CN109861499B - 一种输入串联系统的均压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输入串联系统的均压控制方法，每路辅助均压电路的组件通过数字脉宽调节器采样自身的输入电压信号作为调制信号，各组件产生相同的载波信号，数字脉宽调节器将每路辅助均压电路的调制信号与载波信号相比较产生PWM脉宽调制信号，输入电压高的辅助均压电路的PWM脉宽调制信号大，其控制的可控开关的驱动脉宽大，输入电压下降；本发明具有无需采样母线电压，无需并联大功率均压电阻，功率消耗小，适用宽范围输入的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域，更具体涉及一种输入串联系统的均压控制方法。
背景技术
为了降低电能传输损耗，高压供电应用场合越来越多，而受现有电力电子功率器件耐压等级限制，功率变换器采用输入串联方式来分摊母线电压。功率变换器采用输入串联方式时，必须要保证输入均压，严重的不均压将导致系统损坏。
在系统正常工作时，可以采样母线电压计算出每个组件的输入参考电压，通过均压环闭环控制。但是当系统处于待机(上电但未工作)状态或保护状态时，系统无输出功率可以分配，若没有输入均压措施，各组件由于待机功耗不一致而导致输入电压不一致，并形成正反馈加剧各装置的输入电压变化直至系统损坏。
传统的输入串联系统均压一般采用输入电压闭环均压控制，但此种方式需要采样输入母线电压，并且在待机或者保护状态下，由于无可分配的能量而导致均压环调节失效，需要外加均压措施。外加的均压措施一般采用均压电阻强迫均压，或者辅助均压电路抑制组件电压升高，前者需要消耗很大的功率，后者不适用于宽范围输入场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有均压控制方法消耗功率大，且不适用于宽范围输入场合的问题。
一种输入串联系统的均压控制方法，该方法包括：
步骤一：每路辅助均压电路的组件采样自身的输入电压信号作为调制信号；
步骤二：各组件通过数字脉宽调节器产生相同的载波信号；
步骤三：数字脉宽调节器将每路辅助均压电路的调制信号与载波信号相比较产生PWM脉宽调制信号；
步骤四：数字脉宽调节器产生的PWM脉宽调制信号控制各路辅助均压电路中的可控开关，所有所述辅助均压电路的输入电压达到动态均压。
优选的，步骤一中，每路辅助均压电路的组件通过数字脉宽调节器采样自身的输入电压信号。
优选的，步骤一中，所述辅助均压电路为多路，每路所述辅助均压电路顺次串联连接，每路所述辅助均压电路包括均压模块和组件，所述均压模块并联在所述组件的两端，每路所述辅助均压电路的均压模块顺次串联连接。
优选的，顺次串联连接的所述辅助均压电路，从第一个开始串联连接的所述辅助均压电路到最后一个串联连接的所述辅助均压电路，分别称为第1辅助均压电路至第n辅助均压电路，所述第1辅助均压电路至第n辅助均压电路的均压模块分别称为第1均压模块至第n均压模块，所述第1辅助均压电路至第n辅助均压电路的组件分别称为第1组件至第n组件，n取大于1的正整数；所述第n均压模块包括电容Cn、电阻Rn和可控开关Qn，所述电容Cn的一端与所述电阻Rn的一端连接，所述电阻Rn的另一端与所述可控开关Qn的集电极连接，所述电容Cn的另一端与所述可控开关Qn的发射极连接，所述电阻Rn的一端以及所述可控开关Qn的发射极分别连接在所述第n组件的两端，第n辅助均压电路的电容Cn的一端与相邻的第n-1辅助均压电路的电容Cn-1的另一端连接。
优选的，第n辅助均压电路的电容Cn的一端作为第n辅助均压电路的输入电压正端，第n辅助均压电路的电容Cn的另一端作为第n辅助均压电路的输入电压负端。
优选的，所述步骤四中，每路所述辅助均压电路均有一个数字脉宽调节器对其可控开关进行单独控制。
优选的，每路所述辅助均压电路还包括驱动电路，所述数字脉宽调节器通过驱动电路控制所述可控开关。
优选的，所述驱动电路包括总线驱动器U1、驱动芯片U2以及电阻Rg和电阻Rs，所述总线驱动器U1的第一引脚DIR和第二十引脚VCC接第一电压源V1，所述数字脉宽调节器产生的PWM脉宽调制信号通过总线驱动器U1的第二引脚A0输入，通过第十八引脚B0输出到所述驱动芯片U2第二引脚IN；所述总线驱动器U1的第十引脚GND和第十九引脚
均接地；所述驱动芯片U2的第一引脚VCC、第八引脚VCC以及第三引脚BNBL均接第二电压源V2；所述驱动芯片U2第四引脚GND和第五引脚GND均接地；所述驱动芯片U2第六引脚OUT和第七引脚OUT均接所述电阻Rg的一端，所述电阻Rg的另一端分别接所述电阻Rs的一端以及所在辅助均压电路的可控开关的栅极，所述电阻Rs的另一端接地。
优选的，所述总线驱动器U1的型号为74HC245。
优选的，所述驱动芯片U2的型号为UCC27321。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中各组件采样自身的输入电压信号，由于各组件之间的输入差异，通过控制可控开关的工作模式变化，使得输入电压高的组件功率调节电路的功耗增大，输入电压低的组件功率调节电路的功耗减小，由此实现串联系统各组件之间的输入电压动态均衡，无需在各组件输入端并联大功耗均压电阻，无需检测输入母线电压，实现系统各组件无互联设计，并且可以适应宽范围输入。本发明能够有效的平衡输入电压，待机功耗相比于传统方式有大幅减小。适用于宽电压输入范围，输入电压越高，待机均压度越高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对发明描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例所公开的一种输入串联系统的均压控制方法的流程图；
图2是本发明实施例所公开的一种输入串联系统的均压控制方法中顺次串联连接的辅助均压电路的电路原理图；
图3是本发明实施例所公开的一种输入串联系统的均压控制方法中驱动电路的电路原理图；
图4是本发明实施例所公开的一种输入串联系统的均压控制方法中第1辅助均压电路和第2辅助均压电路的电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明提供一种输入串联系统的均压控制方法，该方法包括：
步骤S1：每路辅助均压电路的组件采样自身的输入电压信号作为调制信号，调制信号输入数字脉宽调节器，优选的，辅助均压电路的组件通过数字脉宽调节器采样自身的输入电压信号；
步骤S2：各组件通过数字脉宽调节器产生相同的载波信号；
步骤S3：数字脉宽调节器将每路辅助均压电路的调制信号与载波信号相比较产生PWM脉宽调制信号；
步骤S4：由于各路辅助均压电路之间的输入电压的差异，输入电压高的辅助均压电路调制信号大，输入电压低的辅助均压电路的调制信号小；相应的输入电压高的辅助均压电路的PWM脉宽调制信号大，该辅助均压电路中的可控开关的驱动脉宽大；输入电压低的辅助均压电路的PWM脉宽调制信号小，该辅助均压电路中的可控开关的驱动脉宽小；驱动脉宽大的辅助均压电路消耗的功率大，输入电压降低；驱动脉宽小的辅助均压电路消耗的功率小，输入电压升高；所有所述辅助均压电路的输入电压达到动态均压。
如图2所示，是上述步骤S1中提到的辅助均压电路的一个实施例，所述辅助均压电路为多路，每路所述辅助均压电路顺次串联连接，每路所述辅助均压电路包括均压模块和组件，所述均压模块并联在所述组件的两端，每路所述辅助均压电路的均压模块顺次串联连接。顺次串联连接的所述辅助均压电路，从第一个开始串联连接的所述辅助均压电路到最后一个串联连接的所述辅助均压电路，分别称为第1辅助均压电路至第n辅助均压电路，所述第1辅助均压电路至第n辅助均压电路的均压模块分别称为第1均压模块至第n均压模块，所述第1辅助均压电路至第n辅助均压电路的组件分别称为第1组件至第n组件，n取大于1的正整数。
所述第n均压模块包括电容Cn、电阻Rn和可控开关Qn，所述电容Cn的一端与所述电阻Rn的一端连接，所述电阻Rn的另一端与所述可控开关Qn的集电极连接，所述电容Cn的另一端与所述可控开关Qn的发射极连接，所述电阻Rn的一端以及所述可控开关Qn的发射极分别连接在所述第n组件的两端，第n辅助均压电路的电容Cn的一端与相邻的第n-1辅助均压电路的电容Cn-1的另一端连接。第n辅助均压电路的电容Cn的一端作为第n辅助均压电路的输入电压正端，第n辅助均压电路的电容Cn的另一端作为第n辅助均压电路的输入电压负端。
每路所述辅助均压电路均有一个数字脉宽调节器对其可控开关进行单独控制，具体的，所述数字脉宽调节器通过驱动电路控制所述可控开关。如图3所示，所述驱动电路包括总线驱动器U1、驱动芯片U2以及电阻Rg和电阻Rs，所述总线驱动器U1的型号为74HC245，所述驱动芯片U2的型号为UCC27321。所述总线驱动器U1的第一引脚DIR和第二十引脚VCC接第一电压源V1，所述数字脉宽调节器产生的PWM脉宽调制信号通过总线驱动器U1的第二引脚A0输入，通过第十八引脚B0输出到所述驱动芯片U2第二引脚IN；所述总线驱动器U1的第十引脚GND和第十九引脚
均接地；所述驱动芯片U2的第一引脚VCC、第八引脚VCC以及第三引脚BNBL均接第二电压源V2；所述驱动芯片U2第四引脚GND和第五引脚GND均接地；所述驱动芯片U2第六引脚OUT和第七引脚OUT均接所述电阻Rg的一端，所述电阻Rg的另一端分别接所述电阻Rs的一端以及所在辅助均压电路的可控开关的栅极，所述电阻Rs的另一端接地。
如图4所示，以第1辅助均压电路和第2辅助均压电路为例，详细介绍本发明的均压控制方法。由于第1辅助均压电路和第2辅助均压电路串联，串联回路的电流相等，即第1组件消耗的电流与第1辅助均压电路消耗的电流之和与第2组件消耗的电流与第2辅助均压电路消耗的电流之和相等。因为各组件存在差异，则不加均压控制的情况下会导致输入不均压。本发明的均压控制方法是若第1辅助均压电路的输入电压Vi1高，则减少电容C1的充电电流，由于无法控制第1组件的电流Is1，则只能控制第1辅助均压电路消耗的电流I1，通过数字脉宽调节器Dpwm进行采样调理，将自身的输入电压信号作为调制信号，第1组件通过其自身所在的第1辅助均压电路产生载波信号，数字脉宽调节器将第1辅助均压电路的调制信号与载波信号相比较产生PWM脉宽调制信号，PWM脉宽调制信号控制可控开关；第1辅助均压电路的输入电压Vi1高，PWM脉宽调制信号大，可控开关Q1的驱动脉宽It1大，使得第1辅助均压电路消耗的电流I1增加，则电容C1的充电电流必然减少，第1辅助均压电路的输入电压Vi1下降，反之，第2辅助均压电路的输入电压Vi2低，调制信号小，第2辅助均压电路的可控开关Q2的驱动脉宽It2小，使得第2辅助均压电路消耗的电流I2减少，则电容C2的充电电流增加，第2辅助均压电路的输入电压Vi2上升，达到动态平衡。
通过以上技术方案，本发明所提供的一种输入串联系统的均压控制方法，无需采样母线电压，无需并联大功率均压电阻，具有功率消耗小，适用宽范围输入的优点。各组件通过数字脉宽调节器采样自身的输入电压信号，由于各组件之间的输入差异，通过数字脉宽调节器控制可控开关的工作模式变化，使得输入电压高的组件功率调节电路的功耗增大，输入电压低的组件功率调节电路的功耗减小，由此实现串联系统各组件之间的输入电压动态均衡。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一：每路辅助均压电路的组件采样自身的输入电压信号作为调制信号；
步骤二：各组件通过数字脉宽调节器产生相同的载波信号；
步骤三：数字脉宽调节器将每路辅助均压电路的调制信号与载波信号相比较产生PWM脉宽调制信号；
步骤四：数字脉宽调节器产生的PWM脉宽调制信号控制各路辅助均压电路中的可控开关，所有所述辅助均压电路的输入电压达到动态均压；
其中，所述辅助均压电路为多路，每路所述辅助均压电路顺次串联连接，每路所述辅助均压电路包括均压模块和组件，所述均压模块并联在所述组件的两端，每路所述辅助均压电路的均压模块顺次串联连接；
顺次串联连接的所述辅助均压电路，从第一个开始串联连接的所述辅助均压电路到最后一个串联连接的所述辅助均压电路，分别称为第1辅助均压电路至第n辅助均压电路，所述第1辅助均压电路至第n辅助均压电路的均压模块分别称为第1均压模块至第n均压模块，所述第1辅助均压电路至第n辅助均压电路的组件分别称为第1组件至第n组件，n取大于1的正整数；所述第n均压模块包括电容Cn、电阻Rn和可控开关Qn，所述电容Cn的一端与所述电阻Rn的一端连接，所述电阻Rn的另一端与所述可控开关Qn的集电极连接，所述电容Cn的另一端与所述可控开关Qn的发射极连接，所述电阻Rn的一端以及所述可控开关Qn的发射极分别连接在所述第n组件的两端，第n辅助均压电路的电容Cn的一端与相邻的第n-1辅助均压电路的电容Cn-1的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，步骤一中，每路辅助均压电路的组件通过数字脉宽调节器采样自身的输入电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，第n辅助均压电路的电容Cn的一端作为第n辅助均压电路的输入电压正端，第n辅助均压电路的电容Cn的另一端作为第n辅助均压电路的输入电压负端。
4.根据权利要求1所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，所述步骤四中，每路所述辅助均压电路均有一个数字脉宽调节器对其可控开关进行单独控制。
5.根据权利要求4所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，每路所述辅助均压电路还包括驱动电路，所述数字脉宽调节器通过驱动电路控制所述可控开关。
6.根据权利要求5所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，所述驱动电路包括总线驱动器U1、驱动芯片U2以及电阻Rg和电阻Rs，所述总线驱动器U1的第一引脚DIR和第二十引脚VCC接第一电压源V1，所述数字脉宽调节器产生的PWM脉宽调制信号通过总线驱动器U1的第二引脚A0输入，通过第十八引脚B0输出到所述驱动芯片U2第二引脚IN；所述总线驱动器U1的第十引脚GND和第十九引脚OE均接地；所述驱动芯片U2的第一引脚VCC、第八引脚VCC以及第三引脚BNBL均接第二电压源V2；所述驱动芯片U2第四引脚GND和第五引脚GND均接地；所述驱动芯片U2第六引脚OUT和第七引脚OUT均接所述电阻Rg的一端，所述电阻Rg的另一端分别接所述电阻Rs的一端以及所在辅助均压电路的可控开关的栅极，所述电阻Rs的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，所述总线驱动器U1的型号为74HC245。
8.根据权利要求6所述的一种输入串联系统的均压控制方法，其特征在于，所述驱动芯片U2的型号为UCC27321。
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