CN114268132B - 变换器、并联变换器系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变换器、并联变换器系统及控制方法，涉及电力电子技术领域。变换器包括：第一控制单元、电源输入端、第一分压单元和第二分压单元。第一分压单元的第一端分别与第一控制单元和第二分压单元连接，第一分压单元的第二端与电源输入端连接，第一分压单元的第一端还用于连接其他变换器中的第二分压单元；第一控制单元，用于采集第一分压单元的第一端电压，以确定连接的变换器的数量。由于并机数量发生变化时，第一分压单元第一端的电压会迅速发生改变，因此，变换器中的第一控制单元可以通过采集第一分压单元的第一端的电压，确定从机变换器的数量，从而及时作出相应的响应，有效避免总输出波动。

Description

变换器、并联变换器系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变换器、并联变换器系统及控制方法。

背景技术

通常为实现变换器的系统可靠性、可实现冗余控制等特性，一般将变换器进行模块化设计，然后进行并联扩容等。然而，在有些大功率的场合，并联变换器的模块数量一般比较多，各个模块之间的通讯数据量比较大，导致完成整个系统的通讯周期较长。在较长的通讯周期下，当部分模块因自身故障或通讯故障发生停机时，各模块之前的通讯响应存在延迟，导致无法及时对输出进行修正，总输出会有较大的波动，可能导致用户设备的损耗等。因此，如何快速检测出并机数量是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种变换器、并联变换器系统及控制方法，旨在解决现有技术中由于并联变换器系统通讯周期长，在并机数量发生变化时，无法及时响应，导致总输出波动的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种变换器，包括：第一控制单元、电源输入端、第一分压单元和第二分压单元，变换器与至少一个其它变换器电连接，其中；

第一分压单元的第一端分别与第一控制单元和第二分压单元连接，第一分压单元的第二端与电源输入端连接，第一分压单元的第一端还用于连接其他变换器中的第一分压单元的第一端；

第一控制单元，用于采集第一分压单元的第一端的电压，以确定连接的变换器的数量。

可选的，电源输入端与第一分压单元之间设置有第一开关；

第一分压单元与第二分压单元之间设置有第二开关。

可选的，第一分压单元包括第一电阻，第二分压单元包括第二电阻；

第一电阻的第一端与电源输入端连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端接地。

为实现上述目的，本发明还提出一种并联变换器系统，并联变换器系统包括：一个主机变换器和至少一个从机变换器；其中，主机变换器和从机变换器为如上述的变换器；

从机变换器中的第二分压单元与主机变换器中的第二分压单元并联，主机变换器中的第一控制单元用于确定并联的变换器的数量。

可选的，主机变换器中的第一分压单元分别与主机变换器中的第二分压单元的第一端和从机变换器中的第二分压单元的第一端连接，主机变换器中的第二分压单元的第二端与从机变换器中的第二分压单元的第二端具有相同电位。

可选的，并联变换器系统包括多个从机变换器，各从机变换器中的第二分压单元的第一端相互连接，各从机变换器中的第二分压单元的第二端具有相同电位。

可选的，变换器中电源输入端与第一分压单元之间设置有第一开关，主机变换器中的第一开关为闭合状态，从机变换器中的第一开关为断开状态。

为实现上述目的，本发明还提出一种并联变换器系统控制方法，包括：

采集当前时刻主机变换器中第一分压单元的第一端的电压值；

根据电压值确定从机变换器的第一数量；

根据第一数量生成驱动信号；其中，所述驱动信号用于控制所述主机变换器和至少一个从机变换器运行。

可选的，根据第一数量生成驱动信号，包括：

获取预设输出电压指令；

基于预设输出电压指令，确定预设电流值；

根据第一数量和预设电流值，确定当前时刻的目标电流参考值；

根据目标电流参考值生成驱动信号。

可选的，根据第一数量和预设电流值，确定当前时刻的目标电流参考值，包括：

获取所述当前时刻的上一时刻从机变换器的第二数量；

根据所述第一数量、第二数量和所述预设电流值，确定所述当前时刻的目标电流参考值。

本发明中，通过设置第一控制单元、电源输入端、第一分压单元和第二分压单元构成变换器。第一分压单元的第一端分别与第一控制单元和第二分压单元连接，第一分压单元的第二端与电源输入端连接，第一分压单元的第一端还用于连接其他变换器中的第二分压单元；第一控制单元，用于采集第一分压单元的第一端电压，以确定连接的变换器的数量。由于并机数量发生变化时，第一分压单元和第二分压单元之间的连接处的电压会迅速发生改变，因此，变换器中的第一控制单元可以通过采集第一分压单元的第一端的电压，确定从机变换器的数量，从而可以及时检测出变化后的并机数量，进而能够及时的基于检测到的变化作出相应的响应，有效避免总输出波动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明变换器第一实施例的结构示意图；

图2为本发明变换器第二实施例的结构示意图；

图3为本发明变换器第三实施例的结构示意图；

图4为发明并联变换器系统第一实施例的结构示意图；

图5为发明并联变换器系统第二实施例的结构示意图；

图6为本发明并联变换器系统控制方法一实施的流程示意图；

图7为本发明并联变换器系统一实施方式的控制逻辑图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	变换器	106	功率模块
101	第一控制单元	107	第一开关
				102	电源输入端	108	第二开关
103	第一分压单元	20	主机变换器
				104	第二分压单元	30	从机变换器
105	并联接口	R1～R2	第一至第二电阻

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明变换器第一实施例的结构示意图。本发明提出变换器的第一实施例。

在本实施例中，变换器10可以包括：第一控制单元101、电源输入端102、第一分压单元103和第二分压单元104，变换器10还与至少一个其它变换器10电连接。第一分压单元103的第一端分别与第一控制单元101和第二分压单元104连接，第一分压单元103的第二端与电源输入端102连接，第一分压单元103的第一端还用于连接其他变化器10中的第一分压单元103的第一端；第一控制单元101，用于采集第一分压单元103的第一端的电压，确定连接的变换器10的数量。

需要说明的是，电源输入端102用于接入电源，该电源可以为变换器10内部的电源模块提供的电源。第一分压单元103和第二分压单元104可对该电源的电压进行分压，该电源的电压可以为5V或者8V等。

第一控制单元101可以包括电压采集电路，以采集第一分压单元103的第一端(P点)的电压。其中，电压采集电路内还可以包括滤波电路等，以对采集的电压进行调理，使第一控制单元101接收到的电压更准确、更便于识别。例如，第一控制单元101中可以包括微处理器，微处理器的一I/O(input/output，输入输出)端口与P点连接，该I/O端口可以设置接入电阻，以对接入的电压进行限制，或者还可以设置电容，以对接入的电压进行滤波。当然，第一控制单元101还可以通过其他方式采集、处理P点的电压，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施方式对此不加以限制。

在具体实现时，其他变换器10中的第一分压单元103的第一端同样连接有第二分压单元104，第一分压单元103的第一端的电压由第二分压单元104和其他变换器10中的第二分压单元104形成的并联部分与第一分压单元103的分压情况而定。假设电源输入端102所接入的电源的电压为V，第一分压单元103的阻值为R1，第二分压单元104和其他变换器的第二分压单元104均为R2，则P点的电压可以表示为：

其中，V_P为P点电压，N为变换器10与所连接的变换器10的总数量。

由此可以推断，所连接的变换器10的数量S可以表示为：

当然，第一分压单元103、第二分压单元104和从机变换器的阻值可以根据用户需求进行设置，相应的计算公式可以按照上式再进行推导，本实施方式对此不加以限制。

参照图2，图2为本发明变换器第二实施例的结构示意图。

在本实施方式中，为了使变换器对检测功能进行控制，电源输入端102与第一分压单元103之间设置有第一开关107；第一分压单元103与第二分压单元104之间设置有第二开关108。

需要说明的是，第一开关107和第二开关108的开关状态可以由第一控制单元101进行控制。在第一控制单元101需要执行并机数量检测功能时，第一开关107和第二开关108均处于闭合状态。在第一控制单元101不需要执行并机数量检测功能时，第一开关107和第二开关108可以处于断开状态。其中，在变换器10作为其他变换器10的并机时，第一开关107可以处于断开状态，第二开关108可以处于闭合状态，以便于其他变换器10执行并机数量检测功能。

参照图3，图3为本发明变换器第三实施例的结构示意图。

为使电路便于实现，第一分压单元103可以包括第一电阻R1，第二分压单元104可以包括第二电阻R2。第一电阻R1的第一端与电源输入端102连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端接地。在本实施方式中，分压单元由一个电阻组成，电路简单易于实现且成本较低。

在本实施方式中，通过设置第一控制单元101、电源输入端102、第一分压单元103和第二分压单元104构成变换器。第一分压单元103的第一端分别与第一控制单元101和第二分压单元104连接，第一分压单元103的第二端与电源输入端102连接，第一分压单元103的第一端还用于连接其他变化器10。由于并机数量发生变化时，P点电压会迅速发生改变，因此，变换器中的第一控制单元101可以通过采集第一分压单元103的第一端的电压，确定所连接的变换器10的数量，从而可以及时检测出变化后的并机数量，进而能够及时的基于检测到的变化作出相应的响应，避免总输出波动。

为实现上述目的，本发明还提出一种并联变换器系统。参照图4，图4为发明并联变换器系统第一实施例的结构示意图。本发明提出并联变换器系统的第一实施例。

在本实施例中，并联变换器系统包括一个主机变换器20和至少一个从机变换器30；其中，主机变换器20和从机变换器30为如上述的变换器10。从机变换器30中的第二分压单元104与主机变换器20中的第二分压单元104并联，主机变换器20中的第一控制单元101用于确定并联的变换器10的数量。

在本实施方式中，并联变换器系统可以由多个变换器10并联构成，各变换器10通过并联接口105连接到统一的通讯总线上，以实现各个变换器之间的通讯。

在本实施方式中，可以将并联变换器系统中的一个变换器被设定为主机变换器20，其余变换器可以作为从机变换器30。主机变换器20可以对并联变换器系统中各变换器的输出功率等运行参数进行配置，上述运行参数可以通过通讯总线经并联接口105传输至各从机变换器30中的第二控制单元202。各变换器可以通过接收的运行参数配置的功率模块106，并执行预定的工作参数。其中，功率模块106用于实现电源变换。

在具体实现时，各变换器10中P点处可设置第一连接端口，通过提供一条电源线将两个第一连接端口电性连接，使主机变换器20中的第一分压单元103分别与主机变换器20中的第二分压单元104的第一端和从机变换器30中的第二分压单元104的第一端连接。并使主机变换器20中的第二分压单元104的第二端与从机变换器30中的第二分压单元104的第二端具有相同电位。具体的，可以使主机变换器20和从机变换器30中的第二分压单元104的第二端接地；或者，在主机变换器20和从机变换器30中的第二分压单元104的第二端也设置第二连接端口，通过提供两条电源线将第二连接端口进行连接，实现主机变换器20和从机变换器30中的第二分压单元104并联。

参照图5，图5为发明并联变换器系统第二实施例的结构示意图。在本实施方式中，并联变换器系统包括多个从机变换器30，各从机变换器30中的第二分压单元104的第一端相互连接，各从机变换器30中的第二分压单元104的第二端具有相同电位。

并且，各变换器10中电源输入端102与第一分压单元103之间设置有第一开关107，主机变换器20中的第一开关107为闭合状态，从机变换器30中的第一开关107为断开状态。

在本实施方式中，并联变换器系统的主机和从机是根据用户需求指定的，因此，主机与从机也是可以互换的。为使主机变换器20正常完成并机数量检测，需要使从机变换器30中的第一开关107为断开状态。对于具体的并机数量检测过程可以参照前述，本实施方式在此不再赘述。

需要说明的是，并联变换器系统中并机数量发生变化的原因之一为部分变换器10发生故障，因此为使变换器10在退出并联变换器系统时，也需要同时从并机检测回路中退出，即该变换器10中的第二开关108从闭合状态切换至断开状态。其中，若主机变换器20由于故障等原因需要退出并联变换器系统，则主机变换器20中的第一开关107与第二开关108同时断开，并联变换系统需要重新确定主机。

在本实施方式中，并联变换器系统包括一个主机变换器20和至少一个从机变换器30；其中，主机变换器20和从机变换器30为如上述的变换器10。从机变换器30中的第二分压单元104与主机变换器20中的第二分压单元104并联，主机变换器20中的第一控制单元101用于确定并联的变换器10的数量。主机变换器20通过采集第一分压单元103的第一端的电压，确定所连接的变换器10的数量，从而可以及时检测出变化后的并机数量，进而能够及时的基于检测到的变化作出相应的响应，避免总输出波动。

参照图6，图6为本发明并联变换器系统控制方法一实施的流程示意图。为实现上述目的，本发明还提出一种并联变换器系统控制方法，应用于如上述的并联变换器系统，并联变换器系统包括主机变换器和从机变换器，主机变换器设置有第一分压单元和第二分压单元，并联变换器系统控制方法包括以下步骤：

步骤S10：采集当前时刻主机变换器中第一分压单元的第一端的电压值。

需要说明的是，主机变换器的具体结构可以参照前述实施例。其中，主机变换器中具有串联的电源输入端、第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元的第一端是指第一分压单元与第二分压单元之间的连接端。第一分压单元的第一端能够表明第一分压单元对主机变换器中电源输入端所接入的电源的分压状况。根据电压值确定从机变换器的数量的具体过程也可以参照前述实施例，本实施方式在此不在赘述。

步骤S20：根据所述电压值，确定从机变换器的第一数量。

在并联变换器系统中，各从机变换器中设置有第三分压单元。在主机变换器与多个从机变换器连接时，各第三分压单元与第二分压单元并联。因此，主机变换器所并联的从机变换器的数量与第二分压单元所并联的第三分压单元的数量，而所并联的第三分压单元的数量的数量能够影响第一分压单元的第一端的分压比例。故可以通过第一分压单元的第一端的电压值，确定从机变换器的第一数量。具体可以参照前述，本实施方式在此不再赘述。

步骤S30：根据第一数量生成驱动信号；其中，所述驱动信号用于控制所述主机变换器和至少一个从机变换器运行。

需要说明的是，驱动信号可以包含输出电流值，该输出值用于表示变换器所需要输出的电流值。主机变换器根据所需的总输出对各变换器进行分配，并根据各从机变换器的输出，生成相应的驱动信号。例如，若总输出电流为X，从机变换器的数量为N，且各变换器采用负载均衡配置，则各变换器对应的输出电流为X/(N+1)。

在具体实现时，根据第一数量生成驱动信号，可以包括：获取预设输出电压指令；基于预设输出电压指令，确定预设电流值；根据第一数量和预设电流值，确定当前时刻的目标电流参考值；根据目标电流参考值生成驱动信号。

参照图7，图7为本发明并联变换器系统一实施方式的控制逻辑图。

需要说明的是，并联变换器系统可以采用双环控制，外环为电压环，内环为电流环。电压环主要用于对实际输出电压进行调节，通过计算并联变换器系统的参考输出电压与实际输出电压之间的差值，在根据预设设定的输出电压曲线确定该差值对应的实际电流Iref1，并将该参考电流作为电压环的输出，提供给电流环。电流环主要用于根据检测到的并联模块数确认当前是时刻是否需要启用快速响应机制，在确定需要的情况下根据并联模块数的变化对实际电流进行调节，从而得到目标参考电流Iref2，进而可以根据目标参考电流Iref2确定驱动信号。

在本实施方式中，驱动信号可以为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。电流环分布在主机变换器和各从机变换器中。因此，电压环输出的电流需要根据并联变换器系统中的主从机数量进行分配，从而确定主机变换器和各从机变换器对应的目标参考电流，再通过通讯总线将目标参考电流传输至对应的从机变换器。

在本实施方式中，预设输出电压指令Vo_set可以为电压环的参考输出电压，目标电流参考值是指当前时刻电流环基于并联模块数确定的主机变换器和各从机变换器的参考电流。

在本实施方式中，为更快速地响应并联变换器系统中的并机数量变换，根据第一数量和预设电流值，确定当前时刻的目标电流参考值；根据目标电流参考值生成驱动信号，还可以包括：获取所述当前时刻的上一时刻从机变换器的第二数量；根据所述第一数量、第二数量和所述预设电流值，确定所述当前时刻的目标电流参考值。

需要说明的是，从机变换器的变化后数量的具体方式可以参照前述，本实施方式在此在赘述。假设并联变换器的并机数量变化前的第二数量为N1，变换后的第一数量为N2，变化前的参考电流为Iref1，变化后的参考电流为Iref2，则Iref₂＝N1×Iref₁/N2。

在本实施方式中，主机变换器获取第一分压单元和第二分压单元之间的电压值，并根据电压值确定从机变换器的数量，再根据数量生成驱动信号，并将驱动信号传输至各从机变换器，以使从机变换器根据驱动信号运行。在并机数量发生变化时，第一分压单元和第二分压单元之间的电压迅速发生改变，主机变化器能够迅速检测出变化后的并机数量，从而能够快速响应，避免总输出波动。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种变换器，其特征在于，包括：第一控制单元、电源输入端、第一分压单元和第二分压单元，所述变换器与至少一个其它变换器电连接，其中，

所述第一分压单元的第一端分别与所述第一控制单元和所述第二分压单元的第一端连接，所述第一分压单元的第二端与所述电源输入端连接，所述第一分压单元的第一端还用于连接其它变换器中的第一分压单元的第一端，第二分压单元的第二端与其他变换器中的第二分压单元的第二端电位相同；

所述第一控制单元，用于采集所述第一分压单元的第一端的电压，以确定连接的变换器的数量，其中，所述变换器的数量是基于所述第一端的电压、电源电压、所述第一分压单元的阻值以及所述第二分压单元的阻值确定的；

第一控制单元内设置有采集电路，采集电路内设置有滤波电路，滤波电路用于对采集的电压进行调整，使第一控制单元接收的电压更加准确。

2.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述电源输入端与所述第一分压单元之间设置有第一开关；

所述第一分压单元与所述第二分压单元之间设置有第二开关。

3.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述第一分压单元包括第一电阻，所述第二分压单元包括第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述电源输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地。

4.一种并联变换器系统，其特征在于，所述并联变换器系统包括：一个主机变换器和至少一个从机变换器；其中，所述主机变换器和所述从机变换器为如权利要求1-3中任一项所述的变换器；

所述从机变换器中的第二分压单元与所述主机变换器中的第二分压单元并联连接，所述主机变换器中的第一控制单元用于确定并联的变换器的数量。

5.如权利要求4所述的并联变换器系统，其特征在于，所述主机变换器中的第一分压单元分别与所述主机变换器中的第二分压单元的第一端和所述从机变换器中的第二分压单元的第一端连接，所述主机变换器中的第二分压单元的第二端与所述从机变换器中的第二分压单元的第二端具有相同电位。

6.如权利要求5所述的并联变换器系统，其特征在于，所述并联变换器系统包括多个从机变换器，各从机变换器中的第二分压单元的第一端相互连接，各从机变换器中的第二分压单元的第二端具有相同电位。

7.如权利要求4所述的并联变换器系统，其特征在于，变换器中电源输入端与第一分压单元之间设置有第一开关，所述主机变换器中的第一开关为闭合状态，所述从机变换器中的第一开关为断开状态。

8.一种并联变换器系统控制方法，应用于并联变换器系统，所述并联变换器系统为如权利要求4-7中任一项所述的并联变换器系统，其特征在于，包括：

采集当前时刻主机变换器中第一分压单元的第一端的电压值；

根据所述电压值，确定从机变换器的第一数量；

根据所述第一数量生成驱动信号；其中，所述驱动信号用于控制所述主机变换器和至少一个从机变换器运行。

9.如权利要求8所述的并联变换器系统控制方法，其特征在于，根据所述第一数量生成驱动信号，包括：

获取预设输出电压指令；

基于所述预设输出电压指令，确定预设电流值；

根据所述第一数量和所述预设电流值，确定所述当前时刻的目标电流参考值；

利用所述目标电流参考值生成驱动信号。

10.如权利要求9所述的并联变换器系统控制方法，其特征在于，根据所述第一数量和所述预设电流值，确定所述当前时刻的目标电流参考值，包括：

获取所述当前时刻的上一时刻从机变换器的第二数量；

根据所述第一数量、第二数量和所述预设电流值，确定所述当前时刻的目标电流参考值。