直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法，直流電源異步并聯(lián)控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)和N臺(tái)直流電源模塊，N≥2；所述監(jiān)控系統(tǒng)包括DSP控制電路、串行通信電路、人機(jī)交互設(shè)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(jī)交互設(shè)備、異步控制電路及反饋電路連接。本發(fā)明的直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)多電源模塊的異步有序工作，真實(shí)控制并聯(lián)的輸出波形，快速實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)；其控制方法采用數(shù)字化控制，操作簡單，控制可靠，在恒電壓模式時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能大大提高，可直接應(yīng)用于數(shù)字化直流電源并聯(lián)系統(tǒng)中。
【專利說明】直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)用大功率直流開關(guān)電源，具體涉及直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在許多行業(yè)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(lián)運(yùn)行，其輸出能量是模塊輸出的數(shù)倍，提高了直流電源的功率等級(jí)，同時(shí)多模塊并聯(lián)工作使系統(tǒng)具有一定的冗余度，模塊故障不會(huì)影響這個(gè)系統(tǒng)的正常工作，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。多模塊并聯(lián)運(yùn)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(jù)需要靈活組合成各種功率的系統(tǒng)。不過目前多模塊并聯(lián)運(yùn)行的大部分大功率直流電源都采用恒流硬并聯(lián)工作模式，難以實(shí)現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)行大功率直流電源并聯(lián)工作的問題，提出了直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)多直流電源模塊的異步有序工作，真實(shí)控制并聯(lián)的輸出波形，快速實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)；其控制方法采用數(shù)字化控制，操作簡單，控制可靠，在恒電壓模式時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能大大提高，可直接應(yīng)用于數(shù)字化直流電源并聯(lián)系統(tǒng)中。
[0004]本發(fā)明是通過下述方案予以實(shí)現(xiàn)的:
直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制 系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)和N臺(tái)直流電源模塊，N ^ 2 ;所述監(jiān)控系統(tǒng)包括DSP控制電路、串行通信電路、人機(jī)交互設(shè)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(jī)交互設(shè)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(shí)現(xiàn)DSP控制電路與N臺(tái)直流電源模塊之間的通信；所述人機(jī)交互設(shè)備用于設(shè)置和顯示N臺(tái)直流電源模塊的輸出參數(shù)；所述異步控制電路在每個(gè)直流電源模塊的PWM控制周期給相應(yīng)的直流電源模塊發(fā)出間隔均勻的同步信號(hào)，所述反饋電路用來反饋每一臺(tái)直流電源模塊的工作電流及輸出電壓。
[0005]所述的每個(gè)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(fù)載連接；輸出反饋電路與輸出整流濾波電路連接，且還與監(jiān)控系統(tǒng)中的反饋電路連接。
[0006]所述監(jiān)控系統(tǒng)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(tái)直流電源模塊，用來傳輸直流電源模塊的運(yùn)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(tái)直流電源模塊，用來傳輸監(jiān)控系統(tǒng)到直流電源模塊的控制信息(包括監(jiān)控系統(tǒng)給N臺(tái)直流電源模塊的啟動(dòng)控制、輸出狀態(tài)及幅值控制等信息)。
[0007]所述監(jiān)控系統(tǒng)的異步控制電路由多路光耦輸出組成，其光耦可以優(yōu)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(hào)作為信號(hào)源，產(chǎn)生多路同頻異相的PWM信號(hào)輸出，通過異步控制電路輸出到每個(gè)直流電源模塊，控制每個(gè)直流電源模塊PWM控制周期，使每個(gè)直流電源模塊相互之間同頻異相工作。
[0008]所述監(jiān)控系統(tǒng)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(tái)直流電源模塊反饋電路反饋每一臺(tái)直流電源模塊的實(shí)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(yōu)先選擇線性光耦，可采用HCPL7840或者HCNR200等器件完成。
[0009]每個(gè)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(hào)輸入引腳，輸入引腳通過光電耦合器連接到監(jiān)控系統(tǒng)的異步控制電路。作為優(yōu)選，DSP控制電路采用TI2000系列的DSP芯片，其具有16路模擬信號(hào)輸入可以滿足N臺(tái)直流電源模塊的電流信號(hào)反饋；并具有12-16路PWM信號(hào)輸出，可以方便的實(shí)現(xiàn)異步信號(hào)輸出。
[0010]所述直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其整體控制方法是:所述監(jiān)控系統(tǒng)通過串行通信電路的CAN總線發(fā)出系統(tǒng)上電命令，N臺(tái)直流電源模塊收到該CAN總線命令后，通過串行通信電路的RS485總線回復(fù)并注冊(cè)，所述監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)RS485總線得到每臺(tái)直流電源模塊的信息，并按接收到的直流電源模塊信息順序排列同步信號(hào)，通過異步控制電路控制每一臺(tái)直流電源模塊的PWM信號(hào)；為了使工作的直流電源模塊的PWM信號(hào)周期處于異步狀態(tài)，在啟動(dòng)工作后，通過DSP芯片采樣反饋電路反饋的直流電源模塊工作電流，求和得到系統(tǒng)的總工作電流，又采樣反饋電路反饋的系統(tǒng)的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒流、恒壓或恒功率控制，其系統(tǒng)的控制周期由DSP的模擬信號(hào)采集速度及CAN總線傳遞的命令的速度決定。優(yōu)選的TI2000系列的DSP芯片采集速度達(dá)到10M。CAN通訊速度達(dá)到1M，綜合考慮系統(tǒng)的控制頻率可以達(dá)到IOKHz以上，基本滿足現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用場合要求。
[0011]相對(duì)于現(xiàn)在的多模塊并聯(lián)直流電源及其控制方法，本發(fā)明的有益效果是:
1、很好的解決了多模塊并聯(lián)直流電源的無序控制模式。
[0012]2、多模塊并聯(lián)直流電源采用串行通信，工藝簡單，連接線少，便于生產(chǎn)檢修。
[0013]3、控制方法簡單可靠，系統(tǒng)控制周期極短，動(dòng)態(tài)性能大大提高，可直接應(yīng)用于數(shù)字化直流電源并聯(lián)系統(tǒng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是實(shí)施方式中的直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2是實(shí)施方式中的直流電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是實(shí)施方式中的異步信號(hào)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0017]以下結(jié)合具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1所示，為實(shí)施方式中的直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)及其控制方法結(jié)構(gòu)框圖，該直流電源異步并聯(lián)控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)101和N臺(tái)直流電源模塊102，N ^ 2 ；所述監(jiān)控系統(tǒng)101包括DSP控制電路、串行通信電路、人機(jī)交互設(shè)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(jī)交互設(shè)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(shí)現(xiàn)DSP控制電路與N臺(tái)直流電源模塊之間的通信；所述人機(jī)交互設(shè)備用于設(shè)置和顯示N臺(tái)直流電源模塊的輸出參數(shù)；所述異步控制電路在每個(gè)直流電源模塊的PWM控制周期給相應(yīng)的直流電源模塊發(fā)出間隔均勻的同步信號(hào)，所述反饋電路用來反饋每一臺(tái)直流電源模塊的工作電流及輸出電壓。
[0019]如圖2所示，為實(shí)施方式中的直流電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖，直流電源模塊均包括主功率電路103、控制電路104、輸出反饋電路105及串行通信接口單元106 ;所述控制電路104分別與主功率電路103、串行通信接口單元106及輸出反饋電路105連接，控制電路104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103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(fù)載連接；輸出反饋電路105還與輸出整流濾波電路連接，且還與監(jiān)控系統(tǒng)中的反饋電路連接。
[0020]所述監(jiān)控系統(tǒng)101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(tái)直流電源模塊，用來傳輸直流電源模塊的運(yùn)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(tái)直流電源模塊，用來傳輸監(jiān)控系統(tǒng)到直流電源模塊的控制信息(包括監(jiān)控系統(tǒng)給N臺(tái)直流電源模塊的啟動(dòng)控制、輸出狀態(tài)及幅值控制等信息)。
[0021]所述監(jiān)控系統(tǒng)101的異步控制電路由多路光耦輸出組成，其光耦可以優(yōu)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(hào)作為信號(hào)源，產(chǎn)生多路同頻異相的PWM信號(hào)輸出，如圖3所示，通過異步控制電路輸出到每個(gè)直流電源模塊，控制每個(gè)直流電源模塊PWM控制周期，使直流電源模塊相互之間同頻異相工作。
[0022]所述監(jiān)控系統(tǒng)101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，直流電源模塊反饋電路反饋每一臺(tái)直流電源模塊的實(shí)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(yōu)先選擇線性光耦，可采用HCPL7840或者HCNR200等器件完成。
[0023]所述監(jiān)控系統(tǒng)101的DSP控制電路的DSP芯片具有PWM同步信號(hào)輸入引腳，輸入引腳通過光電耦合器連接到監(jiān)控系統(tǒng)101的異步控制電路。作為優(yōu)選，DSP控制電路采用TI2000系列的DSP芯片，其具有16路模擬信號(hào)輸入可以滿足N臺(tái)直流電源模塊的電流信號(hào)反饋；并具有12-16路PWM信號(hào)輸出，可以方便的實(shí)現(xiàn)異步信號(hào)輸出。
[0024]所述直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控`制系統(tǒng)，其整體控制方法是:所述監(jiān)控系統(tǒng)101通過串行通信電路的CAN總線發(fā)出系統(tǒng)上電命令，N臺(tái)直流電源模塊102收到該CAN總線命令后，通過串行通信電路的RS485總線回復(fù)并注冊(cè)，所述監(jiān)控系統(tǒng)101根據(jù)RS485總線得到每臺(tái)直流電源模塊的信息，并按接收到的直流電源模塊信息順序排列同步信號(hào)，通過異步控制電路控制每一臺(tái)直流電源模塊的PWM信號(hào)；為了使工作的直流電源模塊的PWM信號(hào)周期處于異步狀態(tài)，在啟動(dòng)工作后，通過DSP芯片采樣反饋電路反饋的直流電源模塊工作電流，求和得到系統(tǒng)的總工作電流，又采樣反饋電路反饋的系統(tǒng)的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒流、恒壓或恒功率控制，其系統(tǒng)的控制周期由DSP的模擬信號(hào)采集速度及CAN總線傳遞的命令的速度決定。優(yōu)選的TI2000系列的DSP芯片采集速度達(dá)到10M。CAN通訊速度達(dá)到1M，綜合考慮系統(tǒng)的控制頻率可以達(dá)到IOKHz以上，基本滿足現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用場合要求。
[0025]本文中所描述的具體實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明精神的具體說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下對(duì)本具體實(shí)施例做出各種修改或補(bǔ)充或者采用類似的方式替代，但是這些改動(dòng)均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此本發(fā)明技術(shù)范圍不局限于上述實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:包括監(jiān)控系統(tǒng)和N臺(tái)直流電源模塊，N > 2 ;所述監(jiān)控系統(tǒng)包括DSP控制電路、串行通信電路、人機(jī)交互設(shè)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(jī)交互設(shè)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(shí)現(xiàn)DSP控制電路與N臺(tái)直流電源模塊之間的通信；所述人機(jī)交互設(shè)備用于設(shè)置和顯示N臺(tái)直流電源模塊的輸出參數(shù)；所述異步控制電路在每個(gè)直流電源模塊的PWM控制周期給相應(yīng)的直流電源模塊發(fā)出間隔均勻的同步信號(hào)，所述反饋電路用于反饋每一臺(tái)直流電源模塊的工作電流及輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:每個(gè)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；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(fù)載連接；輸出反饋電路與輸出整流濾波電路連接，且還與監(jiān)控系統(tǒng)中的反饋電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)控系統(tǒng)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(tái)直流電源模塊，用來傳輸直流電源模塊的運(yùn)行信息；CAN通訊電路也連接到每一臺(tái)直流電源模塊，用來傳輸監(jiān)控系統(tǒng)到直流電源模塊的控制信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)控系統(tǒng)的異步控制電路由多路光耦輸出組成；異步控制電路由DSP控制電路中的DSP的PWM信號(hào)作為信號(hào)源，產(chǎn)生多路同頻異相的PWM信號(hào)輸出，通過異步控制電路輸出到每個(gè)直流電源模塊，控制每個(gè)直流電源模塊PWM控制周期，使每個(gè)直流電源模塊相互之間同頻異相工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)控系統(tǒng)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，直流電源模塊反饋電路反饋每一臺(tái)直流電源模塊的實(shí)際工作電流及電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:每個(gè)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(hào)輸入引腳，輸入引腳通過光電耦合器連接到監(jiān)控系統(tǒng)的異步控制電路。
7.用于權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述直流電源異步并聯(lián)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述監(jiān)控系統(tǒng)通過串行通信電路的CAN總線發(fā)出系統(tǒng)上電命令，N臺(tái)直流電源模塊收到該CAN總線命令后，通過串行通信電路的RS485總線回復(fù)并注冊(cè)，所述監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)RS485總線得到每臺(tái)直流電源模塊的信息，并按接收到的直流電源模塊信息順序排列同步信號(hào)，通過異步控制電路控制每一臺(tái)直流電源模塊的PWM信號(hào)；為了使工作的直流電源模塊的PWM信號(hào)周期處于異步狀態(tài)，在啟動(dòng)工作后，通過DSP芯片采樣反饋電路反饋的直流電源模塊工作電流，得到系統(tǒng)的總工作電流，又采樣反饋電路反饋的系統(tǒng)的輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒流、恒壓或恒功率控制，系統(tǒng)的控制周期由DSP的模擬信號(hào)采集速度及CAN總線傳遞的命令的速度決定。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103631177SQ201310420774
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】杜貴平, 何莉丹 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)