CN114678858A - 一种多组电源并联均流电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多组电源并联均流电路，包括至少两个电源模块、二极管、负载、均流控制模块、电流采样电阻；N个电源模块的直流输出正极、负极分别连接到一起汇合为正极母线、负极母线；汇合后的正极母线连接到二极管的阳极，二极管的阴极输出连接到负载的一端；汇合后的负极母线连接到电流采样电阻的一端，电流采样电阻的另一端连接到负载的另一端；本发明通过外置均流采样模块和电流采样电阻，测量流经负载回路的总电流与各模块输出电流进行比较，进而通过PID运算后输出电压调节信号至每个模块的外部给定控制端，调节每个电源模块的输出电压使各电源模块输出电流均衡。本发明整体结构简单，实现方便，均流效果好，均流精度高，工作可靠性高。

Description

一种多组电源并联均流电路

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，特别涉及一种用于多组电源并联均流的电路。

背景技术

在为大功率负载供电时，需要多个电源模块并联工作，以提高系统总输出功率；在为一些重要负载供电时，常采用的方法就是热备份——多个电源模块并联使用，以提高系统供电可靠性。

我们知道，每个DC/DC或AC/DC电源模块的内阻是略有不同的，而输出电压也不可能做到完全一致。故而，稳压输出的电压源是不可以直接并联的，或者是即便并联了，每个模块的输出功率各不相同，有可能会出现闲的闲死，忙的忙死的现象——有的模块在超负荷工作，损耗发热都比较厉害，寿命会降低；而有的工作于轻载，甚至都没有进入较好的工作状态，这对电源的健康非常不利。这时候，我们需要一种手段，让各模块的输出功率基本相同，也即让各模块的输出电流基本相同，这种方法称之为均流。

传统的均流方法有输出阻抗法、主从设置法、平均电流自动均流法、最大电流自动均流法。

输出阻抗法，又叫下垂法、倾斜法、电压调整率法，是通过调节电源的输出内阻的方式来实现的，该方法的特点是简单，但最大的缺点是电压调整率差。主从设置法，是人为的在并联的电源模块中选一个为主模块，其它模块的输出向这个模块靠拢，该方法最大的问题是，如果主模块失效，那么整个电源系统都不能工作了。

平均电流自动均流法，是将各模块的电流采样放大后通过一个电阻连到公用的均流母线上，所有电源模块按照均流母线上的平均电压来调整并完成均流。平均电流自动均流法可以实现精确均流，但如果均流母线发生短路，或者某个模块发生故障，母线电压下降会使各模块电压下调，从而影响其它模块正常工作。

最大电流自动均流法，又叫自动主从均流法、民主均流法、峰值均流法，在平均电流自动均流法中，将连接到公用均流母线的电阻换成二极管，就变成了最大电流自动均流法，在所有并联模块中，输出电流最大的那个模块自动成为主模块，其他模块的输出向这个电源模块靠拢。该方法其它模块只能跟随最大模块的输出电流，而且由于二极管门槛电压的存在，会导致主模块和其它从模块的电流存在差异，尤其是在轻载时，总输出电流较小时，均流精度不够高，均流误差会较大。

可见传统均流方法都或多或少存在问题，要么涉及到对电源模块内部电路进行改造，适应性不高，要么是均流精度不够高，要么是可靠性差，某个模块故障即影响整个系统工作。

发明内容

为确保多个独立的电源模块能够并联工作，克服现有多组电源并联均流电路和均流方法的不足，本发明提供一种多组电源并联均流电路和方法，无需对电源模块内部结构进行改造，即可实现多组电源并联均流，且均流精度高、系统可靠性高。

为实现上述功能，本发明采用如下技术方案：

一种多组电源并联均流电路和方法，由至少两个电源模块、均流控制模块、电流采样电阻、二极管、负载组成。

所述电源模块的数量可以为N个（N为大于等于2的自然数），本发明以3个电源模块为例来说明多组电源并联均流电路和方法；

所述第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块的输入可以为交流或直流，电源模块的输出为直流，每个电源模块可以是内部独立接地，每个电源模块可通过外部电压给定控制该模块的电压输出，也可将每个模块的输出电流通过端口发送到其它模块；

所述第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块的直流输出正极连接到一起汇合为正极母线，各电源模块的直流输出负极连接到一起汇合为负极母线；

汇合后的正极母线连接到所述二极管的阳极，二极管的阴极输出连接到所述负载的一端；汇合后的负极母线连接到电流采样电阻的一端，电流采样电阻的另一端连接到所述负载的另一端。

所述电流采样电阻用于测量流经负载回路的总电流，电流采样电阻的测量信号线连接到均流控制模块的输入，所述各电源模块的输出电流测量信号可通过信号线或通信线连接到均流控制模块的输入，所述均流控制模块通过比较各模块输出电流和总电流的差异，进而通过PID运算后输出电压调节信号至每个模块的外部给定控制端；

具体的，所述第一电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块一电流输入端，并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一电流调节输入端；所述第二电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块二电流输入端，并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一电流调节输入端；所述第三电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块三电流输入端, 并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一电流调节输入端；所述电流采样电阻的测量信号线连接到均流控制模块中总电流输入端，并转换为对应的电压信号后，分别连接到电源模块一电流调节输入端、电源模块二电流调节输入端、电源模块三电流调节输入端。

进一步的，所述均流控制模块通过检测各电源模块电流输入的数值大小，可判断该电源模块是否处于正常工作状态，并记录电源模块并联工作的实际数量M（M≤N）。

进一步的，所述电源模块一电流调节单元通过比较电源模块一的电流（I1）与总电流/M（Io）的大小，当I1大于Io时，通过PID运算下调第一电源模块的电压给定值，从而降低第一电源模块输出电流值；当I1小于Io时，通过PID运算上调第一电源模块的电压给定值，从而升高第一电源模块输出电流值；当I1等于Io时，第一电源模块的电压给定值保持不变；

进一步的，所述电源模块二电流调节单元、所述电源模块三电流调节单元的工作原理和方法与所述电源模块一电流调节单元类似；

进一步的，电源模块一电流调节输出控制信号连接到电源模块一的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块一的输出电压；电源模块二电流调节输出控制信号连接到电源模块二的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块二的输出电压；电源模块三电流调节输出控制信号连接到电源模块三的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块三的输出电压。

由以上技术方案可知，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明所述的一种多组电源并联均流电路和方法，仅需在外部增加均流控制模块和总电流采样电阻，无需对并联的各电源模块内部电路进行改造，因而可适用于市面上不同厂家、不同型号的电源模块并联运行，通用性强，实现并联均流更方便；

（2）本发明所述的一种多组电源并联均流电路和方法，与峰值均流法相比，均流精度高，无论是轻载还重载下工作，均能实现很好的均流；

（3）本发明所述的一种多组电源并联均流电路和方法，通过检测总电流和各电源模块电流进行比较来调节各电源模块输出电压，与主从设置法、平均电流均流法相比，无需设置均流母线，当其中某个或某几个电源模块发生故障时，不影响其它电源模块并联均流运行，因而可靠性高。

附图说明

图1是本发明的一种多组电源并联均流电路原理图；

图2是本发明实施例的三组电源并联均流电路原理图；

图3是本发明实施例的一种多组电源并联均流电路中均流控制模块工作原理图；

图4是本发明实施例的一种多组电源并联均流电路中单个电源模块工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明，显然，所描述的实施实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施实例，都属于本发明保护的范围。

一种多组电源并联均流电路和方法，由至少两个电源模块、均流控制模块7、电流采样电阻6、二极管4、负载5组成。

如图1所示，所述电源模块的数量可以为N个（N为大于等于2的自然数），为阐述方便，本发明以三个电源模块为例来说明多组电源并联均流电路和方法，如图2所示；

所述第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块的输入可以为交流或直流，电源模块的输出为直流，每个电源模块可以是内部独立接地，每个电源模块可通过外部电压给定控制该模块的电压输出，也可将每个模块的输出电流通过端口发送到其它模块；

所述第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块的直流输出正极连接到一起汇合为正极母线，各电源模块的直流输出负极连接到一起汇合为负极母线；

汇合后的正极母线连接到所述二极管的阳极，二极管的阴极输出连接到所述负载的一端；汇合后的负极母线连接到电流采样电阻的一端，电流采样电阻的另一端连接到所述负载的另一端。

所述电流采样电阻用于测量流经负载回路的总电流，电流采样电阻的测量信号线连接到均流控制模块的输入62，所述各电源模块的输出电流测量信号可通过信号线或通信线连接到均流控制模块的输入，所述均流控制模块通过比较各模块输出电流和总电流的差异，进而通过PID运算后输出电压调节信号至每个模块的外部给定控制端；

所述电流采样电阻也可以使用直流电流传感器，直流电流传感器采用隔离式测量，与主回路无直接的电的接触，适用于高压、大电流场合，测量精度高。

如图2和图3所示，所述第一电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块一1电流输入端，并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一1电流调节输入端；所述第二电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块二2电流输入端，并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一电流调节输入端；所述第三电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块三3电流输入端,并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一电流调节输入端；所述电流采样电阻的测量信号线连接到均流控制模块中总电流输入端，并转换为对应的电压信号后，分别连接到电源模块一电流调节输入端、电源模块二电流调节输入端、电源模块三电流调节输入端；

其中，所述均流控制模块通过检测各电源模块电流输入的数值大小，可判断该电源模块是否处于正常工作状态，并记录电源模块并联工作的实际数量M（M≤N）。

所述电源模块一电流调节单元通过比较电源模块一的电流（I1）与总电流/M（Io）的大小，当I1大于Io时，通过PID运算下调第一电源模块的电压给定值，从而降低第一电源模块输出电流值；当I1小于Io时，通过PID运算上调第一电源模块的电压给定值，从而升高第一电源模块输出电流值；当I1等于Io时，第一电源模块的电压给定值保持不变；

所述电源模块二电流调节单元、所述电源模块三电流调节单元的工作原理和方法与所述电源模块一电流调节单元类似；

电源模块一电流调节输出控制信号连接到电源模块一的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块一的输出电压；电源模块二电流调节输出控制信号连接到电源模块二的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块二的输出电压；电源模块三电流调节输出控制信号连接到电源模块三的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块三的输出电压。

在本实施实例中，电源模块的数量N=3，电源并联后的总输出电流为I。

当均流控制模块检测到3个电源模块的输出电流都在正常输出范围内，则认为所有的3个电源模块工作正常，则每个电源模块的输出电流理想值为Io=I/3。

每个模块的实际输出电流与I/3进行比较，如图4所示，以电源模块一为例，当电源模块一的输出电流I1大于I/3时，则降低电源模块一的电压给定值，从而降低电源模块一的输出电流，相反，当电源模块一的输出电流I1小于I/3时，则增加电源模块一的电压给定值，从而增加电源模块一的输出电流。

当均流控制模块检测到电源模块三的输出电流异常时（如输出电流为0），则认为电源模块三故障，认为只有2个电源模块工作正常，则每个电源模块的输出电流理想值为Io=I/2。

每个模块的实际输出电流与I/2进行比较，以电源模块一为例，当电源模块一的输出电流I1大于I/2时，则降低电源模块一的电压给定值，从而降低电源模块一的输出电流，相反，当电源模块一的输出电流I1小于I/2时，则增加电源模块一的电压给定值，从而增加电源模块一的输出电流。

综上所述，本发明实施例的一种多组电源并联均流电路，仅需在外部增加均流控制模块和总电流采样电阻，与输出阻抗均流方法相比，无需对并联的各电源模块内部电路进行改造，因而可适用于市面上大多数厂家生产的电源模块并联运行，通用性强，实现并联均流更方便；与峰值均流法相比，均流精度高，无论是轻载还重载下工作，均能实现很好的均流；主从设置法、平均电流均流法相比，当其中某个或某几个电源模块发生故障时，不影响其它电源模块并联均流运行，因而可靠性高。

与传统多组电源并联运行均流电路和方法相比，本发明的一种多组电源并联均流电路和方法简单可行，实现方便，均流效果好，均流精度高，工作可靠性更高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种多组电源并联均流电路，包括电源模块、二极管、负载，其特征在于，还包括均流控制模块和电流采样电阻；

所述电源模块的数量为N个，N为大于等于2的自然数，

电源模块的输入为交流或直流，电源模块的输出为直流，每个电源模块是内部独立接地，每个电源模块可通过外部电压给定控制该模块的电压输出，也可将每个模块的输出电流通过端口发送到其它模块；

N个电源模块的直流输出正极连接到一起汇合为正极母线，各电源模块的直流输出负极连接到一起汇合为负极母线；

汇合后的正极母线连接到所述二极管的阳极，二极管的阴极输出连接到所述负载的一端；汇合后的负极母线连接到电流采样电阻的一端，电流采样电阻的另一端连接到所述负载的另一端；

所述电流采样电阻用于测量流经负载回路的总电流，电流采样电阻的测量信号线连接到均流控制模块的输入，所述各电源模块的输出电流测量信号通过信号线或通信线连接到均流控制模块的输入，所述均流控制模块通过比较各模块输出电流和总电流的差异，进而通过PID运算后输出电压调节信号至每个模块的外部给定控制端。

2.根据权利要求1所述的一种多组电源并联均流电路，其特征在于，

N=3,即电源模块包括第一电源模块、第二电源模块、第三电源模块；

所述第一电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块一电流输入端，并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一的电流调节输入端；

所述第二电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块二的电流输入端，并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一的电流调节输入端；

所述第三电源模块的输出电流测量信号连接到均流控制模块中的电源模块三的电流输入端, 并转换为对应的电压信号后，连接到电源模块一的电流调节输入端；

所述电流采样电阻的测量信号线连接到均流控制模块中总电流输入端，并转换为对应的电压信号后，分别连接到电源模块一的电流调节输入端、电源模块二电流调节输入端、电源模块三电流调节输入端。

3.根据权利要求1所述的一种多组电源并联均流电路，其特征在于，所述均流控制模块通过检测各电源模块电流输入的数值大小，判断该电源模块是否处于正常工作状态，并记录电源模块并联工作的实际数量M，M≤N。

4.根据权利要求2所述的一种多组电源并联均流电路，其特征在于，所述电源模块一电流调节单元通过比较电源模块一的电流I1与总电流Io的大小，当I1大于Io时，通过PID运算下调第一电源模块的电压给定值，从而降低第一电源模块输出电流值；当I1小于 Io时，通过PID运算上调第一电源模块的电压给定值，从而升高第一电源模块输出电流值；当I1等于Io时，第一电源模块的电压给定值保持不变。

5.根据权利要求2所述的一种多组电源并联均流电路，其特征在于，电源模块一电流调节输出控制信号连接到电源模块一的外部电压给定控制端，进而调节和控制电源模块一的输出电压；

电源模块二电流调节输出控制信号连接到电源模块二的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块二的输出电压；

电源模块三电流调节输出控制信号连接到电源模块三的外部电压给定控制端，进而可调节和控制电源模块三的输出电压。

Images