一種輸出電流自主分配的并聯供電系統的制作方法
【專利摘要】一種輸出電流自主分配的并聯供電系統，包括第一降壓模塊、第二降壓模塊、控制器模塊、用于調節輸出電流的大小實現并聯電路的輸出電流比值任意配置的功率調節模塊和用于檢測負載的輸出電流和電壓值的功率檢測模塊；第一降壓模塊與功率調節模塊連接，功率調節模塊、第二降壓模塊分別與負載模塊連接，功率檢測模塊的采集端與負載模塊連接，功率檢測模塊的輸出端與控制器模塊連接；控制器模塊的控制端分別與第一降壓模塊、第二降壓模塊連接；控制器模塊包括用于通過調節第一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM占空比以保證并聯電路的輸出電流比值穩定在設定值的電流自主分配并聯電路控制器。本發明模塊化和人性化設計、功能完備、適應性強。
【專利說明】
-種輸出電流自主分配的并聯供電系統
技術領域
[0001] 本發明設及一種并聯供電系統，尤其設及的是一種輸出電流自主分配的并聯供電 系統。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術的發展，電源技術被廣泛應用于工業、醫療、軍事、航空等領域， 設及到國民經濟的各行各業。當然，各種電子裝置對電源質量的要求越來越高，對電流的要 求也越來越嚴格，開關電源向更大功率方向發展。因此，研制各種各樣的大功率、高性能的 開關電源成為趨勢。然而，受到半導體功率器件、磁性材料等器件性能的影響，單個開關電 源模塊的最大輸出功率只有幾千瓦，但實際應用中往往需用幾百千瓦W上的開關電源為系 統供電。因此，大功率電源系統需要用若干臺開關電源并聯運行，W滿足負載功率的要求。
[0003] 進而，較傳統的單電源供電而言，并聯電源具有可實現大容量、高效率、模塊化、低 成本、可冗余配置等優點。但由于系統中參與并聯各模塊輸出特性難W做到完全一致，將會 造成各模塊不均流，進而導致整個并聯系統不能正常工作，甚至損壞模塊。
[0004] 在對并聯電路的多數研究中，往往僅考慮均流的情況，在各種均流方法中，又W電 流型雙閉環控制(包括主從均流技術、平均電流均流技術、自主均流技術等)最受關注。它外 環為電壓環，內環為電流環，把所產生的電壓誤差信號注入電流環，調整電流誤差信號達到 均流控制，從而獲得較為理想的均流效果。而在實際的較多場合中，還設及多路并聯電路輸 出電流要求不一致的情形。因此，在并聯均流技術的基礎上，實現輸出電流比值自主分配的 并聯方案更具實際價值，可W賦予并聯電路更多的靈活性和魯棒性。
【發明內容】
[0005] 為了克服傳統并聯電路各路輸出電流比值不可調節、電路分工不明確、缺乏人性 化和離線編程功能、適應性差的不足，本發明提供一種模塊化和人性化設計、功能完備、適 應性強的輸出電流自主分配的并聯供電系統。
[0006] 為了解決上述技術問題提供的技術方案為：
[0007] -種輸出電流自主分配的并聯供電系統，包括第一降壓模塊、第二降壓模塊、控制 器模塊、用于調節輸出電流的大小實現并聯電路的輸出電流比值任意配置的功率調節模塊 和用于檢測負載的輸出電流和電壓值的功率檢測模塊;所述第一降壓模塊與功率調節模塊 連接，所述功率調節模塊、第二降壓模塊分別與負載模塊連接，所述功率檢測模塊的采集端 與所述負載模塊連接，所述功率檢測模塊的輸出端與所述控制器模塊連接;所述控制器模 塊的控制端分別與第一降壓模塊、第二降壓模塊連接;所述控制器模塊包括用于通過調節 一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM占空比W保證并聯電路的輸出電流比值穩定在設定值的 電流自主分配并聯電路控制器。
[000引進一步，所述系統還包括輔助電源模塊，所述控制器模塊、功率檢測模塊均與所述 輔助電源模塊連接。
[0009] 再進一步，所述系統還包括人機交互模塊，所述人機交互模塊分別與所述控制模 塊、輔助電源模塊連接。
[0010] 更進一步，所述人機交互模塊包括按鍵外部設定子模塊和液晶實時顯示子模塊。
[0011] 本發明的有益效果主要表現在:模塊化和人性化設計，功能完備，適應性和魯棒性 強。
【附圖說明】
[0012] 圖1為輸出電流自主分配的并聯供電系統的系統組成框圖。
[0013] 圖2為輸出電流自主分配的并聯供電系統的電路連線示意圖。
[0014] 圖3為輸出電流自主分配的并聯供電系統的控制器框圖。
[0015] 圖4為輸出電流自主分配的并聯供電系統的控制模塊流程圖，其中，（a)為控制主 程序的流程，（b)所示為定時器中斷服務程序的流程。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0017] 參照圖1~圖4,一種輸出電流自主分配的并聯供電系統，包括第一降壓模塊1、第 二降壓模塊2、功率調節模塊3、負載模塊4、功率檢測模塊5、控制器模塊6、人機交互模塊7和 輔助電源模塊8;所述第一降壓模塊與功率調節模塊連接，所述功率調節模塊、第二降壓模 塊分別與負載模塊連接，所述功率檢測模塊的采集端與所述負載模塊連接，所述功率檢測 模塊的輸出端與所述控制器模塊連接;所述控制器模塊的控制端分別與第一降壓模塊、第 二降壓模塊連接;所述控制器模塊包括用于通過調節第一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM 占空比W保證并聯電路的輸出電流比值穩定在設定值的電流自主分配并聯電路控制器。
[0018] 所述輔助電源模塊為功率檢測模塊、控制器模塊和人機交互模塊提供穩定的電壓 供應;所述第一降壓模塊、第二降壓模塊、功率調節模塊、負載模塊依次連接形成并聯供電 系統的主電路;所述功率調節模塊通過調節輸出電流的大小，實現并聯電路的輸出電流比 值任意配置;所述功率檢測模塊用于采集輸出電流、電壓值，并經過雙級放大，把電流、電壓 值傳遞給控制器模塊;所述控制器模塊通過計算輸出電壓電流的值，并通過調節并聯電路 降壓電路的PWM占空比，W此保證并聯電路的輸出電流比值穩定在某一特定值;所述人機交 互模塊包括按鍵外部設定子模塊和液晶實時顯示子模塊兩部分，該模塊可W實現離線編程 功能。
[0019] 所述輔助電源模塊可W輸出立路獨立的3.3V電源，一路3.3V電源保證控制器正常 工作;一路3.3V電源保證功率檢測電路正常工作;另一路3.3V電源為人機交互模塊供電。
[0020] 所述第一降壓模塊和第二降壓模塊的電感以取值為80化H，電容Ci取值為2200iiF， MOS管Mi的型號為：IRF3205，肖特基二極管型號為：IN5822，i = 1，2。
[0021] 所述功率調整模塊由5個阻值均為1 Q的水泥電阻并聯而成，功率值均為5W。
[0022] 所述負載模塊由功率值為300W的滑動變阻器和若干個功率在為IOOW黃金侶殼電 阻組成。
[0023 ] 所述功率檢測模塊分為電壓檢測電路和電流電測電路兩部分，電壓檢測電路主要 由一個IOKQ的固定電阻和一個最大電阻值為IOOKQ的滑動變阻器組成。電壓檢測電路分 成兩部分，第一部分為電流采集與轉換電路：由型號為INA2128的軌對軌運放和阻值為0.01 Q的康銅絲組成，把電流信號轉化成電壓信息化;第二部分為電壓值放大電路:采用的運放 型號為:〇P〇7,通過放大電路把電壓信號化進一步放大，W提升采樣的精度。
[0024] 所述控制器模塊的16位單片機型號為:MSP430F149。
[0025] 所述人機交互模塊由按鍵外部設定模塊和液晶顯示模塊共同組成。在離線環境 下，按鍵設定模塊可W根據實際需要調整諧振頻率的大小，從而大大提升了系統的適應性。
[0026] 圖2為本發明的電路連線示意圖，圖中給出了各個模塊的電路連接情況。圖3為本 發明的控制器框圖，圖中詳細介紹了整個電路的控制過程。并聯電路控制器通過電流檢測 電路和電壓檢測電路分別采集上路輸出電壓Vsvl、下路輸出電壓Vsv2、上路輸出電流Vsil、下 路輸出電流Vsi2的信號，經處理輸出Vgvi、Vgv2、Vgii和Vgi2,由MSP430F149根據Vgvi、Vgv2、Vgii和 Vgi2的值產生MOS管11、12的控制信號￥。81、￥。82，105管驅動單元將控制信號￥。81、￥。82轉換成版)8 管化、M2的驅動信號Vgi、Vg2,驅動信號Vgi、Vg迫接控制MOS管Mi、M2的開關工作狀態。并聯電路 控制器采用雙環控制算法，通過改變MOS管Mi、M2的占空比來控制輸出電壓與輸出電流的大 小，進而，根據外界需要任意改變兩路Buck電流的輸出電流比值，并保證供電效率不低于 60%。同時，整個系統具有負載短路保護及自動恢復功能，保護閥值電流為4.5A。
[0027] 圖4(a)為本發明的控制主程序的流程圖。主程序首先進行液晶初始化，并初始化 端口 P2.3和P2.4，使控制器能輸出2路PWM波;接著配置端口 P6.1、P6.2、P6.3和P6.4用作A/D 采樣通道;然后進行ADC中斷配置，使能ADC中斷;最后主程序進入循環，等待ADC中斷。
[0028] 圖4(b)所示為定時器中斷服務程序的流程圖。進入ADC中斷服務程序后，先關斷 ADC中斷，然后保存上路輸出電壓的采樣值^_0ut_dy，下路輸出電壓的采樣值DownJXit_ dy，上路輸出電流的采樣值Up_0ut_dl，下路輸出電流的采樣值Down_0ut_dl，再進行數據的 處理，計算公式如（2-1)至（2-4)所示。當輸出電流大于4A時，貝化Oiint加1，否則Count清零。 當Count大于100時，貝化Oimt清零，把全部參數清零，進入過流保護功能。否則，根據設定的 比例，對輸出電流進行增量式PID調節，使上路和下路的輸出電流之比為期望的比值。最后， 使能ADC中斷，中斷返回。
[00 巧]Up_0ut_dy_moni=Up_0ut_dy*3.3/4095.0 (1-1)
[0030] Down_0ut_dy_moni =Down_0ut_dy*3.3/4095.0 (1-2)
[0031] Up_0ut_dl_moni=Up_0ut_dl*3.3/4095.0 (1-3)
[0032] Down_0ut_dl_moni =Down_0ut_dl*3.3/4095.0 (1-4)
[0033] 式(2-1)中，Up_0ut_dy為上路輸出電壓的采樣值，3.3為A/D 口輸入允許的最大電 壓值(其對應的12位A/D轉換數字量為4095.0)，^_0ut_dy_moni為經過折算后的上路實際 輸出電壓值。
[0034] 式（2-2)中，0〇側_011*_(17為下路輸出電壓的采樣值，3.3為4/0口輸入允許的最大 電壓值(其對應的12位A/D轉換數字量為4095.0)，Down_0ut_dy_moni為經過折算后的下路 實際輸出電壓值。
[0035] 式(2-3)中，Up_0ut_dl為上路輸出電流的采樣值，3.3為A/D 口輸入允許的最大電 壓值(其對應的12位A/D轉換數字量為4095.0)，^_0ut_dl_moni為經過折算后的上路實際 輸出電流值。
[0036] 式（2-4)中，0〇側_011*_(11為下路輸出電流的采樣值，3.3為4/0口輸入允許的最大 電壓值(其對應的12位A/D轉換數字量為4095.0)，Down_0ut_dl_moni為經過折算后的下路 實際輸出電流值。
[0037]定時器中斷服務程序中主要的變量如表1所示。
[00；3 引
[0039]
[0040] 表1。
【主權項】
1. 一種輸出電流自主分配的并聯供電系統，其特征在于:所述系統包括第一降壓模塊、 第二降壓模塊、控制器模塊、用于調節輸出電流的大小實現并聯電路的輸出電流比值任意 配置的功率調節模塊和用于檢測負載的輸出電流和電壓值的功率檢測模塊，所述第一降壓 模塊與功率調節模塊連接，所述功率調節模塊、第二降壓模塊分別與負載模塊連接，所述功 率檢測模塊的采集端與所述負載模塊連接，所述功率檢測模塊的輸出端與所述控制器模塊 連接;所述控制器模塊的控制端分別與第一降壓模塊、第二降壓模塊連接;所述控制器模塊 包括用于通過調節第一降壓模塊和第二降壓模塊的PWM占空比以保證并聯電路的輸出電流 比值穩定在設定值的電流自主分配并聯電路控制器。2. 如權利要求1所述的輸出電流自主分配的并聯供電系統，其特征在于:所述系統還包 括輔助電源模塊，所述控制器模塊、功率檢測模塊均與所述輔助電源模塊連接。3. 如權利要求1或2所述的輸出電流自主分配的并聯供電系統，其特征在于:所述系統 還包括人機交互模塊，所述人機交互模塊分別與所述控制模塊、輔助電源模塊連接。4. 如權利要求3所述的輸出電流自主分配的并聯供電系統，其特征在于:所述人機交互 豐旲塊包括按鍵外部設定子t旲塊和液晶實時顯子t旲塊。
【文檔編號】H02J1/10GK105826916SQ201610151770
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】俞立, 何勝權, 陳俊, 張文安
【申請人】浙江工業大學