CN110518796A - 直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及其应用方法，包括：通过串联方式连接的电源模块组；用于收集电源模块组中各电源模块电源模块参数的FPGA；用于将外供电源转换成装置工作电源的电源电路；用于向FPGA提供电源模块组工作中的总电压和总电流的电压电流信号数据采集电路，其上设置有隔离电路和A/D转换芯片；用于将电源模块组与FPGA进行光电隔离的光通信模块组；其中，所述电源模块组的各电源模块上分别设置有与FPGA进行数据通信的控制板。本发明提供一种直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及其应用方法，其使多电源模块满足输入输出的要求情况下，电源模块输入输出均衡合理分担应力，且智能休眠轮换的模式可进一步提升电源工作稳定性。

Description

直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及应用方法

技术领域

本发明涉及一种在设备管理情况下使用的装置。更具体地说，本发明涉及一种用在工业领域需要输入直流电源情况下的直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及应用方法。

背景技术

直流电源在工业领域中的有广泛应用，在实际应用中，由于电子器件、经济性等因素制约，电源的容量不会很大。因此，为了电源输入输出的参数如功率(P)、电压(U)、或者电流(I)达到使用的要求，常采用多模块电源进行组合使用在某些特殊领域，直流恒流(小于2A)转直流恒流就采用输入串联输出串联满足功率使用要求，同时易于实现模块冗余和降额(通过在额定的多个电源模块之外，再增加1-2个电源模块或更多，以使其具有替换模块，以在有电源模块出现问题时，对其进行替换，以保证其能处于正常、稳定的工作状态称为模块冗余，或者通过降低模块的使用数据实现降低额定的输出参数，称为降额)，也在不断电的情况下实现电源模块更换，从而保证了整个电源的可靠性和稳定性。

虽然多模块电源组合应用达到了使用要求，但存在以下不足。

a、电源模块可能存在应用不均衡的问题，各个模块不均会导致各个模块所承受的应力不同，若模块承受的应力过大，元器件逐渐恶化直至最终损坏，降低了电源系统的寿命，其应力不均有外部的原因，也有同型号原器件因生产而造成的偏差

b、电源模块应力分布不均也会导致工作状态不稳定，这种工作状态不稳定，也可能导致整个电源系统的瘫痪。

c、在实际应用中，考虑电源使用的可靠性，电源模块的数量有冗余，一般用表决模型(K/N)，如图2，表示当N个电源模块中有K个正常，则整个电源正常，如果有故障模块，备用的模块中才会投入运行，替代故障的模块进行工作，但其在投入运行后，一般工作到其中一个不能正常，才会启动备用模块进行工作，而因其它工作模块的使用时间已经很长，故与刚投入的新模块而言，其工作参数偏差更大，故各电源模块之间的应力无法进行调整，而使得整个电源的寿命受到影响。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及其应用方法，其一方面能使多电源模块满足输入输出的要求情况下，电源模块输入输出均衡合理分担应力，提升电源工作稳定性；另一方面让各个电源模块进行智能休眠轮换工作的方式，根据实时输出功率大小，动态调整实际工作的电源模块的数量，工作寿命更长可达到20年左右，从而提升直流电源系统的稳定性和可靠性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置，包括：

通过串联方式连接的电源模块组；

用于收集电源模块组中各电源模块电源模块参数的FPGA；

用于将外供电源转换成装置工作电源的电源电路；

用于向FPGA提供电源模块组工作中的总电压和总电流的电压电流信号数据采集电路，其上设置有隔离电路和A/D转换芯片；

用于将电源模块组与FPGA进行光电隔离的光通信模块组；

其中，所述电源模块组的各电源模块上分别设置有与FPGA进行数据通信的控制板。

优选的是，其中，用于实现FPGA与外部终端进行数据通信的以太网通信接口；

用于显示电源模块组工作状态信息的触摸显示机构；

用于存储电源模块组工作参数的存储器FLASH。

一种应用直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置的方法，包括：

步骤一，电源模块组中的各电源模块通过光通信模块组中的各通信模块所提供的接口与FPGA建立数据通信链路；

步骤二，各电源模块通过其上的控制板将其工作的电源模块参数发送至FPGA；

步骤三，FPGA通过电压电流信号数据采集电路接收电源模块组工作中的输出总电压Uo和总电流Io；

步骤四，FPGA按照输出要求，基于电源模块参数以及接收到的总电压、总电流，通过应力均衡算法得到各电源模块的工作参数，发送至对应的电源模块，以使其可根据工作参数进行微调，实现各个电源模块的应力均衡。

优选的是，其中，在步骤二中，所述电源模块参数被配置为包括：

各电源模块的输入电压Ui1……Uin、输入电流Ii、输出电压Uo1……Uon、输出电流Io1……Ion、编号ID、温度数字信号。

优选的是，其中，还包括：

步骤五中，所述FPGA根据实时输出功率的大小，对工作电源模块的数量进行调整，将不处于工作态的电源模块调整为进入低功耗休眠状态；

同时对处于工作态的各电源模块的编号和工作时长t1……tn进行记录，并存入FLASH中，进而使各电源模块在保证输出功率的情况下，可轮换的进入智能休眠轮换模式。

优选的是，其中，在步骤四中，在所述应力均衡算法中分别通过对各电源模块给定对应的电压Ugn、电流Ign进行调整，以实现各电源模块上电压、电流的应力均衡；

其中，给定电压Ugn的调整方式被配置为包括:

输出总电压Uo应与Uo1+Uo2…+Uon的总和基本上相等；

FPGA通过公式Uimin＝min(Ui1,Ui2…,Uin)，找出各电源模块中输入电压最小的模块a；

FPGA通过公式Uomax＝max(Uo1,Uo2,……Uon)，找出各电源模块中输出电压最大的模块b；

FPGA通过公式Uomin＝min(Uo1,Uo2,…Uon)，找出各电源模块中输出电压最小值的模块c，以得到电压变量ΔU＝(Uomax-Uomin)/2；

通过FPGA对a和c是否是同一个模块进行判断，如是则改变b给定电压为Ugb-ΔU,同时改变a给定电压为Uga+ΔU；

如否，则通过FPGA对a和c是否是同一个模块进行判断，如否则改变b给定电压为Ugb-ΔU,同时改变C给定电压为UgC+ΔU；

FPGA通过多次对给定电压的调节，使得Uimax与Uimin、Uomax与Uomin的电压差分别小于1V，实现输出电压的均衡；

给定电流Ign的调整方式被配置为包括：

FPGA通过公式Iomax＝max(Io1,Io2,…,Ion)，找出各电源模块中输出电流最大的模块p；

FPGA通过公式Iomin＝min(Io1,Io2,…,Ion)，找出各电源模块中输出电流最小的模块q；

FPGA对输出总电流Io与Iomax是否相等进行判断，如不等则FPGA通过公式ΔI＝(Iomax-Iomin)/2得到电流变量ΔI，以改变模块p给定电流为Igp-ΔI,改变模块q给定电流为Igq+ΔI，FPGA通过多次对给定电流的调节，使Iomax与Iomin的差值小于2mA，实现输出电流均衡；

如不等，则判断电源模块存在漏电情况，记录并报告情况以便于更换相应的电源模块。

优选的是，其中，在步骤一到步骤三中，如果装置应用在高压输出场合，则电源模块组被配置为采用输入串联且输出串联的方式；

其中，在输入串联且输出串联的方式下，通过输入电压环、输出电压环和电流环配合的三环控制方法以实现输入均压，输出恒流均压，构成对电源模块组的交互式集中控制方式。

优选的是，其中，所述集中控制方式是通过以下算法流程得以实现：

S1，FGPA接收各电源模块的电源模块的输入电压Ui1……Uin、输入直流恒流电流Ii，输出电压Uo1……Uon、输出直流恒流电流Io1……Ion，编号ID、温度数字信号，各工作电源模块的工作时长t1……tn，以及电源模块组的输出总电压Uo和总电流Io；

S2，FPGA预先设定一个与各电源模块电压相配合的给定电压Ug1……Ugn，下发到各个电源模块中，以通过各电源模块中的输入电压环进行调节控制，实现输入均压；

S3，FPGA根据输入电流Ii以及通过转换成相应模块的电流给定信号Ig1、Ig2、Ign，下发到各个电源模块中，以通过各电源模块中的输出电压环和电流环进行调节控制，输出恒流均压；

S4，FPGA基于各工作电源模块的工作时长t1……tn是否达到预定值，确定轮换时间是否达到，是否启动轮换机制。

本发明至少包括以下有益效果：

其一，本发明提出一种多模块电源的控制装置。能使多电源模块满足输入输出的要求情况下，电源模块输入输出均衡合理分担应力，提升电源工作稳定性。另一方面让各个电源模块进行轮换工作的方式，工作寿命更长。从而提升直流电源系统的稳定性和可靠性。

其二，本发明提供一种应用控制装置的方法，其相对于现有技术而言，是通过对各电源模块的参数采集，通过计算对各模块进行应力调整，同时对电源模块组的工作方法采用轮换制的形式进行实现，进而保证各模块都能在不同时段处于工作阶段，以保证各模块工作状态以及相关参数的一致性，进而延长使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置的硬件组成框图；

图2为现有技术中多模块电源组合使用可靠性模型图；

图3为本发明的一个实施例中直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置的应用示意图；

图4为本发明的一个实施例中直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置进行交互式集中控制的应用电路原理框图；

图5为本发明的一个实施例中直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置进行交互式集中控制的流程图；

图6为本发明的一个实施例中电压环的电路结构示意图；

图7为本发明的一个实施例中电流环的电路结构示意图；

图8为隔离电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1、4示出了根据本发明的一种直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置的实现形式，其中包括：通过串联方式连接的电源模块组1，其通过多个输入、输出采用串联和/或并联的方式进行连接的多个电源模块；

用于收集电源模块组中各电源模块电源模块参数的FPGA 2，其含嵌入式软件，用于收集电源系统各个电源模块参数(输入电流、输入电压、输出电压、输出电流、温升、编号)，电源总输出的电压电流采集，完成计算运行中各个电源模块输入输出工作应力情况，控制运行中各个模块均衡合理分担应力，根据要求实时输出功率大小，动态调整实际工作的电源模块的数量，让各个电源模块进行智能休眠轮换工作，同时，各个电源模块工作时间均衡，实现电源系统的稳定性和可靠性，温升用于监测电源模块工作情况。用于于预防电源突变，提升可靠性；

用于将外供电源转换成装置工作电源的电源电路3，把外供电源变换成本装置的工作电源，其可根据装置各部件的需要提供3.3V,±15V的工作电压；

用于向FPGA提供电源模块组工作中的总电压和总电流的电压电流信号数据采集电路4，其上设置有隔离电路40和A/D转换芯片41，隔离电路的具体布局如图8如示，其将电源系统的输出电压、电流信号进行数字化，便于FPGA处理运算等后续处理,工作原理：高压取样电阻输出的弱电压信号(1000:1)，仪表放大器隔离，对其进行A/D(模/数)VF转换，再进行电/光转换,将处理过的光信号通过光纤传输到低压端控制板，光电器件进行光/电转换，使低压端得到了高压端的电信息。同时，低压端控制板也通过光纤向高压端测量板传输同步时钟信号。通过48V电源模块进行供电能。

取样电阻选用RI72系列高压精密电阻，精度0.2％、耐压30KV，温度系数50PPM/℃，电压系数5PPM/V，采用差分检测，有效抑制共模干扰；

经仪表放大器后V/F转换，光传输至控制板，经控制板F/V变换后，电压电流测量信号是光隔离的，分别测试点、AD转换、过压监测；

用于将电源模块组与FPGA进行光电隔离的光通信模块组5，由于各个电源模块串联或者并联，存在电位不一致，用光纤实现电源模块组与光通信模块组的连接，通过光通信进行电隔离。通过光通信将每一个电源模块的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度数字信号传送到装置，同时将控制信息传送回电源模块，装置中有多个光通，便于配置多个电源模块；其中，所述电源模块组的各电源模块上分别设置有与FPGA进行数据通信的控制板10，每一个电源模块配有一个控制板，这个控制板负责与控制装置通信，将每一个独立电源模块的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、编号、温度数字信号传送到控制装置，控制装置又要将均压所需要的信息传送回电源模块，采用本控制装置，通过直流恒流转直流恒流多模块电源控制装置控制电源模块组的连接串联数量；本装置通过光纤收集电源模块组中各电源模块参数；同时本装置通过自有隔离电路和A/D转换芯片对电源模块组工作中的总电压和总电流的电压电流信号进行数据采集；容易实现标准化、模块化，在同等输出要求条件下，降低对电子元器件的要求；同时便于元件采购和生产，提高通用性、互换性；可以方便的实现功率的叠加，当所需要负载功率发生变化时，无论是需要功率增加或是减少，都能方便的通过增加或者减少模块数量来实现功率需要。

在另一种实例中，用于实现FPGA与外部终端进行数据通信的以太网通信接口6，通过以太接口电路实现后台或远方计算机设置操作参数；

用于显示电源模块组工作状态信息的触摸显示机构7，显示各种状态信息；自引导式中文菜单，易于操作；显示告警指示，记录显示电源系统和电源模块产生的报警信息；设置系统各种参考电压，报警参数等；

用于存储电源模块组工作参数的存储器FLASH8，其用于记录。

一种应用直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置对电源系统进行管理的方法，包括：

步骤一，电源模块组中的各电源模块通过光通信模块组中的各通信模块所提供的接口与FPGA建立数据通信链路；

步骤二，各电源模块通过其上的控制板将其工作的电源模块参数发送至FPGA；

步骤三，FPGA通过电压电流信号数据采集电路接收电源模块组工作中的输出总电压Uo和总电流Io；

步骤四，FPGA按照输出要求，基于电源模块参数以及接收到的总电压、总电流，通过应力均衡算法得到各电源模块的工作参数，发送至对应的电源模块，以使其可根据工作参数进行微调，实现各个电源模块的应力均衡，在这种方案中采用应力均衡技术能使多电源模块满足输入输出的要求情况下，电源模块输入输出均衡，合理分担应力。控制装置按照输出要求，通过计算，确定电源模块数量，将数据发给相应电源模块，每个电源模块独立工作，同时运行的电源模块将实时工作数据上传给控制装置，控制装置还通过自己的数据采集(U\I)，上述2个数据通过应力均衡算法得到结果，然后把结果分发运行的电源模块，各个模块微调工作参数，实现各个电源的应力均衡。

在另一种实例中，在步骤二中，所述电源模块参数被配置为包括：

各电源模块的输入电压Ui1……Uin、输入电流Ii、输出电压Uo1……Uon、输出电流Io1……Ion、编号ID、温度数字信号，通过这些参数便于后期对电源模块的工作情况进行掌握，以保证后期可通过这些参数对电源模块的工作状态进行调整，在这种方案中通过输入电压、输入电流，用于应力均衡算法中，通过输出电压Uo1……Uon，通过输出电流Io1……Ion配合总电流，计算各电源模块的电流标准差，以通过后期对电流标准差、电压标准差进行耦合，得到各模块的调整参数，通过ID的作用，对各电源模块进行编号识别，以便于后期对电源模块工作时长进行分别统计，同时对其工作状态进行调整。

在另一种实例中，还包括：

步骤五中，所述FPGA根据实时输出功率的大小，对工作电源模块的数量进行调整，将不处于工作态的电源模块调整为进入低功耗休眠状态；

同时对处于工作态的各电源模块的编号和工作时长t1……tn进行记录，并存入FLASH中，进而使各电源模块在保证输出功率的情况下，可轮换的进入智能休眠轮换模式，采用智能休眠节能技术，根据实时输出功率大小，动态调整实际工作的电源模块的数量，减少参与工作的电源模块的数量，使每个参与工作的电源模块处于最佳效率工作点，使不参与工作的电源模块进入低功耗休眠状态，从而使系统在很宽的负载范围都能够保持高效率；当某电源模块工作时，控制装置把相应模块的编号和工作时间记录下来。为轮换工作提供定量依据。既实现节能，又使每一个电源模块轮换参与工作，避免某一电源模块长时间工作，从而提高整个系统的可靠性，具体来说，采用本控制装置，提升可靠性，采用多模块方式可以相应减少各个原器件之间的电气和热应力，在各个模块当中，因每个模块相互独立，将原本更为复杂的电路简化，虽然理论上应用总器件数量有所增加，但每个模块不互相影响，提升了可靠性。另外易于冗余设计，当输出要求上使用K个模块才能满足额定要求时，实际上可以采用N个模块组合实现，当原来的K个模块中有模块发生故障时，备用的(N-K)个模块中就会有模块替代故障的模块进行工作，使整个电源系统不受到影响。使每一个电源模块轮换参与工作，避免某一电源模块长时间工作，从而提高整个系统的可靠性，具体来说，例如有10个电源模块，其总的输出电压或输出功率为3kV或3kW，而与其相配合的设备只需要500V或500W，在这种时候，我们只需要让6个电源模块处于工作态，而其它3个处于低功耗状态，因其虽然处于是低功耗状态但还是电连通状态，故不会影响其处于串联或并联电源模块的工作有效性，使得其能适应不同工作环境的需要，同时FPGA对处于工作态的各电源模块的编码以工作时长进行记录，当其工作时长达到第一预定时间，如24小时或48小时时，通过FPGA将其它任意处于低功耗状的电源模块中的一个或几个的工作状态进行切换，而将其它对应个数处于工作态的电源模块切换至低功耗，并对其处于低功耗的状态进行计时，而其它未经替换的电源模块在工作到第二预定时间，如36小时或64小时，对处于工作态且从未被替换的电源模块进行工作状态的切换，对应将从未处于工作态的电波模块进行状态切换，如其个数不够，再通过计时休眠处于12小时以上的低功耗模块进行状态切换，以保证每个电源模块在工作到一定时限，都可以定期进行低功耗休眠，进而保证每个电源模块在电源系统的使用中，都会均等的被使用，进而使得其各电源模块的损耗均等，性能参数偏差可控，对于整体提高其使用寿命来说，可显著提高，同理也可以在单个电源模块工作温度超出预定值时，启动轮换机制，以使每个模块的工作稳定性更好。

如图4-5，在另一种实例中，在步骤一到步骤三中，如果装置应用在高压输出场合，则电源模块组被配置为采用输入串联且输出串联的方式；

其中，在输入串联且输出串联的方式下，通过输入电压环50、输出电压环51和电流环52配合的三环控制方法以实现输入均压，输出恒流均压，构成对电源模块组的交互式集中控制方式，图4是本控制装置应用示意图，图5是本控制装置的电路连接示意图，某电源系统采用多个相同的独立电源模块和控制装置组成，每个电源模块额定功率为P，输入高压时，故采用输入串联、输出串联的连接方法，每个独立的电源模块有完备的保护功能。每种多模块电源的组合系统均有各自的优点：为了保证多个模块电源之间组合的正常工作,必须保证各模块之间的平衡,即对于串联系统来说,需要保证均压；对于并联系统来说,需要保证均流。各个模块与集中控制装置之间采用光纤通信有通讯联系,这样有效电位隔离，不会因为组合而影响控制的实现。分别由输出电压环,电流环,输入电压环,来实现输入电压和输出电压的均分。

对于高压输入场合，采用输入串联输出串联方式，易于实现输入电压的均压,由于其输入电流相等,即可实现输入功率的均分，输入电压环、输出电压环和电流环的三环控制方法来实现系统的输入均压，输出恒流均压。输出均压实现输出功率的均分。本控制装置采用交互式集中控制方式来保证模块均衡和实现智能休眠轮换。

如图6，在另一种实例中，所述集中控制方式是通过以下算法流程得以实现：

S1，FGPA接收各电源模块的输出电压Uo1……Uon，输出电流Io1……Ion，各工作电源模块的工作时长t1……tn，以及电源模块组的输出总电压Uo和总电流Io；

S2，FPGA预先设定一个与各电源模块电压Ug1……Ugn，初始值Ug1＝Ug2＝…＝Ugn＝(设定值/模块数),下发到各个电源模块中，以通过各电源模块中的输入电压环进行调节控制，实现输入均压电压环的电路结构如图6所示；

S3，FPGA根据总电压Uo以及各模块经均压调节后的电压U₀1……U₀n，

输出总电压Uo应和(Uo1+Uo2…+Uon)大致相等。

找出输入电压最小值的模块(a)：Uimin＝min(Ui1,Ui2…,Uin)；

找出输出电压最大值的模块(b)：Uomax＝max(Uo1,Uo2,……Uon)；

找出输出电压最小值的模块(c)：Uomin＝min(Uo1,Uo2,…Uon)；

ΔU＝(Uomax-Uomin)/2；

如果模块a和c是同一个模块，改变b给定(Ugb-ΔU),改变a给定(Uga+ΔU)。经装置调节多次后，实现输出电压均衡。

如果模块a和c不是同一个模块，改变b给定(Ugb-ΔU),改变C给定(UgC+ΔU)。经装置调节多次后，实现输出电压均衡。

结果：(Uimax-Uimin)小于1V,

(Uomax-Uomin)小于1V,

实现电压应力均衡。

理想情况下：电流给定：Ig1＝Ig2…＝Ign＝Ii，各模块输出电流Io1＝Io2…＝Ion＝Ig1＝Ig2…＝Ign＝输出总电流Io，实现输出恒流总电流Io跟随输入直流恒流电流Ii。即Io＝Ii。

由于制造工艺、器件参数差异等原因，给定相同情况下，模块输出Io1,Io2,…,Ion有差异，

找出输出电流最大值的模块(p)：Iomax＝max(Io1,Io2,…,Ion)；

找出输出电流最小值的模块(q)：Iomin＝min(Io1,Io2,…,Ion)；

输出总电流Io＝Iomax？如不等，存在漏电，记录并报告情况，换模块。

输出总电流Io＝Iomax？如相等，进行均调。

ΔI＝(Iomax-Iomin)/2；

改变模块p给定(Igp-ΔI),改变模块q给定(Igq+ΔI)。经装置调节多次后，实现输出电流均衡。

结果：(Io-Iomin)小于2mA和(Io-Ii)小于2mA,

实现电流应力均衡。

FPGA基于计算得出的模块的电流差ΔI，通过算法转换成相应模块的电流给定信号Ig1、Ig2、Ign，下发到电源模块中，以通过电源模块中的输出电压环和电流环进行调节控制，输出恒流均压，其中，图7为电流环的电路结构，图8为电压环、电流中单零点—单极点补偿网络的结构，这里的算法为现有技术中的普通算法，故不再叙述；

S4，FPGA基于各工作电源模块的工作时长t1……tn是否达到预定值，确定轮换时间是否达到，是否启动轮换机制，具体来说，交互式集中控制的应用电路原理框图如图5所示，而图5中的电压采集、电流采集、电压调节、电流调节为电源模块中自带的电路结构或现有技术中的电路结构，在此不对其进行叙述，交互式集中控制方式用输入电压环、输出电压环和电流环的三环控制方法来实现系统的输入均压，输出恒流均压。

交互式集中控制装置接收输出总电压Uo,输出总电流Io，模块输出电压Uo1……Uon,模块输出电流Io1……Ion等信号，作为控制算法反馈信号。交互式集中控制装置把设定信号Ug1……Ugn输出到各个模块，通过模块输入电压环调节控制，实现输入均压；

交互式集中控制装置把电流设定信号Ig1、Ig2、Ign输出到各个模块，通过输出电压环和电流环调节控制，实现输出恒流均压；

记录各个模块的工作时长t1……tn，做为模块智能休眠轮换的依据。

采用这种方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置及其应用方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置，其特征在于，包括：

通过串联方式连接的电源模块组；

用于收集电源模块组中各电源模块电源模块参数的FPGA；

用于将外供电源转换成装置工作电源的电源电路；

用于向FPGA提供电源模块组工作中的总电压和总电流的电压电流信号数据采集电路，其上设置有隔离电路和A/D转换芯片；

用于将电源模块组与FPGA进行光电隔离的光通信模块组；

其中，所述电源模块组的各电源模块上分别设置有与FPGA进行数据通信的控制板。

2.如权利要求1所述的直流恒流转直流恒流的多模块电源控制装置，其特征在于，用于实现FPGA与外部终端进行数据通信的以太网通信接口；

用于显示电源模块组工作状态信息的触摸显示机构；

用于存储电源模块组工作参数的存储器FLASH。

3.一种应用如权利要求1-2任意一项所述多模块电源控制装置的方法，其特征在于，包括：

步骤一，电源模块组中的各电源模块通过光通信模块组中的各通信模块所提供的接口与FPGA建立数据通信链路；

步骤二，各电源模块通过其上的控制板将其工作的电源模块参数发送至FPGA；

步骤三，FPGA通过电压电流信号数据采集电路接收电源模块组工作中的输出总电压Uo和总电流Io；

步骤四，FPGA按照输出要求，基于电源模块参数以及接收到的总电压、总电流，通过应力均衡算法得到各电源模块的工作参数，发送至对应的电源模块，以使其可根据工作参数进行微调，实现各个电源模块的应力均衡。

4.如权利要求3所述的应用方法，其特征在于，在步骤二中，所述电源模块参数被配置为包括：

各电源模块的输入电压Ui1……Uin、输入电流Ii、输出电压Uo1……Uon、输出电流Io1……Ion、编号ID、温度数字信号。

5.如权利要求3所述的应用方法，其特征在于，还包括：

步骤五中，所述FPGA根据实时输出功率的大小，对工作电源模块的数量进行调整，将不处于工作态的电源模块调整为进入低功耗休眠状态；

同时对处于工作态的各电源模块的编号和工作时长t1……tn进行记录，并存入FLASH中，进而使各电源模块在保证输出功率的情况下，可轮换的进入智能休眠轮换模式。

6.如权利要求3所述的应用方法，其特征在于，在步骤四中，在所述应力均衡算法中分别通过对各电源模块给定对应的电压Ugn、电流Ign进行调整，以实现各电源模块上电压、电流的应力均衡；

其中，给定电压Ugn的调整方式被配置为包括:

输出总电压Uo应与Uo1+Uo2…+Uon的总和基本上相等；

FPGA通过公式Uimin＝min(Ui1,Ui2…,Uin)，找出各电源模块中输入电压最小的模块a；

FPGA通过公式Uomax＝max(Uo1,Uo2,……Uon)，找出各电源模块中输出电压最大的模块b；

FPGA通过公式Uomin＝min(Uo1,Uo2,…Uon)，找出各电源模块中输出电压最小值的模块c，以得到电压变量ΔU＝(Uomax-Uomin)/2；

通过FPGA对a和c是否是同一个模块进行判断，如是则改变b给定电压为Ugb-ΔU,同时改变a给定电压为Uga+ΔU；

如否，则通过FPGA对a和c是否是同一个模块进行判断，如否则改变b给定电压为Ugb-ΔU,同时改变C给定电压为UgC+ΔU；

FPGA通过多次对给定电压的调节，使得Uimax与Uimin、Uomax与Uomin的电压差分别小于1V，实现输出电压的均衡；

给定电流Ign的调整方式被配置为包括：

FPGA通过公式Iomax＝max(Io1,Io2,…,Ion)，找出各电源模块中输出电流最大的模块p；

FPGA通过公式Iomin＝min(Io1,Io2,…,Ion)，找出各电源模块中输出电流最小的模块q；

FPGA对输出总电流Io与Iomax是否相等进行判断，如不等则FPGA通过公式ΔI＝(Iomax-Iomin)/2得到电流变量ΔI，以改变模块p给定电流为Igp-ΔI,改变模块q给定电流为Igq+ΔI，FPGA通过多次对给定电流的调节，使Iomax与Iomin的差值小于2mA，实现输出电流均衡；

如不等，则判断电源模块存在漏电情况，记录并报告情况以便于更换相应的电源模块。

7.如权利要求4所述的应用方法，其特征在于，在步骤一到步骤三中，如果装置应用在高压输出场合，则电源模块组被配置为采用输入串联且输出串联的方式；

其中，在输入串联且输出串联的方式下，通过输入电压环、输出电压环和电流环配合的三环控制方法以实现输入均压，输出恒流均压，构成对电源模块组的交互式集中控制方式。

8.如权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述集中控制方式是通过以下算法流程得以实现：

S1，FGPA接收各电源模块的电源模块的输入电压Ui1……Uin、输入直流恒流电流Ii，输出电压Uo1……Uon、输出直流恒流电流Io1……Ion，编号ID、温度数字信号，各工作电源模块的工作时长t1……tn，以及电源模块组的输出总电压Uo和总电流Io；

S2，FPGA预先设定一个与各电源模块电压相配合的给定电压Ug1……Ugn，下发到各个电源模块中，以通过各电源模块中的输入电压环进行调节控制，实现输入均压；

S3，FPGA根据输入电流Ii以及通过转换成相应模块的电流给定信号Ig1、Ig2、Ign，下发到各个电源模块中，以通过各电源模块中的输出电压环和电流环进行调节控制，输出恒流均压；

S4，FPGA基于各工作电源模块的工作时长t1……tn是否达到预定值，确定轮换时间是否达到，是否启动轮换机制。