本發(fā)明涉及一種DC/DC變換器的控制方法，尤其涉及一種DC/DC變換器輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)的均壓控制方法。

背景技術(shù)：

輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(ISOS)連接的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輸入和輸出端均是高壓的功率變換，單模塊的電壓電流應(yīng)力成倍下降，解決因電壓等級(jí)高器件難以選型的問題。對(duì)于ISOS連接的方式，為達(dá)到系統(tǒng)均壓目的，已有的控制方法主要有同占空比控制方法，三環(huán)控制方法，交叉控制法，無中心控制器的控制方法等。

其中同占空比控制最為簡(jiǎn)單，利用拓?fù)涮匦阅軌蜃匀痪鶋?；三環(huán)控制法均壓的動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)特性最好，但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易實(shí)現(xiàn)；交叉控制法能夠從輸出端實(shí)現(xiàn)均壓控制，省去了輸入到輸出端的隔離；而無中心控制器的控制方法能夠完全實(shí)現(xiàn)模塊化，所有變換器直接ISOS連接即可實(shí)現(xiàn)均壓。

總結(jié)現(xiàn)有的幾種典型控制方式的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)這些控制方法在每一個(gè)功率變換要求下，都需要重新計(jì)算拓?fù)鋮?shù)，同時(shí)設(shè)計(jì)幾個(gè)環(huán)路的補(bǔ)償參數(shù)，一般有輸出電壓環(huán)，內(nèi)電流環(huán)，均壓環(huán)等。而通常每一種拓?fù)涞男⌒盘?hào)建模與環(huán)路補(bǔ)償計(jì)算都較為復(fù)雜。當(dāng)輸出電壓和電流需求有變化時(shí)，都要重復(fù)上述過程，不僅繁瑣而且增加了研發(fā)周期。而且這些控制方法中提出的均壓環(huán)路的帶寬一般都不會(huì)很高，也使整個(gè)串并聯(lián)組合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)輸出特性和均壓特性不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種作為輸出電壓恒定的DC/DC變換器進(jìn)行輸入端串聯(lián)連接輸出端串聯(lián)連接的均壓控制方法，能夠保證組成后的系統(tǒng)中各個(gè)子變換器之間平均分配輸入電壓與輸出電壓。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種DC/DC變換器輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)的均壓控制方法，所述方法包括：所述DC/DC變換器是輸出端穩(wěn)壓的電源模塊，每個(gè)電源模塊的輸入端并聯(lián)一個(gè)MOSFET和一個(gè)濾波電容；每個(gè)電源模塊的輸入端串聯(lián)后，再連接總輸入電壓V_in；每個(gè)電源模塊的輸出端串聯(lián)后，再連接負(fù)載電阻R_load；同時(shí)，每個(gè)電源模塊具有一個(gè)輸入均壓環(huán)，均壓環(huán)的輸入電壓是電源模塊的輸入電壓，均壓環(huán)的參考電壓是總輸入電壓的平均值v_in/N，N為電源模塊的個(gè)數(shù)；均壓環(huán)產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓V_g1，V_g2直接控制MOSFET工作在線性區(qū)，調(diào)整N個(gè)模塊的平均運(yùn)行。

進(jìn)一步地，每個(gè)均壓環(huán)在運(yùn)行時(shí)是正反饋運(yùn)行的，即參考電壓從反相端輸入，每個(gè)模塊的輸入電壓從同相端輸入。

進(jìn)一步地，所述DC/DC變換器的效率應(yīng)盡量相近。

進(jìn)一步地，DC/DC變換器等效為一個(gè)負(fù)阻抗，所述負(fù)阻抗的值根據(jù)輸出功率和輸入電壓計(jì)算出來，只要具有輸出電壓恒定的特性的DC/DC變換器均能采用所述方法進(jìn)行擴(kuò)展。

進(jìn)一步地，所述方法僅需要根據(jù)模型設(shè)計(jì)均壓環(huán)補(bǔ)償器即可，沒有額外繁瑣的計(jì)算過程。

進(jìn)一步地，所述方法應(yīng)用于通信、醫(yī)療、航天器的電源中。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的控制方法能夠快速的將市售的穩(wěn)壓電源模塊輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)組合起來。每個(gè)模塊輸入端并聯(lián)一個(gè)MOSFET，通過均壓環(huán)控制每個(gè)MOSFET工作在線性區(qū)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊平均運(yùn)行。本發(fā)明的方法能將市售的電源模塊作為一個(gè)器件，按照不同的電壓需求隨意進(jìn)行組合。比較傳統(tǒng)的均壓控制方法，本發(fā)明的方法省去繁瑣的重復(fù)計(jì)算的過程，方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。而且均壓環(huán)的控制對(duì)象是工作在線性區(qū)的MOSFET，帶寬可以做到很高，具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的均壓控制方法的原理圖；

圖2是兩個(gè)模塊構(gòu)成的ISOS系統(tǒng)的小信號(hào)模型示意圖；

圖3是本發(fā)明的均壓控制方法的控制框圖。

具體實(shí)施方案

下面通過具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

對(duì)于一個(gè)特定的功率變換場(chǎng)合，本發(fā)明提出的均壓控制方法，能夠快速組合已有的電源模塊。將一組相同的或者不同的市售輸出穩(wěn)壓的DC/DC變換器(或一個(gè)穩(wěn)壓系統(tǒng))隨意進(jìn)行ISOS組合，滿足所需電壓變換。將電源模塊作為一個(gè)功率器件，根據(jù)輸出端需要滿足的動(dòng)態(tài)指標(biāo)、效率指標(biāo)進(jìn)行選購(gòu)，無需搭建拓?fù)浞磸?fù)調(diào)試輸出特性。大大縮短了ISOS系統(tǒng)的開發(fā)周期。

本發(fā)明提出的均壓控制方法原理示意圖如附圖1所示。附圖1中DC/DC變換器是輸出端穩(wěn)壓的電源模塊，每個(gè)電源模塊的輸入端并聯(lián)一個(gè)MOSFET和一個(gè)濾波電容。每個(gè)電源模塊的輸入端串聯(lián)后，再連接總輸入電壓V_in；每個(gè)電源模塊的輸出端串聯(lián)后，再連接負(fù)載電阻R_load。同時(shí)每個(gè)電源模塊具有一個(gè)輸入均壓環(huán)，均壓環(huán)的輸入電壓是v_in1(v_in2)，均壓環(huán)的參考電壓是總輸入電壓的平均值v_in/N，N為電源模塊的個(gè)數(shù)。均壓環(huán)產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓V_g1，V_g2直接控制MOSFET工作在線性區(qū)，調(diào)整兩個(gè)模塊的平均運(yùn)行。其中，每個(gè)均壓環(huán)在運(yùn)行時(shí)是正反饋運(yùn)行的。也就是參考電壓在從反相端，采樣的每個(gè)模塊的輸入電壓在同相端。這是因?yàn)榫鶋涵h(huán)主拓?fù)渲幸呀?jīng)有了反相的功能，控制環(huán)路中無需再添加反相環(huán)節(jié)，即構(gòu)成負(fù)反饋。也就是驅(qū)動(dòng)電壓V_g1越高，V_in1越小，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電壓越高，MOSFET上電流越大，總輸入電流不變，那么電容上電流越小，輸入電壓就減小了。例如，當(dāng)模塊1的輸入電壓V_in1增加，控制電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓V_g1增加，那么MOSFET上的電流增加，輸入電容C_in1上的電流減小，V_in1進(jìn)而減小，系統(tǒng)回到穩(wěn)態(tài)。

下面分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。假設(shè)采購(gòu)的DC/DC變換器的額定輸出電壓相等，輸出端串聯(lián)連接使輸出電流也相等，那么所有模塊的輸出功率是相等的。

P_o1＝P_o2＝P_o (1)

一般的變換器輸出電壓的誤差很小，所以實(shí)際情況中各個(gè)模塊的輸出功率也是幾乎相等的。模塊的效率分別為η₁，η₂，折算到輸入端后各自輸入功率各不相同。

而輸入均壓環(huán)的控制令所有模塊的輸入電壓相等，串聯(lián)連接使輸入電流也相等，所有均壓環(huán)的控制其實(shí)是限定了所有模塊輸入功率相等P_in1＝P_in2＝P_in。而每一個(gè)DC/DC變換器輸入功率的差異將由并聯(lián)的MOSFET調(diào)整。所以穩(wěn)態(tài)時(shí)每個(gè)模塊輸入端MOSFET上的功率如下式所示。

P_M1＝P_in-P₁,P_M2＝P_in-P₂ (3)

MOSFET的功耗一定是正值，所以，閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)，效率最低的DC/DC變換器(假設(shè)是模塊2)折算到輸入端的功率最大，那么P_in＝P₂。模塊2的輸入MOSFET將不導(dǎo)通，不損耗功率。最終ISOS系統(tǒng)的效率等于DC/DC變換器中效率最低的模塊。所以為了保證系統(tǒng)效率，所選擇的一組DC/DC變換器的效率應(yīng)盡量相近。

附圖2是兩個(gè)模塊構(gòu)成的ISOS系統(tǒng)的小信號(hào)模型，DC/DC變換器在運(yùn)行時(shí)，輸出端是恒功率的，因此可以將每個(gè)采購(gòu)的DC/DC變換器等效為一個(gè)負(fù)阻抗-R_neg1，-R_neg2。這一負(fù)阻抗的值可以根據(jù)輸出功率和輸入電壓計(jì)算出來，而模塊內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以是未知的。所以，附圖2中的DC/DC變換器可以是一組輸出電壓不相同的模塊，也可以是一個(gè)穩(wěn)壓的系統(tǒng)，只要具有輸出電壓恒定的特性均可以采用本發(fā)明提出的方法進(jìn)行擴(kuò)展。相應(yīng)的輸入均壓環(huán)的參考電壓也按照對(duì)應(yīng)的輸出功率進(jìn)行變化。這樣提出的控制方法僅需要根據(jù)模型設(shè)計(jì)均壓環(huán)補(bǔ)償器即可，沒有額外繁瑣的計(jì)算過程。

附圖3是本發(fā)明的均壓控制方法的控制框圖，每個(gè)模塊均壓環(huán)的參考電壓是輸入電壓的平均值，這樣兩個(gè)模塊構(gòu)成的ISOS系統(tǒng)的控制框圖可以簡(jiǎn)化為附圖2的形式，也就是兩個(gè)輸入電壓的差與參考電壓0比較，補(bǔ)償后輸出的驅(qū)動(dòng)電壓分別控制兩個(gè)輸入端并聯(lián)的MOSFET。

本發(fā)明可應(yīng)用在通信、醫(yī)療、航天器電源等系統(tǒng)中，作為輸出電壓恒定的DC/DC變換器進(jìn)行輸入端串聯(lián)連接輸出端串聯(lián)連接的均壓控制方法，能夠保證組成后的系統(tǒng)中各個(gè)子變換器之間平均分配輸入電壓與輸出電壓。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。