CN103872700B - 并联运行电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及并联运行电源装置，其中开关电源装置（2m）以及（2s）通过开关元件驱动用PWM脉冲输出部（28m）以及（28s）基于时钟信号所生成的PWM脉冲，来对IGBT（10m）以及（10s）进行开关控制，给负载（5）并联提供直流功率。在主开关电源装置（2m）内生成的时钟信号经由主开关电源装置（2m）的光电耦合器（36m）与从属开关电源装置（2s）的光电耦合器（38s），被提供给从属开关电源装置（2s）。经由光电耦合器（36m）而输出的所述时钟信号经由光电耦合器（38m）而被提供给主开关电源装置（2m）。光电耦合器（36m）、（38m）以及（38s）具有相同的延迟特性。

Description

并联运行电源装置

技术领域

本发明涉及一种电源装置，特别地涉及并联运行多台电源装置的技术。

背景技术

以往，在并联运行电源装置中，成为课题的是流过电源装置之间的横向流的抑制。例如，在日本专利公开公报2010－158125号公报所公开的技术中，按以下这样的方式来进行横向流的控制。在第1开关电源以及第2开关电源与负载之间配置共模扼流线圈，以使从第1开关电源流到第2开关电源的横向流与从负载流到第1开关电源的电流作为共模电流流过共模扼流线圈，同样地，在第1开关电源以及第2开关电源与负载之间配置另一共模扼流线圈，以使从第2开关电源流到第1开关电源的横向流与从负载流到第2开关电源的电流作为共模电流流过另一共模扼流线圈。

近年来，针对开关电源而进行数字控制的情况较多。对开关电源所具备的开关元件进行接通、断开控制的控制部基于基准时钟信号来生成用于进行接通、断开控制的开关信号。在并联运行这样的开关电源的情况下，若各开关电源独自地生成基准时钟信号，则有时各基准时钟信号的相位产生偏移，开关元件的接通、断开定时针对每个开关电源而偏移，其结果，产生横向流。另外，为了抑制提供给负载的电流的脉动相当量，需要使各开关电源中的开关元件的开关定时准确地错开而进行控制，但若针对每个开关电源而基准时钟信号的相位不同，则这也是困难的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够抑制横向流的产生或使输出中所包含的脉动降低的并联运行电源装置。

本发明的一种方式的并联运行电源装置具有多个开关电源装置。这些多个开关电源装置具备开关元件，通过基于时钟信号而生成的开关信号来对开关元件进行开关控制，在两个输出端子之间生成输出。既能够将所生成的输出设为交流，也能够设为直流。作为开关信号，能够使用例如PWM信号。所述多个开关电源装置的所述两个输出端子并联地连接。作为开关元件，能够使用例如IGBT、双极型晶体管或MOSFET，并能够设置单个或多个开关元件。所述多个开关电源装置中的1台、例如主开关电源装置所生成的所述时钟信号，作为所述时钟信号被提供给其他所述开关电源装置、例如从属开关电源装置。该提供经由主开关电源装置所具备的传递电路与所述从属开关电源装置所具备的传递电路来进行。例如，将主开关电源装置的传递电路设为输出传递电路，将从属开关电源装置所具备的传递电路设为输入传递电路。所述输出传递电路以及输入传递电路具有相同的延迟特性。经由具有与所述各传递电路相同的延迟特性的另一传递电路、例如主侧输入传递电路，将经由所述主开关电源装置的所述输出传递电路而输出的所述时钟信号再提供给主开关电源装置，生成所述开关信号。作为各传递电路，优选是它们的输入侧与输出侧被绝缘的绝缘型的电路，例如光电耦合器。

在这样构成的并联运行电源装置中，来自主开关电源装置的时钟信号通过主开关电源装置的输出传递电路而受到延迟，并进一步地通过从属开关电源装置的输入传递电路而受到延迟，并被提供给各从属开关电源装置。即，被引入到各从属开关电源装置内的时钟信号通过2台开关电源装置的传递电路而受到两次延迟。被引入到主开关电源装置内的时钟信号是将被提供给主开关电源装置的输出传递电路的时钟信号，经由主开关电源装置所具备的主侧输入传递电路来进行提供而得到的信号，也同样受到两次延迟。而且，各传递电路都是具备相同的延迟特性的传递电路。因此，分别被引入到主开关电源装置以及从属开关电源装置的时钟信号受到了相同的延迟，其相位一致。基于相位一致了的时钟信号，能够使主开关电源装置以及从属开关电源装置所生成的开关信号的相位一致。其结果，能够抑制横向流的产生，或抑制产生输出的脉动。

所述主开关电源装置以及从属开关电源装置能够设为具有使时钟信号与基准信号同步的时钟同步控制部。在这种情况下，将经由所述从属开关电源装置所具备的所述输入传递电路而被提供给从属开关电源装置的时钟信号，提供给所述时钟同步控制部。所述主开关电源装置具有基准时钟信号源，将来自该基准时钟信号源的时钟信号提供给所述传递电路，从所述传递电路输出的时钟信号经由所述另一传递电路而被提供给所述时钟同步控制部。

所述各开关电源装置能够设为在输出侧具有电抗器与平滑用电容器。电抗器能够串联地连接到开关电源的一个输出侧与两个输出端子中的一个之间，平滑用电容器能够并联地连接到两个输出端子之间。在这样地在开关电源装置中具备了平滑用电容器的并联运行电源装置中，由于平滑用电容器成为上述横向流的产生原因，所以，通过上述那样的方式来抑制横向流的产生是有意义的。

另外，所述各开关电源装置能够设为具有具备了所述开关元件的降压部、升压部或升降压部。由于这样地构成，所以并联运行电源装置能够设为与连接到两个输出端子之间的负载所要求的电压相应的装置。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的并联运行电源装置的方框图。

图2是图1的并联运行电源装置的详细的方框图。

图3是图1的并联运行电源装置的控制部的方框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的1种实施方式的并联运行电源装置具有多台、例如2台开关电源装置2m以及2s。2台开关电源装置2m以及2s是将从例如商用交流电源3提供的交流功率变换为直流功率的交流－直流变换装置（AC－DC）。这些开关电源装置2m以及2s各自的直流输出功率被并联地提供给例如电灯这样的负载5。2台开关电源装置2m与2s是相同的构成。因此，仅对开关电源装置2m进行详细说明。表示开关电源装置2m的构成要素的符号以数字与该数字末尾的拉丁字母m来表示，表示开关电源装置2s的构成要素中与开关电源装置2m的构成要素对应的构成要素的符号以与对应的构成要素共用的数字和将该数字末尾的拉丁字母设为s而得到的拉丁字母来表示。

如图2所示，开关电源装置2m具有直流部4m。直流部4m将来自商用交流电源3的交流功率变换为直流功率，由例如功率因数改善电路、变压器以及整流部构成。该直流部4m的直流输出通过连接到直流部4m的两个输出侧之间的平滑用电容器6m来平滑，并提供给降压部8m。

降压部8m具有开关元件，具体地说IGBT10m，其集电极连接到直流部4m的一个输出侧、例如正极+侧，发射极连接到二极管12m的阴极。二极管12m的阳极连接到直流部4m的另一个输出侧、例如负极－侧。IGBT10m与二极管12m的连接点经由电抗器14m与例如电流检测器16m的串联电路而连接到一个输出端子18m。另一个输出端子20m连接到二极管12m的阳极。平滑用电容器22m连接到输出端子18m以及20m之间。作为电流检测器16m，能够使用采用了例如霍尔电流变换器、分流电阻器的电流检测器。

从控制单元例如控制器24m，将开关信号例如PWM脉冲信号提供给IGBT10m。该PWM脉冲信号是基于表示由电流检测器16m所检测到的电流的、来自电流检测器16m的电流检测信号，在控制器24m中生成的。通过该PWM脉冲信号，对IGBT10m进行接通以及断开控制。被进行接通以及断开控制的IGBT10m与电抗器14m协同动作，对直流部4m的输出电压进行降压，将被降压了的输出电压提供到输出端子18m、20m之间。

开关电源装置2m、2s的相同极性的输出端子18m以及18s相连接，相同极性的输出端子20m以及20s相连接。即，输出端子18m、20m以及18s、20s相互并联地连接。将被连接了的输出端子18m以及18s连接到例如电灯这样的一个负载5的一个端子、例如正输入端子5p，将被连接了的输出端子20m以及20s连接到负载5的另一个端子、例如负输入端子5n，其结果，给负载5提供直流功率。

如图3所示，控制器24m具有向IGBT10m输出PWM脉冲信号的开关元件驱动用PWM脉冲输出部28m。控制器24m还具有数字信号处理装置30m。数字信号处理装置30m具有时钟同步控制部32m。开关元件驱动用PWM脉冲输出部28m基于时钟同步控制部32m的输出来生成PWM脉冲信号。通过该输出来控制PWM脉冲信号的开关周期。将基准时钟信号与同步目标值提供给时钟同步控制部32m，时钟同步控制部32m使基准时钟信号的相位与同步目标值一致，时钟同步控制部32m将作为具有与同步目标值一致了的相位的基准时钟信号的输出，提供给开关元件驱动用PWM脉冲输出部28m。以往，基准时钟信号由数字信号处理装置30m所具备的基准时钟信号源34m产生，并直接提供给时钟同步控制部32m。

如果在开关电源装置2m中将基准时钟信号源34m的基准时钟信号提供给时钟同步控制部32m，并在开关电源装置2s中将基准时钟信号源34s的基准时钟信号提供给时钟同步控制部32s的话，有可能基准时钟信号源34m的基准时钟信号与基准时钟信号源34s的基准时钟信号的相位有偏移。在这种情况下，若开关元件驱动用PWM脉冲输出部28m以及28s分别根据时钟同步控制部32m以及32s的基于相位不同的基准时钟信号的输出，来输出PWM脉冲信号，则有可能IGBT10m以及10s的接通的定时偏移或断开的定时偏移，而在开关电源装置2m与开关电源装置2s之间有横向流流过。例如，在基于由电流检测器16m、16s所检测的电流来进行IGBT10m以及10s的电流控制的情况下，若发生开关等的定时的偏移，则由于平滑用电容器22m以及22s与布线的电感分量的谐振现象而容易有横向流流过。为了防止这一情况，需要使提供给时钟同步控制部32m以及32s的基准时钟信号的相位一致。另外，在需要抑制流过负载5的负载电流中所包含的脉动的情况下，需要使例如IGBT10m与10s接通或断开的定时错开规定量。为了使该错开的定时准确地错开规定量，也需要使提供给时钟同步控制部32m以及32s的基准时钟信号的相位一致。

例如考虑将开关电源装置2m的基准时钟信号源34m的基准时钟信号也提供给开关电源装置2s的时钟同步控制部32s，使两开关电源装置2m以及2s的基准时钟信号的相位一致。即，考虑将开关电源装置2m作为主开关电源装置，并将开关电源装置2s作为从属开关电源装置2s来使用。在这种情况下，考虑使用开关电源装置2m所具备的传递电路、例如绝缘型的传递电路、具体地说光电耦合器（PHC）36m以及开关电源装置2s所具备的传递电路、例如光电耦合器38s，将开关电源装置2m的基准时钟信号源34m的基准时钟信号提供给开关电源装置2s的时钟同步控制部32s。使用绝缘型的光电耦合器36m、38s是为了抑制在传送中噪声重叠到基准时钟信号而控制电路进行错误动作。

光电耦合器36m以及38s中使用相同的延迟特性，在各自的输出侧产生的基准时钟信号中分别产生例如延迟量θ的延迟。因此，若经由光电耦合器36m以及38s将开关电源装置2m的基准时钟信号提供给从属开关电源装置2s的时钟同步控制部32s，则基准时钟信号通过光电耦合器36m而受到延迟量θ的延迟，并进一步地通过光电耦合器38s而受到延迟量θ的延迟。另一方面，从基准时钟信号源34m直接提供给时钟同步控制部32m的基准时钟信号不受到延迟，提供给时钟同步控制部32s的基准时钟信号相对于提供给时钟同步控制部32m的基准时钟信号，产生了延迟量2θ的延迟。若在产生了该延迟的状态下，开关元件驱动用PWM脉冲输出部28m以及28s基于时钟同步控制部32m以及32s的输出来生成PWM脉冲信号，则PWM脉冲信号的相位不一致，如上述那样地产生横向流，或无法进行脉动的压制。

因此，经由主开关电源装置2m所具备的另一光电耦合器38m（该光电耦合器38m具有与光电耦合器36m、38s相同的延迟特性），将从光电耦合器36m输出的基准时钟信号返还到主开关电源装置2m，并提供给时钟同步控制部32m。由于光电耦合器38m具有与光电耦合器36m、38s相同的延迟特性，所以，在光电耦合器38m中作为输出而产生的基准时钟信号通过光电耦合器36m受到延迟量θ的延迟，并进一步地通过光电耦合器38m受到延迟量θ的延迟。因此，提供给时钟同步控制部32m、32s的基准时钟信号是来自基准时钟信号源34m的基准时钟信号受到延迟量2θ的延迟而得到的信号，其相位一致。因此，主开关电源装置2m以及从属开关电源装置2s的时钟同步控制部32m以及32s的输出的相位变为一致。其结果，能够使开关元件驱动用PWM脉冲输出部28m以及28s所产生的PWM脉冲信号的相位一致，或使相位准确地相差规定量。

另外，主开关电源装置2m的数字信号处理装置30m与从属开关电源装置2s的数字信号处理装置30s为了进行并联运行，经由主开关电源装置2m所具备的光电耦合器40m与从属开关电源装置2s所具备的光电耦合器40s，从数字信号处理装置30m将运行信号提供给从属开关电源装置2s的数字信号处理装置30s。同样地，经由从属开关电源装置2s所具备的光电耦合器42s与主开关电源装置2m所具备的光电耦合器42m，将来自数字信号处理装置30s的运行信号提供给主开关电源装置2m的数字信号处理装置30m。另外，数字信号处理装置30m以及30s还经由控制器24m以及24s各自所具备的光电耦合器44m以及44s来进行串行通信。

在上述的实施方式中，虽然使用了开关电源装置2m以及2s这2台，但也能够使用更多台数的开关电源装置。另外，虽然作为各开关电源装置2m以及2s而使用了交流－直流变换装置，但也能够使用直流－直流变换装置、直流－交流变换装置来代替它。另外，虽然各开关电源装置设为具备了降压部8m以及8s，但不限于此，也能够使用采用了半导体开关元件的公知的升压部或升降压部。另外，也能够使用MOS晶体管、双极型晶体管等来代替IGBT。另外，在上述的实施方式中，虽然作为主开关电源装置而使用了开关电源装置2m，作为从属开关电源装置而使用了开关电源装置2s，但反过来也能够使用开关电源装置2s作为主开关电源装置，使用开关电源装置2m作为从属开关电源装置。

Claims (8)

1.一种并联运行电源装置，在该并联运行电源装置中，由开关电源装置与至少一个其他开关电源装置构成的多个开关电源装置都通过基于时钟信号而生成的开关信号来对开关元件进行开关控制，在两个输出端子之间生成输出，所述多个开关电源装置的所述两个输出端子并联地连接，其特征在于，

在作为所述多个开关电源装置中的1台开关电源装置的主开关电源装置内生成的所述时钟信号，被作为所述时钟信号而提供给作为所述至少一个其他开关电源装置的从属开关电源装置，

所述时钟信号向所述从属开关电源装置的提供是经由所述主开关电源装置所具备的第1光电耦合器与所述从属开关电源装置所具备的第2光电耦合器来进行的，所述第1光电耦合器和第2光电耦合器具有相同的延迟特性，经由所述第1光电耦合器和所述主开关电源装置所具备的第3光电耦合器，将在所述主开关电源装置内生成的所述时钟信号再提供给所述主开关电源装置，所述第3光电耦合器具有与所述第1光电耦合器和第2光电耦合器相同的延迟特性。

2.如权利要求1所述的并联运行电源装置，其特征在于，

所述主开关电源装置以及从属开关电源装置具有使时钟信号与基准信号同步的时钟同步控制部，将经由所述从属开关电源装置所具备的所述第2光电耦合器而被提供给所述从属开关电源装置的时钟信号，提供给所述从属开关电源装置的所述时钟同步控制部，所述主开关电源装置具有基准时钟信号源，来自该基准时钟信号源的时钟信号经由所述主开关电源装置的所述第1光电耦合器而被提供给所述从属开关电源装置的所述第2光电耦合器，经由所述主开关电源装置的第1光电耦合器所输出的所述时钟信号经由所述第3光电耦合器，被提供给所述主开关电源装置的时钟同步控制部。

3.如权利要求1所述的并联运行电源装置，其特征在于，

各所述开关电源装置在输出侧具有电抗器与平滑用电容器。

4.如权利要求2所述的并联运行电源装置，其特征在于，

各所述开关电源装置在输出侧具有电抗器与平滑用电容器。

5.如权利要求1所述的并联运行电源装置，其特征在于，

各所述开关电源装置具有具备了所述开关元件的降压部、升压部或升降压部。

6.如权利要求2所述的并联运行电源装置，其特征在于，

各所述开关电源装置具有具备了所述开关元件的降压部、升压部或升降压部。

7.如权利要求3所述的并联运行电源装置，其特征在于，

各所述开关电源装置具有具备了所述开关元件的降压部、升压部或升降压部。

8.如权利要求4所述的并联运行电源装置，其特征在于，

各所述开关电源装置具有具备了所述开关元件的降压部、升压部或升降压部。