專利名稱：一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種開關電源電路。
背景技術：
在能源應用領域，大功率電源系統應用越來廣泛，但受功率器件容量，磁性材料和散熱等原因的限制，單個開關電源模塊最大輸出功率只能用于中小功率，例如3KW以下。電源發展趨勢是采用模塊化，通過并聯進行擴容，用相對較小的電源功率模塊組合成積木式，智能化的大功率電源系統。各模塊并聯使用中，由于電子元器件各自參數的分散性，使得每個電源的開路電壓和內阻均會存在差異，通常開關電源的內阻都非常小，因此開路電壓很小的差異就會導致各電源的輸出電流有較大的差異。這種狀態會導致閑的閑死，忙的忙死的現象:有的模塊在超負荷工作，損耗發熱都比較厲害，壽命會降低；而有的工作于輕載，甚至都沒有進入較好的工作狀態。這時就需要在多模塊并聯運行系統中引入有效的負載分配或均流控制策略，目前均流方案有很多，輸出阻抗法，主從設置法，平均電流法，最大電流自主均流法和外加均流控制器，結構復雜，成本高。在沒有使用外部控制器情況下，大部分情況只能在固定電壓及功率下實現均流，均流效果差。
發明內容
本發明要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術方案進行完善與改進，提供一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，以達到均流效果好，結構簡單的目的。為此，本發明采取以下技術方案。一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，包括功率電路和控制電路，多個電源模塊的功率電路并聯，每一電源模塊設有控制電路，其特征在于:控制電路包括
電流采樣單元，獲取電源模塊的功率電路的電流采樣值；
電壓采樣單元，獲取電源模塊的功率電路的電壓采樣值；
與電流采樣單元相連的均流母線單元，以最大電流采樣值作為均流母線值；
均流控制電壓獲取單元，將電流采樣值與均流母線值作誤差放大得均流控制電壓值； 可調外部參考電壓單元，設定外部參考電壓值；
可調外部限流參考電壓單元，設定外部最大參考電壓值；
電壓誤差放大單元，根據電流采樣值、均流母線值、外部參考電壓值、均流控制電壓值，獲得電壓誤差放大值并輸出至PWM控制器，以調節輸出電壓、電流，使各模塊的反饋電流值與均流母線值相同；
電流誤差放大單元，將外部最大參考電流值與電流采樣值作誤差放大并輸出至PWM控制器，以限制最大電流；
所述的電壓誤差放大單元包括第一運算放大器，第一運算放大器的反相輸入端與電壓采樣單元輸出端及均流母線單元輸出端相連，同相輸入端與可調外部參考電壓單元輸出端及均流控制電壓獲取單元輸出端相連。作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加技術特征。控制電路還包括電流采樣跟隨單元，以避免各單元影響電流采樣信號。所述的電流跟隨單元包括第五運算放大器，第五運算放大器的同相輸入端與電流采樣單元輸出端相連，第五運算放大器的反相輸入端、輸出端、均流控制電壓獲取單元輸入端相連。所述的均流母線單元包括第四運算放大器，第四運算放大器的同相輸入端與電流采樣輸出端相連，其輸出端經第一二極管與均流母線相連。所述的均流控制電壓獲取單元包括第三運算放大器，第三運算放大器的同相輸入端與均流母線單元輸出端相連，其反相輸入端與電流采樣跟隨單元輸出端相連，第三運算放大器的輸出端通過第五二極管與第一運算放大器的同相輸入端相連。所述的第三運算放大器的同相輸入端及反相輸入端分別連接可調電阻。電流誤差放大單元包括第二運算放大器；第二運算放大器的同相輸入端與可調外部限流參考電壓單元輸出端相連，其反相輸入端與均流母線單元輸出端相連，其輸出端與PWM控制器之間反向串聯第二二極管。所述的第一運算放大器的輸出端通過第四二極管與其反相輸入端相連，第四二極管與電容、電阻串聯電路并聯；均流母線單元的輸出端與第一運算放大器的反相輸入端之間串聯電阻，電壓誤差放大單元與PWM控制器之間反向串聯第三二極管。所述的功率電路包括整流濾波電路、升壓電路、半橋變換電路、隔離變壓器；所述的半橋變換電路包括第一、第二電容、和第一、第二絕緣柵雙極型晶體管，第一電容、第二電容串接在升壓電路的正負兩端，第一電容、第二電容的連接處與隔離變壓器原邊線圈一端連接，隔離變壓器原邊線圈另一端與第一、第二絕緣柵雙極型晶體管連接。有益效果:本技術方案以純硬件電路來實現最大電流自主均流，不帶控制器；同時達到輸出電壓可調的實用電路；結構簡單，成本低。
圖1是本發明均流反饋拓撲圖。圖2是本發明功率電路拓撲圖。圖3是本發明控制電路圖。
具體實施例方式以下結合說明書附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。如圖1所示，本發明包括功率電路和控制電路，多個電源模塊的功率電路并聯，每一電源模塊設有控制電路；控制電路包括:電流采樣單元，獲取電源模塊的功率電路的電流采樣值；電壓采樣單元，獲取電源模塊的功率電路的電壓采樣值；與電流采樣單元相連的均流母線單元，以最大電流采樣值作為均流母線值；均流控制電壓獲取單元，將電流采樣值與均流母線值作誤差放大得均流控制電壓值；可調外部參考電壓單元，設定外部參考電壓值；可調外部限流參考電壓單元，設定外部最大參考電壓值；電壓誤差放大單元，根據電流采樣值、均流母線值、外部參考電壓值、均流控制電壓值，獲得電壓誤差放大值并輸出至PWM控制器，以調節輸出電壓、電流，使各模塊的反饋電流值與均流母線值相同；電流誤差放大單元，將外部最大參考電流值與電流采樣值作誤差放大并輸出至PWM控制器，以限制最大電流。電壓誤差放大單元包括第一運算放大器Ul，第一運算放大器Ul的反相輸入端與電壓采樣單元輸出端及均流母線單元輸出端相連，同相輸入端與可調外部參考電壓單元輸出端及均流控制電壓獲取單元輸出端相連；電流采樣跟隨單元，以避免各單元影響電流采樣信號。電流跟隨單元包括第五運算放大器U5，第五運算放大器U5的同相輸入端與電流采樣單元輸出端相連，第五運算放大器U5的反相輸入端、輸出端、均流控制電壓獲取單元輸入端相連。均流母線單元包括第四運算放大器U4，第四運算放大器U4的同相輸入端與電流采樣輸出端相連，其輸出端經第一二極管Dl與均流母線相連。均流控制電壓獲取單元包括第三運算放大器U3，第三運算放大器U3的同相輸入端與均流母線單元輸出端相連，其反相輸入端與電流采樣跟隨單元輸出端相連，第三運算放大器U3的輸出端通過第五二極管D5與第一運算放大器Ul的同相輸入端相連。第三運算放大器U3的同相輸入端及反相輸入端分別連接可調電阻RT。電流誤差放大單元包括第二運算放大器U2 ;第二運算放大器U2的同相輸入端與可調外部限流參考電壓單元輸出端相連，其反相輸入端與均流母線單元輸出端相連，其輸出端與PWM控制器之間反向串聯第二二極管D2。第一運算放大器Ul的輸出端通過第四二極管D4與其反相輸入端相連，第四二極管D4與電容、電阻串聯電路并聯；均流母線單元的輸出端與第一運算放大器Ul的反相輸入端之間串聯電阻，電壓誤差放大單元與PWM控制器之間反向串聯第三二極管D3。圖2中，Vout為輸出電壓，Vcom為均流母線電壓，Vref為可調外部參考電壓，Vrefl為可調外部限流參考電壓，Vi為電流采樣輸出信號，V。為電流采樣輸出信號與均流母線進行誤差放大后的均流控制電壓。U4部分和二極管Dl實現，當均流母線上的電壓信號比本模塊的電流采樣信號的電壓高，本模塊的電流采樣信號就不會輸出到均流母線，所以母線上的電壓永遠是輸出電流最大的那個模塊的電流采樣信號。U5部分為各模塊電流采樣跟隨，避免各運算電路影響電流采樣信號。U3部分為均流母線電壓和各模塊電流采樣電壓差值放大。當模塊作為主模塊工作，即本模塊電流為最大，此時，電流采樣輸出信號Vi與均流母線電壓V。》相等，故均流控制電壓V。為零，從而不影響電壓誤差放大器，繼續之前狀態工作。當模塊為從模塊，即電流采樣信號電壓值低于均流母線電壓V。.均流控制電壓V。是電流采樣輸出信號Vi與均流母線電壓V-的函數。Ul部分電路為電壓誤差放大器，反相輸入端為模塊輸出電壓的采樣值和均流母線電壓值的綜合，同相輸入端是可調外部參考電壓和均流控制電壓V。的綜合，來調節輸出。U2部分電路為電流誤差放大器，反相輸入端為均流母線電壓V.，同相輸入端為可調外部限流參考電壓VMfI。第一運算放大器輸出和電流誤差放大器的輸出經過D3和D2后，輸入到SG3525的同相輸入端，不利用其誤差放大器，完全由外部誤差放大器Ul部分和U2部分來實現。這樣方便實現限流控制和不同電壓輸出功能。
如圖2所示，所述的功率電路包括整流濾波電路、升壓電路、半橋變換電路、隔離變壓器；所述的半橋變換電路包括第一、第二電容、和第一、第二絕緣柵雙極型晶體管，第一電容、第二電容串接在升壓電路的正負兩端，第一電容、第二電容的連接處與隔離變壓器原邊線圈一端連接，隔離變壓器原邊線圈另一端與第一、第二絕緣柵雙極型晶體管連接。輸入取兩相交流電，經過整流橋整流，濾波，得到固定電壓31OV直流電，31OV直流不能滿足部分使用需求，需要DC/DC升壓電路，之后經過半橋變換器拓撲，來調節輸出電壓。這里使用橋式拓撲，能將變壓器初級側的漏感電壓尖峰鉗位于直流目前電壓，并將漏感儲存的能量回饋到輸入母線，而不是損耗在有緩沖電路的電阻元件上。半橋拓撲的兩個IGBT的驅動，由SG3525的輸出，經過變壓器隔離后來控制。本電路的實現結果，純硬件方式，將4塊電源板并聯輸出，實現了 5kW，(T400V電壓
可調輸出。
權利要求
1.一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，包括功率電路和控制電路，多個電源模塊的功率電路并聯，每一電源模塊設有控制電路，其特征在于:控制電路包括 電流采樣單元，獲取電源模塊的功率電路的電流采樣值； 電壓采樣單元，獲取電源模塊的功率電路的電壓采樣值； 與電流采樣單元相連的均流母線單元，以最大電流采樣值作為均流母線值； 均流控制電壓獲取單元，將電流采樣值與均流母線值作誤差放大得均流控制電壓值； 可調外部參考電壓單元，設定外部參考電壓值； 可調外部限流參考電壓單元，設定外部最大參考電壓值； 電壓誤差放大單元，根據電流采樣值、均流母線值、外部參考電壓值、均流控制電壓值，獲得電壓誤差放大值并輸出至PWM控制器，以調節輸出電壓、電流，使各模塊的反饋電流值與均流母線值相同； 電流誤差放大單元，將外部最大參考電流值與電流采樣值作誤差放大并輸出至PWM控制器，以限制最大電流； 所述的電壓誤差放大單元包括第一運算放大器(U1)，第一運算放大器(Ul)的反相輸入端與電壓采樣單元輸出端及均流母線單元輸出端相連，同相輸入端與可調外部參考電壓單元輸出端及均流控制電壓獲取單元輸出端相連。
2.根據權利要求1所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:控制電路還包括電流采樣跟隨單元，以避免各單元影響電流采樣信號。
3.根據權利要求2所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:所述的電流跟隨單元包括第五運算放大器(U5)，第五運算放大器(U5)的同相輸入端與電流采樣單元輸出端相連，第五運算放大器(U5)的反相輸入端、輸出端、均流控制電壓獲取單元輸入端相連。
4.根據權利要求1所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:所述的均流母線單元包括第四運算放大器(U4)，第四運算放大器(U4)的同相輸入端與電流采樣輸出端相連，其輸出端經第一二極管(Dl)與均流母線相連。
5.根據權利要求1所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:所述的均流控制電壓獲取單元包括第三運算放大器(U3)，第三運算放大器(U3)的同相輸入端與均流母線單元輸出端相連，其反相輸入端與電流采樣跟隨單元輸出端相連，第三運算放大器(U3)的輸出端通過第五二極管(D5)與第一運算放大器(Ul)的同相輸入端相連。
6.根據權利要求5所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:所述的第三運算放大器(U3)的同相輸入端及反相輸入端分別連接可調電阻(RT)。
7.根據權利要求1所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:電流誤差放大單元包括第二運算放大器(U2);第二運算放大器(U2)的同相輸入端與可調外部限流參考電壓單元輸出端相連，其反相輸入端與均流母線單元輸出端相連，其輸出端與PWM控制器之間反向串聯第二二極管(D2)。
8.根據權利要求1-7任一權利要求所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:所述的第一運算放大器(Ul)的輸出端通過第四二極管(D4)與其反相輸入端相連，第四二極管(D4)與電容、電阻串聯電路并聯；均流母線單元的輸出端與第一運算放大器(Ul)的反相輸入端之間串聯電阻，電壓誤差放大單元與PWM控制器之間反向串聯第三二極管(D3)。
9.根據權利要求7所述的一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，其特征在于:所述的功率電路包括整流濾波電路、升壓電路、半橋變換電路、隔離變壓器；所述的半橋變換電路包括第一、第二電容、和第一、第二絕緣柵雙極型晶體管，第一電容、第二電容串接在升壓電路的正負兩端，第一電容、第二電容的連接處與隔離變壓器原邊線圈一端連接，隔離變壓器原邊線圈另一端與第`一、第二絕緣柵雙極型晶體管連接。
全文摘要
一種實現可調和均流的大功率并聯開關電源電路，涉及一種開關電源電路。通過并聯模塊擴容的電源，為實現均流采用最大電流自主均流法和外加均流控制器方式，結構復雜，成本高。本發明特征在于控制電路包括電流采樣單元；電壓采樣單元；與電流采樣單元相連的均流母線單元；均流控制電壓獲取單元；可調外部參考電壓單元；可調外部限流參考電壓單元；電壓誤差放大單元；電流誤差放大單元；電壓誤差放大單元包括第一運算放大器，第一運算放大器與電壓采樣單元、均流母線單元、可調外部參考電壓單元及均流控制電壓獲取單元相連。本技術方案以純硬件電路來實現最大電流自主均流，不帶控制器；同時達到輸出電壓可調的實用電路；結構簡單，成本低。
文檔編號H02M7/217GK103178730SQ20131009811
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者魏紅梅, 曾祥幼, 陸利軍, 苗永春 申請人:臥龍電氣集團股份有限公司, 浙江臥龍新能源有限公司