CN202586341U - 一种多模块并联直流电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种多模块并联直流电源，多模块并联直流电源包括监控系统和N台直流电源模块；监控系统包括串行通信系统、人机交互设备、数字控制电路；所述数字控制电路分别与串行通信系统、人机交互设备连接。控制方法包括：多模块并联直流电源通过在每个控制周期将所有工作的直流电源模块输出参数与设置的输出参数做相应的控制运算，使每个直流电源模块按需输出并实现均流。本实用新型的多模块并联直流电源可根据需要实现电源的恒压或恒流功能，具有工艺简单、布线极少、利于检修等优点；采用数字化控制，操作简单，控制可靠，在恒电压模式时多模块并联直流电源动态性能大大提高，可直接应用于数字化直流电源并联系统中。

Description

一种多模块并联直流电源
技术领域
本实用新型涉及工业用大功率直流开关电源，具体涉及一种多模块并联直流电源。
背景技术
目前，在许多行业各种大功率电源的需求日益增加，尤其是一些大功率直流电源的需求。但是，直流电源模块容量有限，常采用多模块并联运行，其输出能量是模块输出的数倍，提高了直流电源的功率等级，同时多模块并联工作使系统具有一定的冗余度，模块故障不会影响这个系统的正常工作，使整个系统的可靠性有了很大提高。多模块并联运行不仅使直流电源具有更大的功率和可靠性，而且还具有良好的通用性，可以根据需要灵活组合成各种功率的系统。不过目前多模块并联运行的大部分大功率直流电源都采用恒流硬并联工作模式，难以实现恒电压模式的要求，虽然有部分电源系统采用了监控系统为主的主从控制系统实现了恒电压模式，但是其线路及电路设计都很复杂，安装及检修都很困难。
实用新型内容
为了解决现行大功率直流电源并联工作的问题，提出了一种多模块并联直流电源及。本实用新型的多模块并联直流电源可根据需要实现电源的恒压或恒流功能，具有工艺简单、布线极少、利于检修等优点；其控制方法采用数字化控制，操作简单，控制可靠，在恒电压模式时系统动态性能大大提高，可直接应用于数字化直流电源并联系统中。
本实用新型是通过下述方案予以实现的：多模块并联直流电源包括监控系统和N台直流电源模块，N≥2；所述监控系统包括串行通信系统、人机交互设备、数字控制电路；所述数字控制电路分别与串行通信系统、人机交互设备连接；所述串行通信系统用于实现数字控制电路与直流电源模块之间的通信；所述人机交互设备用于设置和显示多模块并联直流电源的输出参数；所述数字控制电路根据每个控制周期内所有工作直流电源模块的输出参数与人机交互设备设置的输出参数来控制每个直流电源模块的输出并实现均流；所述监控系统与每台直流电源模块连接。
所述直流电源模块包括主功率电路、控制电路、串行通信接口单元；所述控制电路分别与主功率电路、串行通信接口电路连接；主功率电路包括顺次连接的三相整流滤波电路、高频逆变电路、输出整流滤波电路，三相整流滤波电路输入端与三相电源连接，输出整流滤波电路输出端与负载连接。
所述监控系统的串行通信系统由串行通信接口电路及串行通信总线组成；所述监控系统的串行通信接口电路通过串行通信总线与各直流电源模块的串行通信接口单元连接。
所述输出参数包括输出电流、输出电压、输出功率一种以上。
所述直流电源模块的控制电路通过串行通信接口单元获得串行通信总线传送过来的控制指令控制主功率电路的输出。
作为优选的，所述数字控制电路采用DSP处理器。
上述多模块并联直流电源的并联控制方法如下：
所述多模块并联直流电源包括N台直流电源模块，第i台直流电源模块用Ui表示，2≤i≤N，各直流电源模块对应的电压为Vi，各直流电源模块对应的电流为Ii；各直流电源模块的控制计算周期为Tc，监控系统的数字控制电路控制周期为Ts，Ts=kTc，倍数k为正整数；
当多模块并联直流电源工作于恒电流模式时，每台直流电源模块的控制电路实时将自身的输出电压、输出电流通过串行通信总线传递给监控系统的串行通信接口电路，监控系统的数字控制电路在每个控制周期Ts对每个直流电源模块的输出电流求和                                               
Figure 2012201825169100002DEST_PATH_IMAGE002
，将其和Is与人机交互设备设置的输出电流Im通过PID（Proportion Integration Differentiation）运算得到模块给定电流Ig，即每台直流电源模块均应输出的电流，并通过串行通信总线传递给每台直流电源模块的串行通信接口单元，每台直流电源模块的控制电路控制主功率电路按指令输出；直流电源模块的控制电路在一个周期Ts内，以Tc为控制计算周期和模块给定电流Ig为输出电流控制主功率电路输出；
当多模块并联直流电源工作于恒电压模式时，通过监控系统的人机交互设备设置多模块并联直流电源的输出电压VU，串行通信接口电路通过串行通信总线将其传送给每台直流电源模块的串行通信接口单元；每台直流电源模块的串行通信接口单元实时将自身的输出电压、输出电流通过串行通信总线传递到监控系统的串行通信接口电路，数字控制电路在每个控制周期Ts根据各直流电源模块的输出电流Ii之和求得平均电流
Figure 2012201825169100002DEST_PATH_IMAGE004
，根据各直流电源模块电压Vi之和求得平均电压
Figure 2012201825169100002DEST_PATH_IMAGE006
，串行通信接口电路通过串行通信总线将计算结果发送给各台直流电源模块的串行通信接口单元；各直流电源模块的控制电路计算得到各自的电压偏差?Vi=Vv-Vi，每台直流电源模块的控制电路在一个周期Ts内将以Vi+?Vi为电压反馈，与VU进行PID运算得到模块给定电流Ig；控制电路将模块给定电流Ig与各直流电源模块的输出电流Ii进行PID运算，同时将平均电流Iv与各直流电源模块的输出电流Ii进行PID运算，并将两次PID运算的计算结果通过加权平均法作为PWM控制输出，兼顾了电压输出及各直流电源模块输出电流的均衡性。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：
1、本实用新型很好的解决了多模块并联直流电源的恒压控制模式。
2、多模块并联直流电源采用串行通信，工艺简单，连接线少，便于生产检修。
3、控制方法简单可靠，在恒电压模式时多模块并联直流电源动态性能大大提高，可直接应用于数字化直流电源并联系统中。
附图说明
图1是实施方式中的多模块并联直流电源结构框图。
图2是实施方式中的监控系统框图。
图3是实施方式中的直流电源模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
图1示出实施方式中的多模块并联直流电源结构框图，该多模块并联直流电源包括监控系统和N台直流电源模块，N≥2；所述监控系统与每个直流电源模块连接；如图2所示为实施方式中的监控系统框图，所述监控系统包括串行通信系统101、人机交互设备102、数字控制电路103；所述串行通信电路101包括串行通信接口电路及CAN总线，用于传递数字控制处理器发送到各直流电源模块的控制指令以及各直流电源模块发送到数字控制处理器的控制需求数据；所述人机交互设备102包括显示器和键盘，用于设置和显示多模块并联直流电源的输出参数；所述数字控制电路103包括数字控制处理器和处理器外围电路，通过在每个控制周期将所有工作直流电源模块的输出参数与人机交互设备设置的输出参数做相应的控制运算，使每个直流电源模块按需输出并实现均流；所述数字控制处理器分别与串行通信接口电路、显示器、键盘连接。
如图3所示，为实施方式中的直流电源模块结构示意图，该直流电源模块包括主功率电路104、控制电路105、串行通信接口单元106；所述控制电路105分别与主功率电路104、串行通信接口单元106连接；主功率电路104包括顺次连接的电源开关、三相整流滤波电路、高频逆变电路、输出整流滤波电路，电源开关与三相电源连接，输出整流滤波电路输出端与负载连接；所述控制电路105采用DSP处理器为核心，包括输出电压及电流反馈电路、PWM输出驱动保护电路、故障保护电路、DSP外围电路；控制电路105的DSP处理器从串行通信接口单元106获得通过CAN总线传送过来的监控系统数字控制处理器的控制指令，并通过PWM输出驱动保护电路控制主功率电路104的输出。
所述监控系统的串行通信接口电路通过CAN总线与各直流电源模块的串行通信接口单元连接。
所述输出参数包括以下至少之一：输出电流、输出电压、输出功率。
作为优选的，所述数字控制电路采用DSP处理器。
上述多模块并联直流电源的并联控制方法如下：
所述多模块并联直流电源包括N台直流电源模块，第i台直流电源模块用Ui表示，2≤i≤N，各直流电源模块对应的电压为Vi，各直流电源模块对应的电流为Ii；各直流电源模块的控制计算周期为Tc，监控系统的数字控制电路控制周期为Ts，Ts=kTc，倍数k为正整数；
当多模块并联直流电源工作于恒电流模式时，每台直流电源模块的控制电路实时将自身的输出电压、输出电流通过串行通信总线传递给监控系统的串行通信接口电路，监控系统的数字控制电路在每个控制周期Ts对每个直流电源模块的输出电流求和
Figure 2012201825169100002DEST_PATH_IMAGE008
，将其和Is与人机交互设备设置的输出电流Im通过PID运算得到模块给定电流Ig，即每台直流电源模块均应输出的电流，并通过串行通信总线传递给每台直流电源模块的串行通信接口单元，每台直流电源模块的控制电路控制主功率电路按指令输出；直流电源模块的控制电路在一个周期Ts内，以Tc为控制计算周期和模块给定电流Ig为输出电流控制主功率电路输出；
当多模块并联直流电源工作于恒电压模式时，通过监控系统的人机交互设备设置多模块并联直流电源的输出电压VU，串行通信接口电路通过串行通信总线将其传送给每台直流电源模块的串行通信接口单元；每台直流电源模块的串行通信接口单元实时将自身的输出电压、输出电流通过串行通信总线传递到监控系统的串行通信接口电路，数字控制电路在每个控制周期Ts根据各直流电源模块的输出电流Ii之和求得平均电流
Figure 2012201825169100002DEST_PATH_IMAGE010
，根据各直流电源模块电压Vi之和求得平均电压
Figure 2012201825169100002DEST_PATH_IMAGE012
，串行通信接口电路通过串行通信总线将计算结果发送给各台直流电源模块的串行通信接口单元；各直流电源模块的控制电路计算得到各自的电压偏差?Vi=Vv-Vi，每台直流电源模块的控制电路在一个周期Ts内将以Vi+?Vi为电压反馈，与VU进行PID运算得到模块给定电流Ig；控制电路将模块给定电流Ig与各直流电源模块的输出电流Ii进行PID运算，同时将平均电流Iv与各直流电源模块的输出电流Ii进行PID运算，并将两次PID运算的计算结果通过加权平均法作为PWM控制输出，兼顾了电压输出及各直流电源模块输出电流的均衡性。
本实用新型所提供的多模块并联直流电源及其控制方法结构简单、布线少、很好的解决了并联系统的恒压控制模式，系统动态性能好。
本文中所描述的具体实施例仅是对本实用新型精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本实用新型的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本实用新型的保护范围。因此本实用新型技术范围不局限于上述实施例。

Claims (3)

1.多模块并联直流电源，其特征在于包括监控系统和N台直流电源模块，N≥2；所述监控系统包括串行通信系统、人机交互设备、数字控制电路；所述数字控制电路分别与串行通信系统、人机交互设备连接；所述串行通信系统用于实现数字控制电路与直流电源模块之间的通信；所述人机交互设备用于设置和显示多模块并联直流电源的输出参数；所述数字控制电路用于根据每个控制周期内所有工作直流电源模块的输出参数与人机交互设备设置的输出参数来控制每个直流电源模块的输出并实现均流；所述监控系统与每台直流电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的多模块并联直流电源，其特征在于所述直流电源模块包括主功率电路、控制电路和串行通信接口单元；所述控制电路分别与主功率电路、串行通信接口电路连接；主功率电路包括顺次连接的三相整流滤波电路、高频逆变电路、输出整流滤波电路，三相整流滤波电路输入端与三相电源连接，输出整流滤波电路输出端与负载连接。
3.根据权利要求2所述的多模块并联直流电源，其特征在于所述监控系统的串行通信系统由串行通信接口电路及串行通信总线组成；所述监控系统的串行通信接口电路通过串行通信总线与各直流电源模块的串行通信接口单元连接；所述直流电源模块的控制电路通过串行通信接口单元获得串行通信总线传送过来的控制指令控制主功率电路的输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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