CN104980015A - 输入串联输出并联的dc/dc变换器的电流差控制方法 - Google Patents

输入串联输出并联的dc/dc变换器的电流差控制方法 Download PDF

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Abstract

为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种输入串联输出并联的DC/DC变换器的电流差控制方法，该方法采用主-从结构最小化系统环路总数，主模块只有一个电压环控制输出电压，主模块的输出电流作为从模块输出电流环的基准，电压环与输出电流环是并联关系，在设计时可分别独立设计控制参数，互不影响；通过控制输出电流相等同时达到输入端均压的效果，由于是采用输出电流，省去了常规的输入均压环，简化了遥测电路的复杂性；各个模块输出电流环的参考电流由同一个主模块给出，避免了所有采样电流运算作和的步骤。该方法电路简单易于实现，能实现精确均压均流，在系统需要扩展及冗余备份时，能够改进为自动主-从模式，防止主模块失效，系统瘫痪的可能。

Description

输入串联输出并联的DC/DC变换器的电流差控制方法
技术领域
本发明涉及DC/DC变换器电流差控制，尤其涉及一种输入串联输出并联的DC/DC变换器的电流差控制方法。
背景技术
对于输入串联输出并联连接(ISOP)的方式，为达到系统均压均流目的，现有的控制方法主要有：同占空比控制方法，即所有子变换器共用一个输出电压环控制，占空比均相同；三环控制方法，包括输入均压环、输出电流环、输出电压环；交叉控制法，包括输出电压环、输出电流环，将构成系统的两个子变换器的占空比互换运行；上翘控制法，控制每一个子变换器的输出电压与输入电压有正比关系，这样无需其他均压均流控制，直接将各个子变换器输入端串联输出端并联连接即可基本均压均流。
总结现有的几种典型控制方式的特点，同占空比控制结构最为简单，系统只有一个环路，但是会因为各个子变换器的参数不同而造成均压均流精度不好，并且参数差异越大时精度越差。三环控制方法由于加入的输入均压环，所以能够精确控制每个子变换器的输入电压和输出电流相等，但是需要隔离检测输入端电压，并且每个子变换器包含3个环路，使系统结构过于复杂不易实现；交叉控制方法从输出端控制负载电流相等，虽然省去了隔离检测输入电压的电路，但是当构成系统的子模块数目较多时，系统整体复杂程度大大提高，仍然不易实现；对于上翘控制方法，模块化程度最高，因为各个子变换器之间没有相互连线，并且每个变换器都能够独立工作，但是这种方法的均压均流精度与输出特性均不够理想。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种输入串联输出并联的DC/DC变换器的电流差控制方法，该方法采用主-从结构最小化系统环路总数，主模块只有一个电压环控制输出电压，主模块的输出电流作为从模块输出电流环的基准，电压环与输出电流环是并联关系，在设计时可分别独立设计控制参数，互不影响；通过控制输出电流相等同时达到输入端均压的效果，由于采用输出电流，省去了常规的输入均压环，简化了遥测电路的复杂性；各个模块输出电流环的参考电流由同一个主模块给出，避免了所有采样电流运算作和的步骤。
本发明通过以下技术方案实现：
一种输入串联输出并联(ISOP)的DC/DC变换器的电流差控制方法，所述输入串联输出并联ISOP的DC/DC变换器包括N个变换器、一个输出电压环、N-1个输出电流环；所述方法包括：将第N个变换器设置为主模块，其他的N-1个变换器都是从模块，且所述N-1个变换器各有一个输出电流环，所述N-1个变换器的输出电流环的参考电流都由主模块给出；所述主模块的占空比只由所述输出电压环产生，所述从模块的占空比由输出电压环和所述从模块对应的输出电流环的补偿电压取和产生。
作为本发明的进一步改进，所述N为大于或等于2的自然数。
作为本发明的进一步改进，所述N-1个从模块的输出电流是正反馈运行。
作为本发明的进一步改进，所述DC/DC变换器为隔离型变换器。
另一方面，本发明还提供了一种输入串联输出并联(ISOP)的DC/DC变换器的电流差控制方法，所述输入串联输出并联ISOP的DC/DC变换器包括N个变换器、N个输出电压环、N个输出电流环；所述方法包括：每个变换器对应一个输出电压环，所述N个输出电压环的补偿器输出端都通过一个二极管相连，稳定运行时，所述N个输出电压环中补偿电压最高的那个作为所有变换器的输出电压环补偿电压；输出电流环的基准也通过二极管与所述输出电流环的输入端相连，最大的采样电流值作为系统的电流基准，所述主模块和从模块的占空比均由最高的电压环补偿电压和对应的输出电流环的补偿电压取和产生。
附图说明
图1是本发明的两个正激变换器ISOP连接的DC/DC变换器电流差控制方法原理图；
图2是输出电压环、输出电流环的补偿电压波形示意图；
图3是N个变换器ISOP连接构成的系统采用本发明的电流差控制方法的控制框图；
图4是自动主-从控制策略原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出的控制方法的基本结构是主-从结构，控制各个变换器的输出负载电流相等，根据功率平衡守则，输入端电压也相应相等。采用两个正激电路ISOP连接作为例子，分析本发明的电流差控制方法的工作原理。
如附图1所示，两个正激变换器(以下简称变换器1和变换器2)，其中变换器2是主模块，其占空比d2只由输出电压环产生，变换器1的占空比d1由输出电压环和输出电流环的补偿电压取和产生。其中输出电压环控制系统的输出电压，输出电流环控制两个模块的平均运行。输出电流环不是由两个模块的平均电流作为参考电流，而是变换器2的输出电流作为输出电流环的参考电流，并且变换器1的电流是正反馈运行。假设两个模块各参数相等(变换器参数也可以不相等)，并且运行于稳态条件下，当变换器1的输入电压受到扰动上升时，vin1升高，变换器1的输出电流io1升高，由于变换器1的输出电流是正反馈，令输出电流环输出的补偿电压是正值，d1增大，则i1增加，电容Cd1的电流减小，vin1减小，系统又回到平衡状态。稳态时，本发明的电流差控制方法能够另两个模块的输出电流精确相等io1＝io2，由功率平衡原理，在两个模块效率基本相等的情况下，各自的输入电压也基本相等。
附图2给出在系统运行时，两个环路的补偿电压的波形示意图，在t1时刻之前两个模块平均运行vci的值为0，到t1时刻，变换器1的输入电压vin1受扰动上升，io1上升，令vci是一个正值，该值叠加到Vc上使变换器1的占空比增大，vin1下降回到平衡状态，t2时刻绕动消失。t3时刻vin2受扰动电压上升，io2电流上升，使vci是一个负值，该值叠加到Vc使变换器1的占空比减小，vin1的值升高，vin2的值下降回到平衡状态，t4时刻扰动消失。
本发明提出的电流差控制方法，在N个Buck推导型隔离拓扑中应用的控制框图如附图3所示，其中第N个变换器作为主模块，只有一个共用的输出电压环，其他的N-1个变换器都是从模块，且这N-1个变换器各有一个输出电流环，从模块的输出电流环的参考电流都是由主模块给出的。
为了提高整个系统的可靠性，附图4给出了改进的自动主-从电流差控制方法原理图，每个模块完全相同，具有两个控制环，所有模块的电压环补偿器输出端通过二极管相连，稳定运行时，最高的电压环补偿电压作为所有模块的电压环补偿电压，输出电流环的基准也通过二极管相连，最大的采样电流值作为整体的电流基准，例如模块1的电流io1最大，io1为所有输出电流环的基准，所述主模块和从模块的占空比均由最高的电压环补偿电压和对应的输出电流环的补偿电压取和产生。
本发明提出的方法采用主-从结构最小化系统环路总数，主模块只有一个电压环控制输出电压，主模块的输出电流作为从模块输出电流环的基准，电压环与电流环是并联关系，在设计时可分别独立设计控制参数，互不影响；通过控制输出电流相等同时达到输入端均压的效果，由于是采样输出电流，省去了常规的输入均压环，简化了遥测电路的复杂性；各个模块输出电流环的参考电流由同一个主模块给出，避免了所有采样电流运算作和求平均的步骤。本发明提出的电流差控制方法电路简单易于实现，能实现精确均压均流，在系统需要扩展及冗余备份时，能够改进为自动主-从模式，防止主模块失效，系统瘫痪的可能。
本发明可应用在通信、医疗、航天器电源等系统中，作为工作于连续条件下的Buck推导型隔离拓扑输入端串联连接输出端并联连接的均压、均流的控制方法，能够保证组成后的系统中各个子变换器之间平均分配输入电压与输出电流。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种输入串联输出并联(ISOP)的DC/DC变换器的电流差控制方法，其特征在于：所述输入串联输出并联ISOP的DC/DC变换器包括N个变换器、一个输出电压环、N-1个输出电流环；所述方法包括：将第N个变换器设置为主模块，其他的N-1个变换器都是从模块，且所述N-1个变换器各有一个输出电流环，所述N-1个变换器的输出电流环的参考电流都由主模块给出；所述主模块的占空比只由所述输出电压环产生，所述从模块的占空比由输出电压环和所述从模块对应的输出电流环的补偿电压取和产生。
2.根据权利要求1所述的电流差控制方法，其特征在于：所述N为大于或等于2的自然数。
3.根据权利要求1所述的电流差控制方法，其特征在于：所述N-1个从模块的输出电流是正反馈运行。
4.根据权利要求1所述的电流差控制方法，其特征在于：所述DC/DC变换器为隔离型变换器。
5.一种输入串联输出并联(ISOP)的DC/DC变换器的电流差控制方法，其特征在于：所述输入串联输出并联ISOP的DC/DC变换器包括N个变换器、N个输出电压环、N个输出电流环；所述方法包括：每个变换器对应一个输出电压环，所述N个输出电压环的补偿器输出端都通过一个二极管相连，稳定运行时，所述N个输出电压环中补偿电压最高的那个补偿电压作为所有变换器的输出电压环补偿电压；输出电流环的基准也通过二极管与所述输出电流环的输入端相连，最大的采样电流值作为系统的电流基准，所述主模块和从模块的占空比均由最高的电压环补偿电压和对应的输出电流环的补偿电压取和产生。
6.根据权利要求5所述的电流差控制方法，其特征在于：所述N为大于或等于2的自然数。
7.根据权利要求5所述的电流差控制方法，其特征在于：所述N-1个从模块的输出电流是正反馈运行。
8.根据权利要求5所述的电流差控制方法，其特征在于：所述DC/DC变换器为隔离型变换器。
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