專(zhuān)利名稱(chēng)：多模塊并聯(lián)電源裝置及其協(xié)同控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉開(kāi)關(guān)電源裝置的控制技術(shù)，具體涉及工業(yè)用大功率多模塊并聯(lián)電源裝置及其協(xié)同控制方法。
背景技術(shù)：
在許多大型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)大功率電源裝置的要求很高，如電鍍工藝和陽(yáng)極的氧化需要恒流和恒壓調(diào)節(jié)；對(duì)較特殊碳纖維鍍銅，為避免“燒焦”現(xiàn)象產(chǎn)生，需要恒壓調(diào)節(jié)體系控制電壓并能在較大范圍內(nèi)選擇，來(lái)提高鍍層質(zhì)量；對(duì)金屬“著色”，著色溶液阻抗會(huì)隨著色時(shí)間變化，電源裝置必須適應(yīng)負(fù)載的大范圍變化；裝飾性套鉻要求電源裝置的穩(wěn)定精度和紋波系數(shù)低于5 %。這些特定的電化學(xué)工業(yè)應(yīng)用，要求電源裝置具備恒流調(diào)節(jié)和恒壓調(diào)節(jié)功能。在大型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程需要的大功率電源裝置中，高頻開(kāi)關(guān)電源因體積小、重量輕、 動(dòng)態(tài)性能好、適應(yīng)性強(qiáng)、有利于實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程自動(dòng)化和智能化控制等功能而逐漸取代晶閘管整流器。但是，高頻工業(yè)電源由于功率管容量和磁心材料尺寸的限制以及大功率輸出造成較大可靠性問(wèn)題(開(kāi)關(guān)損耗、電磁干擾、熱效應(yīng))等因素影響，使其功率的輸出受到一定程度的制約。因此目前單機(jī)容量大于20KW的大功率高頻開(kāi)關(guān)電源在國(guó)內(nèi)外極為少見(jiàn)。采用多電源模塊并聯(lián)運(yùn)行，輸出能量可數(shù)倍于單機(jī)的輸出；可以避免“大牛拉小車(chē)”的狀況，提高電源效率；同時(shí)多電源模塊并聯(lián)工作，使系統(tǒng)具有一定的冗余度，單模塊損壞不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作(大功率可控硅整流電源若出現(xiàn)故障得停機(jī)待修)，使整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大功率可控硅整流電源；通過(guò)多個(gè)模塊并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容，不僅有良好的可維護(hù)性和通用性，還可以靈活地組建各種功率容量的系統(tǒng)；而且模塊化便于生產(chǎn)的規(guī)?；徒档统杀?，因此其應(yīng)用前景也越來(lái)越廣泛。目前，多模塊電源并聯(lián)一般采用自動(dòng)均流法，在該方法的控制下，各電源模塊均流輸出，承擔(dān)相同的輸出功率。但這種技術(shù)存在的問(wèn)題是，如果某個(gè)電源模塊內(nèi)部開(kāi)關(guān)管或?yàn)V波器、傳輸線路特性較差而消耗的功率較大，為了輸出與其它電源模塊同樣的功率，該電源模塊不得不承擔(dān)過(guò)高的電流應(yīng)力和溫度應(yīng)力，消耗的功率更大，對(duì)該電源模塊的損壞更大。 而且目前多模塊電源并聯(lián)的控制系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)恒流控制或恒壓控制，無(wú)法滿足大型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)大型工業(yè)加工過(guò)程對(duì)恒流、恒壓電源的需求，以及現(xiàn)有多模塊電源并聯(lián)均流技術(shù)的不足，提供了大功率多模塊并聯(lián)電源裝置及其協(xié)同控制方法。本發(fā)明根據(jù)負(fù)載的需求實(shí)現(xiàn)電源裝置的恒流或恒壓功能，并保證多模塊并聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)電源模塊工作于合理的電流應(yīng)力和溫度環(huán)境，具有冗余能力和高可靠性，適合用作多機(jī)并聯(lián)的大功率電源裝置的控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
多模塊并聯(lián)電源裝置，包括N個(gè)電源模塊以及分別與N個(gè)電源模塊連接的數(shù)字協(xié)同控制模塊，每個(gè)電源模塊接收數(shù)字協(xié)同控制模塊輸出的電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj,電源模塊實(shí)時(shí)將本模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw和移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度T”輸出直流電流Iw傳輸給數(shù)字協(xié)同控制模塊。上述多模塊并聯(lián)電源裝置中，所述N個(gè)電源模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，均各自包括主電路、電流環(huán)控制電路、電壓環(huán)控制電路、移相全橋逆變模塊輸入電流的檢測(cè)模塊和移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度的檢測(cè)模塊；所述主電路包括順次連接的三相整流濾波模塊、移相全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊，三相整流濾波模塊與三相交流電源連接，輸出整流濾波模塊與負(fù)載連接；所述電流環(huán)控制電路包括輸出直流電流檢測(cè)模塊、 電流運(yùn)算放大器、環(huán)路選擇模塊、移相脈寬調(diào)制模塊和隔離驅(qū)動(dòng)模塊；所述電壓環(huán)控制電路包括輸出直流電壓檢測(cè)模塊、電壓運(yùn)算放大器、環(huán)路選擇模塊、移相脈寬調(diào)制模塊和隔離驅(qū)動(dòng)模塊；所述電流環(huán)控制電路和電壓環(huán)控制電路共用環(huán)路選擇模塊、移相脈寬調(diào)制模塊和隔離驅(qū)動(dòng)模塊；協(xié)同控制模塊包括DSP處理器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，DSP處理器計(jì)算出的每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)、通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出給所述電流運(yùn)算放大器的同相輸入端；DSP處理器計(jì)算出的每個(gè)電源模塊的電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出給所述電壓運(yùn)算放大器的同相輸入端；輸出整流濾波模塊分別與輸出直流電壓檢測(cè)模塊和輸出直流電流檢測(cè)模塊的輸入端連接，輸出直流電壓檢測(cè)模塊的輸出端與電壓運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，輸出直流電流檢測(cè)模塊的輸出端與電流運(yùn)算放大器的反相輸入端連接。上述多模塊并聯(lián)電源裝置中，于所述電流運(yùn)算放大器輸出端與環(huán)路選擇模塊的一輸入端連接，所述電壓運(yùn)算放大器輸出端與環(huán)路選擇模塊的另一輸入端連接；環(huán)路選擇模塊的輸出端與移相脈寬調(diào)制模塊輸入端連接，移相脈寬調(diào)制模塊的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)模塊輸入端連接，隔離驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管連接。上述多模塊并聯(lián)電源裝置中，環(huán)路選擇模塊包括兩個(gè)共陰極的二極管，共陰極端與移相全橋逆變模塊連接，一個(gè)二極管的陽(yáng)極與電流運(yùn)算放大器輸出端連接，另一個(gè)二極管的陽(yáng)極與電壓運(yùn)算放大器輸出端連接。上述多模塊并聯(lián)電源裝置的協(xié)同控制方法，具體是所述數(shù)字協(xié)同控制模塊根據(jù)負(fù)載所需的電流基準(zhǔn)信號(hào)L和電壓基準(zhǔn)信號(hào)仏以及每個(gè)電源模塊的輸出直流電流Iw、移相全橋逆變模塊輸入電流Iw和移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度L檢測(cè)模塊的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)協(xié)同控制算法計(jì)算出每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)u .，電流基準(zhǔn)信號(hào)與電源模塊的輸出直流電流Iw通過(guò)電流運(yùn)算放大器比較放大后輸出給環(huán)路選擇模塊，電流運(yùn)算放大器的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)環(huán)路選擇模塊發(fā)給移相脈寬調(diào)制模塊，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路PWM信號(hào)，并通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊去驅(qū)動(dòng)移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電源模塊的恒流輸出；電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj與電源模塊的輸出直流電壓 Uw通過(guò)電壓運(yùn)算放大器比較放大后輸出給環(huán)路選擇模塊，電壓運(yùn)算放大器的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)環(huán)路選擇模塊發(fā)給移相脈寬調(diào)制模塊，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路PWM信號(hào)，并通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊去驅(qū)動(dòng)移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電源模塊的恒壓輸出ο所述協(xié)同控制算法為
Irj = IrKj+Iwoj+ImJ+Twj⑴Urj = Ur+Iff0J+ITOJ+TffJ(2)所述(1)和(2)算法中，Iff0j = Gs(Is-Ioj)(3)Is = (I。1+I。2+L+I。n)/N(4)Imj = SdGd(Ids-Idj)(5)Ids = (ID1+ID2+L+IDN)/N (6)Tffj = StGt(Ts-Tj)(7)Ts = (Ti+T^L+T,,) /N(8)所述⑶ ⑶式中，N表示電源模塊總數(shù)，下標(biāo)j表示某一個(gè)電源模塊；式⑴ 中，Kj表示第j電源模塊的電流基準(zhǔn)占電源裝置總電流基準(zhǔn)的比例系數(shù)，并且W-+Kn =1 ;GS為輸出電流的增益，Gd為移相全橋逆變模塊輸入電流Iw的增益，Gt為移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L的增益，在所有頻率段內(nèi)，( 的幅值大于和Gt的幅值，Gd的幅值大于Gt的幅值的取值為0或1，當(dāng)所有電源模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw小于設(shè)定閾值Idm時(shí)，Sd = 0，當(dāng)某個(gè)電源模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw大于設(shè)定閾值 Idm時(shí)，& = 1 ;ST的取值為0或1，當(dāng)所有電源模塊的移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度Tj 小于設(shè)定閾值 時(shí)，St = 0，當(dāng)某個(gè)電源模塊的移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L大于閾值I1時(shí)，St = I0上述基于協(xié)同控制的多模塊并聯(lián)電源裝置中，所述數(shù)字協(xié)同控制模塊根據(jù)負(fù)載所需的電流基準(zhǔn)信號(hào)L和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Ur,以及每個(gè)電源模塊的輸出直流電流Iw、移相全橋逆變模塊輸入電流Iw、移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L檢測(cè)模塊檢測(cè)的信號(hào)，通過(guò)協(xié)同控制算法計(jì)算出每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj ；所述電流基準(zhǔn)信號(hào)和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj分別作為電流環(huán)控制電路和電壓環(huán)控制電路的電流基準(zhǔn)和電壓基準(zhǔn)；通過(guò)電流環(huán)控制電路或電壓環(huán)控制電路實(shí)現(xiàn)電源裝置的恒流或恒壓輸出；而且，電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj由主電路的輸出直流電流Iw、移相全橋逆變模塊輸入電流Iw和移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度Tj,以及負(fù)載需求的電流和電壓決定，因此每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)L或電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj可能不相等，電源模塊輸出電流不一定均流，而是根據(jù)電源模塊內(nèi)部的器件特性輸出不同的功率，以保證電源模塊工作于最優(yōu)的環(huán)境下，從而提高電源裝置的可靠性。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、電源裝置根據(jù)負(fù)載要求，可以工作于恒流模式和恒壓模式，在運(yùn)行過(guò)程中，可以根據(jù)負(fù)載的變遷而自動(dòng)切換恒流和恒壓工作模式。2、多模塊并聯(lián)系統(tǒng)中，電源模塊可以工作于均流狀態(tài)，或根據(jù)各個(gè)電源模塊的電流應(yīng)力和功率開(kāi)關(guān)管的溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的功率，以控制電源模塊的電流應(yīng)力和溫度在合理的范圍內(nèi)，從而保證電源模塊工作于最優(yōu)狀態(tài)。3、多模塊并聯(lián)系統(tǒng)中，可以通過(guò)協(xié)同控制系統(tǒng)設(shè)置每個(gè)電源模塊的輸出電流，各電源模塊的輸出電流可以不均等。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中基于協(xié)同控制的多模塊并聯(lián)電源裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。本發(fā)明中的j表示1，2，……N(N表示電源模塊數(shù))參考圖1，本發(fā)明所述的基于協(xié)同控制的多模塊并聯(lián)電源裝置，包括N個(gè)電源模塊，以及分別與N個(gè)電源模塊連接的數(shù)字協(xié)同控制模塊。N個(gè)電源模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，均包括主電路，檢測(cè)模塊，以及電流環(huán)控制電路和電壓環(huán)控制電路。主電路由依次連接的三相整流濾波模塊101、移相全橋逆變模塊 102、高頻變壓器103和輸出整流濾波模塊104構(gòu)成，三相整流濾波模塊101與三相交流電源116連接，輸出整流濾波模塊104與負(fù)載117連接；檢測(cè)模塊包括輸出直流電流Iw檢測(cè)模塊110、輸出直流電壓^檢測(cè)模塊111、移相全橋逆變模塊輸入電流Iw檢測(cè)模塊112、移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度η檢測(cè)模塊113。電流環(huán)控制電路包括輸出直流電流Iw 檢測(cè)模塊110、電流運(yùn)算放大器108、環(huán)路選擇模塊107、移相脈寬調(diào)制模塊106和隔離驅(qū)動(dòng)模塊105。電壓環(huán)控制電路包括輸出直流電壓Uw檢測(cè)模塊111、電壓運(yùn)算放大器109、環(huán)路選擇模塊107、移相脈寬調(diào)制模塊106和隔離驅(qū)動(dòng)模塊105 ；電流環(huán)控制電路和電壓環(huán)控制電路共用環(huán)路選擇模塊107、移相脈寬調(diào)制模塊106和隔離驅(qū)動(dòng)模塊105。數(shù)字協(xié)同控制模塊主要由DSP處理器114和多個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器組成。直流電流Iw檢測(cè)模塊110、移相全橋逆變模塊輸入電流Iw檢測(cè)模塊112、移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L檢測(cè)模塊113的檢測(cè)信號(hào)都傳送給數(shù)字協(xié)同控制模塊的DSP處理器114。負(fù)載所需的電流基準(zhǔn)信號(hào)L和電壓基準(zhǔn)信號(hào)^由外部輸入DSP處理器114。數(shù)字協(xié)同控制模塊根據(jù)電流基準(zhǔn)信號(hào)^和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Ur,以及每個(gè)電源模塊的輸出直流電流Iw、移相全橋逆變模塊輸入電流IDj、移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L檢測(cè)模塊檢測(cè)的信號(hào)，通過(guò)協(xié)同控制算法計(jì)算出每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj0電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj通過(guò)數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并分別傳送到電流運(yùn)算放大器108的同相輸入端作為電流環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)，和傳送到電壓運(yùn)算放大器109的同相輸入端作為電壓環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)。輸出直流電流Iw檢測(cè)模塊110的檢查信號(hào)傳送到電流運(yùn)算放大器108的反相輸入端，電流運(yùn)算放大器108輸出端與環(huán)路選擇模塊107連接，電流運(yùn)算放大器108的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)環(huán)路選擇模塊107發(fā)給移相脈寬調(diào)制模塊106，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路PWM信號(hào)，并通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊105去驅(qū)動(dòng)移相全橋逆變模塊102的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電源模塊的恒流輸出。輸出直流電壓 檢測(cè)模塊111的檢查信號(hào)傳送到電壓運(yùn)算放大器109的反相輸入端，電壓運(yùn)算放大器109輸出端與環(huán)路選擇模塊107連接，電壓運(yùn)算放大器109的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)環(huán)路選擇模塊107發(fā)給移相脈寬調(diào)制模塊106，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路PWM 信號(hào)，并通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊105去驅(qū)動(dòng)移相全橋逆變模塊102的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷， 實(shí)現(xiàn)電源模塊的恒壓輸出。環(huán)路選擇模塊107由兩個(gè)共陰極的二極管構(gòu)成，共陰極端與移相全橋逆變模塊106連接，一個(gè)二極管的陽(yáng)極與電流運(yùn)算放大器108的輸出端連接，另一個(gè)二極管的陽(yáng)極與電壓運(yùn)算放大器109的輸出端連接。當(dāng)電流運(yùn)算放大器108的輸出信號(hào)大于電壓運(yùn)算放大器109的輸出信號(hào)時(shí)，電流運(yùn)算放大器108的輸出信號(hào)通過(guò)環(huán)路選擇模塊 107傳送到移相脈寬調(diào)制模塊106，從而實(shí)現(xiàn)恒流控制；當(dāng)電壓運(yùn)算放大器109的輸出信號(hào)大于電流運(yùn)算放大器108的輸出信號(hào)時(shí)，電壓運(yùn)算放大器109的輸出信號(hào)通過(guò)環(huán)路選擇模塊107傳送到移相脈寬調(diào)制模塊106，從而實(shí)現(xiàn)恒壓控制。 在本發(fā)明所述的基于協(xié)同控制的多模塊并聯(lián)電源裝置中，數(shù)字協(xié)同控制模塊的協(xié)
同控制算法為Irj = IrKj+Iwoj+ImJ+Twj(1)Urj = Ur+Iff0J+ITOJ+TffJ(2)所述⑴和⑵算法中，Iwoj = Gs(Is-Ioj)(3)Is = (I。1+I。2+L+I。n)/N (4)Imj = SdGd(Ids-Idj)(5)Ids = (ID1+ID2+L+IDN) /N (6)Tffj = StGt(Ts-Tj)(7)Ts = (I\+T2+L+Tn) /N(8)所述(3) ⑶式中，N表示電源模塊總數(shù)，下標(biāo)j表示某一個(gè)電源模塊，并且j =1,2,……，N;所述⑴算法中，I表示第j電源模塊的電流基準(zhǔn)占電源裝置總電流基準(zhǔn)的比例系數(shù)，并且W···+!^ = 1，通過(guò)外部設(shè)置Kj值，則可以設(shè)定每個(gè)電源模塊的輸出電流，但電源裝置的總輸出電流仍等于電流基準(zhǔn)值L ;GS為輸出電流的增益，&為移相全橋逆變模塊輸入電流Iw的增益，Gt為移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L的增益，在所有頻率段內(nèi)，( 的幅值大于(^d和Gt的幅值，Gd的幅值大于Gt的幅值，使得輸出電流主要跟蹤電流基準(zhǔn)值Ll. ;SD的取值為0或1，當(dāng)所有電源模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw小于設(shè)定閾值Idm時(shí)，Sd = 0，當(dāng)某個(gè)電源模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw大于設(shè)定閾值Idm 時(shí)，4 = 1 ;ST的取值為0或1，當(dāng)所有電源模塊的移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度Tj小于設(shè)定閾值Tm時(shí)，St = 0，當(dāng)某個(gè)電源模塊的移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L大于閾值1 時(shí)，St = 1。當(dāng)& = 0, = 0時(shí)，電流環(huán)和電壓環(huán)控制與移相全橋逆變模塊輸入電流Iw、移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L的檢測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)，若K1 = K2 =…=Kn，則并聯(lián)電源模塊實(shí)現(xiàn)均流輸出。當(dāng)& = 1, = ι時(shí)，移相全橋逆變模塊輸入電流Iw、移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L的檢測(cè)信號(hào)參與電流環(huán)和電壓環(huán)控制，移相全橋逆變模塊輸入電流Iw或移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L較高的電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj 被拉低，降低其功率的輸出，從而拉低移相全橋逆變模塊輸入電流Iw和移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度Tj,以使電源模塊的電流應(yīng)力和溫度低于安全閾值1 和TM。在相同總輸出功率情況下，對(duì)無(wú)協(xié)同控制系統(tǒng)和使用本發(fā)明協(xié)同控制系統(tǒng)的5臺(tái)電源模塊并聯(lián)的電源裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示無(wú)協(xié)同控制系統(tǒng)的電源裝置，各個(gè)電源模塊的IGBT功率器件溫度差異較大，個(gè)別電源模塊的溫度高于80°C，而且電流不平衡度達(dá)2.6%。而使用本發(fā)明的協(xié)同控制系統(tǒng)后，各個(gè)電源模塊的IGBT功率器件溫度分布較均勻，均低于75°C，IGBT的循環(huán)次數(shù)和可靠性得到極大提高，而且電流不平衡度僅有 0. 8%，比無(wú)協(xié)同控制系統(tǒng)時(shí)的低很多，均流效果更好。
權(quán)利要求
1.多模塊并聯(lián)電源裝置，其特征在于包括N個(gè)電源模塊以及分別與N個(gè)電源模塊連接的數(shù)字協(xié)同控制模塊，每個(gè)電源模塊接收數(shù)字協(xié)同控制模塊輸出的電流基準(zhǔn)信號(hào)、和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj,電源模塊實(shí)時(shí)將本模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw和移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度Tp輸出直流電流Iw傳輸給數(shù)字協(xié)同控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多模塊并聯(lián)電源裝置，其特征在于所述N個(gè)電源模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，均各自包括主電路、電流環(huán)控制電路、電壓環(huán)控制電路、移相全橋逆變模塊輸入電流的檢測(cè)模塊和移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度的檢測(cè)模塊；所述主電路包括順次連接的三相整流濾波模塊、移相全橋逆變模塊、高頻變壓器和輸出整流濾波模塊，三相整流濾波模塊與三相交流電源連接，輸出整流濾波模塊與負(fù)載連接；所述電流環(huán)控制電路包括輸出直流電流檢測(cè)模塊、電流運(yùn)算放大器、環(huán)路選擇模塊、移相脈寬調(diào)制模塊和隔離驅(qū)動(dòng)模塊； 所述電壓環(huán)控制電路包括輸出直流電壓檢測(cè)模塊、電壓運(yùn)算放大器、環(huán)路選擇模塊、移相脈寬調(diào)制模塊和隔離驅(qū)動(dòng)模塊；所述電流環(huán)控制電路和電壓環(huán)控制電路共用環(huán)路選擇模塊、 移相脈寬調(diào)制模塊和隔離驅(qū)動(dòng)模塊；數(shù)字協(xié)同控制模塊包括DSP處理器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器， DSP處理器計(jì)算出的每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出給所述電流運(yùn)算放大器的同相輸入端；DSP處理器計(jì)算出的每個(gè)電源模塊的電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后輸出給所述電壓運(yùn)算放大器的同相輸入端； 輸出整流濾波模塊分別與輸出直流電壓檢測(cè)模塊和輸出直流電流檢測(cè)模塊的輸入端連接， 輸出直流電壓檢測(cè)模塊的輸出端與電壓運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，輸出直流電流檢測(cè)模塊的輸出端與電流運(yùn)算放大器的反相輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的多模塊并聯(lián)電源裝置，其特征在于所述電流運(yùn)算放大器輸出端與環(huán)路選擇模塊的一輸入端連接，所述電壓運(yùn)算放大器輸出端與環(huán)路選擇模塊的另一輸入端連接；環(huán)路選擇模塊的輸出端與移相脈寬調(diào)制模塊輸入端連接，移相脈寬調(diào)制模塊的輸出端與隔離驅(qū)動(dòng)模塊輸入端連接，隔離驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模塊并聯(lián)電源裝置，其特征在于環(huán)路選擇模塊包括兩個(gè)共陰極的二極管，共陰極端與移相全橋逆變模塊連接，一個(gè)二極管的陽(yáng)極與電流運(yùn)算放大器輸出端連接，另一個(gè)二極管的陽(yáng)極與電壓運(yùn)算放大器輸出端連接。
5.權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述多模塊并聯(lián)電源裝置的協(xié)同控制方法，其特征在于所述數(shù)字協(xié)同控制模塊根據(jù)負(fù)載所需的電流基準(zhǔn)信號(hào)L和電壓基準(zhǔn)信號(hào)Ur以及每個(gè)電源模塊的輸出直流電流Iw、移相全橋逆變模塊輸入電流Iw和移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管溫度η檢測(cè)模塊的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)協(xié)同控制算法計(jì)算出每個(gè)電源模塊的電流基準(zhǔn)信號(hào)、 和電壓基準(zhǔn)信號(hào)仏」，電流基準(zhǔn)信號(hào)、與電源模塊的輸出直流電流Iw通過(guò)電流運(yùn)算放大器比較放大后輸出給環(huán)路選擇模塊，電流運(yùn)算放大器的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)環(huán)路選擇模塊發(fā)給移相脈寬調(diào)制模塊，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路PWM信號(hào)，并通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊去驅(qū)動(dòng)移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電源模塊的恒流輸出；電壓基準(zhǔn)信號(hào)Urj與電源模塊的輸出直流電壓U0j通過(guò)電壓運(yùn)算放大器比較放大后輸出給環(huán)路選擇模塊，電壓運(yùn)算放大器的運(yùn)算結(jié)果經(jīng)過(guò)環(huán)路選擇模塊發(fā)給移相脈寬調(diào)制模塊，使移相脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生四路PWM信號(hào)，并通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)模塊去驅(qū)動(dòng)移相全橋逆變模塊的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電源模塊的恒壓輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的協(xié)同控制方法，其特征在于所述協(xié)同控制算法為Irj — IrKj^IwOj+IwDj+Twj-(1)Urj = Ur+Iff0J+Imj.+TffJ(2)所述(1)和⑵算法中，Iwoj = Gs (Is~Ioj)⑶Is= (Ioi + Io2+L+Ion)/N(4)IWDj — SDGD (lDS_IDj)(5)Ids = (ID1+ID2+L+IDN)/N(6)Twj = STGt (Tg-Tj)(7)Ts = (T^^+L+T^/N(8)所述C3) (8)式中，N表示電源模塊總數(shù)，下標(biāo)j表示某一個(gè)電源模塊；式(1)中，Kj 表示第j電源模塊的電流基準(zhǔn)占電源裝置總電流基準(zhǔn)的比例系數(shù)，并且W-+Kn = 1 ； Gs為輸出電流的增益，為移相全橋逆變模塊輸入電流Iw的增益，Gt為移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L的增益，在所有頻率段內(nèi)，( 的幅值大于和Gt的幅值，Gd的幅值大于 Gt的幅值的取值為0或1，當(dāng)所有電源模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw小于設(shè)定閾值|DMW，& = 0，當(dāng)某個(gè)電源模塊的移相全橋逆變模塊輸入電流Iw大于設(shè)定閾值|DM時(shí)， Sd = 1 ;ST的取值為0或1，當(dāng)所有電源模塊的移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度L小于設(shè)定閾值Tm時(shí)，St = 0，當(dāng)某個(gè)電源模塊的移相全橋逆變模塊功率開(kāi)關(guān)管溫度η大于閾值Tm 時(shí)，& = 1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了多模塊并聯(lián)電源裝置及其協(xié)同控制方法，多模塊并聯(lián)電源裝置包括N個(gè)電源模塊，以及分別與N個(gè)電源模塊連接的數(shù)字協(xié)同控制模塊。協(xié)同控制方法中，數(shù)字協(xié)同控制模塊根據(jù)主電路的電流、電壓和溫度檢測(cè)信號(hào)，以及負(fù)載需要的電流和電壓值，分別產(chǎn)生每個(gè)電源模塊電流環(huán)和電壓環(huán)控制電路的電流基準(zhǔn)值和電壓基準(zhǔn)值。在電流環(huán)或電壓環(huán)控制電路的控制下，電源裝置可以向負(fù)載提供恒定的電流或電壓，同時(shí)保證N個(gè)電源模塊工作于最優(yōu)狀態(tài)。本發(fā)明根據(jù)負(fù)載的需求實(shí)現(xiàn)電源裝置的恒流或恒壓功能，并保證多模塊并聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)電源模塊工作于合理的電流應(yīng)力和溫度環(huán)境，具有冗余能力和高可靠性，適合用作多機(jī)并聯(lián)的大功率電源裝置的控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02M7/162GK102281013SQ201110246890
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者丘東元, 何文志, 張桂東, 張波, 戴鈺, 林仕立, 段振濤, 肖文勛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)