一种开关电源的串联输入系统的均压控制方法及电路与流程

本发明涉及一种开关电源领域，特别涉及一种开关电源的串联输入系统的均压控制方法及电路。

背景技术：

在高压直流输电系统中，电能的传输及转换需要高压大电流的直流电能转换设备。而这些设备的工作需要有专门的辅助电源给这些设备的控制电路供电。由于电能转换设备一般采用模块化设计，串并联使用，不适合采用电源集中供电，因此给控制电路供电的辅助电源一般直接从高压直流母线取电。由于高压直流母线电压很高，常规的电源方案输入电压难以达到要求。因此一般采用多路电源输入串联的方式来提高辅助电源的输入电压。

开关电源输入串联后，高压直流母线给辅助电源供电的电流会流过每一个电源输入端。而电源的输入电流由电源工作状态决定。如果串联的电源输入电流大于辅助电源电流，那么电源串联的输入电压就会降低。如果输入电流小于辅助电源的电流，那么输入电压就会升高，甚至超过电源的额定输入电压并导致系统风险。因此如果串联的电源输入电压不一致，就不能实现串联提高输入电压的目的。因此需要专门的均压方案保证串联的电源输入电压保持在额定电压范围之内。

申请号为201821557890.6的实用新型专利提供了一种串联开关电源的输入均压方案。串联开关电源的均压原理在实施例一即第5页0022段有说明。电路如图1所示，内容摘录如下：

该串联型反激变换器，开关管s1、场效应管d1和变压器t1构成一个反激电路，开关管s2、场效应管d2和变压器t2构成另一个反激电路，其中变压器t1和变压器t2的参数完全相同拥有完全相同的激磁电感lm和匝比n:1，两个反激变换器的输入电压分别为输入电压v1和输入电压v2串联连接，并连接到输出电压v0+和v0-之间，反激变换器a1、反激变换器b2的控制电路是分离的，稳压控制电路4中反馈信号来自输入电压vo，经过负反馈控制电路以及脉冲宽度调制器pwm电路产生占空信号d1，占空信号d1再接到s1的门极，这样稳压控制电路4通过控制反激变换器1实现输出电压的稳压控制；反激变换器2的控制电路反馈信号则来自两个变换器的输入电压v1，v2，通过负反馈控制电路和脉冲宽度调制器pwm电路产生占空比信号d2，占空比信号d2再接到s2的门极，这样均压控制电路3通过控制反激变换器2实现输入电压的均压控制，将反激变换器a1和反激变换器b2的控制电路互换，也可以得到同样的控制效果；

根据以上方案可知，每个电源电路都需要一个独立的控制电路。每个控制电路有独立的闭环控制。由于每个电源都会改变输出电压和输入电流，因此多个闭环电路同时控制输出电压和输入电流必然会相互影响控制参数，从而导致信号振荡。严重的可能会损坏开关电源。另外该方案必须同时检测每路输入电压并进行比较。由于各路电源输入端电压是串联关系，无法直接进行测试比较，必须将电压隔离采样到控制电路的地上才能比较。这就增加了输入电压的采集难度，降低了采样精度。因此申请号为201821557890.6的实用新型专利方案存在多路闭环信号互相干扰，信号容易振荡的问题以及采集每路输入电压，采集难度高，精度差的问题。

类似的方案还有申请号为201910040822.5的发明专利，该专利也提供了一种串联开关电源的输入均压方案。该方案如图2所示，将检测到的输入电压uc1和uc2经过比较后调节两路开关电源的占空比，从而改变两路开关电源的输入电流，进而调节两路开关电源的输入电压，实现开关电源输入电压均压。同时调节两路开关电源实现均压可以有效减轻两路分别调节时互相影响控制参数的问题。但是该方案同样需要检测两路输入电压，存在电压信号隔离采集比较的问题。同时采样信号比较以及两路开关电源独立控制，控制电路也比较复杂。

申请号为200810024744.1的发明专利提供了一种开关电源输入均压方案。如图3所示，开关电源采用全桥电路。全桥电路的输入输出按照匝比传输。将全桥电路的输入串联，输出并联后，输入电压比等于变压器匝比。因此只要每个开关电源的变压器匝比相同，就能实现输入均压。该方案省去了输入电压隔离采样并比较的电路，简化了控制电路。但是由于输入输出电压按照匝比固定，不能满足输出调压要求，因此只能实现降低电压等级，不能满足电网直流母线取电宽电压范围的应用。

综上所述，现有开关电源串联方案存在需要检测输入电压，多路输入独立控制，电路复杂的问题。或者输入电压范围小，不能满足直流母线取电的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种开关电源的串联输入系统的均压控制方法及电路，在实现串联开关电源输入电压稳压的同时，无需输入电压检测电路，同时可以实现宽范围的电压输入，满足直流输电系统高压母线取电的应用需求。

本发明的提供的技术方案如下：

一种开关电源的串联输入系统的均压控制方法，适用于两级或两级以上的输入电路所构成的串联输入系统，通过变压器输出绕组的并联连接，且各级变压器输入绕组与输出绕组的匝比一致，在各级输入电路的开关管同时导通时间内，控制开关电源的各级输入电压等于变压器的输入绕组电压，从而实现开关电源的各级输入电压的均压。

一种开关电源的串联输入系统的均压控制电路，包括两级或两级以上的输入电路所构成的串联输入系统、两级或两级以上的变压器和一个输出电路，其特征在于：所述输出电路并联有两级或两级以上的输出绕组，输出绕组的同名端与同名端互相连接，异名端与异名端互相连接，各级变压器输入绕组与输出绕组的匝比一致，且在开关电源工作时，所述各级输入电路存在同时导通的时间。

作为上述开关电源的串联输入系统的均压控制电路的一种具体实施方式，所述输入电路均包括一电容、一输入绕组和一开关管，输入电路的正端分别连接电容的一端和输入绕组的异名端，输入绕组的同名端连接开关管的漏极，开关管的源极连接电容的另一端和输入电路的负端。

优选的，所述输入电路的开关管分多批次依次同时导通，每一批次为两个连续输入电路的开关管同时导通。

优选的，各级输入电路的开关管同时导通的时间超过500ns。

本申请的发明构思为：由于变压器的输出绕组互相并联，因此每个变压器输出侧电压相等，而变压器的输入绕组电压和输出绕组电压比例等于匝比，因此只要每个开关电源变压器匝比相等，变压器的输入电压就相等；同时输入电路的开关管存在至少500ns的同时导通时间，这段时间内开关电源的输入电压等于变压器的输入绕组电压，因此开关电源的输入电压实现均压。

本发明的工作原理将结合具体的实施例进行分析，在此不赘述，本发明的有益效果如下：

1、本发明只需要保证各级变压器的匝比一致，无需输入电压检测电路，即可实现开关电源的输入均压；

2、本发明各级输入电路的开关管同时导通只需控制各级输入电路开关管驱动信号同步即可，不限制开关电源的升降压控制策略，因此可以实现较大范围的输入电压供电。

附图说明

图1是现有技术一的串联开关电源输入均压电路；

图2是现有技术二的串联开关电源输入均压技术；

图3是现有技术三的串联开关电源输入均压电路；

图4是本发明开关电源的串联输入系统的均压控制电路图；

图5是本发明两级开关电源的串联输入系统的均压控制电路图。

具体实施方式

具体实施例

如图4所示，为本发明开关电源的串联输入系统的均压控制电路图，包括两级以上的输入电路所构成的串联输入系统、两级以上的变压器和一个输出电路，输出电路并联有两级以上的输出绕组，输出绕组的同名端与同名端互相连接，异名端与异名端互相连接。

如图5所示，为本实施例两级开关电源的串联输入系统的均压控制电路图，包括输入电路101和输入电路102构成的串联输入系统、变压器t1、变压器t2以及输出电路103，输入电路101包括输入电容c1、输入绕组n1和开关管q1，输入电路102包括输入电容c2、输入绕组n2和开关管q2，输入电路101的正端分别连接电容c1一端和输入绕组n1的异名端，输入绕组n1的同名端连接开关管q1的漏极，开关管q1的源极连接电容c1的另一端和输入电路101的负端，输入电路101的负端连接输入电路102的正端，输入电路102的正端分别连接电路c2的一端和输入绕组n2的异名端，输入绕组n2的同名端连接开关管q2的漏极，开关管q2的源极连接电容c2的另一端和输入电路102的负端。输入电路101的正端连接开关电源输入正端vg，输入电路102的负端连接开关电源输入地。

输出电路103并联有两级输出绕组，分别为输出绕组n11和输出绕组n21，输出电路103还包括二极管d1和电容co，输出绕组n11的同名端与输出绕组n21的同名端连接，其连接点再与二极管d1的阳极连接，二极管d1的阴极连接电容co的一端和输出电路103的正端，输出绕组n11的异名端与输出绕组n21的异名端连接，其连接点再连接电容co的另一端和输出电路103的负端。

变压器t1的输入绕组n1与输出绕组n11的匝比和变压器t2的输入绕组n2与输出绕组n21的匝比保持一致，在本实施例中为了方便说明，选取变压器t1和变压器t2的匝比皆为1:1。

本实施例电路的工作原理为：

当开关管q1和开关管q2导通时，电容c1给变压器t1的输入绕组n1激磁并储能，电容c2给变压器t2的输入绕组n2激磁并储能；当开关管q1和开关管q2关断时，变压器t1和变压器t2储能的能量通过输出绕组n11和输出绕组n21释放，并以电流的形式通过二极管d1给电容co充电。

当开关管q1导通时，电容c1两端的电压等于变压器t1输入绕组n1的电压v1，由于变压器t1的匝比为1:1，因此电压v1等于变压器t1输出绕组n11的电压vo；当开关管q2导通时，电容c2两端的电压等于变压器t2输入绕组n2的电压v2，由于变压器t2的匝比为1:1，因此电压v2等于变压器t2输出绕组n21的电压vo。

当开关管q1和开关管q2同时导通时，电容c1和电容c2的电压均等于电压vo，因此两个电容两端的电压相等，而电容c1和电压c2的电压就是输入电路101和输入电路102的输入电压，因此只要开关管q1和开关管q2同时导通，输入电路101和输入电路102的输入电压就能自动实现均压。

实际电路存在线路阻抗，变压器也存在漏感，因此如果电容c1和电容c2的电压出现偏差，开关管q1和开关管q2同时导通时并不能马上实现均压，这时电容偏差的电压差δu会加载在线路电阻和漏感上。由于开关电源线路电阻和漏感一般很小，因此输入电路的开关管的同时导通时间为500ns就能实现输入电压均压。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。