CN106787628B - 变换器互联系统的控制方法及变换器的控制电路 - Google Patents

变换器互联系统的控制方法及变换器的控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及开关变换器模块，特别涉及输入串联输出并联的多个变换器构成的变换器互联系统的控制方法及其中单个变换器的反馈控制电路。其中，本发明提供一种变换器互联系统的控制方法，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，通过限定单个变换器中主开关管的最大占空比和最小占空比，使得变换器模块的最大输入功率得到限制，以通过单个变换器的独立闭环稳压，实现变换器互联系统的输出稳压。

Description

变换器互联系统的控制方法及变换器的控制电路
技术领域
本发明涉及开关变换器模块，特别涉及输入串联输出并联的多个变换器构成的变换器互联系统的控制方法及其中单个变换器的反馈控制电路。
背景技术
在输入电压较高的情况下，需要对开关变换器模块输入串联使用；当负载所需功率大于单个变换器模块的功率时，需要对变换器模块输出并联使用。N个变换器模块组合后的电源系统输入电压是单个变换器模块最高输入电压的N倍，输出功率也是单个变换器模块的N倍。因此，对于输入电压高，输出功率较大的场合，需要对变换器模块进行输入串联、输出并联使用。
在输入串联输出并联的情况下，为了保证输入串联输出并联组合变换器正常工作，传统控制方法是采取措施使得各变换器模块的输入端均压，从而使得各变换器模块的输入功率相等，避免变换器模块之间功率不均的情况，保证变换器模块不过载工作。图1为N个变换器模块输入串联输出并联组合而成的变换器互联系统，其中每个变换器模块内部结构是相同的，内部都含有独立的闭环控制电路，功率级信号通过反馈控制环节，形成控制信号返回功率级。对普通独立闭环的变换器模块进行输入串联输出并联使用时，由于每个变换器模块独立的电压调节作用，各变换器模块的输入端不能自动均压，要采取其他的控制电路进行均压，通常都需增加变换器模块之间的连线，通过隔离采样得到输入电压，利用增加的连线传输电压信息，每个变换器模块根据其他变换器模块的电压进行控制，从而实现各变换器模块输入均压的效果。在输入串联输出并联的场合，要采用独立闭环的变换器模块实现输入端均压，一般会增加接线，增加了系统的复杂程度，不便于用户使用。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种无需强制变换器模块的输入端均压，而利用单个变换器的独立闭环稳压，来实现变换器互联系统的输出稳压的变换器互联系统的控制方法。
与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种无需强制变换器模块的输入端均压，仅利用单个变换器的独立闭环稳压，来实现变换器互联系统的输出稳压的单个变换器的控制电路。
为解决上述技术问题，本发明提供一种变换器互联系统的控制方法，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，通过限定单个变换器中主开关管的最大占空比和最小占空比，使得变换器模块的最大输入功率得到限制，以通过单个变换器的独立闭环稳压，实现变换器互联系统的输出稳压。
本发明还提供一种变换器的控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，包括或门、非门、与门And1、And2、最小占空比设定模块和最大占空比设定模块，最小占空比设定模块包括电阻R1和电容C1，电阻R1的一端作为最小占空比设定模块的输入端，电阻R1的另一端通过电容C1接地；最大占空比设定模块包括电阻R2和电容C2，电阻R2的一端作为最大占空比设定模块的输入端，电阻R2的另一端通过电容C2接地；或门的一输入端作为控制电路的输入端，或门的输出端连接非门的输入端，非门的输出端连接最小占空比设定模块的输入端，最小占空比设定模块中电阻R1的另一端连接与门And1的一输入端，与门And1的另一输入端连接或门的输出端，与门And1的输出端连接或门的另一输入端，以利用最小占空比设定模块的输出信号钳制占空比的高电平信号；非门的输出端还连接最大占空比设定模块的输入端，最大占空比设定模块中电阻R2的另一端连接与门And2的一输入端，与门And2另一输入端连接或门的输出端，以利用最大占空比设定模块的输出信号钳制占空比的低电平信号；与门And2的输出端引出作为控制电路的输出端。
优选的，所述最小占空比设定模块，还包括二极管D1，二极管D1并联在电阻R1的两端，二极管D1的阴极连接电容C1。
优选的，所述最大占空比设定模块，还包括二极管D2，二极管D2并联在电阻R2的两端，二极管D2的阴极连接电容C2。
本发明再提供一种变换器的控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，包括或门、非门、与门And1、And2、最小占空比设定模块和最大占空比设定模块，最小占空比设定模块包括电阻R1和电容C1，最大占空比设定模块包括电阻R2和电容C2，其连接关系是，或门的一个输入端作为控制电路的输入端，或门的输出端与非门的输入端连接，非门的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；电阻R1的另一端还连接与门And1的一输入端，与门And1的另一输入端连接或门的输出端，与门And1的输出端连接或门的另一输入端，用以利用最小占空比设定模块的输出信号钳制占空比的高电平信号；非门的输出端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地；电阻R2的另一端还连接与门And2的一输入端，与门And2的另一输入端连接或门的输出端，用以利用最大占空比设定模块的输出信号钳制占空比的低电平信号；与门And2的输出端作为控制电路的输出端。
优选的，所述最小占空比设定模块，还包括二极管D1，二极管D1并联在电阻R1的两端，二极管D1的阴极连接电容C1的一端。
优选的，所述最大占空比设定模块，还包括二极管D2，二极管D2并联在电阻R2的两端，二极管D2的阴极连接电容C2的一端。
本发明通过限制每一变换器模块中的开关管的占空比，在输入串联输出并联的情况下，不强制独立闭环控制变换器模块的输入端均压，但能保证各变换器模块正常工作，并能实现输出稳压。
本发明为解决输入串联输出并联的情况下不能采用独立闭环变换器模块的问题，提供一种控制方法，不强制实现输入均压，通过限制每一变换器模块中开关管的占空比，使得输入串联输出并联的情况下可以使用独立闭环的变换器模块，其有益效果为：
(1)单个变换器模块独立工作时可闭环高精度稳压；
(2)多个变换器模块输入串联输出并联时，无需增加额外的信号线；
(3)多个变换器模块输入串联输出并联时，可实现输出稳压。
附图说明
图1为多个变换器模块输入串联输出并联组合而成的变换器互联系统的电路原理图；
图2为本发明变换器互联系统的电路原理图；
图3为本发明变换器的控制电路的电路原理图，即是限制最小和最大占空比控制电路的电路原理图；
图4为本发明变换器的控制电路的工作时序图。
具体实施方式
在变换器模块输入串联输出并联的情况下，传统控制方法是采取措施使变换器模块的输入端均压，从而保证变换器模块不会出现过压或过载的情况，在本发明中，并不采取措施使输入端均压，通过限制最小和最大占空比的方式保证变换器模块可靠工作。如图2所示，一种变换器互联系统，在每个变换器模块中引入占空比限制电路，保证变换器可靠工作。其中，每个变换器模块的内部结构与U1变换器模块是相同的。
本发明通过限制每一变换器模块中的开关管的占空比，在变换器模块输入串联输出并联的情况下，虽然不能使得每个变换器模块的输入电压相等，但可以通过限定开关管的最大和最小占空比，从而限制变换器模块的最高输入电压，使得变换器模块的最大输入功率得到限制，因此每个变换器模块都可正常工作。当变换器模块的输入电压达到最大值时，其开关管的驱动就会达到最小占空比(或最大占空比)，此时若输入电压继续升高，由于占空比已经达到极限值，无法再进行调节，因此该变换器模块的输出电压就会升高，当其输出端与其他变换器模块的输出端并联时，该变换器模块的输出电流就会增大，从而导致输入电流也加大，输入电流加大会使得该变换器模块的输入电容电压下降，限制变换器模块输入电压升高，变换器模块的输入电压在正常工作范围内。
此外，由于每个变换器模块都是闭环稳压的，因此其单独工作时可以实现高精度稳压输出；当多个变换器模块的输出端并联后，由于每个变换器模块都进行稳压调节，使输出电压稳定在设定值，因此整个串并联系统也可以实现高精度稳压输出。
若整个串并联系统的额定输出功率是P，采用传统方法对X个变换器模块进行输入串联均压控制，则每个变换器模块的额定功率为P/X。若采用本发明的方案，因为输入电压不均，所以每个变换器模块的功率也是不均的，为了保证可靠性，每个变换器模块的额定功率要设计得比P/X大。即通过增大变换器模块的功率裕量来保证变换器模块可靠工作。限制最小和最大占空比后，输出电压与输入电压的比值M的最小值就受到限制，假设最小的输出输入电压比值为Mmin，最大的输出输入电压比值为Mmax，当输出电压为Vo时，单个变换器模块的最小输入电压是Vo/Mmax，单个变换器模块的最大输入电压是Vo/Mmin。假设X个变换器模块输入串联输出并联后的系统的输入电压是Vin，则XVo/Mmin>Vin>XVo/Mmax。由于输入端是串联的，因此输入电压大的变换器模块，输入功率大。当总功率一定时，X个变换器模块中只有一个变换器模块工作于最高输入电压，其他变换器模块工作于最低输入电压时，高压工作的变换器模块最容易出现过功率的情况，因此，若整个串并联系统的额定输出功率是P，则单个变换器模块的额定功率至少为P/[(X-1)Mmin/Mmax+1]。
如上分析，限制最大最小占空比后，变换器模块输入串联输出并联时可正常工作，下面介绍其实施方式。
由于限制最小和最大占空比的电路有多种实施方式，因此，本发明的实现方式有多种，其中图1中占空比限制电路的电路原理图如图3所示，一种限制最小和最大占空比的控制电路，其中PWM_IN是原始驱动方波信号，PWM_OUT是经过最大最小占空比限制的驱动方波信号，两驱动信号之间的关系如下：若PWM_IN信号的占空比小于最小占空比，则PWM_OUT输出最小占空比；若PWM_IN信号的占空比大于最小占空比并小于最大占空比，则PWM_OUT与PWM_IN相同；若PWM_IN信号的占空比大于最大占空比，则PWM_OUT输出最大占空比。电路中的R1和C1决定了最小占空比，其时间常数相对较小，R2和C2决定了最大占空比，其时间常数相对较大。
如图3所示，一种变换器的控制电路，包括一个或门、一个非门、与门And1和And2，电阻R1和R2，二极管D1和D2以及电容C1和C2，二极管D1、电阻R1和电容C1构成最小占空比限制模块，二极管D2、电阻R2和电容C2构成最大占空比限制模块，它们的连接关系如下：输入端PA与或门的一个输入端连接，或门的输出端与非门的输入端连接，非门的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，非门的输出端还与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极与电容C1的一端连接，电容C1的一端与与门And1的一输入端连接，与门And1的另一输入端与或门的输出端连接。与门And1的输出端与或门的另一输入端连接，或门的输出端与与门And2的一输入端连接，与门And2的输出端接输出PG。非门的输出端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，非门的输出端还与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与电容C2的一端连接，电容C2的一端连接与门And2的另一输入端。
该变换器的控制电路的工作时序图如图4所示，当输入端点PA从低电平变到高电平，点PB也从低电平变高电平，点PC电压从高电平变到低电平，电容C1通过电阻R1放电，电容C2通过R2放电，首先分析电容C1通过电阻R1放电的功效。电容C1通过电阻R1放电，使得点PD的电压下降，在点PD的电压高于阈值电压的过程中，点PE的电压都为高电平，通过输入端的或门将点PB的电压钳在高电平，从而限制了PB的最短高电平时间，当点PD的电压下降到低于阈值电压，点PE的电压变为低电平，解除对点PB的钳位，PB的电平与PA相同。因此，电容C1和电阻R1是限制最小占空比的。电容C2通过R2放电是限制最大占空比的。电容C2通过R2放电，其放电过程比C1R1放电过程缓慢，在点PF的电压下降到门槛电压前，输出PG与点PB的电平一致，在点PF的电压下降到门槛电压后，输出为低电平。因此电容C2和电阻R2放电的放电过程限制了最大占空比。二极管D1和D2的作用是加快电容C1和C2的充电过程，避免在输入端PA低电平时间太短引起最大最小占空比发生变化。
根据上述说明书的揭示的实施方式，本发明所属领域的技术人员还可以对变换器模块的具体拓扑及其占空比限制电路进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对采用其他拓扑的输入串联和输出并联变换器模块进行占空比限制也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种变换器互联系统的控制方法，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，其特征在于：
通过限定单个变换器中主开关管的最大占空比和最小占空比，使得变换器模块的最大输入功率得到限制，以通过单个变换器的独立闭环稳压，实现变换器互联系统的输出稳压。
2.一种变换器的控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，其特征在于：包括或门、非门、与门And1、与门And2、最小占空比设定模块和最大占空比设定模块，
最小占空比设定模块包括电阻R1和电容C1，电阻R1的一端作为最小占空比设定模块的输入端，电阻R1的另一端通过电容C1接地；
最大占空比设定模块包括电阻R2和电容C2，电阻R2的一端作为最大占空比设定模块的输入端，电阻R2的另一端通过电容C2接地；
或门的一输入端作为控制电路的输入端，或门的输出端连接非门的输入端，
非门的输出端连接最小占空比设定模块的输入端，最小占空比设定模块中电阻R1的另一端连接与门And1的一输入端，与门And1的另一输入端连接或门的输出端，与门And1的输出端连接或门的另一输入端，以利用最小占空比设定模块的输出信号钳制占空比的高电平信号；
非门的输出端还连接最大占空比设定模块的输入端，最大占空比设定模块中电阻R2的另一端连接与门And2的一输入端，与门And2另一输入端连接或门的输出端，以利用最大占空比设定模块的输出信号钳制占空比的低电平信号；
与门And2的输出端引出作为控制电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的变换器的控制电路，其特征在于：所述最小占空比设定模块，还包括二极管D1，二极管D1并联在电阻R1的两端，二极管D1的阴极连接电容C1。
4.根据权利要求2所述的变换器的控制电路，其特征在于：所述最大占空比设定模块，还包括二极管D2，二极管D2并联在电阻R2的两端，二极管D2的阴极连接电容C2。
5.一种变换器的控制电路，用于实现输入串联输出并联的多个变换器的系统控制，其特征在于：包括或门、非门、与门And1、与门And2、最小占空比设定模块和最大占空比设定模块，最小占空比设定模块包括电阻R1和电容C1，最大占空比设定模块包括电阻R2和电容C2，其连接关系是，
或门的一个输入端作为控制电路的输入端，或门的输出端与非门的输入端连接，
非门的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；电阻R1的另一端还连接与门And1的一输入端，与门And1的另一输入端连接或门的输出端，与门And1的输出端连接或门的另一输入端，用以利用最小占空比设定模块的输出信号钳制占空比的高电平信号；
非门的输出端还与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地；电阻R2的另一端还连接与门And2的一输入端，与门And2的另一输入端连接或门的输出端，用以利用最大占空比设定模块的输出信号钳制占空比的低电平信号；
与门And2的输出端作为控制电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的变换器的控制电路，其特征在于：所述最小占空比设定模块，还包括二极管D1，二极管D1并联在电阻R1的两端，二极管D1的阴极连接电容C1的一端。
7.根据权利要求5所述的变换器的控制电路，其特征在于：所述最大占空比设定模块，还包括二极管D2，二极管D2并联在电阻R2的两端，二极管D2的阴极连接电容C2的一端。
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