CN105186862B - 分布式电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式电源系统。电源系统包括多个电源单元、一译码器、一均流总线、一控制总线，一输出总线，每个电源单元分别与译码器、均流总线以及输出总线相连。一个电源单元包括一电源模块和一反馈电路，电源模块具有输出端和反馈输入端，反馈电路具有输入端、输出端和控制端，译码器具有一输入端和多个输出端，电源模块的输出端和反馈电路的输入端均接在输出总线上，电源模块的反馈输入端和反馈电路的输出端均接在均流总线上，反馈电路的控制端与译码器输出端相连，译码器的输入端与控制总线相连。本发明采用单主控制器操作模式，实现了多个电源模块并联工作时高精度均流，电源系统主控制器可任意指定，工作冗余性强、可靠性高。

Description

分布式电源系统

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种分布式电源系统。

背景技术

大量电子设备，特别是计算机、通讯、空间站等的广泛应用，要求组建一个大容量、安全可靠、不间断供电的电源系统。八十年代起，分布式电源供电方式成为电力电子学新的研究热点。相对于传统的集中式供电，分布式电源利用多个中、小功率的电源模块并联来组建积木式的大功率电源系统。在空间上各模块接近负载，供电质量高，通过改变并联模块的数量来满足不同功率的负载，设计灵活，每个模块承受较小电应力，开关频率可以达到兆赫级，从而提高了系统的功率密度。

大功率输出和分布式电源，使电源模块并联技术得以迅速发展。然而一般情况下不允许模块输出间直接进行并联，必须采用均流技术以确保每个模块分担相等的负载电流，否则并联的模块有的轻载运行，有的重载甚至过载运行，输出电压低的模块不但不为负载供电，反而成了输出电压高的模块的负载，热应力分配不均，极易损坏。

电源系统实现均流的方法有很多，有源均流法就是其中非常重要的一类，其特征是采用互连通讯线连接所有的并联模块，用于提供共同的电流参考信号。有源均流法实现方式主要有主从均流法等。

如图1所示，一种传统主从均流法实现的电源系统，其包括两个相同的电源单元100，电源单元100包括基本单元102和误差放大器101，电源单元100一端接输入总线Vin，一端接输出总线Vout，误差放大器101作为反馈电路，误差放大器101的反相输入端接入输出总线Vout，输出端反馈信号给基本单元102，两个电源单元100通过均流总线CBS相连，指定其中一个电源单元100中的基本单元102作为主控制器单元，另一个作为从属单元。这种结构的电源系统冗余性较差，主控制器单元出现故障会直接导致整个电源系统的崩溃。并且均流总线CBS接到从属单元的反馈电路的输入端，从属模块的反馈电路与主控制器的反馈电路共同工作，如此不仅难以达到高的均流精度，而且增加了电源系统的整体功耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种均流精度高、冗余性强、可靠性高、功耗低、可扩展性强的分布式电源系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分布式电源系统，包括多个结构相同的电源单元、一译码器、一均流总线、一控制总线，一输出总线，每个电源单元分别与译码器、均流总线以及输出总线相连且连接方式相同。其中，一电源单元包括一电源模块和一反馈电路，所述电源模块具有输出端和反馈输入端，所述反馈电路具有输入端、输出端和控制端，所述译码器具有一输入端和多个输出端，所述电源模块的输出端和所述反馈电路的输入端均接在输出总线上，所述电源模块的反馈输入端和所述反馈电路的输出端均接在均流总线上，所述反馈电路的控制端与所述译码器的其中一个输出端相连，所述译码器的输入端与控制总线相连，所述输出总线接外部负载，当所述分布式电源系统工作时，指定其中一个电源单元作为主控制电源单元，将主控制电源单元中的电源模块作为主控制器，所述控制总线对所述译码器进行配置，将主控制电源单元中的反馈电路接入所述分布式电源系统，关闭其他的电源单元中的反馈电路。

优选的，所述反馈电路包括可控模拟开关、第一电阻、第二电阻、误差放大器和补偿结构电路，所述可控模拟开关具有三个端部依次分别为第一端、第二端和控制端，所述误差放大器具有同相输入端、反向输入端和输出端，所述补偿结构电路具有第一端和第二端，所述可控模拟开关的第一端作为反馈电路的输入端接入输出总线，所述可控模拟开关的第二端接第一电阻的第一端，所述可控模拟开关的控制端作为反馈电路的控制端，所述第一电阻的第二端接第二电阻的第一端和误差放大器的反相输入端，所述第二电阻的第二端接地，所述误差放大器的同相输入端接基准电压信号，所述误差放大器的输出端作为所述反馈电路的输出端并于所述补偿结构电路的第一端相连，所述补偿结构电路的第二端接地。

具体的，所述可控模拟开关包括传输门和第一反相器，所述传输门具有同相控制端、反相控制端、作为所述可控模拟开关的第一端的第一端和作为所述可控模拟开关的第二端的第二端，所述传输门的反相控制端接所述第一反相器的输入端并作为所述可控模拟开关的控制端，所述传输门的同相控制端接所述第一反相器的输出端。

具体的，所述补偿结构电路包括第一电容、第二电容和第三电阻，所述第一电容的第一端与第二电容的第一端相连并作为所述补偿结构电路的第一端，所述第一电容的第二端接所述第三电阻的第一端，所述第二电容的第二端与第三电阻的第二端相连并作为所述补偿结构电路的第二端。

进一步的，所述电源单元具有n个，n为大于2的整数，所述控制总线的上位线的条数为m，m＞log₂(n)。

本发明的有益效果是，本发明中的电源系统采用单主控制器操作模式，在使用时选择一个电源模块作为主控制器，其余的电源模块作为从属电源模块，实现了多个电源模块并联工作时高精度均流，电源系统主控制器可任意指定，若选择作为主控制器的电源模块出现故障，可以随时更换电源模块作为主控制器，工作冗余性强、可靠性高。在电源系统正常工作时控制总线通过译码器配置，将从属电源模块的反馈电路关闭停用，能够使电源整体功耗大大低。本发明的电源系统设计难度低，具有较强的可扩展性，可方便应用于各类分布式电源供电系统。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是传统主从均流法实现的电源系统原理结构图；

图2是本发明分布式电源系统的原理结构图；

图3是本发明分布式电源系统电源系统中第n反馈电路原理图；

图4是图3中补偿结构电路优选实施例原理图；

图5是本发明分布式电源系统的一具体实施例的电路原理图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图2所示，本发明所述的一种分布式电源系统，包括多个电源单元、一译码器、一均流总线、一控制总线，一输出总线。所述多个电源单元包括第一电源单元1、第二电源单元2至第n电源单元n共n个电源单元，其中，n为大于2的整数。每个电源单元分别与译码器10、均流总线CBS以及输出总线Vout Bus相连且连接方式相同。一个电源单元包括一电源模块和一反馈电路。具体来说，第一电源单元1包括第一电源模块11和第一反馈电路12，第二电源单元2包括第二电源模块21和第二反馈电路22，...，第n电源单元n包括第n电源模块n1和第n反馈电路n2。

第n反馈电路n2的具体结构原理图如图3所示，所述第n反馈电路n2中的补偿结构电路的优选结构原理图如图4所示，在本发明中，每个电源单元的内部结构均相同，在下述的具体实施例中会具体举例说明，此处不展开描述。

如图5所示，本发明分布式电源系统的一个具体实施例。所述分布式电源系统包括两个电源单元分别为第一电源单元1和第二电源单元2，所述第一电源单元1和第二电源单元2结构相同。所述第一电源单元1包括第一电源模块11和第一反馈电路12，所述第二电源单元2包括第二电源模块21和第二反馈电路22。所述第一电源模块11和第二电源模块21均具有输出端和反馈输入端，所述第一反馈电路12和第二反馈电路22均具有输入端、输出端和控制端。所述译码器10具有一输入端和两个输出端，分别为第一输出端和第二输出端。所述第一电源模块11的输出端和所述反馈电路12的输入端均接在输出总线Vout Bus上，所述第一电源模块11的反馈输入端和所述第一反馈电路12的输出端均接在均流总线CBS上，所述第一反馈电路12的控制端与所述译码器10的第一输出端相连。所述第二电源模块21的输出端和所述第二反馈电路12的输入端均接在输出总线Vout Bus上，所述第二电源模块21的反馈输入端和所述第二反馈电路22的输出端均接在均流总线CBS上，所述第二反馈电路22的控制端与所述译码器10的第二输出端相连。所述译码器10的输入端与控制总线ControlBus相连，所述输出总线Vout Bus接外部负载20的一端，所述外部负载20的另一端接地。

所述第一反馈电路11包括第一可控模拟开关K11、第一电阻R11、第二电阻R12、第一误差放大器EA1和第一补偿结构电路CC1。所述第一可控模拟开关K11包括第一传输门TG1和第一反相器lnv1，所述第一传输门TG1具有同相控制端、反相控制端、第一端和第二端。所述第一传输门TG1的反相控制端接所述第一反相器lnv1的输入端并作为所述第一可控模拟开关K11的控制端接入译码器10的第一输出端，所述第一传输门TG1的同相控制端接所述第一反相器lnv1的输出端，所述第一传输门TG1的第一端接入输出总线Vout Bus，所述第一传输门TG1的第二端与第一电阻R11的第一端相连。所述第一误差放大器EA1具有同相输入端、反向输入端和输出端。所述第一补偿结构电路CC1包括第一电容C11、第二电容C12和第三电阻R13，所述第一电容C11的第一端与第二电容C12的第一端相连并作为反馈电路12的输出端接第一误差放大器EA1的输出端。所述第一电容C11的第二端接所述第三电阻R13的第一端，所述第二电容C12的第二端与第三电阻R13的第二端相连后接地。所述第一电阻R11的第二端接第二电阻R12的第一端和第一误差放大器EA1的反相输入端，所述第二电阻R12的第二端接地，所述第一误差放大器EA1的同相输入端接基准电压信号。由于所述第一反馈电路11与第二反馈电路21内部电路结构相同，此处不再赘述。

所述译码器10包括第三反相器lnv3、第四反相器lnv4和第五反相器lnv5。所述第三反相器Inv3的输入端和第五反相器Inv5的输入端连接作为译码器10的输入端，第三反相器Inv3的输出端接第四反相器Inv4的输入端，第四反相器Inv4的输出端是译码器10的第一输出端，第五反相器Inv5的输出端是译码器10的第二输出端。

结合上述具体实施例，本发明分布式电源系统的工作原理是：

当控制总线Control Bus的信号为低电平时，译码器10的第一输出端输出低电平信号EN1，译码器10的第二输出端输出高电平信号EN2。此时第一反馈电路12中的第一可控模拟开关K11导通，从而第一电源模块11作为主控制器，第一反馈电路12正常工作；第二反馈电路22中的第二可控模拟开关K21关断，第二反馈电路22被禁止工作。

第一反馈电路12中的第一电阻R11和第二电阻R12组成分压器，使第一误差放大器EA1的反相输入端信号与输出总线Vout Bus信号呈线性关系，且记为λVout。当由于输入电压或负载电流变化引起电源系统的输出总线Vout Bus信号发生变化时，第一误差放大器EA1的反相输入端同样会发生λ倍的变化，该变化量相比第一误差放大器EA1同相输入端的Vref信号，会引起第一误差放大器输出信号VFB1发生相应改变。第一误差放大器输出信号VFB1作为负反馈信号通过均流总线CBS输入到第一电源模块11和第二电源模块21两个电源模块，从而引起相关的调整变化。由于均流总线CBS承载的负反馈信号仅来自于主控制器即第一电源模块11，也即第一电源模块11和第二电源模块21的反馈输入端信号相同，因此输出电流也相同，由此达到高精度均流的效果。

同理，当控制总线Control Bus的信号为高电平时，第二电源模块21将作为主控制器，同样可以达到高度均流的效果。

上述具体实施例仅列举了两路电源模块构成电源系统的情况，若将n个电源模块并联工作，则在设计译码器时，需要控制总线Control Bus上位线的条数为m，m＞log₂(n)。

在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种分布式电源系统，其特征是：包括多个结构相同的电源单元、一译码器、一均流总线、一控制总线，一输出总线，每个电源单元分别与译码器、均流总线以及输出总线相连且连接方式相同，其中，一电源单元包括一电源模块和一反馈电路，所述电源模块具有输出端和反馈输入端，所述反馈电路具有输入端、输出端和控制端，所述译码器具有一输入端和多个输出端，所述电源模块的输出端和所述反馈电路的输入端均接在输出总线上，所述电源模块的反馈输入端和所述反馈电路的输出端均接在均流总线上，所述反馈电路的控制端与所述译码器的其中一个输出端相连，所述译码器的输入端与控制总线相连，所述输出总线接外部负载，当所述分布式电源系统工作时，指定其中一个电源单元作为主控制电源单元，将主控制电源单元中的电源模块作为主控制器，所述控制总线对所述译码器进行配置，将主控制电源单元中的反馈电路接入所述分布式电源系统，关闭其他的电源单元中的反馈电路；

所述反馈电路包括可控模拟开关、第一电阻、第二电阻、误差放大器和补偿结构电路，所述可控模拟开关具有三个端部依次分别为第一端、第二端和控制端，所述误差放大器具有同相输入端、反向输入端和输出端，所述补偿结构电路具有第一端和第二端，所述可控模拟开关的第一端作为反馈电路的输入端接入输出总线，所述可控模拟开关的第二端接第一电阻的第一端，所述可控模拟开关的控制端作为反馈电路的控制端，所述第一电阻的第二端接第二电阻的第一端和误差放大器的反相输入端，所述第二电阻的第二端接地，所述误差放大器的同相输入端接基准电压信号，所述误差放大器的输出端作为所述反馈电路的输出端并于所述补偿结构电路的第一端相连，所述补偿结构电路的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的分布式电源系统，其特征是：所述可控模拟开关包括传输门和第一反相器，所述传输门具有同相控制端、反相控制端、作为所述可控模拟开关的第一端的第一端和作为所述可控模拟开关的第二端的第二端，所述传输门的反相控制端接所述第一反相器的输入端并作为所述可控模拟开关的控制端，所述传输门的同相控制端接所述第一反相器的输出端。

3.根据权利要求1所述的分布式电源系统，其特征是：所述补偿结构电路包括第一电容、第二电容和第三电阻，所述第一电容的第一端与第二电容的第一端相连并作为所述补偿结构电路的第一端，所述第一电容的第二端接所述第三电阻的第一端，所述第二电容的第二端与第三电阻的第二端相连并作为所述补偿结构电路的第二端。

4.根据权利要求1所述的分布式电源系统，其特征是：所述电源单元具有n个，n为大于2的整数，所述控制总线的上位线的条数为m，m＞log₂(n)。