分布式数控电源同步组网系统技术方案

本发明专利技术属于电源技术领域，涉及分布式数控电源同步组网系统，包括若干个电源模块；若干个电源模块中包含一个工作在主设备模式的主电源模块与若干个工作在从设备模式的从电源模块；主电源模块与各个从电源模块通过菊花链结构同步连接；主电源模块生成移相同步时钟信号，并发送至从电源模块。本发明专利技术利用菊花链结构对多个电源模块进行同步，控制器设置移相器，从电源模块通过将接收到的同步时钟信号移相后中继至菊花链中的下一个从电源模块实现多个电源模块输出；在增加电流输出的同时减小输出电压上的纹波；使用分布式数字控制的方法，增加电源输出网络灵活性，最大化电源间同步及组网能力，提高电源间开关信号同步能力，节约了控制成本。节约了控制成本。节约了控制成本。

【技术实现步骤摘要】
分布式数控电源同步组网系统


[0001]本专利技术涉及电源
，具体而言，涉及分布式数控电源同步组网系统。

技术介绍

[0002]为了应对日益增加的供电需求，除了使用较高功率的元器件外，还可以通过电源并联的方法提高电源通过电流的上限，此方法的优点在于对元器件的功率要求较低，而且可通过多相交错输出的方法提高电源系统效率，同时减小输出端的电源纹波。使用多相交错输出的方法并联降压电源时对时序精度的要求较高，该方法通常需要使用特定电源芯片对不同电源通道的开关时序进行控制，或使用FPGA进行纯数字控制，在于在基于电源芯片的情况下，存在输出灵活性较差的问题，而在基于FPGA的情况下，则对FPGA的性能要求较高。申请号为2020227790442的中国专利公开了一种数控BUCK电路，能够实现输出电压的闭环控制，但是该方案存在使用MCU控制电源时序精度低、多个电源并联时因无法同步而无法用于多相交错输出导致的组网能力弱的问题。申请号为2022106045301的中国专利公开了一种多电源组网方式，但是该分布式电源没有同步链路，无法通过并联的方式减少输出纹波，而且通信网络会随电源通道数量的增加而变得相当复杂；例如上述专利中3个电源需要3条通信链路，4个电源需要6条，n个电源则需要(n
‑
1)*n/2条，在各分布式电源的控制器之间建立分布式通信网络较为复杂，电源之间的同步能力差。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了分布式数控电源同步组网系统，包括若干个电源模块；
[0004]若干个所述电源模块中包含一个工作在主设备模式的主电源模块与若干个工作在从设备模式的从电源模块；所述主电源模块与各个所述从电源模块通过菊花链结构同步连接，且各个所述电源模块并联；
[0005]所述主电源模块生成移相同步时钟信号，并发送至所述从电源模块；
[0006]各个所述电源模块均设置有控制器与电源变换电路；所述控制器的输出端与所述电源变换电路的输入端电连接；
[0007]各个所述电源模块的所述控制器设置有移相器；各个所述电源模块的所述控制器之间移相同步时钟信号连接。
[0008]本专利技术的有益效果是：
[0009]本专利技术利用菊花链结构对多个电源模块进行同步，在增加电流输出的同时减小了输出电压上的纹波；对比传统的并联电源方案，本专利技术使用了分布式数字控制的方法，增加了电源输出网络的灵活性，同时最大化了多个电源间的同步及组网能力，降低了多相并联电源的复杂度，提高了多个电源间开关信号的同步能力，大大减少了电源工程师在设计大规模电源时的重复工作量，节约了控制成本；
[0010]当电源模块处于主设备模式时，电源模块通过方波发生器产生并输出一个同步时
钟信号；自发产生的同步时钟与主设备输出的PWM信号同相，此同步时钟可通过移相器产生最多具有180
°
相位差的移相同步时钟输出信号，当电源模块处于从设备模式时，该电源模块的控制及计时器的重置将被同步至其接收到的移相同步时钟的上升沿；
[0011]单个电源模块包括控制器与电源变换电路，若干个电源模块并联，输出电流为所有电源模块的输出电流之和，由于其等效控制频率和等效反馈采样率均大于单个电源模块，其纹波特性和动态响应速度均优于单个电源输出；各个电源模块的控制器同步信号连接，有利于减小输出电压上的纹波。
[0012]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0013]进一步，所述控制器包括反馈采样器、PI控制器与PWM发生器；
[0014]所述反馈采样器内设置有时钟发生器；所述反馈采样器与所述PI控制器的输入端电信号连接；所述PI控制器的输出端与所述PWM发生器电信号连接；
[0015]所述PI控制器产生用于时序同步的触发信号；在所述电源模块处于主设备模式下，由所述PI控制器产生的所述触发信号作为重置信号；在所述电源模块处于从设备模式下，外部输入的移相同步时钟信号作为所述重置信号；
[0016]所述主电源模块的所述PWM发生器根据所述触发信号重置计时器；所述PWM发生器生成周期结束信号并反馈至所述PI控制器。
[0017]进一步，所述PI控制器包括反馈信号选择器、比例积分调节器与输出限制器；所述反馈信号选择器通过所述比例积分调节器与所述输出限制器电信号连接；
[0018]所述反馈信号选择器，用于根据采集的电流信号与电压信号计算本周期的输出电流误差与输出电压误差，并根据本周期的所述输出电流误差与所述输出电压误差选择下一周期的输出模式为电流源模式或者电压源模式；
[0019]所述比例积分调节器，用于根据所述输出电流误差与所述输出电压误差生成比例系数与积分系数，并利用所述比例系数与所述积分系数对所述电流信号与所述电压信号进行逐周期比例积分调节；
[0020]所述输出限制器，用于限制输出PWM信号的脉冲宽度。
[0021]进一步，所述PWM发生器包括触发选择器、计时器、目标寄存器、相位寄存器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、第四比较器与时钟同步SR触发器；
[0022]所述触发选择器接收移相同步时钟输入信号与触发信号，输出所述重置信号至所述计时器；
[0023]所述目标寄存器用于接收所述PWM信号并将所述PWM信号与所述计时器的输出信号进行比较，输出目标PWM信号；
[0024]所述计时器的输出信号与所述相位寄存器的输出信号经过所述第二比较器比较后输入至所述SR触发器的第一输入端；
[0025]所述计时器的输出信号与所述相位寄存器的输出信号经过所述第三比较器后输入至所述SR触发器的第二输入端；
[0026]所述计时器的输出信号到达第三比较器后输出所述周期结束信号；
[0027]所述SR触发器输出所述移相同步时钟信号。
[0028]进一步，各个所述电源模块的输出端电连接，且各个所述电源模块的所述控制器移相同步时钟信号连接，得到多个所述电源模块同步并联的等效电源电路。
[0029]进一步，所述电源变换电路的输出端还设置有变压器；若干个并联的所述电源模块的所述电源变换电路的输出端连接所述变压器的一次侧的第一输入端，若干个所述电源模块的所述电源变换电路的输出端连接所述变压器的一次侧的第二输入端；各个所述电源模块的所述控制器通过通信总线连接；所述电源变换电路包括BUCK电路；各个所述BUCK电路在所述变压器的一次侧组成逆变电路。
[0030]进一步，所述BUCK电路包括开关管驱动电路、开关管电路与输出滤波电路；所述控制器的输出端通过所述开关管驱动电路与所述开关管电路的输入端电信号连接；所述开关管电路的输出端通过所述输出滤波电路与所述变压器的一次侧输入端电连接。
[0031]进一步，各个所述电源模块的所述控制器连接有上位机；各个控制器通过通信总线与上位机通信连接。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例提供的分布式数控电源同步组网系统的系统框图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.分布式数控电源同步组网系统，其特征在于，包括若干个电源模块；若干个所述电源模块中包含一个工作在主设备模式的主电源模块与若干个工作在从设备模式的从电源模块；所述主电源模块与各个所述从电源模块通过菊花链结构同步连接，且各个所述电源模块并联；所述主电源模块生成移相同步时钟信号，并发送至所述从电源模块；各个所述电源模块均设置有控制器与电源变换电路；所述控制器的输出端与所述电源变换电路的输入端电连接；各个所述电源模块的所述控制器设置有移相器；各个所述电源模块的所述控制器之间移相同步时钟信号连接。2.根据权利要求1所述分布式数控电源同步组网系统，其特征在于，所述控制器包括反馈采样器、PI控制器与PWM发生器；所述反馈采样器内设置有时钟发生器；所述反馈采样器与所述PI控制器的输入端电信号连接；所述PI控制器的输出端与所述PWM发生器电信号连接；所述PWM发生器的输出端与所述移相器电信号连接；所述PI控制器产生用于时序同步的触发信号；在所述电源模块处于主设备模式下，由所述PI控制器产生的所述触发信号作为重置信号；在所述电源模块处于从设备模式下，外部输入的移相同步时钟信号作为所述重置信号；所述主电源模块的所述PWM发生器根据所述触发信号重置计时器；所述PWM发生器生成周期结束信号并反馈至所述PI控制器。3.根据权利要求2所述分布式数控电源同步组网系统，其特征在于，所述PI控制器包括反馈信号选择器、比例积分调节器与输出限制器；所述反馈信号选择器通过所述比例积分调节器与所述输出限制器电信号连接；所述反馈信号选择器，用于根据采集的电流信号与电压信号计算本周期的输出电流误差与输出电压误差，并根据本周期的所述输出电流误差与所述输出电压误差选择下一周期的输出模式为电流源模式或者电压源模式；所述比例积分调节器，用于根据所述输出电流误差与所述输出电压误差生成比例系数与积分系数，并利用所述比例系数与所述积分系数对所述电流信号与所述电压信号进行逐周期比例积分调节；所述输出限制器，用于限制输出PWM信号的脉冲宽度。4.根据权利要求2所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：高可，
申请(专利权)人：高可，
类型：发明
国别省市：