CN112448575A - 交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法以及电源设备。所述方法用于实现多个交流转直流电源模块的并联控制，由并机控制单元执行，包括：获取DC‑DC单元的输出电流和电压采样值；将输出电流采样值输入电流控制环路，与设置的目标电流值比较，得到电流误差信号值；将输出电流采样值输入比例积分控制器，得到负载电流前馈信号值；将负载电流前馈信号值输入电压控制环路，与输出电压采样值叠加，得到叠加值，将叠加值与设置的目标电压值比较，得到电压误差信号值；将电流误差信号值和电压误差信号值输入误差竞争控制环路进行比较；根据误差竞争控制环路的输出值相应地调整PWM信号的占空比，进而调整DC‑DC单元的输出电压和/或输出电流。
Description
技术领域
本发明属于电源技术领域，具体涉及一种交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法以及电源设备。
背景技术
随着现代工业的不断发展，用电设备越来越丰富，大量的精密仪器和设备出现在现代工业场合中，在交通运输、信息通信、工业自动化生产领域，发挥着无可替代的作用。而这些设备能否可靠、稳定地运行，除取决于设备本身的技术和质量水平，也取决于能否获得稳定、安全、可靠的电能支持。
交流转直流电源模块可向负载供电，保障负载正常运行。但实际生产中用单个交流转直流电源模块供电的可靠性难以保证。如果将多个交流转直流电源模块并联在一起作为一个整体，形成系统，那向负载供电时，一个电源模块出现故障，就不会影响系统向负载供电，提高了供电的稳定性和可靠性。
然而，目前交流转直流电源模块之间的并联依赖于并机线，或者有主机和从机之分，并机复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法以及电源设备，实现无线且无主从并机，并机简单、可靠、稳定。
本发明的技术方案是：
一种交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，用于实现多个交流转直流电源模块的并联控制，交流转直流电源模块包括AC-DC单元、DC-DC单元和并机控制单元，并机控制单元的PWM信号输出端接DC-DC单元的控制输入端，并机控制单元执行以下步骤：
获取DC-DC单元的输出电流采样值和输出电压采样值；
将输出电流采样值输入电流控制环路，与设置的目标电流值比较，得到电流误差信号值；
将输出电流采样值输入比例积分控制器，得到负载电流前馈信号值；
将负载电流前馈信号值输入电压控制环路，与输出电压采样值叠加，得到叠加值，将叠加值与设置的目标电压值比较，得到电压误差信号值；
将电流误差信号值和电压误差信号值输入误差竞争控制环路进行比较；
根据误差竞争控制环路的输出值相应地调整PWM信号的占空比，进而调整DC-DC单元的输出电压和/或输出电流。
优选地，将输出电流采样值输入电流控制环路包括：根据设置的因子，放大或缩小所述输出电流采样值；将放大或缩小后的输出电流采样值输入电流控制环路；
将输出电流采样值输入比例积分控制器包括：根据所述因子，放大或缩小所述输出电流采样值；将放大或缩小后的输出电流采样值输入比例积分控制器。
优选地，所述因子的大小与负载的大小正相关。
优选地，所述因子为1。
优选地，所述根据误差竞争控制环路的输出值相应地调整PWM信号的占空比包括：
将误差竞争控制环路的输出值输入死区处理；
根据处理后的输出值相应地调整PWM信号的占空比。
一种电源设备，包括多个相互并联的交流转直流电源模块，交流转直流电源模块包括AC-DC单元、DC-DC单元和并机控制单元，并机控制单元的PWM信号输出端接DC-DC单元的控制输入端，并机控制单元用于执行权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
优选地，还包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路的采样端分别接DC-DC单元的输出端，电流采样电路和电压采样电路的输出端分别与并机控制单元连接。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比具有以下优点：
采用电压和电流互补竞争的控制方式实现多个交流转直流电源模块无线且无主从并机，并机简单、可靠、稳定，无需并机线，没有主机从机之分。
附图说明
图1为本发明具体实施例并机控制单元的框图；
图2为本发明具体实施例电源设备的框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例提供一种交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，用于实现多个(即至少2个)交流转直流电源模块(以下简称电源模块)的并联，如图1和2所示，电源模块的输出端接负载，输入端接交流电网，电源模块包括AC-DC单元3、DC-DC单元2和并机控制单元1，并机控制单元1的PWM信号输出端接DC-DC单元2的控制输入端。并机控制单元1执行以下步骤：
步骤a：获取DC-DC单元2的输出电流采样值IDCout和输出电压采样值UDCout。
在步骤a之前，采用现有的采样手段对DC-DC单元2的输出电流和输出电压分别进行采样，得到输出电流采样值IDCout和输出电压采样值UDCout。
步骤b：将输出电流采样值IDCout输入电流控制环路12，与设置的目标电流值IDCout_ref比较，得到电流误差信号值。
目标电流值IDCout_ref即DC-DC单元2预设输出的电流的值，可以采用现有手段实现电源模块与负载的通信，根据负载的情况确定DC-DC单元2应该输出的电流的值。
在本实施例中，电流控制环路12被配置为执行：计算目标电流值IDCout_ref与输出电流采样值IDCout的差；将差通过比例积分控制器(PI)输出，比例积分控制器输出的值即电流误差信号值。在其它实施例中，所属领域技术人员可以根据具体情况调整电流控制环路12的配置。
步骤c：将输出电流采样值IDCout输入比例积分控制器，得到负载电流前馈信号值。
步骤d：将负载电流前馈信号值输入电压控制环路13，与输出电压采样值UDCout叠加，得到叠加值，将叠加值与设置的目标电压值UDCout_ref比较，得到电压误差信号值。
目标电压值UDCout_ref即DC-DC单元2预设输出的电压的值，可以采用现有手段实现交流转直流电源模块与负载的通信，根据负载的情况确定DC-DC单元2应该输出的电压的值。
在本实施例中，电压控制环路13被配置为执行：计算负载电流前馈信号值与输出电压采样值UDCout的和S；计算目标电压值UDCout_ref与和S的差D；将差D输入比例积分控制器，比例积分控制器输出的值即电压误差信号值。在其它实施例中，所属领域技术人员可以根据具体情况调整电压控制环路13的配置。
步骤e：将电流误差信号值和电压误差信号值输入误差竞争控制环路14进行比较。
在本实施例中，误差竞争控制环路14被配置为：比较电流误差信号值与电压误差信号值的大小，将较大的值输出。在其它实施例中，所属领域技术人员可以根据具体情况调整误差竞争控制环路14的配置。
步骤f：根据误差竞争控制环路的输出值相应地调整PWM信号的占空比，进而调整DC-DC单元的输出电压和输出电流。
如果DC-DC单元2的输出电压和/或电流偏大，则调小PWM信号的占空比，使DC-DC单元2的输出电压和/或电流保持稳定。
不限定上述步骤a至f的内容的执行顺序，符合逻辑，可以实现即可。
进一步地，将输出电流采样值IDCout输入电流控制环路12包括：根据设置的因子R，放大或缩小输出电流采样值IDCout。在本实施例中，将输出电流采样值IDCout放大至R倍，将放大后的输出电流采样值IDCout*R输入电流控制环路12。
将输出电流采样值IDCout输入比例积分控制器包括：根据所述因子R，放大或缩小输出电流采样值IDCout。在本实施例中，将输出电流采样值IDCout放大至R倍，将放大后的输出电流采样值IDCout*R输入比例积分控制器。
在本实施例中，所述因子R越大，输出电流采样值IDCout对DC-DC单元2的输出电压和/或电流的调节作用就越大，所属领域技术人员可以根据需要设置所述倍数，例如，可以设置为0.9、1、1.1、1.2。
进一步地，所述因子的大小与负载的大小正相关，电源模块所需带的负载越大，设置越大的因子，以更好地维持DC-DC单元2的输出电压和/或电流的稳定。
进一步地，所述因子为1，相当于不对输出电流采样值进行放大。
进一步地，步骤f包括：将误差竞争控制环路14的输出值输入死区11处理；根据处理后的输出值调整PWM信号的占空比，防止误差竞争控制环路14的输出值过大导致功率器件损坏。
实施例二：
本实施例提供一种电源设备，包括相互并联的多个(即至少2个)交流转直流电源模块(在本实施例中为相互并联的3个交流转直流电源模块)，交流转直流电源模块包括AC-DC单元3、DC-DC单元2和并机控制单元1，并机控制单元的PWM信号输出端接DC-DC单元的控制输入端，并机控制单元1用于执行如前所述方法的步骤。
如图1和2所示，并机控制单元1至少包括电流控制环路12、电压控制环路13和误差竞争控制环路14。
进一步地，所述电源设备还包括电流采样电路(图未示)和电压采样电路(图未示)，电流采样电路和电压采样电路的采样端分别接DC-DC单元2的输出端，电流采样电路和电压采样电路的输出端分别与并机控制单元1连接。电流采样电路用于对DC-DC单元2的输出电流进行采样，得到输出电流采样值IDCout，提供给并机控制单元1，电压采样电路用于对DC-DC单元2的输出电压进行采样，得到输出电压采样值UDCout，提供给并机控制单元1。
优选地，并机控制单元1还包括因子R，用于放大或缩小输出电流采样值IDCout，使输出电流采样值IDCout对DC-DC单元2的输出电压和/或电流的调节作用大小可设可调。
优选地，并机控制单元1还包括死区11，防止误差竞争控制环路14的输出值过大导致功率器件损坏。
工作原理：
电流采样电路和电压采样电路分别对DC-DC单元2的输出电流和电压进行采样，将采样所得输出电流采样值IDCout和输出电压采样值UDCout提供给并机控制单元1。并机控制单元1得到输出电流采样值IDCout后，将输出电流采样值IDCout乘以因子，放大输出电流采样值IDCout对DC-DC单元2的输出电压和/或电流的调节作用。
将放大后的输出电流采样值IDCout*R输入电流控制环路12，并经比例积分控制器变为负载电流前馈信号值输入电压控制环路13。
电流控制环路12计算目标电流值IDCout_ref与IDCout*R的差，通过比例积分控制器向误差竞争控制环路14输入电流误差信号值。
电压控制环路13计算目标电压值UDCout_ref相对输出电压采样值UDCout与负载电流前馈信号值之和的差，通过比例积分控制器向误差竞争控制环路14输入电压误差信号值。
误差竞争控制环路14比较电流误差信号值与电压误差信号值的大小，输出值经死区11处理后输入PWM装置，PWM装置调整PWM信号的占空比，调节DC-DC单元2的输出电压和/或电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的限制。应当指出，本领域的技术人员在阅读完本说明书后，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，用于实现多个交流转直流电源模块的并联控制，其特征在于：交流转直流电源模块包括AC-DC单元、DC-DC单元和并机控制单元，并机控制单元的PWM信号输出端接DC-DC单元的控制输入端，并机控制单元执行以下步骤：
获取DC-DC单元的输出电流采样值和输出电压采样值；
将输出电流采样值输入电流控制环路，与设置的目标电流值比较，得到电流误差信号值；
将输出电流采样值输入比例积分控制器，得到负载电流前馈信号值；
将负载电流前馈信号值输入电压控制环路，与输出电压采样值叠加，得到叠加值，将叠加值与设置的目标电压值比较，得到电压误差信号值；
将电流误差信号值和电压误差信号值输入误差竞争控制环路进行比较；
根据误差竞争控制环路的输出值相应地调整PWM信号的占空比，进而调整DC-DC单元的输出电压和/或输出电流。
2.根据权利要求1所述的交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，其特征在于，
将输出电流采样值输入电流控制环路包括：根据设置的因子，放大或缩小所述输出电流采样值；将放大或缩小后的输出电流采样值输入电流控制环路；
将输出电流采样值输入比例积分控制器包括：根据所述因子，放大或缩小所述输出电流采样值；将放大或缩小后的输出电流采样值输入比例积分控制器。
3.根据权利要求2所述的交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，其特征在于：所述因子的大小与负载的大小正相关。
4.根据权利要求3所述的交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，其特征在于：所述因子为1。
5.根据权利要求1所述的交流转直流模块化电源无线且无主从并联方法，其特征在于，所述根据误差竞争控制环路的输出值相应地调整PWM信号的占空比包括：
将误差竞争控制环路的输出值输入死区处理；
根据处理后的输出值相应地调整PWM信号的占空比。
6.一种电源设备，其特征在于：包括多个相互并联的交流转直流电源模块，交流转直流电源模块包括AC-DC单元、DC-DC单元和并机控制单元，并机控制单元的PWM信号输出端接DC-DC单元的控制输入端，并机控制单元用于执行权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
7.根据权利要求6所述的电源设备，其特征在于：还包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路和电压采样电路的采样端分别接DC-DC单元的输出端，电流采样电路和电压采样电路的输出端分别与并机控制单元连接。
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