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一種簡易直流電源均流并聯系統及其控制方法.pdf

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一種 簡易 直流電源 并聯 系統 及其 控制 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210125714.6

申請日:

2012.04.26

公開號:

CN102646978B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 1/10申請日:20120426|||公開
IPC分類號: H02J1/10 主分類號: H02J1/10
申請人: 華南理工大學
發明人: 杜貴平
地址: 510640 廣東省廣州市天河區五山路381號
優先權:
專利代理機構: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102 代理人: 何淑珍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210125714.6

授權公告號:

102646978B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.10.03|||2012.08.22

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種簡易直流電源均流并聯系統及其控制方法,直流電源均流并聯系統包括監控系統和n個直流電源模塊,n≥2;所述監控系統與所有直流電源模塊連接。控制方法包括通過將每個直流電源模塊的輸出參數與設置的工作參數做相應的控制運算,使各直流電源模塊按需輸出并實現均流。本發明可直接應用于多臺直流電源模塊的并聯系統中,其工藝簡單、布線極少、利于檢修、操作簡單、控制可靠。

權利要求書

1.一種簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于包括監控系統和n個直流電源模塊,n≥2;所述監控系統與每個直流電源模塊連接;所述監控系統包括人機交互設備、MCU處理器電路、計數脈沖驅動電路、直流電源模塊輸出電流反饋電路、直流電源系統電壓反饋電路和模塊電流給定電路,監控系統用于根據每個直流電源模塊的輸出參數與人機交互設備設置的工作參數控制各直流電源模塊的輸出并實現均流;所述MCU處理器電路分別與人機交互設備、計數脈沖驅動電路、直流電源模塊輸出電流反饋電路、直流電源系統電壓反饋電路、模塊電流給定電路鏈接;所述人機交互設備用于顯示和設置工作參數;所述計數脈沖驅動電路對MCU處理器電路產生的脈沖進行隔離放大處理;所述模塊電流給定電路獲取MCU處理器電路的控制指令,通過模塊電流給定線將各直流電源模塊的工作電流發送給各直流電源模塊。2.根據權利要求1所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述直流電源模塊具有電流給定接口、輸出電流反饋接口、直流電源均流并聯系統、主功率電路和控制電路;所述控制電路分別與電流給定接口、輸出電流反饋接口、直流電源均流并聯系統、主功率電路連接;所述輸出電流反饋接口還與主功率電路連接;所述直流電源均流并聯系統還與輸出電流反饋接口連接;所述模塊電流給定線將所有直流電源模塊的電流給定接口與監控系統的模塊電流給定電路連接在一起。3.根據權利要求2所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述直流電源模塊的電流給定接口通過模塊電流給定線與監控系統的模塊電流給定電路連接;直流電源模塊的輸出電流反饋接口通過模塊電流反饋線與監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路連接;直流電源模塊的直流電源均流并聯系統通過計數脈沖線與監控系統的計數脈沖驅動電路連接;所述計數脈沖線用于將監控系統計數脈沖驅動電路發出的固定頻率直流方波脈沖傳輸到每個直流電源模塊的直流電源均流并聯系統;所述模塊電流反饋線用于將所有直流電源模塊的輸出電流反饋接口及監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路連接在一起。4.根據權利要求2所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述直流電源模塊的直流電源均流并聯系統包括計數處理電路、計數脈沖寬度比較電路和輸出電流反饋控制電路;所述計數處理電路分別與計數脈沖線、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路連接;所述計數處理電路對監控系統的計數脈沖驅動電路產生的脈沖進行向上計數,并分時控制輸出電流反饋控制電路將自身直流電源模塊的反饋電流連接到模塊電流反饋線上;所述計數脈沖寬度比較電路還與計數脈沖線連接,對進位時的脈沖寬度進行比較;所述輸出電流反饋控制電路還與輸出電流反饋接口連接。5.根據權利要求4所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述直流電源模塊的控制電路分別與自身直流電源均流并聯系統的計數處理電路、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路連接。6.根據權利要求1所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述監控系統和所有直流電源模塊的地線連接在一起。7.根據權利要求1所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述人機交互設備由顯示器和鍵盤組成;在人機交互設備上設置的工作參數輸包括啟動的直流電源模塊個數、輸出電壓和輸出電流。8.根據權利要求1所述的簡易直流電源均流并聯系統,其特征在于,所述輸出參數包括輸出電流、輸出電壓、輸出功率中的一種以上。9.權利要求1-8任一項所述的簡易直流電源均流并聯系統的控制方法,其特征在于:所述簡易直流電源均流并聯系統包括n個直流電源模塊,第i個直流電源模塊用Ui表示,2≤i≤N,i通過直流電源模塊的計數處理電路的初始預置電路設置,各直流電源模塊對應的電壓為Vi,各直流電源模塊對應的電流為Ii;各直流電源模塊的控制計算周期為Tu,監控系統的計數脈沖時鐘周期為Tm,控制周期為Tx=nTm,n為直流電源模塊個數;當直流電源均流并聯系統工作于恒電流模式時,在人機交互設備上面設置直流電源均流并聯系統的輸出電流為IG,監控系統的MCU處理器電路以Tx為周期輸出脈沖序列,每個脈沖周期為Tm;當其中某個直流電源模塊的計時處理電路接到脈沖并向上計數,當產生進位時計數處理電路使輸出電流反饋控制電路工作,使該直流電源模塊的輸出電流反饋信號傳輸到模塊電流反饋線上,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路采集出現在模塊電流反饋線上的該直流電源模塊的輸出電流并保存,同時計數脈沖寬度比較電路比較脈沖寬度以決定該直流電源模塊是否工作;如此在一個Tx周期內,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路可以分時采集每個直流電源模塊的輸出電流反饋信號Ii;MCU處理器電路對采集的每個直流電源模塊的輸出電流反饋信號求和???????????????????????????????????????????????,并與設置的輸出電流IG進行PID運算,得到每個直流電源模塊應輸出的工作電流Iug,模塊電流給定電路將Iug通過模塊電流給定線傳送給每個直流電源模塊的電流給定接口;每個直流電源模塊的控制電路在一個周期Tx內以Iug為主功率電路的工作電流,以Tu為控制計算周期,控制主功率電路輸出電流Iug;當直流電源均流并聯系統工作于恒電壓模式時,監控系統的直流電源系統電壓反饋電路直接采集直流電源均流并聯系統的電壓反饋信號,MCU處理器電路將其與人機交互設備設置的工作電壓做PID運算,得到各直流電源模塊的工作電流Iug,模塊電流給定電路通過模塊電流給定線傳送給每個直流電源模塊的電流給定接口,各直流電源模塊的控制電路以Iug為直流電源模塊的工作電流控制直流電源模塊工作在恒流模式下,此時直流電源均流并聯系統工作在恒壓模式,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路實時監控每個直流電源模塊的輸出電流Ii,以監控各直流電源模塊的工作狀態。

說明書

一種簡易直流電源均流并聯系統及其控制方法

技術領域

本發明涉及大功率直流電源的控制技術,具體涉及大功率多直流電源模塊均流并聯系統及其控制方法。

背景技術

目前,在許多行業各種大功率電源的需求日益增加,尤其是一些大功率直流電源的需求。但是,直流電源模塊容量有限,常采用多模塊并聯運行,其輸出能量是模塊輸出的數倍,提高了直流電源的功率等級,同時多模塊并聯工作使系統具有一定的冗余度,模塊故障不會影響這個系統的正常工作,使整個系統的可靠性有了很大提高。多模塊并聯運行不僅使直流電源具有更大的功率和可靠性,而且還具有良好的通用性,可以根據需要靈活組合成各種功率的系統。不過目前多模塊并聯運行的大部分大功率直流電源都采用恒流硬并聯工作模式,難以實現恒電壓模式的要求,雖然有部分電源系統采用了監控系統為主的主從控制系統實現了恒電壓模式,但是其線路及電路設計都很復雜,安裝及檢修都很困難。

發明內容

本發明為了解決現行大功率直流電源并聯工作的問題,提出了一種簡易直流電源均流并聯系統及其控制方法。本發明可直接應用于現行的多模塊并聯的直流電源,其算法簡單、布線極少、利于檢修,監控系統采用一個簡單的單片機或者DSP即可實現,操作簡單,控制可靠。

本發明是通過下述方案予以實現的:

一種簡易直流電源均流并聯系統,包括監控系統和n個直流電源模塊,n≥2;所述監控系統與每個直流電源模塊連接;所述監控系統包括人機交互設備、MCU處理器電路、計數脈沖驅動電路、直流電源模塊輸出電流反饋電路、直流電源系統電壓反饋電路和模塊電流給定電路,用于根據每個直流電源模塊的輸出參數與人機交互設備設置的工作參數控制各直流電源模塊的輸出并實現均流;所述MCU處理器電路分別與人機交互設備、計數脈沖驅動電路、直流電源模塊輸出電流反饋電路、直流電源系統電壓反饋電路、模塊電流給定電路鏈接;所述人機交互設備由顯示器和鍵盤組成,用于顯示和設置工作參數;所述計數脈沖驅動電路對MCU處理器電路產生的脈沖進行隔離放大處理;所述模塊電流給定電路獲取MCU處理器電路的控制指令,通過模塊電流給定線將各直流電源模塊的工作電流發送給各直流電源模塊。

所述直流電源模塊具有電流給定接口、輸出電流反饋接口、直流電源均流并聯系統、主功率電路和控制電路;所述控制電路分別與電流給定接口、輸出電流反饋接口、直流電源均流并聯系統、主功率電路連接;所述輸出電流反饋接口還與主功率電路連接;所述直流電源均流并聯系統還與輸出電流反饋接口連接;所述模塊電流給定線將所有直流電源模塊的電流給定接口與監控系統的模塊電流給定電路連接在一起。

所述直流電源模塊的電流給定接口通過模塊電流給定線與監控系統的模塊電流給定電路連接;直流電源模塊的輸出電流反饋接口通過模塊電流反饋線與監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路連接;直流電源模塊的直流電源均流并聯系統通過計數脈沖線與監控系統的計數脈沖驅動電路連接;所述計數脈沖線用于將監控系統計數脈沖驅動電路發出的固定頻率直流方波脈沖傳輸到每個直流電源模塊的直流電源均流并聯系統;所述模塊電流反饋線用于將所有直流電源模塊的輸出電流反饋接口及監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路連接在一起。

所述直流電源模塊的直流電源均流并聯系統包括計數處理電路、計數脈沖寬度比較電路和輸出電流反饋控制電路;所述計數處理電路分別與計數脈沖線、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路連接;所述計數處理電路對監控系統的計數脈沖驅動電路產生的脈沖進行向上計數,并分時控制輸出電流反饋控制電路將自身直流電源模塊的反饋電流連接到模塊電流反饋線上;所述計數脈沖寬度比較電路還與計數脈沖線連接,對進位時的脈沖寬度進行比較;所述輸出電流反饋控制電路還與輸出電流反饋接口連接。

所述直流電源模塊的控制電路分別與自身直流電源均流并聯系統的計數處理電路、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路連接。所述監控系統和所有直流電源模塊的地線連接在一起。

所述輸出參數包括輸出電流、輸出電壓、輸出功率中的一種以上。

上述的簡易直流電源均流并聯系統的控制方法包括:所述簡易直流電源均流并聯系統包括n個直流電源模塊,第i個直流電源模塊用Ui表示,2≤i≤N,i通過直流電源模塊的計數處理電路的初始預置電路設置,各直流電源模塊對應的電壓為Vi,各直流電源模塊對應的電流為Ii;各直流電源模塊的控制計算周期為Tu,監控系統的計數脈沖時鐘周期為Tm,控制周期為Tx=nTm,n為直流電源模塊個數;

當直流電源均流并聯系統工作于恒電流模式時,在人機交互設備上面設置直流電源均流并聯系統的輸出電流為IG,監控系統的MCU處理器電路以Tx為周期輸出脈沖序列,每個脈沖周期為Tm;當其中某個直流電源模塊的計時處理電路接到脈沖并向上計數,當產生進位時計數處理電路使輸出電流反饋控制電路工作,使該直流電源模塊的輸出電流反饋信號傳輸到模塊電流反饋線上,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路采集出現在模塊電流反饋線上的該直流電源模塊的輸出電流并保存,同時計數脈沖寬度比較電路比較脈沖寬度以決定該直流電源模塊是否工作;如此在一個Tx周期內,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路可以分時采集每個直流電源模塊的輸出電流反饋信號Ii;MCU處理器電路對采集的每個直流電源模塊的輸出電流反饋信號求和???????????????????????????????????????????????,并與設置的輸出電流IG進行PID運算,得到每個直流電源模塊應輸出的工作電流Iug,模塊電流給定電路將Iug通過模塊電流給定線傳送給每個直流電源模塊的電流給定接口;每個直流電源模塊的控制電路在一個周期Tx內以Iug為主功率電路的工作電流,以Tu為控制計算周期,控制主功率電路輸出電流Iug;

當直流電源均流并聯系統工作于恒電壓模式時,監控系統的直流電源系統電壓反饋電路直接采集直流電源均流并聯系統的電壓反饋信號,MCU處理器電路將其與人機交互設備設置的工作電壓做PID(Proportion?Integration?Differentiation)運算,得到各直流電源模塊的工作電流Iug,模塊電流給定電路通過模塊電流給定線傳送給每個直流電源模塊的電流給定接口,各直流電源模塊的控制電路以Iug為直流電源模塊的工作電流控制直流電源模塊工作在恒流模式下,此時直流電源均流并聯系統工作在恒壓模式,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路實時監控每個直流電源模塊的輸出電流Ii,以監控各直流電源模塊的工作狀態。

上述控制方法中,在人機交互設備上設置的工作參數輸包括啟動幾個直流電源模塊、輸出電壓和輸出電流。

相對于現在的直流電源并聯系統及其控制方法,本發明的有益效果是:

1、具有很好的通用性和易操作性,對于現在的大部分直流電源模塊并聯系統,加上計數處理電路及脈寬比較電路即可直接應用。

2、系統只有4根連接信號線,若是直流電源模塊的并聯電路采用單片機控制,連接信號線只有3根,連接線少、安裝及檢修簡單。

3、直流電源并聯系統控制電路簡單實用,可靠性高。

附圖說明

圖1是實施例的簡易直流電源均流并聯系統框圖。

圖2是實施例的監控系統結構示意圖。

圖3是實施例的直流電源模塊的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明做進一步說明。

圖1是實施例的簡易直流電源均流并聯系統框圖,包括監控系統和n個直流電源模塊,n≥2;所述監控系統與每個直流電源模塊連接,所述監控系統和所有直流電源模塊的地線104連接在一起。如圖2所示為實施例的監控系統結構示意圖,所述監控系統包括人機交互設備、MCU處理器電路、計數脈沖驅動電路、直流電源模塊輸出電流反饋電路、直流電源系統電壓反饋電路、模塊電流給定電路,用于監控每個直流電源模塊的輸出參數,通過與設置的工作參數做相應的控制運算,使各直流電源模塊按需輸出并實現均流;所述MCU處理器電路分別人機交互設備、計數脈沖驅動電路、直流電源模塊輸出電流反饋電路、直流電源系統電壓反饋電路、模塊電流給定電路鏈接。

如圖3所示為實施例的直流電源模塊的結構示意圖,所述直流電源模塊具有電流給定接口、輸出電流反饋接口、直流電源均流并聯系統、主功率電路、控制電路;所述控制電路分別與電流給定接口、輸出電流反饋接口、直流電源均流并聯系統、主功率電路連接;所述輸出電流反饋接口還與主功率電路連接;所述直流電源均流并聯系統還與輸出電流反饋接口連接;所述人機交互設備由顯示器和鍵盤組成,用于顯示和設置工作參數,如輸出電壓、電流、功率、啟動及關閉直流電源模塊;所述計數脈沖驅動電路對MCU處理器電路產生的脈沖進行隔離放大處理;所述模塊電流給定電路獲取MCU處理器電路的控制指令,通過模塊電流給定線將各直流電源模塊的工作電流發送給各直流電源模塊的電流給定接口。直流電源模塊的電流給定接口通過模塊電流給定線103與監控系統的模塊電流給定電路連接;直流電源模塊的輸出電流反饋接口通過模塊電流反饋線101與監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路連接;直流電源模塊的直流電源均流并聯系統通過計數脈沖線102與監控系統的計數脈沖驅動電路連接。直流電源模塊的直流電源均流并聯系統包括計數處理電路、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路;所述計數處理電路分別與計數脈沖線102、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路連接;所述計數處理電路對監控系統的計數脈沖驅動電路產生的脈沖進行向上計數,當計數器溢出時產生進位脈沖,控制輸出電流反饋控制電路將自身直流電源模塊的反饋電流連接到模塊電流反饋線101上,并清零計數器,使計數器從零計數;所述計數脈沖寬度比較電路還與計數脈沖線102連接,對進位時的脈沖寬度進行比較,當脈沖寬度大于該直流電源模塊的設定值時,將啟動相對應的直流電源模塊,當脈沖寬度小于該直流電源模塊的設定值時將關閉對應的直流電源模塊;所述輸出電流反饋控制電路還與輸出電流反饋接口連接。

直流電源模塊的控制電路分別與自身直流電源均流并聯系統的計數處理電路、計數脈沖寬度比較電路、輸出電流反饋控制電路連接。計數處理電路還具有初始計數預置電路,預置值為用直流電源模塊總數減去直流電源模塊編號,只要保證每個直流電源模塊的初始計數預置電路預制值不同,計數處理電路就可以通過控制計數脈沖使每個直流電源模塊的反饋電流分時出現在模塊電流反饋線101上。

計數處理電路可以采用普通帶預置的計數器的門電路芯片為核心,計數脈沖寬度比較電路可以由555定時器電路組成,輸出電流反饋接口由模擬開關控制,所有電路都價格低廉,在某些精度要求較高或干擾較大的場合可將此部分電路與模塊控制電路隔離,甚至可以將整個電路采用一個簡單的單片機或者可編程邏輯電路代替。

所述的簡易直流電源均流并聯系統的控制方法如下:

所述簡易直流電源均流并聯系統包括n個直流電源模塊,第i個直流電源模塊用Ui表示,2≤i≤N,i通過直流電源模塊的計數處理電路的初始預置電路設置,各直流電源模塊對應的電壓為Vi,各直流電源模塊對應的電流為Ii;各直流電源模塊的控制計算周期為Tu,監控系統的計數脈沖時鐘周期為Tm,控制周期為Tx=nTm,n為直流電源模塊個數;

所述直流電源均流并聯系統上電工作,在人機交互設備上輸入工作參數(啟動幾個直流電源模塊,設定輸出電壓、輸出電流等),計數脈沖驅動電路將MCU處理器電路產生的計數脈沖隔離放大并通過計數脈沖線102傳送給每個直流電源模塊的直流電源均流并聯系統,直流電源均流并聯系統的計數處理電路進行向上計數,同時計數脈沖寬度比較電路對計數脈沖線102上的脈沖寬度進行比較,當脈沖寬度大于該直流電源模塊的設定值時,啟動相應設定的直流電源模塊;直流電源模塊啟動后該自身直流電源均流并聯系統的輸出電流反饋控制電路控制輸出電流反饋接口將該直流電源模塊的輸出電流傳輸到模塊電流反饋線101上;各直流電源模塊的直流電源均流并聯系統根據計數脈沖控制自身直流電源模塊的輸出電流反饋信號在模塊電流反饋線101上分時出現;MCU處理器電路于每個計數脈沖依次采集在模塊電流反饋線101上分時出現的每個直流電源模塊的輸出電流;

當直流電源均流并聯系統工作于恒電流模式時,假定1、2、3號直流電源模塊參與工作,在人機交互設備上面設置直流電源均流并聯系統的輸出電流為IG,監控系統的MCU處理器電路以Tx為周期輸出脈沖序列,序列中前三個脈沖寬度為Ton,后面n-3個脈沖寬度為Toff,每個脈沖周期為Tm;

當1號直流電源模塊(預置值為n)的計時處理電路接到第一個脈沖計數時向上計數,當產生進位時計數處理電路使輸出電流反饋控制電路工作,使1號直流電源模塊的輸出電流反饋信號傳輸到模塊電流反饋線101上,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路采集出現在模塊電流反饋線101上的1號直流電源模塊的輸出電流并保存,同時計數脈沖寬度比較電路比較脈沖寬度啟動1號直流電源模塊工作;如此2、3號直流電源模塊將在第二個及第三個脈沖時被啟動,其他直流電源模塊不被啟動;如此在一個Tx周期內,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路可以分時采集每個直流電源模塊的輸出電流反饋信號Ii;MCU處理器電路對采集的每個直流電源模塊的輸出電流反饋信號求和,并與設置的輸出電流IG進行PID運算,得到每個直流電源模塊應輸出的工作電流Iug,模塊電流給定電路將Iug通過模塊電流給定線103傳送給每個直流電源模塊的電流給定接口;每個直流電源模塊的控制電路在一個周期Tx內以Iug為主功率電路的工作電流,以Tu為控制計算周期,控制主功率電路輸出電流Iug;

當直流電源均流并聯系統工作于恒電壓模式時,監控系統的直流電源系統電壓反饋電路直接采集直流電源均流并聯系統的電壓反饋信號,MCU處理器電路將其與人機交互設備設置的工作電壓做PID運算,得到各直流電源模塊的工作電流Iug,模塊電流給定電路通過模塊電流給定線103傳送給每個直流電源模塊的電流給定接口,各直流電源模塊的控制電路以Iug為直流電源模塊的工作電流控制直流電源模塊工作在恒流模式下,此時直流電源均流并聯系統工作在恒壓模式,監控系統的直流電源模塊輸出電流反饋電路實時監控每個直流電源模塊的輸出電流Ii,以監控各直流電源模塊的工作狀態。

本發明所提供的簡易直流電源均流并聯系統及控制方法結構簡單、布線少、很好的解決了并聯系統的恒壓控制模式,可直接應用到大部分直流電源并聯系統,并且控制電路簡單可靠。

本文中所描述的具體實施例僅是對本發明精神的具體說明,本領域技術人員可以在不違背本發明的原理和實質的前提下對本具體實施例做出各種修改或補充或者采用類似的方式替代,但是這些改動均落入本發明的保護范圍。因此本發明技術范圍不局限于上述實施例。

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