CN204947910U - 交流并联模块数字化均流及比例分流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种交流并联模块数字化均流及比例分流装置，包括至少2路电源模块，可设定任一电源模块为主控制电源模块，其余为被控制电源模块；直流电源与主控制电源模块和被控制电源模块均相连，主控制电源模块的输出端通过母线与负载相连，被控制电源模块的输入端通过同一母线与负载相连。本实用新型满足实际的应用中大的功率输出的需求；并且利用输出端后级存在电感的设计，输出级电路有平滑输出波形，可以防止形成环流，输出的正弦波电流不会在各个电源模块中形成环流，同时逆变电源的DC-AC模块共同分担负载电流，不仅可以增长使用寿命，还有效提高了电源系统的稳定性和安全性。

Description

交流并联模块数字化均流及比例分流装置

技术领域

本实用新型涉及本实用新型涉及一种交流电源并联均流及比例分流系统，具体涉及逆变器DC-AC交流并联模块数字化均流及比例分流装置。

背景技术

在目前的电源领域，由于器件制造工艺及设计难度等因素，逆变器DC-AC模块输出功率一般在几千瓦左右，但是在实际的许多应用中需要到更大的功率输出，此时AC并联供电电源是一种很好的选择。

目前并联均流方法主要有平均电流型自动负载均流法、最大电流自动均流法、主从控制法、外特性下垂法等。现有的均流技术主要是基于均流芯片或者均流电路，皆是针对并联直流供电电路设计的，并不适用于交流供电的方法。并且交流供电通过简单的并联并不能保证逆变系统长时间运行稳定，要使并联系统稳定运行，在各模块间不形成环流，必须使逆变电源的DC-AC模块共同分担负载电流，增长使用寿命，保证电源系统运行稳定，而现有的装置还无法做的。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种逆变器DC-AC并联模块的数字均流及比例分流装置，克服了传统方法中控制电路复杂、精度低、可靠性低、难以实现智能化控制等缺点。基于微控制芯片，实现了智能化数字化的DC-AC并联均流及比例分流的控制。

本实用新型所采用的技术方案如下：

交流并联模块数字化均流及比例分流装置，包括至少2路电源模块，可设定任一电源模块为主控制电源模块，其余为被控制电源模块；直流电源与主控制电源模块和被控制电源模块均相连，主控制电源模块的输出端通过母线与负载相连，被控制电源模块的输入端通过同一母线与负载相连；

主控电源模块和辅助电源模块均包括辅助电源模块、基准电压源模块、驱动信号隔离放大模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块、电力母线载波通信模块、微控制器模块、功率输出模块，所述辅助电源模块的输出端连接电力母线载波通信模块、微控制器模块、基准电压源模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块和母线电流采样模块；基准电压源模块的输出端连接输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块、微控制器模块；驱动信号隔离放大模块的输出端连接功率输出模块；输出电流采样模块的输入端连接功率输出模块，输出端连接微控制器模块；输出电压采样模块的输入端连接功率输出模块输出端，输出端连接微控制器模块；母线电流采样模块的输入端连接总输出端口，输出端连接微控制器模块；电力母线载波通信模块通讯端连总输出端口，信号端连接微控制器模块；微控制器模块信号的输出端经驱动信号隔离放大模块与功率输出模块相连；功率输出模块的输出端与总输出端口相连。

优选的，上述方案中，所述输出电压采样模块包括电阻R1～R9，运算放大器U1、U2；其中R1和R2串联连接到功率输出模块的输出端，取其分压与基准电压源模块所提供的基准电压共同连接到U1进行反向加法，其输出信号再连接到下一级运算放大器U2进行波形翻转，最终信号输送到微控制器模块。

优选的，上述方案中，所述微控制器模块包括多路A/D转换器，输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块所输出的模拟量均利用A/D转换器进行数字化转换。

优选的，上述方案中，所述功率输出模块中输出级电路包括2个电感L1、L2和1个电容C1，电感L1和L2接入到功率输出模块前级，并且电感L1和L2之间串联电容C1，在电感L1和电容C1的连接点、电感L2与电容C1的连接点为总的输出端，输出电压采样模块并联在总的输出端之上。

与现有技术相比，本实用新型提出了一种针对交流并联供电电源的技术方案，以满足实际的应用中大的功率输出的需求；并且利用输出端后级存在电感(功率输出模块中的电感)的设计，输出级电路有平滑输出波形，可以防止形成环流，输出的正弦波电流不会在各个电源模块中形成环流，同时逆变电源的DC-AC模块共同分担负载电流，不仅可以增长使用寿命，还有效提高了电源系统的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构图。

图2是本实用新型的单个电源模块结构框图。

图3是本实用新型的主控制电源模块的结构框图。

图4是本实用新型的被控制电源模块的结构框图。

图5是输出电压采样模块的原理示意图。

图6是功率输出模块的原理示意图。

具体实施方式

本实用新型为一种交流并联模块数字化均流及比例分流装置，其包括包括至少2路电源模块，在装置工作时，可设定任一电源模块为主控制电源模块，其余为被控制电源模块。如图1所示，包括1路主控制电源模块和3路被控制电源模块，其中直流电源与主控制电源模块和3个被控制电源模块均相连，主控制电源模块的输出端通过母线与负载相连，3个被控制电源模块的输入端均通过同一母线(即与主控制模块相连的母线)与负载相连。

主控电源模块和辅助电源模块的结构相同，均包括辅助电源模块、基准电压源模块、驱动信号隔离放大模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块、电力母线载波通信模块、微控制器模块、功率输出模块。

所述辅助电源模块的输出端连接电力母线载波通信模块、微控制器模块、基准电压源模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块和母线电流采样模块。所述基准电压源模块的输出端连接输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块、微控制器模块。所述驱动信号隔离放大模块的输出端连接功率输出模块。输出电流采样模块的输入端连接功率输出模块，输出端连接微控制器模块。输出电压采样模块的输入端连接功率输出模块输出端，输出端连接微控制器模块。母线电流采样模块的输入端连接总输出端口，输出端连接微控制器模块。电力母线载波通信模块通讯端连总输出端口，信号端连接微控制器模块。微控制器模块信号的输出端经驱动信号隔离放大模块与功率输出模块相连。功率输出模块的输出端与总输出端口相连。

所述输出电压采样模块包括电阻R1～R9，运算放大器U1、U2；其中R1和R2串联连接到功率输出模块的输出端，取其分压与基准电压源模块所提供的基准电压共同连接到U1进行反向加法，其输出信号再连接到下一级运算放大器U2进行波形翻转，最终信号输送到微控制器模块。

所述微控制器模块包括多路A/D转换器，输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块所输出的模拟量均利用A/D转换器进行数字化转换。

所述功率输出模块中输出级电路包括2个电感L1、L2和1个电容C1，电感L1和L2接入到功率输出模块前级，并且电感L1和L2之间串联电容C1，在电感L1和电容C1的连接点、电感L2与电容C1的连接点为总的输出端，输出电压采样模块并联在总的输出端之上。由于有电感存在，输出级电路有平滑输出波形及防止形成环流的功能，输出的正弦波电流不会在各个电源模块中形成环流，有效提高了系统的稳定性和安全性。因为电感的不可突变性，所以交流的电流不会进行倒灌。

所述的输出电流采样模块与现有技术中的一样，母线电流采样模块结构输出电流采样模块基本上一致，区别在于采样电阻的大小不同。母线电流采样模块将交流电流变化直接转换成高于零点的交流电压，输出到微控制器模块。

所述的电力母线载波通信模块通讯端直接连接总输出端口，在交流输出电压为零时利用电力母线对各均流及比例分流装置进行通信，不需要额外的信号线，受到的干扰小。

所述的辅助电源模块18V-40V范围的输入电压转换成低压+-5V和+15V直流电，+5V电源主要给电力母线载波通信模块、输出电流采样模块、母线电流采样模块、微控制器模块和基准电压源模块供电，采用LM2596-5芯片。+-5V主要给输出电压采样模块供电，由于需要输出正负电压，故采用LM2576-5芯片将正电压转换成负电压。+15V电源驱动信号隔离放大模块进行供电，采用LM2596-15芯片。

所述的基准电压源电路，采用高精度电压基准芯片ref3030。高精度电压基准芯片ref3030与一片瓷片电容构成基准电压源，输入电压为+5V，输出电压为+3.0V，作为微控制器模块的A/D基准电压。ref3030与两个高阻值电阻组成另一个基准电压源，输入电压为5V，输出电压为+1.5V，作为加法器电路直流抬高电压，输出电流采样模块和母线电流采样模块的基准参考电压。

如图3所示，为主控制电源模块是结构框图。主控制电源模块的运行过程为：四路AD采样输入模拟信号，Iz为母线电流，人为输入需要分配的电流比例，主控制电源模块根据输入的比例将Iz处理，计算出各个电源模块所需的电流值，A为计算出来的其中一个电流值。电力母线载波通信模块发出的通信信号J，J为各个被控制电源模块的编号与所需控制量结合后的调制信号。Io为本功率模块输出电流值，B为Io经过AD采样并且数字滤波后的值。误差算法对A、B值进行误差处理，得到数据E。Vo是功率模块输出电压值，C是Vo经过AD采样并且数字滤波后得到的值。Vj是由基准电压源模块输出的+1.5V基准电压，因为在电压采样模块运用加法器加入了基准电压，故要减去基准电压才能得到准确的输出电压值。将C和Vj经过误差算法处理，得到数据F。E和F相加得到G，Ur为系统的预设参考电压值，误差算法将G和Ur处理后得到数据H，H经过功率电路调整算法后对输出进行调整，达到分配电流的目的。

如图4所示，为被控制电源模块结构框图。被控制电源模块的运行过程为：主控制电源模块将被控制电源模块的编号与所需控制量结合后的调制信号通过电力母线载波通信模块发出之后，被控制电源模块的电力母线载波通信模块接收到，对其进行解码，根据被控制电源模块的独立编号从中提取分配到的电流量，得到A，之后的过程与主控制电源模块的运行过程一致。

本实用新型的工作过程如下：

首先，同时启动所有电源模块，接入负载后，对任意一个电源模块设定工作电压，该模块自动定位为主控制电源模块，运行主控制电源模块算法，其余电源模块为被控制电源模块，运行被控制电源模块算法。

其次，若键入的比例全为1。主控制电源模块的微控制器模块则通过电力母线载波通信，设置所有电源模块PWM占空比一致，每个电源模块的微控制器模块对输出电压进行采样，与预设电压进行比较，并修正PWM占空比使输出电压达到预设电压。主控制电源模块的微控制器模块再对母线电流进行采样，获得总输出电流，对各个电源模块进行电流均分，通过电力母线载波通信模块对每路电源模块设定需要输出的电流值，各路电源模块对各自的输出电流进行采样，并将其与设定输出电流值进行对比，修正PWM占空比以控制各电源模块的输出电流，达到均流的目的。

若键入的比例不全为1。在主控制电源模块上设置电流比例，通过电力母线载波通信模块设置各电源模块输出电流比例，则主控制电源模块的微控制器模块则通过电力母线载波通信，设置所有电源模块PWM占空比一致，每个电源模块的微控制器模块对输出电压进行采样，与预设电压进行比较，并修正PWM占空比使输出电压达到预设电压。主控制电源模块的微控制器模块再对母线电流进行采样，获得总输出电流，按照设置的电流比例进行分配，通过电力母线载波通信模块对每路电源模块设定需要输出的电流值，各路电源模块对各自的输出电流进行采样，并将其与设定输出电流值进行对比，修正PWM占空比以控制各模块的输出电流，达到比例输出的目的。

Claims (4)

1.交流并联模块数字化均流及比例分流装置，其特征在于：包括至少2路电源模块，可设定任一电源模块为主控制电源模块，其余为被控制电源模块；直流电源与主控制电源模块和被控制电源模块均相连，主控制电源模块的输出端通过母线与负载相连，被控制电源模块的输入端通过同一母线与负载相连；

主控电源模块和辅助电源模块均包括辅助电源模块、基准电压源模块、驱动信号隔离放大模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块、电力母线载波通信模块、微控制器模块、功率输出模块，所述辅助电源模块的输出端连接电力母线载波通信模块、微控制器模块、基准电压源模块、输出电流采样模块、输出电压采样模块和母线电流采样模块；基准电压源模块的输出端连接输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块、微控制器模块；驱动信号隔离放大模块的输出端连接功率输出模块；输出电流采样模块的输入端连接功率输出模块，输出端连接微控制器模块；输出电压采样模块的输入端连接功率输出模块输出端，输出端连接微控制器模块；母线电流采样模块的输入端连接总输出端口，输出端连接微控制器模块；电力母线载波通信模块通讯端连总输出端口，信号端连接微控制器模块；微控制器模块信号的输出端经驱动信号隔离放大模块与功率输出模块相连；功率输出模块的输出端与总输出端口相连。

2.根据权利要求1所述的交流并联模块数字化均流及比例分流装置，其特征在于：所述功率输出模块中输出级电路包括2个电感L1、L2和1个电容C1，电感L1和L2接入到功率输出模块前级，并且电感L1和L2之间串联电容C1，在电感L1和电容C1的连接点、电感L2与电容C1的连接点为总的输出端，输出电压采样模块并联在总的输出端之上。

3.根据权利要求1或2所述的交流并联模块数字化均流及比例分流装置，其特征在于：所述输出电压采样模块包括电阻R1～R9，运算放大器U1、U2；其中R1和R2串联连接到功率输出模块的输出端，取其分压与基准电压源模块所提供的基准电压共同连接到U1进行反向加法，其输出信号再连接到下一级运算放大器U2进行波形翻转，最终信号输送到微控制器模块。

4.根据权利要求1或2所述的交流并联模块数字化均流及比例分流装置，其特征在于：所述微控制器模块包括多路A/D转换器，输出电流采样模块、输出电压采样模块、母线电流采样模块所输出的模拟量均利用A/D转换器进行数字化转换。