CN114362541B - 一种大功率模块电源并联均流电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率模块电源并联均流电路及控制方法,该电路在分流电阻引出的电流后设置有电流运算放大电路、微处理器、均流环路积分参考电路、Buffer电路、均流环差分电阻RDS、电压环路补偿电路。该电路利用微处理器的控制和PWM功能,实现均流环电路的灵活控制,减少外部模拟电路,降低成本;均流母线控制电路的设计,能有效检测和隔离均流故障,提高系统可靠性;均流环参与电压环控制,实现并机均流的自动控制,并加快并机系统的动态响应。
Description
技术领域
本发明属于电路控制技术领域,涉及一种大功率模块电源并联均流电路及控制方法。
背景技术
大功率模块电源因其全砖和半砖的尺寸设计,使模块电源应用越来越广泛。为进一步提升模块电源的整体功率,通常模块电源并联使用,即通过共同的均流母线将所有并联的模块连接起来,在满载输出时并联各模块具有自动均流功能,使得各并联模块的输出电流基本相等,保证各模块工作在效率最高的工作点,这样系统的效率最高,这是大功率模块电源具备均流功能的主要驱动力。现有技术有全数字控制均流和模拟均流等方法。数字均流主要是控制复杂,模拟均流主要是基于专用模拟均流控制芯片,
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种大功率模块电源并联均流电路及控制方法,以解决大功率模块电源并联均流的技术问题。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种大功率模块电源并联均流电路,包括主变压器,所述主变压器的一次侧一端连接有半桥MOSFET Q1,一次侧的另一端连接有半桥MOSFET Q2,半桥MOSFET Q1的源极和半桥MOSFET Q2的漏极连接;所述主变压器的二次侧的一端连接有二极管,二次侧的另一端和三次侧连接,三次侧的另一端连接有二极管;两个二极管的输出端汇总后向外输出,两个二极管的输出端汇总后同时连接有电阻Rload,电阻Rload的另一端连接有分流电阻Rcs,分流电阻Rcs的另一端连接至二次侧和三次侧的连接处;
所述分流电阻Rcs的两端分别引出有电流,共同连接有输出电流运算放大电路,所述输出电流运算放大电流的输出端连接有微处理器,所述微处理器的输出端连接有均流环路积分参考电路,所述均流环路积分参考电路的输出端连接有Buffer电路,所述Buffer电路的输出端分为两个支路,第一支路连接至差分运放放大电路,第二支路连接有均流环差分电阻RDS,均流换差分电阻RDS的输出端和差分运放放大电路连接,差分运放放大电路的输出端输出均流环路参考信号,均流环路参考信号和电压环路参考信号叠加后输入至电压环路补偿电路,所述电压环路补偿电路的输出端连接至微处理器,微处理器的一个输出端连接至半桥驱动电路,半桥驱动电路的两个输出端分别连接至半桥MOSFET Q1的栅极和半桥MOSFET Q2的栅极。
本发明的进一步改进在于,
优选的,所述一次侧并联有谐振腔Lm,所述Lm的一端和半桥MOSFET Q1的源极连接,Lm的另一端和半桥MOSFET Q2的源极连接。
优选的,所述Lm和半桥MOSFET Q1之间设置有谐振腔Lr,Lm和半桥MOSFET Q2之间设置有电容Cr。
优选的,所述二极管能够被同步整流管替代。
优选的,所述并联有电阻电容Cout。
优选的,所述RDS和差分运放放大电路之间连接有均流母线控制电路。
优选的,所述微处理器为MCU或DSP。
一种上述大功率模块电源并联均流电路的控制方法,分流电阻Rcs将电流值输出至输出电流运算放大电路,输出电流运算放大电路将电流信号放大后输出至微处理器,微处理器将信号转换为PWM信号,PWM信号通过均流环路积分参考电路产生均流环路的参考信号,通过Buffer缓冲电路,施加到差分电阻RDS的一端;均流母线电压通过均流母线控制电路施加到差分电阻RDS的另一端,在差分电阻RDS两端产生差分信号,差分信号通过差分运放放大电路放大后,产生均流环路的参考信号VLS.REF,参考信号VLS.REF和电压环的参考信号VVLOOP.REF进行叠加,产生新的参考电压送给电压环路补偿电路,电压环路补偿电路产生补偿电压至微处理器。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明公开了一种大功率模块电源并联均流电路,该电路在分流电阻引出的电流后设置有电流运算放大电路、微处理器、均流环路积分参考电路、Buffer电路、均流环差分电阻RDS、电压环路补偿电路。该电路利用微处理器的控制和PWM功能,实现均流环电路的灵活控制,减少外部模拟电路,降低成本;均流母线控制电路的设计,能有效检测和隔离均流故障,提高系统可靠性;均流环参与电压环控制,实现并机均流的自动控制,并加快并机系统的动态响应。能提高模块电源并联应用整体输出功率,并保证每个并联模块的输出电流相等,或者满足均流精度要求如±5%。该电路基于PWM的积分参考电路,此PWM信号的对应频率的占空比和输出电流的幅值成比例,这个计算在微处理器内部的运算单元完成,避免采用外部的DAC电路,控制灵活,容易移植。该电路中的均流母线控制电路采用微处理器控制方式,以及两个共漏极的mos管实现均流母线电压控制,在发生均流故障时,能快速关断均流功能,切除故障模块,并能实现故障上报。该电路中的均流环电路最后产生的参考信号,参与电压环控制,实现均流自动控制和电压调整,并且在并机均流时能快速响应动态负载的变化。
本发明还公开了一种大功率模块电源并联均流电路的控制方法,该控制方法通过利用微处理器的控制和PWM功能,实现均流环电路的灵活控制,减少外部模拟电路,降低成本。
附图说明
图1为本发明提出的基于LLC变换器的均流环控制系统框图;
图2为基于图1框图的具体电路设计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制;术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;此外,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明提出的基于LLC变换器的均流环控制系统框图。包括LLC主电路、基于分流电阻Rcs的输出电流运算放大电路、微处理器、均流环路积分参考电路、Buffer电路、均流母线控制电路、差分运算放大电路以及电压环电路。
其中LLC主电路包括半桥MOSFET Q1和半桥MOSFET Q2、谐振腔Lr、Lm、Cr,主变压器和二次侧整流二极管或者同步整流MOS管等。
Rcs为分流电阻,用于检测输出电流幅值并用于均流环路控制。
RDS为均流环差分电阻,用于产生本机与输出电流成比例的电压和均流母线电压的差分信号。
具体的,半桥MOSFET Q1的源极和半桥MOSFET Q2的漏极连接,半桥MOSFET Q1和半桥MOSFET Q2的连接处和谐振腔Lr的第一端连接,谐振腔Lr的第二端和主变压器的Np相的第一端连接,Np相的第二端和谐振腔Cr的第一端连接,谐振腔Cr的第二端外接,谐振腔Cr的第二端同时和半桥MOSFET Q2的源极连接;半桥MOSFET Q1的漏极外接,半桥MOSFET Q1的栅极和半桥MOSFET Q2的栅极均连接至半桥驱动电路。
主变压器的二次侧和三次侧的两端分别连接有一个二极管,所述二极管能够被同步整流管替代,二级管的输出端为电压输出段,二极管的输出端和电阻Rload连接,电阻Rload并联有电阻电容Cout,电阻电容Cout的正极和二级管的输出端连接,电阻电容Cout的负极和电阻Rload的第二端连接,电阻电容Cout的负极接地。电阻Rload的第二端在Cout后连接有分流电阻Rcs,分流电阻Rcs的另一端连接至二次侧和三次侧的连接处。
分流电阻Rcs并联有输出电流运算放大电路。
输出电流运算放大电路的输出端和微处理器的输入端连接,微处理器为MCU或DSP,微处理器的输出端和均流环路积分参考电路的输入端连接,均流环路积分参考电路的输出端和Buffer电路的输入端连接,Buffer电路的输出端分为两个支路,第一支路直接和差分运放放大电路的输入端连接,第二支路上设置有均流环差分电阻RDS,第二支路的终端和差分运放放大电路的输入端连接。第二支路在RDS后和均流母线控制电路连接,均流母线控制电路的输入端和均流母线LS连接,均流母线控制电路的输出端和第二支路连接。差分运放放大电路的输出端和信号叠加装置连接,信号叠加装置的另一个输出端和电压环路连接,信号叠加装置的输出端和电压环路补偿电路连接,电压环路补偿电路的输出端和微处理器连接,微处理器的另一个输出端和半桥驱动电路连接,半桥驱动电路的输出端分别和半桥MOSFET Q1的栅极以及半桥MOSFET Q2的栅极连接。
具体的工作原理:输出电流运算放大电路是基于差分放大器的分流电阻电压放大信号,连接到微处理器的ADC端口,用于输出电流的检测;微处理器通过ADC变换,转换成与输出电流幅值大小成比例的PWM信号;PWM是有一定频率和占空比的信号,通过均流环路积分参考电路(RC积分电路),产生均流环路的参考信号,通过Buffer缓冲电路,施加到差分电阻RDS的一端;均流母线电压通过均流母线控制电路施加到RDS的另一端,在RDS两端产生差分信号,其中均流母线控制电路通过微处理器发出控制信号,使得两个共漏极的MOSFET管导通,均流母线电压导通;差分运放放大电路将RDS的差分信号进行放大,产生均流环路的参考信号VLS.REF,和电压环的参考信号VVLOOP.REF进行叠加,产生新的参考电压送给电压环路补偿电路,电压环路补偿电路。
电压环路补偿电路是一个基于典型Type 3补偿器的电路,用于调整电压环路的带宽和相位裕度,保证电源的稳定性。其输入为电源的输出电压,其输出最终进入微处理器,经过内部的控制算法即VCO-压控振荡器,生成频率可调的驱动信号,实现半桥LLC的变频控制。
具体的,参见图2,输出电流运算放大电路包括电容C7,电容C7的第一端同时和电阻R26的第二端以及第一放大器的正极连接,R26的第一端和电阻R16的第二端连接,电阻R16的第一端和电阻R27的第一端连接,电阻R27的第二端和电容C7的第二端连接,电容C7的第二端同时连接至第一放大器的负极,第一放大器的输出端连接点X6连接,连接点X6的一端同时和电阻R28的第二端以及电阻R24的第一端连接,电阻R28的第一端和电容C7的第二端连接,电阻R24的第二端接地,连接点X6还和电阻R39的第一端连接。
电阻R39属于均流环路积分参考电路,均流环路积分参考电路包括依次串联的电阻R33、电阻R32和电阻R34,电阻R34的另一端接地;电阻R32和电阻R34之间设置有分支,该分支和电容C23的第一端连接,电阻R32和电阻R32和电阻R33之间设置有分支,该分支和电容C17第一端连接,电阻R33和电阻R39的连接处设置有分支,该分支和电容C24的第一端连接,电容C23、电容C17和电容C24的第二端同时接地;电阻R39和电阻R33的连接处还设置有分支连接至Buffer电路,具体的,该分支连接至Buffer电路的放大器的正极。
Buffer电路中包括第二放大器,第二放大器的正极和均流环积分参考电路连接,负极和连接点X5连接,连接点X5和第二放大器的输出端连接,第二放大器的输出端和电容C27的第一端连接,第二放大器的输出端还接地;电容C27的第一端和电阻R46连接,电容C27的第二端接地;连接点X5和电容C28的一端连接,电容C28的另一端接地,连接点X5同时和两个电阻R47和电阻R48连接,电阻R47和电阻R48并联,电阻R47和电阻R48同时连接至差分放大电路。
电阻R48和电阻R66连接,电阻R66第三放大器的正极连接,在电阻R66和第三放大器的正极的连接线路上设置有分支,该分支上依次和电阻R67、电阻R68和电阻R69连接,第三放大器的输出端和连接点X7连接;电阻R47和电容C33连接,电容C33的另一端和连接点X7连接,电容C33并联有R65;连接点X7和电阻R71连接,电阻R71和电阻R70连接,电阻R70后端输出信号VLS.REF;电阻R70和电阻R71之间设置有两个支路,分别连接有电容C34和电容C35,电容C34和电容C35的另一端均接地。电阻R48和电阻R66之间设置有分支,该分支和电容C29的一端连接,电容C29的另一端接地。电容C29的一端和均流母线控制电路连接。
均流母线控制电路包括两个连接的半桥MOSFET Q1和半桥MOSFET Q2,半桥MOSFETQ2的一端和电容C29连接,半桥MOSFET Q1的另一端和电阻R51连接,半桥MOSFET Q1和电阻R51之间设置有分支,该分支连接有电容C30,电容C30的另一端接地;半桥MOSFET Q1和半桥MOSFET Q2的栅极同时连接至开关Q10,半桥MOSFET Q1和半桥MOSFET Q2的栅极和开关Q10的连接处设置有分支,该分支连接有电容C31。开关Q10连接有和电容C32的一端连接,电容C32的另一端和开关Q10的一端同时接地,电容C32并联有电阻R61,电容C32和电阻R61的第一端同时和电阻R62连接,电阻R62的另一端和连接点V3连接,连接点V3同时和电阻R64连接。
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大功率模块电源并联均流电路,其特征在于,包括主变压器,所述主变压器的一次侧一端连接有半桥MOSFET Q1,一次侧的另一端连接有半桥MOSFET Q2,半桥MOSFET Q1的源极和半桥MOSFET Q2的漏极连接;所述主变压器的二次侧的一端连接有二极管,二次侧的另一端和三次侧连接,三次侧的另一端连接有二极管;两个二极管的输出端汇总后向外输出,两个二极管的输出端汇总后同时连接有电阻Rload,电阻Rload的另一端连接有分流电阻Rcs,分流电阻Rcs的另一端连接至二次侧和三次侧的连接处;
所述分流电阻Rcs的两端分别引出有电流,共同连接有输出电流运算放大电路,所述输出电流运算放大电流的输出端连接有微处理器,所述微处理器的输出端连接有均流环路积分参考电路,所述均流环路积分参考电路的输出端连接有Buffer电路,所述Buffer电路的输出端分为两个支路,第一支路连接至差分运放放大电路,第二支路连接有均流环差分电阻RDS,均流环差分电阻RDS的输出端和差分运放放大电路连接,差分运放放大电路的输出端输出均流环路参考信号,均流环路参考信号和电压环路参考信号叠加后输入至电压环路补偿电路,所述电压环路补偿电路的输出端连接至微处理器,微处理器的一个输出端连接至半桥驱动电路,半桥驱动电路的两个输出端分别连接至半桥MOSFET Q1的栅极和半桥MOSFET Q2的栅极;
所述RDS和差分运放放大电路之间连接有均流母线控制电路,均流母线控制电路的输入端和均流母线LS连接;其中均流母线控制电路通过微处理器发出控制信号,使得两个共漏极的MOSFET管导通,均流母线电压导通;
所述微处理器为MCU或DSP。
2.根据权利要求1所述的一种大功率模块电源并联均流电路,其特征在于,所述一次侧并联有谐振腔Lm,所述Lm的一端和半桥MOSFET Q1的源极连接,Lm的另一端和半桥MOSFET Q2的源极连接。
3.根据权利要求2所述的一种大功率模块电源并联均流电路,其特征在于,所述Lm和半桥MOSFET Q1之间设置有谐振腔Lr,Lm和半桥MOSFET Q2之间设置有电容Cr。
4.根据权利要求1所述的一种大功率模块电源并联均流电路,其特征在于,所述二极管能够被同步整流管替代。
5.根据权利要求1所述的一种大功率模块电源并联均流电路,其特征在于,所述并联有电阻电容Cout。
6.一种权利要求1-5任意一项所述大功率模块电源并联均流电路的控制方法,其特征在于,分流电阻Rcs将电流值输出至输出电流运算放大电路,输出电流运算放大电路将电流信号放大后输出至微处理器,微处理器将信号转换为PWM信号,PWM信号通过均流环路积分参考电路产生均流环路的参考信号,通过Buffer缓冲电路,施加到差分电阻RDS的一端;均流母线电压通过均流母线控制电路施加到差分电阻RDS的另一端,在差分电阻RDS两端产生差分信号,差分信号通过差分运放放大电路放大后,产生均流环路的参考信号VLS.REF,参考信号VLS.REF和电压环的参考信号VVLOOP.REF进行叠加,产生新的参考电压送给电压环路补偿电路,电压环路补偿电路产生补偿电压至微处理器。
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