變換器互聯系統的控制方法及變換器的控制電路與流程

本發明涉及開關變換器模塊，特別涉及輸入串聯輸出并聯的多個變換器構成的變換器互聯系統的控制方法及其中單個變換器的反饋控制電路。

背景技術：

在輸入電壓較高的情況下，需要對開關變換器模塊輸入串聯使用；當負載所需功率大于單個變換器模塊的功率時，需要對變換器模塊輸出并聯使用。N個變換器模塊組合后的電源系統輸入電壓是單個變換器模塊最高輸入電壓的N倍，輸出功率也是單個變換器模塊的N倍。因此，對于輸入電壓高，輸出功率較大的場合，需要對變換器模塊進行輸入串聯、輸出并聯使用。

在輸入串聯輸出并聯的情況下，為了保證輸入串聯輸出并聯組合變換器正常工作，傳統控制方法是采取措施使得各變換器模塊的輸入端均壓，從而使得各變換器模塊的輸入功率相等，避免變換器模塊之間功率不均的情況，保證變換器模塊不過載工作。圖1為N個變換器模塊輸入串聯輸出并聯組合而成的變換器互聯系統，其中每個變換器模塊內部結構是相同的，內部都含有獨立的閉環控制電路，功率級信號通過反饋控制環節，形成控制信號返回功率級。對普通獨立閉環的變換器模塊進行輸入串聯輸出并聯使用時，由于每個變換器模塊獨立的電壓調節作用，各變換器模塊的輸入端不能自動均壓，要采取其他的控制電路進行均壓，通常都需增加變換器模塊之間的連線，通過隔離采樣得到輸入電壓，利用增加的連線傳輸電壓信息，每個變換器模塊根據其他變換器模塊的電壓進行控制，從而實現各變換器模塊輸入均壓的效果。在輸入串聯輸出并聯的場合，要采用獨立閉環的變換器模塊實現輸入端均壓，一般會增加接線，增加了系統的復雜程度，不便于用戶使用。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種無需強制變換器模塊的輸入端均壓，而利用單個變換器的獨立閉環穩壓，來實現變換器互聯系統的輸出穩壓的變換器互聯系統的控制方法。

與此相應，本發明另一個要解決的技術問題是提供一種無需強制變換器模塊的輸入端均壓，僅利用單個變換器的獨立閉環穩壓，來實現變換器互聯系統的輸出穩壓的單個變換器的控制電路。

為解決上述技術問題，本發明提供一種變換器互聯系統的控制方法，用于實現輸入串聯輸出并聯的多個變換器的系統控制，通過限定單個變換器中主開關管的最大占空比和最小占空比，使得變換器模塊的最大輸入功率得到限制，以通過單個變換器的獨立閉環穩壓，實現變換器互聯系統的輸出穩壓。

本發明還提供一種變換器的控制電路，用于實現輸入串聯輸出并聯的多個變換器的系統控制，包括或門、非門、與門And1、And2、最小占空比設定模塊和最大占空比設定模塊，最小占空比設定模塊包括電阻R1和電容C1，電阻R1的一端作為最小占空比設定模塊的輸入端，電阻R1的另一端通過電容C1接地；最大占空比設定模塊包括電阻R2和電容C2，電阻R2的一端作為最大占空比設定模塊的輸入端，電阻R2的另一端通過電容C2接地；或門的一輸入端作為控制電路的輸入端，或門的輸出端連接非門的輸入端，非門的輸出端連接最小占空比設定模塊的輸入端，最小占空比設定模塊中電阻R1的另一端連接與門And1的一輸入端，與門And1的另一輸入端連接或門的輸出端，與門And1的輸出端連接或門的另一輸入端，以利用最小占空比設定模塊的輸出信號鉗制占空比的高電平信號；非門的輸出端還連接最大占空比設定模塊的輸入端，最大占空比設定模塊中電阻R2的另一端連接與門And2的一輸入端，與門And2另一輸入端連接或門的輸出端，以利用最大占空比設定模塊的輸出信號鉗制占空比的低電平信號；與門And2的輸出端引出作為控制電路的輸出端。

優選的，所述最小占空比設定模塊，還包括二極管D1，二極管D1并聯在電阻R1的兩端，二極管D1的陰極連接電容C1。

優選的，所述最大占空比設定模塊，還包括二極管D2，二極管D2并聯在電阻R2的兩端，二極管D2的陰極連接電容C2。

本發明再提供一種變換器的控制電路，用于實現輸入串聯輸出并聯的多個變換器的系統控制，包括或門、非門、與門And1、And2、最小占空比設定模塊和最大占空比設定模塊，最小占空比設定模塊包括電阻R1和電容C1，最大占空比設定模塊包括電阻R2和電容C2，其連接關系是，或門的一個輸入端作為控制電路的輸入端，或門的輸出端與非門的輸入端連接，非門的輸出端與電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端與電容C1的一端連接，電容C1的另一端接地；電阻R1的另一端還連接與門And1的一輸入端，與門And1的另一輸入端連接或門的輸出端，與門And1的輸出端連接或門的另一輸入端，用以利用最小占空比設定模塊的輸出信號鉗制占空比的高電平信號；非門的輸出端還與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端接地；電阻R2的另一端還連接與門And2的一輸入端，與門And2的另一輸入端連接或門的輸出端，用以利用最大占空比設定模塊的輸出信號鉗制占空比的低電平信號；與門And2的輸出端作為控制電路的輸出端。

優選的，所述最小占空比設定模塊，還包括二極管D1，二極管D1并聯在電阻R1的兩端，二極管D1的陰極連接電容C1的一端。

優選的，所述最大占空比設定模塊，還包括二極管D2，二極管D2并聯在電阻R2的兩端，二極管D2的陰極連接電容C2的一端。

本發明通過限制每一變換器模塊中的開關管的占空比，在輸入串聯輸出并聯的情況下，不強制獨立閉環控制變換器模塊的輸入端均壓，但能保證各變換器模塊正常工作，并能實現輸出穩壓。

本發明為解決輸入串聯輸出并聯的情況下不能采用獨立閉環變換器模塊的問題，提供一種控制方法，不強制實現輸入均壓，通過限制每一變換器模塊中開關管的占空比，使得輸入串聯輸出并聯的情況下可以使用獨立閉環的變換器模塊，其有益效果為：

(1)單個變換器模塊獨立工作時可閉環高精度穩壓；

(2)多個變換器模塊輸入串聯輸出并聯時，無需增加額外的信號線；

(3)多個變換器模塊輸入串聯輸出并聯時，可實現輸出穩壓。

附圖說明

圖1為多個變換器模塊輸入串聯輸出并聯組合而成的變換器互聯系統的電路原理圖；

圖2為本發明變換器互聯系統的電路原理圖；

圖3為本發明變換器的控制電路的電路原理圖，即是限制最小和最大占空比控制電路的電路原理圖；

圖4為本發明變換器的控制電路的工作時序圖。

具體實施方式

在變換器模塊輸入串聯輸出并聯的情況下，傳統控制方法是采取措施使變換器模塊的輸入端均壓，從而保證變換器模塊不會出現過壓或過載的情況，在本發明中，并不采取措施使輸入端均壓，通過限制最小和最大占空比的方式保證變換器模塊可靠工作。如圖2所示，一種變換器互聯系統，在每個變換器模塊中引入占空比限制電路，保證變換器可靠工作。其中，每個變換器模塊的內部結構與U1變換器模塊是相同的。

本發明通過限制每一變換器模塊中的開關管的占空比，在變換器模塊輸入串聯輸出并聯的情況下，雖然不能使得每個變換器模塊的輸入電壓相等，但可以通過限定開關管的最大和最小占空比，從而限制變換器模塊的最高輸入電壓，使得變換器模塊的最大輸入功率得到限制，因此每個變換器模塊都可正常工作。當變換器模塊的輸入電壓達到最大值時，其開關管的驅動就會達到最小占空比(或最大占空比)，此時若輸入電壓繼續升高，由于占空比已經達到極限值，無法再進行調節，因此該變換器模塊的輸出電壓就會升高，當其輸出端與其他變換器模塊的輸出端并聯時，該變換器模塊的輸出電流就會增大，從而導致輸入電流也加大，輸入電流加大會使得該變換器模塊的輸入電容電壓下降，限制變換器模塊輸入電壓升高，變換器模塊的輸入電壓在正常工作范圍內。

此外，由于每個變換器模塊都是閉環穩壓的，因此其單獨工作時可以實現高精度穩壓輸出；當多個變換器模塊的輸出端并聯后，由于每個變換器模塊都進行穩壓調節，使輸出電壓穩定在設定值，因此整個串并聯系統也可以實現高精度穩壓輸出。

若整個串并聯系統的額定輸出功率是P，采用傳統方法對X個變換器模塊進行輸入串聯均壓控制，則每個變換器模塊的額定功率為P/X。若采用本發明的方案，因為輸入電壓不均，所以每個變換器模塊的功率也是不均的，為了保證可靠性，每個變換器模塊的額定功率要設計得比P/X大。即通過增大變換器模塊的功率裕量來保證變換器模塊可靠工作。限制最小和最大占空比后，輸出電壓與輸入電壓的比值M的最小值就受到限制，假設最小的輸出輸入電壓比值為M_min，最大的輸出輸入電壓比值為M_max，當輸出電壓為Vo時，單個變換器模塊的最小輸入電壓是Vo/M_max，單個變換器模塊的最大輸入電壓是Vo/M_min。假設X個變換器模塊輸入串聯輸出并聯后的系統的輸入電壓是Vin，則XVo/M_min>Vin>XVo/M_max。由于輸入端是串聯的，因此輸入電壓大的變換器模塊，輸入功率大。當總功率一定時，X個變換器模塊中只有一個變換器模塊工作于最高輸入電壓，其他變換器模塊工作于最低輸入電壓時，高壓工作的變換器模塊最容易出現過功率的情況，因此，若整個串并聯系統的額定輸出功率是P，則單個變換器模塊的額定功率至少為P/[(X-1)M_min/M_max+1]。

如上分析，限制最大最小占空比后，變換器模塊輸入串聯輸出并聯時可正常工作，下面介紹其實施方式。

由于限制最小和最大占空比的電路有多種實施方式，因此，本發明的實現方式有多種，其中圖1中占空比限制電路的電路原理圖如圖3所示，一種限制最小和最大占空比的控制電路，其中PWM_IN是原始驅動方波信號，PWM_OUT是經過最大最小占空比限制的驅動方波信號，兩驅動信號之間的關系如下：若PWM_IN信號的占空比小于最小占空比，則PWM_OUT輸出最小占空比；若PWM_IN信號的占空比大于最小占空比并小于最大占空比，則PWM_OUT與PWM_IN相同；若PWM_IN信號的占空比大于最大占空比，則PWM_OUT輸出最大占空比。電路中的R1和C1決定了最小占空比，其時間常數相對較小，R2和C2決定了最大占空比，其時間常數相對較大。

如圖3所示，一種變換器的控制電路，包括一個或門、一個非門、與門And1和And2，電阻R1和R2，二極管D1和D2以及電容C1和C2，二極管D1、電阻R1和電容C1構成最小占空比限制模塊，二極管D2、電阻R2和電容C2構成最大占空比限制模塊，它們的連接關系如下：輸入端PA與或門的一個輸入端連接，或門的輸出端與非門的輸入端連接，非門的輸出端與電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端與電容C1的一端連接，電容C1的另一端接地，非門的輸出端還與二極管D1的陽極連接，二極管D1的陰極與電容C1的一端連接，電容C1的一端與與門And1的一輸入端連接，與門And1的另一輸入端與或門的輸出端連接。與門And1的輸出端與或門的另一輸入端連接，或門的輸出端與與門And2的一輸入端連接，與門And2的輸出端接輸出PG。非門的輸出端與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與電容C2的一端連接，電容C2的另一端接地，非門的輸出端還與二極管D2的陽極連接，二極管D2的陰極與電容C2的一端連接，電容C2的一端連接與門And2的另一輸入端。

該變換器的控制電路的工作時序圖如圖4所示，當輸入端點PA從低電平變到高電平，點PB也從低電平變高電平，點PC電壓從高電平變到低電平，電容C1通過電阻R1放電，電容C2通過R2放電，首先分析電容C1通過電阻R1放電的功效。電容C1通過電阻R1放電，使得點PD的電壓下降，在點PD的電壓高于閾值電壓的過程中，點PE的電壓都為高電平，通過輸入端的或門將點PB的電壓鉗在高電平，從而限制了PB的最短高電平時間，當點PD的電壓下降到低于閾值電壓，點PE的電壓變為低電平，解除對點PB的鉗位，PB的電平與PA相同。因此，電容C1和電阻R1是限制最小占空比的。電容C2通過R2放電是限制最大占空比的。電容C2通過R2放電，其放電過程比C1R1放電過程緩慢，在點PF的電壓下降到門檻電壓前，輸出PG與點PB的電平一致，在點PF的電壓下降到門檻電壓后，輸出為低電平。因此電容C2和電阻R2放電的放電過程限制了最大占空比。二極管D1和D2的作用是加快電容C1和C2的充電過程，避免在輸入端PA低電平時間太短引起最大最小占空比發生變化。

根據上述說明書的揭示的實施方式，本發明所屬領域的技術人員還可以對變換器模塊的具體拓撲及其占空比限制電路進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對采用其他拓撲的輸入串聯和輸出并聯變換器模塊進行占空比限制也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。