一种新型交直流电源并机环流抑制电路、系统及方法与流程

本发明涉及多台电源并机，具体涉及一种新型交直流电源并机环流抑制方法。

背景技术：

1、为了适用不同功率交直流电源应用场合，提高电源的灵活性和可扩展性，多台电源并机技术显得尤为重要。通过将多台电源设备输出能力相加，从而提高系统的总输出能力，用户也可根据负载需求减少或者增加电源设备，以适应不同规模和功率要求的应用。

2、为了提高交直流电源并机的可靠性，要求各电源之间的电流应力和热应力应当均匀分布，防止单台或者多台电源出现过流或者过载。如果不采取相应的并机均流技术，由于器件本身具有一定的差异性，造成电源工作于非理想状态，从而使得外特性较差的电源工作于轻载或者空载状态，而其他电源因承担更多的功率，从而增加电流应力和热应力，降低器件的寿命，从而降低并机系统的可靠性。现有并机均流控制的方法有下垂控制、主从控制、平均电流控制、最大电流自动均流法等。下垂控制方法属于一种开环控制，尤其在小电流时，电流分配特性较差，并且会牺牲一定电压调整率；主从控制克服了下垂控制的缺点，实现电压外环和电流内环的控制方法，均流精度有所提高，主机外环输出分别传给各台从机电源，作为从机控制信号，从而达到理论上输出电压的一致，实现多台电源并机的环流抑制，但是由于器件的差异性，输出电压不可能完全一致，导致各台之间一旦出现环流无法根据输出去进行相应调节,并且从机无电压外环，输出特性较软，导致输出波形抗干扰性差。平均电流法可以精确的实现均流，但是具体应用时会存在一些特殊问题，当其中一台电源的母线电压异常时，并将促使各个电源模块的母线电压下调，造成并机系统电源故障。最大电流自动均流法是指在并联电源系统中，各并联电源模块的输出通过一只二极管连接到均流母线，只有电流最大模块对应的二极管才能导通，因此，均流母线代表是最大电流信号，其余电源模块分别比较各自反馈信号与均流母线之间电源差异，调整各自输出电流达到均流，但是自动均流法存在主从模块不断切换问题，并存在输出低频震荡问题。

3、因此，研发一种抗干扰性强、均流效果好的交直流电源并机电路尤为重要。。

技术实现思路

1、本发明提供了一种新型交直流电源并机环流抑制电路，实现对并机环流的抑制，且电压输出波形稳定。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种交直流电源并机控制电路，包括均流电路、电压外环和电流内环，所述电流内环包括pd环节和滞后环节；

4、均流电路包括两个比例环节，输入为输出电流反馈信号iko和输出平均电流反馈信号ikio-bus，输出端与电压外环的输入端连接；

5、电压外环是比例放大电路，输入为给定信号ug、电压反馈信号uf和均流电路的输出信号，输出端连接滞后环节的输入端；

6、pd环节是微分电路，输入为电压反馈信号uf，输出连接滞后环节的输入；

7、滞后环节的输入为所述电压外环的输出ugi和所述pd环节的输出，滞后环节输出误差放大信号ucomp，用于控制电源功率模组。

8、具体的，电压外环包括电阻r1、r2、r3、r4和运算放大器op1，用于输出电压误差放大跟随，电阻r1左边连接给定信号ug，电阻r2的左边连接电压反馈信号uf，电阻r1、r2右边一同连接至op1的反相输入端，op1的同相输入端连接电阻r4后接地，电阻r3左边连接于op1的反相输入端和输出端之间；

9、pd环节包括电阻r5、r6、r7、r8、电容c1和运算放大器op2，电阻r5左边连接反馈信号uf，电阻r5右边连接op2的反相输入端，op2的同相输入端连接电阻r6后接地，电阻r7、r8串联接在op2的反相输入端和输出端之间，r7、r8的中间连接端接地；

10、滞后环节包括电阻r9、r10、r11、r12、r13，电容c2及运算放大器op3，所述电阻r9左边连接op2输出端，r9右边连接op3的反相输入端，电阻r10左边连接电压外环输出端，电阻r10右边连接op3反相输入端，电阻r13接在op3反相输入端和输出端之间，电阻12和电容c2串联后与电阻r13并联，op3的同相输入端连接电阻r11后接地；

11、均流电路包括电阻r14、r15、r16、r17、r18、r19、r20、r21、r22，开关s1、s2，运算放大器op4、op5，电阻r14、r15、r16、r17和op4组成一个比例环节，电阻r18、r19、r20、r21和op5组成另一个比例环节，电阻r14左边连接开关电流的反馈信号iko，电阻r14右边连接电阻r15的左边，电阻r15右边连接op4反相输入端，开关s1一端连接总线平均电流ikio-bus，另一端连接电阻r14和电阻r15的连接点，电阻r16连接在op4的反相输入端和输出端之间，op4的同相输入端连接电阻r17后接地；电阻r18左端连接开关电流的反馈信号iko，r18右端接op5反相输入端，电阻r19左端连接op4输出端，r19右边连接op反相输入端，op5的同相输入端连接电阻r20后接地，电阻r21连接在op5的反相输入端和输出端之间，电阻r22左端接op5输出端，右端连接开关s2左端，开关s2右端连接op1的反相输入端。

12、进一步的，电阻r15、r16、r18、r19的取值满足：

13、

14、本发明还提出一种交直流电源并机控制系统，包括一个电源或多个电源并机，每个电源包括一个或多个并联模组，每个模组包括上述交直流电源并机控制电路。

15、本发明还提出一种交直流电源并机控制方法，基于上述交直流电源并机控制系统实现，包括四种控制逻辑：

16、单机不并机模式：开关s2断开；

17、单机内并机模式：开关s1、s2、s3、s4均闭合；

18、外并机交流三相模式：开关s1、s2均闭合，开关s3、s4均断开；

19、外并机交直流单相模式：开关s1、s2、s3、s4均闭合。

20、为了简化控制逻辑，开关s1、s2受相同控制信号控制，开关s3、s4受相同控制信号控制，四种控制逻辑为：

21、单机不并机模式，开关s1、s2均断开，开关s3、s4均闭合；

22、单机内并机模式，开关s1、s2、s3、s4均闭合；

23、外并机交流三相模式，开关s1、s2均闭合，开关s3、s4均断开；

24、外并机交直流单相模式，开关s1、s2、s3、s4均闭合。

25、交直流电源单机不并机运行时，开关s2处于断开状态，均流电路被切除，不参与交直流电源的控制，给定交流或者直流信号ug同输出电压反馈uf信号进行比较，经过比例环节对误差放大，得到外环输出信号ugi，用于电流内环的给定量，电压外环反馈信号同时经过pd环节微分成电容电流的反馈信号，并与外环输出信号ugi进行比较，经过滞后环节产生误差放大信号ucomp，控制电源功率模组控制输出uo。

26、开关s1、s2、s3、s4闭合时，交直流电源内为单机内并机模式或外并机交直流单相模式，单机内并机模式用于实现交流并联单相输、或并联直流输出或交直流叠加并联输出，外并机交直流单相模式的并机模组为所有电源的模组，并机台数大于等于两台，用于实现多台电源外并机单相交流输出，并可叠加直流并机；

27、此时均流电路参与环路控制，输出平均电流经过比例环节后，同自身模组输出电流进行作差比较，得到模组间的环流误差，并将环流误差信号按照比例放大叠加到外环比较点，调节输出电压，进行环流抑制。

28、交直流电源外并机交流三相模式时，开关s1、s2闭合，开关s3、s4断开，实现多台电源外并机三相交流输出或多台电源外并机三相叠加直流模式输出，并联的各个模组为同一台电源的同一相，且并联模组大于等于两个，同一台电源内部不同模组工作相互不影响，此时均流电路参与环路控制，实现交流并联单相输、或并联直流输出或交直流叠加并联输出，输出平均电流经过比例环节后，同自身模组输出电流进行作差比较，得到模组间的环流误差，并将环流误差信号按照比例放大叠加到外环比较点，调节输出电压，进行环流抑制。

29、环流抑制原理如下：

30、当模组输出电流高于平均电流时，输出电流反馈信号iko和输出平均电流反馈信号ikio-bus作差得到负的误差信号，并将负误差信号叠加到外环比较点，方向和给定信号相同，与反馈电压方向相反，降低给定信号或者增大反馈量，降低误差信号，进而减小外环比例环节输出的误差信号ugi，内环基准信号减小，内环通过pd环节构造电容电流不变情况下，内环误差信号和滞后环节放大后的误差信号都相应减小，从而控制功率模组降低模组输出电压；

31、当模组输出电流低于平均电流时，输出电流反馈信号iko和输出平均电流反馈信号ikio-bus作差得到正的误差信号，并将正误差信号叠加到外环比较点，方向和给定信号相同，与反馈电压方向相反，增大给定信号或者减小反馈量，增大误差信号，进而增大外环比例环节输出的误差信号ugi，内环基准信号增大，内环通过pd环节构造电容电流不变情况下，内环误差信号和滞后环节放大后的误差信号都相应增大，从而控制功率模组增大模组输出电压。

32、本发明的优点在于：本发明所设计的交直流环流抑制电路，采用电压外环，输出电压构造电容内环的控制电路，引入输出环流调节电压外环的方式，实现对输出电压调节，且能够实现三相运行、并联单相运行、外并机三相运行、外并机单相运行，并机每种运行状态均可能够叠加直流，实现交直流并机。本发明能够达到对并机环流的抑制，且电压输出波形不易受到干扰，具有输出外特性硬、抗干扰性强、电压失真度低等优点。。