CN103812311A - 基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，在电源总控制模块与子开关电源之间使用两个通讯端口数据分离控制，一路控制数据下发，一路控制数据上传，两通信端口可以任意转换通讯模式，子开关电源可脱离总控制模块独自工作，使开关电源并联数据通讯控制和输出响应速度有了很大的提高，特别是数量较多的开关电源并联时，输出响应速度和单个子开关电源响应速度差别不太大，可靠性得到提升。系统设脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口，能够实现控制子开关电源多种模式灵活组合。本发明具有响应速度快、控制灵活、可靠性高，可以在大动态范围运行，适用范围更广。

Description

基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统

技术领域

   本发明涉及一种开关电源并联系统，特别是基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统。

背景技术

开关电源并联系统按照工作方式可分为模拟方式和数字方式，模拟方式因控制精度和灵活性等方面的缺陷，逐渐被数字并联方式取代，而普通数字并联方式存在控制各子开关电源速度慢，灵活性及可靠差等缺陷。

发明内容

 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，它具有控制速度快、控制灵活、可靠性高的特点，可以在大动态范围运行，适用范围更广。

为达到所述目的，本发明提供了一种基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统。本发明采用的技术方案如下：

一种基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，包括电源总控制模块、至少两个子开关电源和总反馈模块，所述电源总控制模块与各个开关电源之间均具有功能对应的两个通讯端口，所述电源总控制模块的两个通讯端口分别与所述子开关电源的一对通讯端口相接，所述子开关电源输出端接总反馈模块总输入端；所述电源总控制模块反馈端接总反馈模块反馈端。

所述通讯端口中的一个通讯端口用于所述总控制模块向所述子开关电源下发工作数据，另一个通讯端口用于所述电源总控制模块接收所述子开关电源参数数据。

所述通讯端口包括但不限于RS485通讯端口、CAN通讯端口或者LAN通讯端口。

所述总控制模块向所述子开关电源下发的工作数据包含地址代码，所述各个子开关电源分别至少定义一个地址。

所述子开关电源分别定义两个以上的地址，各子开关电源地址与其他子开关电源地址至少部分相同。

所述电源总控制模块具有三个控制端口，所述控制端口分别为脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口；所述脉冲同步端口用于控制电源总控制模块及子开关电源脉冲同步；所述启动/停止端口用于若干子开关电源同时启动或停止；所述故障端口用于子开关电源上报故障。

所述子开关电源具有三个控制端口，分别为脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口，所述子开关电源的控制端口与所述电源总控制模块对应控制端口相连接。

所述子开关电源包括数字信号处理模块、输入模块、逆变模块、整流模块、取样模块；输入模块顺次与逆变模块、整流模块和取样模块相连后接入数字信号处理模块；输入模块、逆变模块、整流模块分别与数字信号处理模块进行直接的数据传输与交互。

所述总反馈模块包括电流取样电路和电压取样电路，所述总反馈模块的总输入端连接所述子开关电源的输出端。

进一步地，该基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统所述电源总控制模块包括控制和显示模块。

本发明的有益效果在于：

采用双通讯端口进行数据传输，单独两路通讯端口具备互换及备份功能，当其中端口出现故障，另一端口启用应急模式，采用双向通讯模式或无子开关电源参数反馈的单向通讯模式，开关电源并联后的可靠性得到提升。通过控制端口使开关电源并联输出可以有多种模式组合，提升了灵活性。通过定义数据包的地址位，可以实现一个数据包控制从单个子开关电源工作到全部子开关电源工作，实现了并联后的开关电源最小分辨率从单个子开关电源的最小分辨率到子开关电源额定值总和的范围，子开关电源并联后的动态范围控制精度得到很大提升。

附图说明

图1为本发明基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统示意图。

图2为本发明具体实施例电源总控制模块结构图。

图3为本发明具体实施例一个子开关电源结构图。

图4为本发明具体实施例数据结构图。

图5为本发明具体实施例多相脉冲示意图。

具体实施方式

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。以下结合附图说明对本发明的具体实施例作进一步说明：

如图1、2所示，一种基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，包括电源总控制模块、若干子开关电源和总反馈模块。电源总控制模块和子开关电源均具有功能对应的两个通讯端口，电源总控制模块的两个通讯端口分别与子开关电源的通讯端口相接；一个通讯端口用于电源总控制模块向子开关电源下发工作数据，另一个通讯端口用于电源总控制模块接收子开关电源参数数据，上述通讯端口可采用RS485通讯端口、CAN通讯端口或者LAN通讯端口等具有类似功能的通讯端口。

子开关电源输出端接入总反馈模块总输入端，电源总控制模块反馈端接总反馈模块反馈端，总反馈模块包括电流取样电路和电压取样电路，总反馈模块的总输入端连接子开关电源的输出端。

作为本发明的进一步改进，采用总的输出取样，可以使开关电源并联后的控制速度不依赖单个模块上传完数据后再处理，各子开关电源响应速度得到进一步提升。

电源总控制模块具有三个控制端口分别为脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口。脉冲同步端口用于控制电源总控制模块及子开关电源脉冲同步，启动/停止端口用于若干子开关电源同时启动或停止，故障端口用于子开关电源上报故障；子开关电源具有三个控制端口，分别为脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口，子开关电源的控制端口与电源总控制模块对应控制端口相连接。根据应用需要，还可以在电源总控制模块和子开关电源增设远程监测控制端口，并设置控制和显示模块。

根据预置程序将电源总控制模块与各子开关电源统一定义，双通讯口工作模式下任一通讯口出现故障，子开关电源发出一般故障指示并自动进入单口双向通讯模式；若双向通讯模式出现故障则启动单向通讯模式，子开关电源参数不反馈，总控制模块依据总反馈模块参数，按照双通讯端口的下发工作数据模式，同样可以达到快速控制；若两个通讯口均出现故障，子开关电源发出严重故障指示，并通过故障端口反馈给电源总控制系统。

如图3所示，子开关电源包括数字信号处理模块、输入模块、逆变模块、整流模块、取样模块；输入模块顺次与逆变模块、整流模块和取样模块相连后接入数字信号处理模块；输入模块、逆变模块、整流模块分别与数字信号处理模块进行直接的数据传输与交互，数字信号处理模块可采用数字信号处理器DSP、单片机MCU或者其他具有信号处理功能的集成芯片。取样模块包括电流取样电路与电压取样电路，取样数据与子开关电源参数对比，可作系统故障判定，还可作快速控制时参数给定；根据实际情况可全部采样、采样一种或者取消输出采样。

总控制模块向子开关电源下发的工作数据包含地址代码；类型分为A代表全部子开关电源，B代表预定义的某组子开关电源，C代表单个子开关电源，上传数据包时一个数据包对应一个子开关电源，根据需要确定数据传送的类组。本发明具体实施例以基于CAN2.0通讯端口，5台并联子开关电源做说明，其它数量、通讯口类似，数据包定义帧起始、地址位、数据位、校验位。帧起始为固定格式，子开关电源接收到数据，都预备接收。地址位以四个为例，进行如下定义，第一台子开关电源定义四个地址，地址1号、地址6号、地址8号，地址9号，第二台子开关电源定义四个地址，地址2号、地址6号、地址8号，地址10号，第三台子开关电源定义四个地址，地址3号、地址7号、地址8号，地址9号，第四台子开关电源定义四个地址，地址4号、地址7号、地址8号，地址10号，第五台子开关电源定义四个地址，地址5号、地址7号、地址8号，地址9号；当需要一个数据包发送一台子开关电源，地址位就直接填地址1号到地址5号中的其中一个，如果需要发送数据包到某组子开关电源，则地址位就填地址6号或者地址7号，进行全部控制，则地址位就填地址8号，需要控制地址为单的子开关电源，则地址位填9号，需要控制地址为双的子开关电源，地址位就填10号，由于子开关电源处理地址位数据非常快，在数据刚发送完成，下一帧数据只发送一小部分时，就已经知道哪些子开关电源应该动作，做到了子开关电源响应速度的快速提升。数据位为固定格式，根据定义下发需要的数据；校验位为固定格式，用于校验数据的正确与否。如图4所示，起始帧SOF由一位构成，仲裁域 ID由11位构成，这就是数据包包含地址信息，如前述，需要全部（8号组）子开关电源刷新数据，则此处写入00000001000，需要编号为单组（9号组）子开关电源刷新数据，则此处写入00000001001；控制域，按标准应用构成；数据域，定为40位，前8位为控制方式，中间16位电流，后面16位为电压；CRC，校验位，按标准应用构成；帧结束，按标准应用构成；根据需要，可增减数据结构。

由于下发数据的实时性要求高，采用多种类组传送，各子开关电源响应速度极大的得到提高，特别是子开关电源数量比较多时，其适用范围更广，开关电源快速控制时，一个数据包可以控制从单个子开关电源工作到全部子开关电源工作，实现了并联后的开关电源最小分辨率从单个子开关电源的最小分辨率到子开关电源额定值总和的范围，子开关电源并联后的动态范围控制精度得到很大提升；另一通讯端口用于数据上传，由于接收数据实时要求没有发送那么高，子开关电源发送数据时，根据电源总控制模块要求，使用地址按地址1号到地址5号分时传送，单独两路通讯端口具备互换及备份功能，当其中端口出现故障，另一端口启用应急模式，启用双向通讯模式，这在要求可靠性高的应用场合，开关电源并联后的可靠性得到提升。

本发明具体实施例的工作流程如下：

所有装置上电并进行自检，如有故障，则报出故障，待用户处理；自检通过后，开关电源总控制检测各联机子开关电源，等待用户设置，设置后，启动电源总控制模块，电源总控制模块发送工作要求数据到各子开关电源，然后启动脉冲同步端口和启动/停止端口，子开关电源根据电源总控制模块发送数据和控制端口状态，作出相应处理；开关电源需要停止，电源总控制模块启动/停止端口为停止状态，各子开关电源接收到控制命令后，立即停止子开关电源，同时依照电源总控制模块发出停止指令，各子开关电源作停止命令相关处理。如图5所示，当总控制模块需要输出低纹波方式时，控制子开关电源为错分多相的同步方式：5个子开关电源按地址序号，第一个序号的子开关电源按同步脉冲同步输出，第二个序号的子开关电源按同步脉冲周期的五分之一延时输出，第三个子开关电源按同步脉冲周期的五分之二延时输出，第四个子开关电源按同步脉冲周期的五分之三延时输出，第五个子开关电源按同步脉冲周期的五分之四延时输出，这样，并联后的输出脉冲就填满整个周期，形成直流，输出纹波就很小，多个子开关电源并联方案类似，其它输出方式也采用类似同步控制方法。

本发明不限于所述实施方式，如带有数字控制功能的模拟开关电源，带有数字控制功能的数字开关电源等，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，包括电源总控制模块、至少两个子开关电源和总反馈模块，其特征在于：所述电源总控制模块与各个开关电源之间均具有功能对应的两个通讯端口，所述电源总控制模块的两个通讯端口分别与所述子开关电源的一对通讯端口相接，所述各个子开关电源输出端接总反馈模块总输入端；所述电源总控制模块反馈端接总反馈模块反馈端。

2.根据权利要求1所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述通讯端口中的一个通讯端口用于所述总控制模块向所述子开关电源下发工作数据，另一个通讯端口用于所述电源总控制模块接收所述子开关电源参数数据。

3.根据权利要求2所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述通讯端口包括但不限于RS485通讯端口、CAN通讯端口或者LAN通讯端口。

4.根据权利要求1-3所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述总控制模块向所述子开关电源下发的工作数据包含地址代码，所述各个子开关电源分别至少定义一个地址。

5.根据权利要求4所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述子开关电源分别定义两个以上的地址，各子开关电源地址与其他子开关电源地址至少部分相同。

6.根据权利要求5所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述电源总控制模块具有三个控制端口，所述控制端口分别为脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口；所述脉冲同步端口用于控制电源总控制模块及子开关电源脉冲同步；所述启动/停止端口用于若干子开关电源同时启动或停止；所述故障端口用于子开关电源上报故障。

7.根据权利要求6所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述子开关电源具有三个控制端口，分别为脉冲同步端口、启动/停止端口、故障端口，所述子开关电源的控制端口与所述电源总控制模块对应控制端口相连接。

8.根据权利要求7所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述子开关电源包括数字信号处理模块、输入模块、逆变模块、整流模块、取样模块；输入模块顺次与逆变模块、整流模块和取样模块相连后接入数字信号处理模块；输入模块、逆变模块、整流模块分别与数字信号处理模块进行直接的数据传输与交互。

9.根据权利要求8所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述总反馈模块包括电流取样电路和电压取样电路，所述总反馈模块的总输入端连接所述子开关电源的输出端。

10.根据权利要求9所述的基于双通讯口的开关电源并联快速控制系统，其特征在于所述电源总控制模块包括控制和显示模块。

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