CN110752657A - 基于多路并联输入电源的供电电路及供电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多路并联输入电源的供电电路及供电控制方法，所述供电电路包括多路并联输入电源和控制电路；各路所述输入电源均通过与其一一对应的BOOST电路连接至低压电源电容解耦电路，所述低压电源电容解耦电路连接至推挽升压电路，所述推挽升压电路连接至输出支撑电路，所述输出支撑电路用于为负载供电；所述控制电路分别与各所述BOOST电路及所述推挽升压电路连接。本发明允许多路不同类型输入电源同时工作，支持动态调整，即不同输入电源采用对应的闭环控制方式，且自动调整母线电压参数，优点是能适配不同电压参数的输入电源和优化能量转化效率，兼容常用家用电力存储和产生装置。

Description

基于多路并联输入电源的供电电路及供电控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于多路并联输入电源的供电电路及供电控制方法。
背景技术
在野外工作、小型机械作业和旅游野营等用电场合往往对移动电源提出要求。家用电动工具、电动自行车等较多用到配套动力电池。这些电源的组成成分、额定电压和限制电流各有不同。
移动电源要对交流移动用电设备或负载进行供电，需经过升压和逆变。传统的升压拓扑包括BOOST电路、推挽升压电路和交错并联BOOST升压电路。其中，BOOST电路的输出电流幅值受输入电源电压限制，升压比和功率输出能力均受限。如，用于电动工具的动力电池，其BOOST电路的输入电源电压为直流48V以内，要变换到电动工具的交流220V驱动电压，MOS驱动脉宽工作在接近80%到90%，在一PWM周期内功率馈入输出电容时间占比只有10%-20%，即使功率反馈控制对馈入时间占比做微小调整，也易引起馈入功率的巨大变化，容易导致电容母线电压和输入电流剧烈波动(功率馈入输出电容的时间短，控制调节的参数波动剧烈)，无法承载较大的功率输出。交错并联BOOST升压电路相较于BOOST电路的升压能力有所提升，但是依然无法满足升压比要求，且驱动电路极其复杂，控制涉及参数多，无法满足多路驱动要求。推挽驱动电路涉及多路驱动脉宽对称输出，微控制器需多路PWM驱动时分互补输出，芯片成本较高，由于是互补交替脉冲电流输入，输入电流谐波较大，在多路需要功率分配场合下，无法精确分配。
发明内容
本发明的目的是解决目前移动电源供电电路不能满足多路并行控制的技术问题。
为实现以上发明目的，第一方面，本发明提供一种基于多路并联输入电源的供电电路，包括多路并联输入电源和控制电路；各路所述输入电源均通过与其一一对应的BOOST电路连接至低压电源电容解耦电路，所述低压电源电容解耦电路连接至推挽升压电路，所述推挽升压电路连接至输出支撑电路，所述输出支撑电路用于为负载供电；所述控制电路分别与各所述BOOST电路及所述推挽升压电路连接。
进一步地，所述多路并联输入电源至少包括一路光伏板组和一路蓄电池组。
进一步地，所述输出支撑电路包括逆变器。
第二方面，本发明提供一种基于多路并联输入电源的供电控制方法，采用BOOST电路模组检测输入设备的电压、电流、内阻及电流电压功率曲线特征，鉴别输入设备的类型，与用户设定输入装置类型参数相验证，根据验证结果开启、提醒或者关闭电源输入分路；通过低压直流母线动态调整稳定的电压，对后续升压提供支撑，工作电压根据输入装置工作电压范围动态调整；采用推挽升压电路将动态调整的低压直流母线电压升压成为高压直流母线电压，推挽控制驱动互补PWM的脉宽，对功率输出波动和低压母线电压波动进行补偿；采集推挽升压前低压母线的电流和电压，计算BOOST电路模组总体输入功率；所述的BOOST电路模组对特征不同的蓄电池组和光伏板组输入寻求对应的工作方式将功率转化到低压解耦电容支撑的低压直流母线；通过输出支撑电路为负载供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、允许多路不同类型输入电源同时工作，支持动态调整，即不同输入电源采用对应的闭环控制方式，且自动调整母线电压参数，优点是能适配不同电压参数的输入电源和优化能量转化效率，兼容常用家用电力存储和产生装置。
2、动态低压母线是指低压电源电容组所设定的母线电压不是恒定值，输入电源整体电压较低时，可设定较低母线电压；同时输入功率较大时，可降低设定母线电压，优点一是BOOST电路功率器件通过电流较小，效率较高且发热较小，二是如果输出功率瞬时卸载，低压母线电容有较大电压上升缓冲裕量；同等较小输出功率时，较高母线电压设计也为快速加载提供电压裕量。根据输出功率、母线电压参数计算出总共要有多少功率输入，再由功率分配机制分配到每一回路，实现多路电源并行控制，响应速度快，具有抗冲击性负载强的优势。
3、优化功率分配策略，可持续再生的光伏能源优先被调用，减少蓄电池的使用，延长户外使用时限。
4、控制电路采用单一微控制器，结构简单，稳定性高。
5、输入电源动态检测，如检测到某路电池电量即将耗尽，可接入另一回路电池，移除耗尽电池并进行充电，不影响用户使用。支持分路热插拔，自动判断BOOST电路低压母线电压是否高于输入电源电压，如是则关断对应回路的PWM控制信号，BOOST电路中的二极管反向截止，即能对不正常回路进行自动关闭，稳定安全。
附图说明
图1是本发明供电电路一个实施例的原理框图；
图2是本发明供电控制方法一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作优选说明。
如图1所示，本发明基于多路并联输入电源的供电电路的一个实施例，包括多路并联输入电源和控制电路；各路所述输入电源均通过与其一一对应的BOOST电路连接至低压电源电容解耦电路，所述低压电源电容解耦电路连接至推挽升压电路，所述推挽升压电路连接至输出支撑电路，所述输出支撑电路用于为负载供电；所述控制电路分别与各所述BOOST电路及所述推挽升压电路连接，所述多路并联输入电源至少包括一路光伏板组和一路蓄电池组，可以自带功率转化装置和保护装置，还包括开关电源，市电通过开关电源转化为直流输出，再行通过本供电电路升压逆变，主要是对交流电压幅值和频率的转变；所述输出支撑电路包括逆变器，控制电路包括微控制器及附属电路。
如图2所示，本发明基于多路并联输入电源的供电控制方法的一个实施例，采用BOOST电路模组检测输入设备的电压、电流、内阻及电流电压功率曲线特征，鉴别输入设备的类型，与用户设定输入装置类型参数相验证，根据验证结果开启、提醒或者关闭电源输入分路；通过低压直流母线动态调整稳定的电压，对后续升压提供支撑，工作电压根据输入装置工作电压范围动态调整；采用推挽升压电路将动态调整的低压直流母线电压升压成为高压直流母线电压，推挽控制驱动互补PWM的脉宽，对功率输出波动和低压母线电压波动进行补偿；采集推挽升压前低压母线的电流和电压，计算BOOST电路模组总体输入功率；所述的BOOST电路模组对特征不同的蓄电池组和光伏板组输入寻求对应的工作方式将功率转化到低压解耦电容支撑的低压直流母线；通过输出支撑电路为负载供电。
输入总功率解算方法：低压母线电压波动的稳定需要输入端快速响应，单独根据电压来调整输入功率，无法快速响应负载突变需求，易引起较大波动，对高压电容母线采集电压和电流数据，积分累计调整间隔中输出功率，在输入总功率控制流图中作为扰动前馈到功率输入参考，能够避免跳过推挽控制对输入引起的延滞效应，减小低压直流母线波动效应。
分路输入装置智能判断方法：分路控制采集并计算分路的电压、电流、内阻、功率电压电流，分析电压特征和内阻特征。判断接入回路是光伏电源板、电池或是低压电源。同时判断电池组的特征，分析保护电压和最大工作电流。与界面输入设置参数相比对，判断剔除低压保护和不正常工作回路，判断并更新输入重设分路。
功率分配策略遵循以下控制步骤：
（1）对各分路的输入装置状态参数进行判定：蓄电池、动力电池需要对剩余电池容量和最大工作电流进行判定，最大功率由操控界面进行设定。低压电源运行中动态判定最大工作电流。光伏电源通过开路电压判定是否低于开启功率阈值以下，超过后开启光伏驱动回路。
（2）光伏分路回路功率分配策略：在低于总输入功率情况下，光伏回路需要最大化功率馈入。调整策略选取MPPT控制方法，通过功率外环电流内环双环调制，同时受到回路最大电流、最大功率，输出限制功率限制。在高于总输入功率情况下需要限制光伏回路输入，限制内环电流参考阈值，钳制总体输入功率超限。
（3）电池组和低压电源功率动态调节：电池组和低压电源需要对总功率和光伏回路功率差额进行补足。功率的分配策略有电流均分法、功率均分法、电池容量智能调整三种策略。根据三种不同的功率分配策略，动态分配每一个电池回路的输入参考功率。其中电池容量智能调整需对步骤（1）所得参数计算功率负载系数，智能均衡分路输入功率。
本供电电路的应用举例说明如下：
第一供电回路接入光伏板组，第二和第三供电回路分别接入蓄电池组。光伏输入参数为开路电压40V，功率峰值所在电压为32V，峰值功率320W。蓄电池分接两路，对应额定电压24V，每路电池总容量相同。假定升压能量转换效率为85%，电池回路功率输入采用均分模式。
设备启动后首先检测各供电回路参数，并与各供电回路的设定值进行对照，以检查各供电回路的状态。确认无故障后进入正常升压。以下对不同负载功率下的不同供电回路的工作状态进行描述。
如负载功率为200W，计算输入功率需求为235W，根据功率分配策略，第二和第三回路的蓄电池无功率输入，处于待机状态，BOOST电路的PWM信号关断。第一回路的光伏输入最大功率点寻找处于限流状态，功率输入在235W附近波动，受微控制器控制调节。
如负载功率为500W，计算输入功率需求为588W，根据功率分配策略，第一回路光伏输入寻找最大功率点，工作稳定状态时处于最大功率输入320W附近波动，微控制器根据母线电压计算第二和第三回路需求的总功率，根据均分策略均分两路功率输入，两路蓄电池的输入功率控制在134W附近进行调节处理。
本发明提供一种具有多路多样电池输入、高升压比、几百到千瓦负载功率的转换装置。作为常用移动电源的发电机、蓄电池逆变器组合、光伏供电电源等设备的有效补充，具有成本低、便携性强、灵活组合、低噪音等优势。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.基于多路并联输入电源的供电电路，其特征在于，包括多路并联输入电源和控制电路；各路所述输入电源均通过与其一一对应的BOOST电路连接至低压电源电容解耦电路，所述低压电源电容解耦电路连接至推挽升压电路，所述推挽升压电路连接至输出支撑电路，所述输出支撑电路用于为负载供电；
所述控制电路分别与各所述BOOST电路及所述推挽升压电路连接。
2.如权利要求1所述的基于多路并联输入电源的供电电路，其特征在于，所述多路并联输入电源至少包括一路光伏板组和一路蓄电池组。
3.如权利要求1或2所述的基于多路并联输入电源的供电电路，其特征在于，所述输出支撑电路包括逆变器。
4.基于多路并联输入电源的供电控制方法，其特征在于，采用BOOST电路模组检测输入设备的电压、电流、内阻及电流电压功率曲线特征，鉴别输入设备的类型，与用户设定输入装置类型参数相验证，根据验证结果开启、提醒或者关闭电源输入分路；通过低压直流母线动态调整稳定的电压，对后续升压提供支撑，工作电压根据输入装置工作电压范围动态调整；采用推挽升压电路将动态调整的低压直流母线电压升压成为高压直流母线电压，推挽控制驱动互补PWM的脉宽，对功率输出波动和低压母线电压波动进行补偿；采集推挽升压前低压母线的电流和电压，计算BOOST电路模组总体输入功率；所述的BOOST电路模组对特征不同的蓄电池组和光伏板组输入寻求对应的工作方式将功率转化到低压解耦电容支撑的低压直流母线；通过输出支撑电路为负载供电。
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