[發明專利]直流電源異步并聯數字控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310420774.5
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103631177A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 杜貴平;何莉丹
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及工業用大功率直流開關電源，具體涉及直流電源異步并聯數字控制系統及其控制方法。

背景技術

目前，在許多行業中，各種大功率電源的需求日益增加，尤其是一些大功率直流電源的需求。但是，直流電源模塊容量有限，常采用多模塊并聯運行，其輸出能量是模塊輸出的數倍，提高了直流電源的功率等級，同時多模塊并聯工作使系統具有一定的冗余度，模塊故障不會影響這個系統的正常工作，使整個系統的可靠性有了很大提高。多模塊并聯運行不僅使直流電源具有更大的功率和可靠性，而且還具有良好的通用性，可以根據需要靈活組合成各種功率的系統。不過目前多模塊并聯運行的大部分大功率直流電源都采用恒流硬并聯工作模式，難以實現模塊電源的異步有序工作，致使輸出波形疊加，輸出電壓或者電流尖峰較高，難以滿足精密加工需求。

發明內容

為了解決現行大功率直流電源并聯工作的問題，提出了直流電源異步并聯數字控制系統及其控制方法。本發明的直流電源異步并聯數字控制系統可根據需要實現多直流電源模塊的異步有序工作，真實控制并聯的輸出波形，快速實現電源系統的恒壓、恒流或恒功率控制；具有工藝簡單、布線極少、利于檢修等優點；其控制方法采用數字化控制，操作簡單，控制可靠，在恒電壓模式時系統動態性能大大提高，可直接應用于數字化直流電源并聯系統中。

本發明是通過下述方案予以實現的：

直流電源異步并聯數字控制系統，包括監控系統和N?臺直流電源模塊，N≥2；所述監控系統包括DSP控制電路、串行通信電路、人機交互設備、異步控制電路及反饋電路；所述DSP控制電路分別與串行通信電路、人機交互設備、異步控制電路及反饋電路連接；所述串行通信電路用于實現DSP控制電路與N臺直流電源模塊之間的通信；所述人機交互設備用于設置和顯示N?臺直流電源模塊的輸出參數；所述異步控制電路在每個直流電源模塊的PWM控制周期給相應的直流電源模塊發出間隔均勻的同步信號，所述反饋電路用來反饋每一臺直流電源模塊的工作電流及輸出電壓。

所述的每個直流電源模塊均包括主功率電路、控制電路、串行通信接口單元及輸出反饋電路；所述控制電路分別與主功率電路、串行通信接口單元及輸出反饋電路連接，控制電路可以選用TI2000系列DSP，用于控制直流電源模塊的功能及功率輸出控制；主功率電路包括順次連接的三相整流濾波電路、高頻逆變電路和輸出整流濾波電路，三相整流濾波電路輸入端與三相電源連接，輸出整流濾波電路輸出端與負載連接；輸出反饋電路與輸出整流濾波電路連接，且還與監控系統中的反饋電路連接。

所述監控系統的串行通信電路包括RS485及CAN通訊電路；所述RS485通訊電路連接到每一臺直流電源模塊，用來傳輸直流電源模塊的運行信息（包括直流電源模塊的輸出電流、輸出電壓）；CAN通訊電路也連接到每一臺直流電源模塊，用來傳輸監控系統到直流電源模塊的控制信息（包括監控系統給N臺直流電源模塊的啟動控制、輸出狀態及幅值控制等信息）。

所述監控系統的異步控制電路由多路光耦輸出組成，其光耦可以優先選擇高速光耦，例如6N137及6N136；異步控制電路由DSP控制電路中的DSP的PWM信號作為信號源，產生多路同頻異相的PWM信號輸出，通過異步控制電路輸出到每個直流電源模塊，控制每個直流電源模塊PWM控制周期，使每個直流電源模塊相互之間同頻異相工作。

所述監控系統的反饋電路由直流電源模塊的輸出電流反饋電路及輸出電壓反饋電路組成，N臺直流電源模塊反饋電路反饋每一臺直流電源模塊的實際工作電流及電壓，直流電源模塊的電流反饋電路及輸出電壓反饋電路優先選擇線性光耦，可采用HCPL7840或者HCNR200等器件完成。

每個直流電源模塊的控制電路采用DSP芯片，所述直流電源模塊由DSP芯片控制，DSP芯片具有PWM同步信號輸入引腳，輸入引腳通過光電耦合器連接到監控系統的異步控制電路。作為優選，?DSP控制電路采用TI2000系列的DSP芯片，其具有16路模擬信號輸入可以滿足N臺直流電源模塊的電流信號反饋；并具有12-16路PWM信號輸出，可以方便的實現異步信號輸出。