CN107102677A - 一种均流控制模块和均流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种均流控制模块和均流系统，该均流控制模块包括调节控制单元、电流调节单元、若干电流反馈单元、若干电压反馈单元和输出控制单元；调节控制单元采集多个电压输出单元输出的检测电流反馈给一上位机，接收上位机根据这些检测电流返回的电调调节指令，将电调调节指令反馈给电流调节单元，以便电流调节单元对电流反馈单元进行调节，电流反馈单元和电压反馈单元分别进行电流和电压的调节，输出控制单元根据调节的结果输出调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有电压输出单元的输出电流相等。本发明实施例提供的均流控制模块和均流系统，能实现电流的动态调节，在任何负载下都能实现高精度均流目的。

Description

一种均流控制模块和均流系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种均流控制模块和均流系统。
背景技术
在大功率应用中，为了减少开发周期，大多采用模块化，采取多个并联电源输出来达到功率扩展的目的；但功率扩展不能简单地并联，存在“均流”的问题，目前常见的电源均流方法有改变单元输出内阻法，又称斜率控制法、电压下垂式、输出特性斜率控制式。
图1为改变单元输出内阻法的电路图，当单元输出电流Io1增加时，Io1在电流检测电阻Rs上的压降增加，致使A1输出电压增加，A1的输出电压与单元电压反馈信号Vf叠加后送至A2反相输入端，经A2放大后输出Vr变为负，利用这个Vr电压控制单元输出电流，从而实现均流。对于改变单元输出内阻法的均流方法，其特点是小电流时均流效果差，大电流时均流效果好。
发明内容
本发明提供了一种均流控制模块和均流系统，能实现电流的动态调节，在任何负载下都能实现高精度均流目的。
一方面，本发明实施例提供一种均流控制模块，用于与一上位机进行通信以对若干并联连接的电压输出单元进行均流控制，该均流控制模块包括：
调节控制单元，用于采集所有所述电压输出单元输出的检测电流，将所采集的检测电流反馈至所述上位机，且接收来自所述上位机的电流调节控制指令，所述电流调节控制指令是由所述上位机根据所述检测电流进行均流分配后的分配结果而产生，其中，一个电流调节控制指令对应一个电压输出单元；
电流调节单元，用于根据每个电流调节控制指令产生对应的电流调节信号；
若干电流反馈单元，与所述电压输出单元一一对应，每个所述电流反馈单元输入对应的所述检测电流，在对应的电流调节信号的调节下输出与所述检测电流相关的电压信号；
若干电压反馈单元，与所述电流反馈单元一一对应，每个所述电压反馈单元输入对应的所述电压信号以及对应的电压输出单元的检测电压，比较所述电压信号和所述检测电压，输出对应的反馈电压；
输出控制单元，用于根据每个反馈电压产生对应的调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有所述电压输出单元的输出电流相等。
其中，所述电流调节单元、电流反馈单元和电压反馈单元均包括可通过改变单元输出内阻法实现均流的电路模块。
其中，所述调节控制单元为带有A/D采样电路的MCU。
其中，所述调节控制单元为带有A/D采样电路的DSP。
另一方面，本发明实施例提供一种均流系统，该均流系统包括：
若干电压输出单元，所述若干电压输出单元并联连接，各自输出检测电压；
调节控制单元，用于采集所有所述电压输出单元输出的检测电流，将所采集的检测电流反馈至上位机，且接收来自所述上位机的电流调节控制指令，其中，一个电流调节控制指令对应一个电压输出单元；
上位机，用于根据所有所述检测电流进行均流分配，得到分配结果，根据所述分配结果产生所述电流调节控制指令；
电流调节单元，用于根据每个电流调节控制指令产生对应的电流调节信号；
若干电流反馈单元，与所述电压输出单元一一对应，每个所述电流反馈单元输入对应的所述检测电流，在对应的电流调节信号的调节下输出与所述检测电流相关的电压信号；
若干电压反馈单元，与所述电流反馈单元一一对应，每个所述电压反馈单元输入对应的所述电压信号以及对应的电压输出单元的检测电压，比较所述电压信号和所述检测电压，输出对应的反馈电压；
输出控制单元，用于根据每个反馈电压产生对应的调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有所述电压输出单元的输出电流相等。
其中，所述上位机包括：
计算单元，用于计算若干所述检测电流的平均电流；
产生单元，用于若检测电流低于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元的检测电流调高至所述平均电流的电流调节控制指令，若检测电流高于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元的检测电流调低至所述平均电流的电流调节控制指令。
其中，每个所述电压输出单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻的一端连接第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端为所述电压输出单元的输出端；
所述第一电阻的电流为所述检测电流，所述第二电阻与所述第四电阻的连接节点的电压为所述检测电压。
其中，所述电流调节单元、电流反馈单元和电压反馈单元均包括可通过改变单元输出内阻法实现均流的电路模块。
其中，所述调节控制单元为带有A/D采样电路的MCU或DSP。
其中，所述上位机为计算机或嵌入式CPU控制板。
本发明实施例提供的均流控制模块和均流系统，调节控制单元采集多个电压输出单元输出的检测电流反馈给一上位机，接收上位机根据这些检测电流返回的电调调节指令，将电调调节指令反馈给电流调节单元，以便电流调节单元对电流反馈单元进行调节，电流反馈单元和电压反馈单元分别进行电流和电压的调节，输出控制单元根据调节的结果输出调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有电压输出单元的输出电流相等这种动态电流调节，在任何负载下都能实现高精度均流目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为背景技术的改变单元输出内阻法的均流电路图；
图2为本发明实施例提供的一种均流控制模块的示意性框图；
图3为本发明实施例提供的一种均流系统的示意性框图；
图4为本发明实施例提供的电压输出单元的电路图；
图5为本发明实施例提供的上位机的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
实施例一
请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种均流控制模块的示意性框图，所示均流控制模块用于与一上位机进行通信以对若干并联连接的电压输出单元进行均流控制，该均流控制模块包括调节控制单元101、电流调节单元102、若干电流反馈单元103、若干电压反馈单元104和输出控制单元105。
调节控制单元101用于采集所有所述电压输出单元输出的检测电流，将所采集的检测电流反馈至所述上位机，且接收来自所述上位机的电流调节控制指令，所述电流调节控制指令是由所述上位机根据所述检测电流进行均流分配后的分配结果而产生，其中，一个电流调节控制指令对应一个电压输出单元。
进一步说明的是，上位机是先计算若干所述检测电流的平均电流，将每个检测电流与平均电流比较，若检测电流低于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元的检测电流调高至所述平均电流的电流调节信号，若检测电流高于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元的检测电流调低至所述平均电流的电流调节信号，若检测电流等于所述平均电流，则产生不调节所述检测电流的电流及调节信号，是以产生与电压输出单元一一对应的电流调节控制指令。
电流调节单元102用于根据每个电流调节控制指令产生对应的电流调节信号。
若干电流反馈单元103与所述电压输出单元一一对应，每个所述电流反馈单元103输入对应的所述检测电流，在对应的电流调节信号的调节下输出与所述检测电流相关的电压信号。
若干电压反馈单元104与所述电流反馈单元103一一对应，每个所述电压反馈单元104输入对应的所述电压信号以及对应的电压输出单元的检测电压，比较所述电压信号和所述检测电压，输出对应的反馈电压。
输出控制单元105用于根据每个反馈电压产生对应的调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有所述电压输出单元的输出电流相等。
电流反馈单元103分别与所述电压输出单元和电压反馈单元104一一对应连接，输入对应的检测电流，电流调节信号对对应的电流反馈单元103进行调节，改变电流反馈单元103的参数，使得输出的电压信号发生改变，这个电压信号是电流调节的结果体现，电压反馈单元104将这个电压信号与检测电压进行比较，便可以得到电流调节后检测电压的变化结果，将这个变化结果作为反馈电压去控制输出控制单元105产生使各个电压输出单元达到均流的调制信号，这些调制信号是通过改变对应的电压输出单元的负载来实现均流目的的。
均流的本质是调节输出电压(对于恒压源，输出电流是无法调的)，输出电流取决于输出电压除以输出负载，输出电压高输出电流大，反之则小，所以最终所有的调节都是去调输出电压的反馈单元，让输出电压变化。输出控制单元105是把输出的反馈电压转换成不同占空比的PWM或不同频率的PFM，使得电压变化(开关电源控制方式有2种，一种是变占空比频率不变，一种是变频率，占空比不变)，通过不同占空比的PWM或不同频率的PFM去调制电压输出单元，一般电压输出单元包括开关管，PWM或PFM通过改变开关管的开关程度来改变电压输出单元的负载，从而改变输出电流和输出电压。
进一步地，所述电流调节单元102、电流反馈单元103和电压反馈单元104均包括可通过改变单元输出内阻法实现均流的电路模块，电路模块包括如图1的电路结构。
当不通过上位机的电流调节控制指令来调节均流，而通过电流调节单元102通过改变单元输出内阻法实现均流的方法如下：
1.首先调节每个电压输出单元的空载电压一致(也就是电流为0，图1中A1放大器不起作用，此时输出电压由A2决定)。
2.然后调节每个电压输出单元带满载，使每个模块的满载电压一致(此时电压由A1和A2决定，前面把A2固定了，此时只调整A1)。
因为电压改变和电流改变是线性的，而此时已经调整到空载电压和满载电压一致，所以在其他载的电压也会一致，保证均流。
通过改变单元输出内阻法实现均流为现有的一种均流手段，本发明实施例在此不过多赘述。
具体地，所述调节控制单元101为带有A/D采样电路的MCU或CPU或DSP。
在实际的操作过程中，电流调节控制单元101一般会选MCU或CPU，如选择的MCU或CPU带D/A转换(数字量转模拟量)功能就可以直接调节电阻，如果不带就只能增加A/D采样电路，把MCU的调制信号波转换成模拟量。
目前市面上还有一种通过主/从均流法来实现均流的均流电路或系统，均流电路或系统指定一个主模块,多个从模块跟随主模块，各从模块电流按同一基准电流调制(主模块的电压误差转换成的基准电流)，从而与主模块电流一致，实现均流。在这种工作方式下，主模块工作在电压源(CV)方式，从模块工作于电流源(CC)方式，它实际上是由电压环(外环)和电流环(内环)构成电流控制型的双环控制，或说成是电压控制的电流源。对于主/从均流法实现均流，最主要的缺点就是如果主模块损坏后，整个系统失去控制，无法均流，不适合用在冗余系统上。
而本发明实施例的电流调节单元102初始的预设调节是固定的，也就是出厂先按改变单元输出内阻法初步设置好固定均流(这个精度相对没那么好)，后续使用时采用上位机分配的动态均流保证更高的均流精度，即便上位机(相当于主/从均流法的主模块)动态均流失效了，还有原始均流，不至于导致不能实现均流。
本发明实施例提供的均流控制模块，调节控制单元101采集多个电压输出单元输出的检测电流反馈给一上位机，接收上位机根据这些检测电流返回的电调调节指令，将电调调节指令反馈给电流调节单元102，以便电流调节单元102对电流反馈单元103进行调节，电流反馈单元103和电压反馈单元104分别进行电流和电压的调节，输出控制单元105根据调节的结果输出调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有电压输出单元的输出电流相等这种动态电流调节，在任何负载下都能实现高精度均流目的。
实施例二
请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种均流系统的示意性框图，该均流系统包括均流控制模块100、若干电压输出单元200和上位机300，均流控制模块100包括调节控制单元101、电流调节单元102、若干电流反馈单元103、若干电压反馈单元104和输出控制单元105。
所述若干电压输出单元200并联连接，各自输出检测电流(Is1，Is2，……Isn)和检测电压(Vs1，Vs2，……Vsn)。
进一步地，如图4所示，每个所述电压输出单元200包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，所述第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，所述第二电阻R2的另一端连接第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端为所述电压输出单元200的输出端。
所述第一电阻R1的电流为所述检测电流，所述第二电阻R2与所述第四电阻R4的连接节点的电压为所述检测电压。
调节控制单元101用于采集所有所述电压输出单元200输出的检测电流，将所采集的检测电流反馈至所述上位机300，且接收来自所述上位机300的电流调节控制指令，其中，一个电流调节控制指令对应一个电压输出单元200。
上位机300用于根据所有所述检测电流进行均流分配，得到分配结果，根据所述分配结果产生所述电流调节控制指令。
上位机300与调节控制单元101之间的通信使用无线网络通讯(WIFI、GPRS等)或有线通讯(RS485、网线等)。
进一步地，所述上位机300为计算机或嵌入式CPU控制板。
具体地，如图5所示，所述上位机300包括计算单元301和产生单元302。
计算单元301用于计算若干所述检测电流的平均电流；产生单元302用于若检测电流低于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元200的检测电流调高至所述平均电流的电流调节控制指令，若检测电流高于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元200的检测电流调低至所述平均电流的电流调节控制指令。
例如，电压输出单元200为2个，上位机300收到的第一个电压输出单元200当前的检测电流是2A，第二个电压输出单元200当前的检测电流是1A，这时上位就计算每个电压输出单元200的检测电流是1.5A，然后产生使第一个电压输出单元200的检测电流降低0.5A的指令，使第二个电压输出单元200的检测电流上升0.5A的指令。
电流调节单元102用于根据每个电流调节控制指令产生对应的电流调节信号。
若干电流反馈单元103与所述电压输出单元200一一对应，每个所述电流反馈单元103输入对应的所述检测电流，在对应的电流调节信号的调节下输出与所述检测电流相关的电压信号。
若干电压反馈单元104与所述电流反馈单元103一一对应，每个所述电压反馈单元104输入对应的所述电压信号以及对应的电压输出单元200的检测电压，比较所述电压信号和所述检测电压，输出对应的反馈电压。
输出控制单元105用于根据每个反馈电压产生对应的调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元200，以使所有所述电压输出单元200的输出电流相等。
电流反馈单元103分别与所述电压输出单元200和电压反馈单元104一一对应连接，输入对应的检测电流，电流调节信号对对应的电流反馈单元103进行调节，改变电流反馈单元103的参数，使得输出的电压信号发生改变，这个电压信号是电流调节的结果体现，电压反馈单元104将这个电压信号与检测电压进行比较，便可以得到电流调节后检测电压的变化结果，将这个变化结果作为反馈电压去控制输出控制单元105产生使各个电压输出单元200达到均流的调制信号，这些调制信号是通过改变对应的电压输出单元200的负载来实现均流目的的。
输出控制单元105是把输出的反馈电压转换成不同占空比的PWM或不同频率的PFM，使得电压变化(开关电源控制方式有2种，一种是变占空比频率不变，一种是变频率，占空比不变)，通过不同占空比的PWM或不同频率的PFM去调制电压输出单元200，电压输出单元200还包括开关管，PWM或PFM通过改变开关管的开关程度来改变电压输出单元200的负载，从而改变输出电流和输出电压。
进一步地，所述电流调节单元102、电流反馈单元103和电压反馈单元104均包括可通过改变单元输出内阻法实现均流的电路模块。
具体地，所述调节控制单元101为带有A/D采样电路的MCU或CPU或DSP。
在实际的操作过程中，电流调节控制单元101一般会选MCU或CPU，如选择的MCU或CPU带D/A转换(数字量转模拟量)功能就可以直接调节电阻，如果不带就只能增加A/D采样电路，把MCU的调制信号波转换成模拟量。
电流调节单元102初始的预设调节是固定的，也就是出厂先按改变单元输出内阻法初步设置好固定均流(这个精度相对没那么好)，后续使用时采用上位机300分配的动态均流保证更高的均流精度，即便上位机300动态均流失效了，还有原始均流，不至于导致不能实现均流。
本发明实施例提供的均流系统，通过上位机300下发电流调节控制指令来实现动态电流调节，在任何负载下都能实现高精度均流目的，并且上位机300动态均流失效了，还有电流调节单元102的原始均流，不至于导致整个系统失去均流作用。
需要说明的是，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种均流控制模块，用于与一上位机进行通信以对若干并联连接的电压输出单元进行均流控制，其特征在于，包括：
调节控制单元，用于采集所有所述电压输出单元输出的检测电流，将所采集的检测电流反馈至所述上位机，且接收来自所述上位机的电流调节控制指令，所述电流调节控制指令是由所述上位机根据所述检测电流进行均流分配后的分配结果而产生，其中，一个电流调节控制指令对应一个电压输出单元；
电流调节单元，用于根据每个电流调节控制指令产生对应的电流调节信号；
若干电流反馈单元，与所述电压输出单元一一对应，每个所述电流反馈单元输入对应的所述检测电流，在对应的电流调节信号的调节下输出与所述检测电流相关的电压信号；
若干电压反馈单元，与所述电流反馈单元一一对应，每个所述电压反馈单元输入对应的所述电压信号以及对应的电压输出单元的检测电压，比较所述电压信号和所述检测电压，输出对应的反馈电压；
输出控制单元，用于根据每个反馈电压产生对应的调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有所述电压输出单元的输出电流相等。
2.根据权利要求1所述的均流控制模块，其特征在于，所述电流调节单元、电流反馈单元和电压反馈单元均包括可通过改变单元输出内阻法实现均流的电路模块。
3.根据权利要求1所述的均流控制模块，其特征在于，所述调节控制单元为带有A/D采样电路的MCU。
4.根据权利要求1所述的均流控制模块，其特征在于，所述调节控制单元为带有A/D采样电路的DSP。
5.一种均流系统，其特征在于，包括：
若干电压输出单元，所述若干电压输出单元并联连接，各自输出检测电压；
调节控制单元，用于采集所有所述电压输出单元输出的检测电流，将所采集的检测电流反馈至上位机，且接收来自所述上位机的电流调节控制指令，其中，一个电流调节控制指令对应一个电压输出单元；
上位机，用于根据所有所述检测电流进行均流分配，得到分配结果，根据所述分配结果产生所述电流调节控制指令；
电流调节单元，用于根据每个电流调节控制指令产生对应的电流调节信号；
若干电流反馈单元，与所述电压输出单元一一对应，每个所述电流反馈单元输入对应的所述检测电流，在对应的电流调节信号的调节下输出与所述检测电流相关的电压信号；
若干电压反馈单元，与所述电流反馈单元一一对应，每个所述电压反馈单元输入对应的所述电压信号以及对应的电压输出单元的检测电压，比较所述电压信号和所述检测电压，输出对应的反馈电压；
输出控制单元，用于根据每个反馈电压产生对应的调制信号，利用所述调制信号调节对应的电压输出单元，以使所有所述电压输出单元的输出电流相等。
6.根据权利要求5所述的均流系统，其特征在于，所述上位机包括：
计算单元，用于计算若干所述检测电流的平均电流；
产生单元，用于若检测电流低于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元的检测电流调高至所述平均电流的电流调节控制指令，若检测电流高于所述平均电流，产生将对应的电压输出单元的检测电流调低至所述平均电流的电流调节控制指令。
7.根据权利要求5所述的均流系统，其特征在于，每个所述电压输出单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻的一端连接第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端为所述电压输出单元的输出端；
所述第一电阻的电流为所述检测电流，所述第二电阻与所述第四电阻的连接节点的电压为所述检测电压。
8.根据权利要求5所述的均流系统，其特征在于，所述电流调节单元、电流反馈单元和电压反馈单元均包括可通过改变单元输出内阻法实现均流的电路模块。
9.根据权利要求5所述的均流系统，其特征在于，所述调节控制单元为带有A/D采样电路的MCU或DSP。
10.根据权利要求5所述的均流系统，其特征在于，所述上位机为计算机或嵌入式CPU控制板。
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