式计算在T=n时刻其下发至多个从机的当前均流给定值Ic_n+1：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}$  ；

其中，Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数。

3.如权利要求1所述的直流变换器数字并联均流方法，其特征在于，在所述步骤B中，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值小于预设的最小均流误差阈值时，则该从机依据其保存的上次均流给定值执行负载电流调节。

4.如权利要求1-3任一所述的直流变换器数字并联均流方法，其特征在于，从机在接收到主机发送的当前均流给定值前，其上一个负载电流调节过程已经稳定，以及所有从机的均流环都是稳定的，其均分别可以稳定跟踪主机发送的均流给定。

5.如权利要求4所述的直流变换器数字并联均流方法，其特征在于，在所述步骤A中，主机通过数字通讯通道将计算出的均值给定广播下发至多个从机。

6.一种直流变换器数字并联均流系统，其特征在于，包括：

主机，用于周期采集当前负载电流，并结合上一次向多个并联的从机下发的上次均流给定值计算当前均流给定值并将其下发；

从机，用于依据获取的当前均流给定值以及保存的上次均流给定值判断是否执行其负载电流调节，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值大于或等于预设的最小均流误差阈值时，则依据该当前均流给定值执行该从机的负载电流调节，其中，所述最小均流误差阈值可以设置为零。

7.如权利要求6所述的直流变换器数字并联均流系统，其特征在于，主机采用以下数学式计算在T=n时刻其下发至多个从机的当前均流给定值Ic_n+1：

${\mathrm{Ic}}_{n+1}={\mathrm{Ic}}_n+\frac{{\mathrm{Iz}}_n-{\mathrm{Ic}}_n}{K_1}$  ；

其中，Ic_n为T=n-1时刻主机下发的上次均流给定值；Iz_n为T=n时刻主机采集的当前负载电流值；K₁为系统最大并联电源模块数。

8.如权利要求6所述的直流变换器数字并联均流系统，其特征在于，当当前均流给定值与上次均流给定值的差值小于预设的最小均流误差阈值时，则从机依据其保存的上次均流给定值执行负载电流调节。

9.如权利要求6-8任一所述的直流变换器数字并联均流系统，其特征在于，从机在接收到主机发送的当前均流给定值前，其上一个负载电流调节过程已经稳定，以及所有从机的均流环都是稳定的，其均分别可以稳定跟踪主机发送的均流给定。

10.如权利要求9所述的直流变换器数字并联均流系统，其特征在于，主机通过数字通讯通道将计算出的均值给定广播下发至多个从机。

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