一种输出电流自主分配的并联供电系统的制作方法
【专利摘要】一种输出电流自主分配的并联供电系统，包括第一降压模块、第二降压模块、控制器模块、用于调节输出电流的大小实现并联电路的输出电流比值任意配置的功率调节模块和用于检测负载的输出电流和电压值的功率检测模块；第一降压模块与功率调节模块连接，功率调节模块、第二降压模块分别与负载模块连接，功率检测模块的采集端与负载模块连接，功率检测模块的输出端与控制器模块连接；控制器模块的控制端分别与第一降压模块、第二降压模块连接；控制器模块包括用于通过调节第一降压模块和第二降压模块的PWM占空比以保证并联电路的输出电流比值稳定在设定值的电流自主分配并联电路控制器。本发明模块化和人性化设计、功能完备、适应性强。
【专利说明】
-种输出电流自主分配的并联供电系统
技术领域
[0001] 本发明设及一种并联供电系统，尤其设及的是一种输出电流自主分配的并联供电 系统。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于工业、医疗、军事、航空等领域， 设及到国民经济的各行各业。当然，各种电子装置对电源质量的要求越来越高，对电流的要 求也越来越严格，开关电源向更大功率方向发展。因此，研制各种各样的大功率、高性能的 开关电源成为趋势。然而，受到半导体功率器件、磁性材料等器件性能的影响，单个开关电 源模块的最大输出功率只有几千瓦，但实际应用中往往需用几百千瓦W上的开关电源为系 统供电。因此，大功率电源系统需要用若干台开关电源并联运行，W满足负载功率的要求。
[0003] 进而，较传统的单电源供电而言，并联电源具有可实现大容量、高效率、模块化、低 成本、可冗余配置等优点。但由于系统中参与并联各模块输出特性难W做到完全一致，将会 造成各模块不均流，进而导致整个并联系统不能正常工作，甚至损坏模块。
[0004] 在对并联电路的多数研究中，往往仅考虑均流的情况，在各种均流方法中，又W电 流型双闭环控制(包括主从均流技术、平均电流均流技术、自主均流技术等)最受关注。它外 环为电压环，内环为电流环，把所产生的电压误差信号注入电流环，调整电流误差信号达到 均流控制，从而获得较为理想的均流效果。而在实际的较多场合中，还设及多路并联电路输 出电流要求不一致的情形。因此，在并联均流技术的基础上，实现输出电流比值自主分配的 并联方案更具实际价值，可W赋予并联电路更多的灵活性和鲁棒性。
【发明内容】
[0005] 为了克服传统并联电路各路输出电流比值不可调节、电路分工不明确、缺乏人性 化和离线编程功能、适应性差的不足，本发明提供一种模块化和人性化设计、功能完备、适 应性强的输出电流自主分配的并联供电系统。
[0006] 为了解决上述技术问题提供的技术方案为：
[0007] -种输出电流自主分配的并联供电系统，包括第一降压模块、第二降压模块、控制 器模块、用于调节输出电流的大小实现并联电路的输出电流比值任意配置的功率调节模块 和用于检测负载的输出电流和电压值的功率检测模块;所述第一降压模块与功率调节模块 连接，所述功率调节模块、第二降压模块分别与负载模块连接，所述功率检测模块的采集端 与所述负载模块连接，所述功率检测模块的输出端与所述控制器模块连接;所述控制器模 块的控制端分别与第一降压模块、第二降压模块连接;所述控制器模块包括用于通过调节 一降压模块和第二降压模块的PWM占空比W保证并联电路的输出电流比值稳定在设定值的 电流自主分配并联电路控制器。
[000引进一步，所述系统还包括辅助电源模块，所述控制器模块、功率检测模块均与所述 辅助电源模块连接。
[0009] 再进一步，所述系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块分别与所述控制模 块、辅助电源模块连接。
[0010] 更进一步，所述人机交互模块包括按键外部设定子模块和液晶实时显示子模块。
[0011] 本发明的有益效果主要表现在:模块化和人性化设计，功能完备，适应性和鲁棒性 强。
【附图说明】
[0012] 图1为输出电流自主分配的并联供电系统的系统组成框图。
[0013] 图2为输出电流自主分配的并联供电系统的电路连线示意图。
[0014] 图3为输出电流自主分配的并联供电系统的控制器框图。
[0015] 图4为输出电流自主分配的并联供电系统的控制模块流程图，其中，（a)为控制主 程序的流程，（b)所示为定时器中断服务程序的流程。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0017] 参照图1~图4,一种输出电流自主分配的并联供电系统，包括第一降压模块1、第 二降压模块2、功率调节模块3、负载模块4、功率检测模块5、控制器模块6、人机交互模块7和 辅助电源模块8;所述第一降压模块与功率调节模块连接，所述功率调节模块、第二降压模 块分别与负载模块连接，所述功率检测模块的采集端与所述负载模块连接，所述功率检测 模块的输出端与所述控制器模块连接;所述控制器模块的控制端分别与第一降压模块、第 二降压模块连接;所述控制器模块包括用于通过调节第一降压模块和第二降压模块的PWM 占空比W保证并联电路的输出电流比值稳定在设定值的电流自主分配并联电路控制器。
[0018] 所述辅助电源模块为功率检测模块、控制器模块和人机交互模块提供稳定的电压 供应;所述第一降压模块、第二降压模块、功率调节模块、负载模块依次连接形成并联供电 系统的主电路;所述功率调节模块通过调节输出电流的大小，实现并联电路的输出电流比 值任意配置;所述功率检测模块用于采集输出电流、电压值，并经过双级放大，把电流、电压 值传递给控制器模块;所述控制器模块通过计算输出电压电流的值，并通过调节并联电路 降压电路的PWM占空比，W此保证并联电路的输出电流比值稳定在某一特定值;所述人机交 互模块包括按键外部设定子模块和液晶实时显示子模块两部分，该模块可W实现离线编程 功能。
[0019] 所述辅助电源模块可W输出立路独立的3.3V电源，一路3.3V电源保证控制器正常 工作;一路3.3V电源保证功率检测电路正常工作;另一路3.3V电源为人机交互模块供电。
[0020] 所述第一降压模块和第二降压模块的电感以取值为80化H，电容Ci取值为2200iiF， MOS管Mi的型号为：IRF3205，肖特基二极管型号为：IN5822，i = 1，2。
[0021] 所述功率调整模块由5个阻值均为1 Q的水泥电阻并联而成，功率值均为5W。
[0022] 所述负载模块由功率值为300W的滑动变阻器和若干个功率在为IOOW黄金侣壳电 阻组成。
[0023 ] 所述功率检测模块分为电压检测电路和电流电测电路两部分，电压检测电路主要 由一个IOKQ的固定电阻和一个最大电阻值为IOOKQ的滑动变阻器组成。电压检测电路分 成两部分，第一部分为电流采集与转换电路：由型号为INA2128的轨对轨运放和阻值为0.01 Q的康铜丝组成，把电流信号转化成电压信息化;第二部分为电压值放大电路:采用的运放 型号为:〇P〇7,通过放大电路把电压信号化进一步放大，W提升采样的精度。
[0024] 所述控制器模块的16位单片机型号为:MSP430F149。
[0025] 所述人机交互模块由按键外部设定模块和液晶显示模块共同组成。在离线环境 下，按键设定模块可W根据实际需要调整谐振频率的大小，从而大大提升了系统的适应性。
[0026] 图2为本发明的电路连线示意图，图中给出了各个模块的电路连接情况。图3为本 发明的控制器框图，图中详细介绍了整个电路的控制过程。并联电路控制器通过电流检测 电路和电压检测电路分别采集上路输出电压Vsvl、下路输出电压Vsv2、上路输出电流Vsil、下 路输出电流Vsi2的信号，经处理输出Vgvi、Vgv2、Vgii和Vgi2,由MSP430F149根据Vgvi、Vgv2、Vgii和 Vgi2的值产生MOS管11、12的控制信号￥。81、￥。82，105管驱动单元将控制信号￥。81、￥。82转换成版)8 管化、M2的驱动信号Vgi、Vg2,驱动信号Vgi、Vg迫接控制MOS管Mi、M2的开关工作状态。并联电路 控制器采用双环控制算法，通过改变MOS管Mi、M2的占空比来控制输出电压与输出电流的大 小，进而，根据外界需要任意改变两路Buck电流的输出电流比值，并保证供电效率不低于 60%。同时，整个系统具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阀值电流为4.5A。
[0027] 图4(a)为本发明的控制主程序的流程图。主程序首先进行液晶初始化，并初始化 端口 P2.3和P2.4，使控制器能输出2路PWM波;接着配置端口 P6.1、P6.2、P6.3和P6.4用作A/D 采样通道;然后进行ADC中断配置，使能ADC中断;最后主程序进入循环，等待ADC中断。
[0028] 图4(b)所示为定时器中断服务程序的流程图。进入ADC中断服务程序后，先关断 ADC中断，然后保存上路输出电压的采样值^_0ut_dy，下路输出电压的采样值DownJXit_ dy，上路输出电流的采样值Up_0ut_dl，下路输出电流的采样值Down_0ut_dl，再进行数据的 处理，计算公式如（2-1)至（2-4)所示。当输出电流大于4A时，贝化Oiint加1，否则Count清零。 当Count大于100时，贝化Oimt清零，把全部参数清零，进入过流保护功能。否则，根据设定的 比例，对输出电流进行增量式PID调节，使上路和下路的输出电流之比为期望的比值。最后， 使能ADC中断，中断返回。
[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为上路输出电压的采样值，3.3为A/D 口输入允许的最大电 压值(其对应的12位A/D转换数字量为4095.0)，^_0ut_dy_moni为经过折算后的上路实际 输出电压值。
[0034] 式（2-2)中，0〇側_011*_(17为下路输出电压的采样值，3.3为4/0口输入允许的最大 电压值(其对应的12位A/D转换数字量为4095.0)，Down_0ut_dy_moni为经过折算后的下路 实际输出电压值。
[0035] 式(2-3)中，Up_0ut_dl为上路输出电流的采样值，3.3为A/D 口输入允许的最大电 压值(其对应的12位A/D转换数字量为4095.0)，^_0ut_dl_moni为经过折算后的上路实际 输出电流值。
[0036] 式（2-4)中，0〇側_011*_(11为下路输出电流的采样值，3.3为4/0口输入允许的最大 电压值(其对应的12位A/D转换数字量为4095.0)，Down_0ut_dl_moni为经过折算后的下路 实际输出电流值。
[0037]定时器中断服务程序中主要的变量如表1所示。
[00；3 引
[0039]
[0040] 表1。
【主权项】
1. 一种输出电流自主分配的并联供电系统，其特征在于:所述系统包括第一降压模块、 第二降压模块、控制器模块、用于调节输出电流的大小实现并联电路的输出电流比值任意 配置的功率调节模块和用于检测负载的输出电流和电压值的功率检测模块，所述第一降压 模块与功率调节模块连接，所述功率调节模块、第二降压模块分别与负载模块连接，所述功 率检测模块的采集端与所述负载模块连接，所述功率检测模块的输出端与所述控制器模块 连接;所述控制器模块的控制端分别与第一降压模块、第二降压模块连接;所述控制器模块 包括用于通过调节第一降压模块和第二降压模块的PWM占空比以保证并联电路的输出电流 比值稳定在设定值的电流自主分配并联电路控制器。2. 如权利要求1所述的输出电流自主分配的并联供电系统，其特征在于:所述系统还包 括辅助电源模块，所述控制器模块、功率检测模块均与所述辅助电源模块连接。3. 如权利要求1或2所述的输出电流自主分配的并联供电系统，其特征在于:所述系统 还包括人机交互模块，所述人机交互模块分别与所述控制模块、辅助电源模块连接。4. 如权利要求3所述的输出电流自主分配的并联供电系统，其特征在于:所述人机交互 丰旲块包括按键外部设定子t旲块和液晶实时显子t旲块。
【文档编号】H02J1/10GK105826916SQ201610151770
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】俞立, 何胜权, 陈俊, 张文安
【申请人】浙江工业大学