CN105580260B - 电源系统 - Google Patents

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Abstract

具备多个电源装置，且它们的输入部以及输出部分别被并联连接。多个电源装置具备以起停同步方式来进行串行信号的通信的控制器，多个电源装置之中的至少一个电源装置的控制器发送串行信号，其他电源装置的控制器接收串行信号。而且，具备与串行信号的上升或下降沿同步地对开关元件进行开关的开关控制电路。各电源装置不使用用于同步的单独的时钟线便与其他电源装置同步。

Description

电源系统
技术领域
本发明涉及具备多个电源装置、且它们的输入部以及输出部分别并联连接的电源系统。
背景技术
以高输出化、冗余运行为目的，利用到将多个电源装置并联连接而构成的电源系统。在使用多个电源装置的情况下，为了抑制由多个开关动作所引起的干扰现象(开关跳动，switching beat)，而需要使各电源装置的动作同步。例如，在专利文献1中示出了一种将多个电源装置并联连接而得到的多相型电源装置，该电源装置为了取得开关频率的同步，而从控制器MCU向PWM搭载型驱动单元输出给定频率、给定相位的时钟信号。即、多个PWM搭载型驱动单元分别输入时钟信号，并与该时钟信号同步地对各自的电感器进行驱动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-80744号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所示的电源装置中，由于PWM搭载型驱动单元分别需要时钟线，因此随着PWM搭载型驱动单元的数量的增加而布线、端子也增加，这成为成本增加的主要原因。此外，由于时钟线成为了噪声的产生源，也成为了噪声的接受部，因此需要采取针对这些问题的对策。
本发明的目的在于，提供一种无需用于使各电源装置同步的单独的时钟线而解除了上述问题的电源系统。
用于解决课题的手段
本发明的电源系统的特征在于，具备多个电源装置，且所述多个电源装置的输入部以及输出部分别被并联连接，所述多个电源装置各自具备：转换器部，其进行电力转换；开关控制电路，其进行开关元件的开关控制；和控制器，其以起停同步方式来进行串行信号的通信，所述多个电源装置之中的至少一个电源装置的所述控制器发送所述串行信号，其他电源装置的所述控制器接收所述串行信号，所述多个电源装置的各开关控制电路与所述串行信号的上升或下降沿同步地对开关元件进行开关。
此外，本发明的电源系统的特征在于，具备多个电源装置，且所述多个电源装置的输入部以及输出部分别被并联连接，所述电源系统除了具备所述多个电源装置以外还具备外部控制器，所述外部控制器以起停同步方式来进行串行信号的通信，所述多个电源装置各自具备：转换器部，其进行电力转换；开关控制电路，其进行开关元件的开关控制；和控制器，其以起停同步方式来进行串行信号的通信，所述外部控制器发送所述串行信号，所述多个电源装置接收所述串行信号，所述多个电源装置的各开关控制电路与所述串行信号的上升或下降沿同步地对开关元件进行开关。
根据上述构成，能够以较少的布线来使各电源装置的动作同步，能够抑制布线、端子的增加。此外，能够减少与噪声有关的问题。
所述多个电源装置之中的至少一个电源装置的所述开关控制电路也可以在所述串行信号的上升或下降沿与所述开关元件的开关之间设定一定的延迟时间。由此，能够实现多相动作。
优选基于所述开关控制电路的所述开关元件的开关周期与所述串行信号的1比特长度具有整数比的关系。由此，能够抑制波形钝化(waveform rounding)、产生噪声。
发明效果
根据本发明，由于无需用于使各电源装置同步的时钟线，因此能够抑制布线、端子的增加。此外，也能够减少与噪声有关的问题。
附图说明
图1是第1实施方式所涉及的电源系统的电路图。
图2是使各控制器内的电路或功能模块化来示出的图。
图3是串行信号以及各控制器的同步PWM生成部所产生的矩形波信号的波形图。
图4是第2实施方式所涉及的电源系统的电路图。
图5是表示第2实施方式所涉及的电源系统的动作的波形图。
图6是表示关于交错动作的波形图。
图7是第3实施方式所涉及的电源系统的电路图。
图8是表示第4实施方式所涉及的电源系统的动作的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图并列举几个具体的示例，从而表示用于实施本发明的多个方式。在各附图中，对于同一部分标记同一符号。各实施方式为例示，且在不同的实施方式中所表示的构成能够进行局部置换或组合是不言而喻的。
《第1实施方式》
图1是第1实施方式所涉及的电源系统的电路图。该电源系统201具备多个电源装置单元(以下，仅称为“单元”)100A、100B…，它们的输入部以及输出部分别被并联连接来构成。在图1中，省略了第3个以后的单元的图示。虽然单元100A、100B…的每一个基本为同一构成，但在该示例中，单元100A作为主设备来进行动作，其他单元100B等作为从设备来进行动作。
如果列举单元100A为例，则单元100A具备转换器部1、PWM控制部2、控制器10A、和输出电压检测电路3。转换器部1具备开关元件Q1、二极管D1、电感器L1以及电容器C1，构成了非绝缘的降压转换器电路。PWM控制部2具备误差放大器OPAMP1、PWM比较器CMP1、和三角波生成电路21。通过转换器部1、PWM控制部2以及控制器10A来构成本发明所涉及的“开关控制电路”。
输出电压检测电路3为由电阻R1、R0形成的分压电路。误差放大器OPAMP1对基准电压Vref与输出电压检测电路3的输出电压进行比较，并将误差电压提供给PWM比较器CMP1的非反相端子。在误差放大器OPAMP1的反相输入端与输出端之间，连接有电容器C2以及电阻R2。该电路作为用于防止控制系统振荡的相位补偿电路而发挥作用。
控制器10A由微控制单元MCU构成。控制器10A向三角波生成电路21提供矩形波信号。三角波生成电路21与该矩形波信号同步地产生三角波信号，并将其提供给PWM比较器CMP1的反相端子。PWM比较器CMP1通过对提供给非反相端子的输入电压和三角波信号进行比较，从而向开关元件Q1提供PWM调制信号。
开关元件Q1通过实施了上述PWM调制的信号而被控制。在开关元件Q1的接通期间内在电感器L1中流动励磁电流，在断开期间内通过二极管D1而流动回流电流。
控制器10A向串行信号线4输出通信用的串行信号。上述矩形波信号与串行信号的上升或下降沿同步。即、控制器10A输出通信用的串行信号，并且产生与该串行信号的上升或下降沿同步的矩形波信号。但是，控制器10A无需始终持续送出通信用的串行信号。
单元100B内的控制器10B输入串行信号线4的串行信号，产生与其上升或下降沿同步的矩形波信号，并将其提供给三角波生成电路21。
图2是使各控制器内的电路或功能模块化来示出的图。控制器10A、10B…具备同步PWM生成部11以及起停同步串行通信部12。控制器10A内的同步PWM生成部11通过自激振荡而产生矩形波信号。控制器10A内的起停同步串行通信部12输入上述矩形波信号，并与该矩形波信号的上升或下降沿同步地从TX端子输出通信数据。此外，起停同步串行通信部12从RX端子输入通信数据。控制器10B内的起停同步串行通信部12以起停同步方式从TX端子输出通信数据，并从RX端子输入通信数据。控制器10B内的同步PWM生成部11与串行信号线4的上升或下降沿同步地产生矩形波信号。各控制器10A、10B…内的同步PWM生成部所产生的矩形波信号的周期相同。
图3是上述串行信号以及各控制器的同步PWM生成部所产生的矩形波信号的波形图。在该示例中，与作为主设备而进行动作的控制器10A内的同步PWM生成部11所产生的矩形波信号的上升沿同步地输出串行信号。而且，作为从设备而进行动作的控制器10B等内的同步PWM生成部11所产生的矩形波信号，与串行信号的上升或下降沿同步。
作为主设备而进行动作的控制器在没有要传输的数据的状态下，将串行信号线保持为H电平。在发送一些数据时，作为起始比特而送出0(L电平)，然后依次送出接于其后的比特。若送出了规定的比特数，则作为结束比特而送出1(H电平)，从而结束数据发送。
如此一来，各控制器10A、10B…所产生的矩形波信号一致，各PWM控制部2基于相同的三角波信号来进行PWM调制。由此，各单元的转换器部1以相同的开关周期来对开关元件Q1进行开关。
因此，根据本实施方式，由于与起停同步的串行通信同步地进行开关，因此无需使用时钟信号，其结果，能够抑制时钟信号用的布线、端子的增加。此外，由于不存在时钟线，因此也能够抑制由此产生的噪声。
《第2实施方式》
图4是第2实施方式所涉及的电源系统的电路图。该电源系统202具备两个单元100A、100B，它们的输入部以及输出部分别被并联连接来构成。虽然这两个单元100A、100B的基本构成与图1所示的单元100A、100B相同，但进行从动作的控制器10B等的动作有所不同。
图5是表示第2实施方式所涉及的电源系统的动作的波形图，是作为主设备而进行动作的控制器10A所输出的串行信号以及各控制器的同步PWM生成部所产生的矩形波信号的波形图。在该示例中，作为从设备而进行动作的控制器10B等内的同步PWM生成部11所产生的矩形波信号，从串行信号的上升或下降沿起延迟一定时间再上升。该延迟时间被预先规定，使得作为主设备的单元100A与作为从设备的单元100B进行交错动作。
图6是表示关于交错动作的波形图。在此，若将单元100A的开关动作的相位以A相来表示，将单元100B的开关动作的相位以B相来表示，则A相与B相的电感器电流以及栅极电压成为如图6所示的波形。A相栅极电压(单元100A内的开关元件Q1的栅极电压)与B相栅极电压(单元100B内的开关元件Q1的栅极电压)存在相位差。伴随于此，在A相电感器电流(单元100A内的电感器L1中流动的电流)与B相电感器电流(单元100B内的电感器L1中流动的电流)也产生相位差，从而进行交错动作。由此，能够抑制输出电流的脉动成分。
另外，并不限于两相的交错动作，同样也能够进行三相以上的多相动作。即、只要设置多个作为从设备的单元，并相对于这多个单元内的控制器的同步PWM生成部而规定多种延迟时间即可。例如，如果延迟时间为两种，则成为三相的多相动作。
此外，上述延迟时间既可以在单元的制造时存储在单元中，也可以通过作为主设备的单元根据上述串行通信而进行指令，从而对作为从设备的各单元设定延迟时间。
《第3实施方式》
图7是第3实施方式所涉及的电源系统的电路图。该电源系统203与第1、第2实施方式不同，除了电源单元100A、100B以外，还具备外部控制器20。该外部控制器20的构成与图2所示的控制器10A相同。但是，同步PWM生成部11的信号并未向外部输出。外部控制器20实施与第1实施方式中所示的控制器10A相同的动作。如此，也可以将控制器设置在单元的外部。
《第4实施方式》
在第4实施方式中，示出了基于开关控制电路的开关元件的开关周期与串行信号的1比特长度具有1∶1以外的整数比的关系的示例。
虽然在第1至第3实施方式中，示出了串行信号的1比特长度与PWM调制的载波信号的周期(开关元件的开关周期)相等的示例，但开关元件的开关周期与串行信号的1比特长度也可以为整数倍比。
图8是表示第4实施方式所涉及的电源系统的动作的波形图。如果与图3进行比较，则可明确得知，在本实施方式中，PWM调制的载波信号的周期(开关元件的开关周期)为串行信号的1比特长度的整数分之一。例如，串行信号的数据传输率为100kbps，PWM调制的载波信号的频率为400kHz。
即使具有这种关系，也与作为主设备而进行动作的控制器内的同步PWM生成部所产生的矩形波信号的上升同步地输出串行信号。而且，作为从设备而进行动作的控制器内的同步PWM生成部所产生的矩形波信号，与串行信号的上升或下降沿同步。
若串行信号的1比特长度与开关周期相同，则串行通信的传输频率变高，会存在波形钝化而导致的通信错误成为问题、或串行信号线成为噪声源的情况，但是如果如本实施方式这样使串行通信的传输频率降低，则能够避免或减少这些问题。
虽然在图2中示出了使用两根串行信号线来进行全双工通信的示例，但也能够适用于使用一根串行信号线的半双工通信的情况。
此外，虽然在上文所示的实施方式中，示出了转换器部为非绝缘的降压转换器电路的示例，但转换器部也可以为升压转换器、升降压转换器。此外，也可以为使用了绝缘变压器的绝缘型。此外，虽然示出了由误差放大器、PWM比较器以及无源元件的组合来构成PWM控制部的模拟控制的示例，但也可以将其设为通过MCU来进行处理的数字控制。
符号说明
C1…电容器
CMP1…PWM比较器
D1…二极管
L1…电感器
OPAMP1…误差放大器
Q1…开关元件
1…转换器部
2…PWM控制部
3…输出电压检测电路
4…串行信号线
10A、10B…控制器
11…同步PWM生成部
12…起停同步串行通信部
21…三角波生成电路
100A、100B…电源装置单元
201、202…电源系统

Claims (4)

1.一种电源系统，其具备多个电源装置，且所述多个电源装置的输入部以及输出部分别被并联连接，所述电源系统的特征在于，
所述多个电源装置各自具备：转换器部，其进行电力转换；开关控制电路，其进行开关元件的开关控制；和控制器，其以起停同步方式来进行串行信号的通信，
所述多个电源装置之中的至少一个电源装置的所述控制器发送所述串行信号，其他电源装置的所述控制器接收所述串行信号，
所述多个电源装置的各开关控制电路与所述串行信号的上升或下降沿同步地对开关元件进行开关。
2.一种电源系统，其具备多个电源装置，且所述多个电源装置的输入部以及输出部分别被并联连接，所述电源系统的特征在于，
所述电源系统除了具备所述多个电源装置以外还具备外部控制器，所述外部控制器以起停同步方式来进行串行信号的通信，
所述多个电源装置各自具备：转换器部，其进行电力转换；开关控制电路，其进行开关元件的开关控制；和控制器，其以起停同步方式来进行串行信号的通信，
所述外部控制器发送所述串行信号，所述多个电源装置接收所述串行信号，
所述多个电源装置的各开关控制电路与所述串行信号的上升或下降沿同步地对开关元件进行开关。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，
所述多个电源装置之中的至少一个电源装置的所述开关控制电路，在所述串行信号的上升或下降沿与所述开关元件的开关之间设定一定的延迟时间。
4.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，
基于所述开关控制电路的所述开关元件的开关周期与所述串行信号的1比特长度具有整数比的关系。
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