于高速閉環(huán)控制，且具有較高的優(yōu)先級，且同一時刻只有一個環(huán)路運行；輸入電 壓跟蹤控制屬于高速控制環(huán)，優(yōu)先級僅次于穩(wěn)壓控制環(huán)和恒流控制環(huán)，且可與它們并行運 行；溫度跟蹤控制和通信控制屬于低速控制環(huán)路，優(yōu)先級最低，它們作為輔助控制環(huán)路，協(xié) 助于電源運行在更復雜的供電環(huán)境。
【主權項】
1. 一種數(shù)字化DC/DC電源模塊，包括殼體、面板以及控制模塊，面板安裝在殼體上，控 制模塊放置在殼體內(nèi)，其特征在于該控制模塊包括功率變換單元和核心控制單元，功率變 換單元分別與直流輸入端與直流輸出端連接，核心控制單元安裝在功率變換單元上，核心 控制單元通過采集輸入、輸入?yún)?shù)，利用功率變換單元進行功率變化，其中： 功率變換單元為四開關管的buck-boost自動升降壓拓撲結構電路； 核心控制單元包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)字信號處理器，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)字信號處理器 連接，數(shù)字信號處理器與功率變換單元連接。2.如權利要求1所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括 輸入電壓跟蹤模塊、輸出電流采集模塊和輸出電壓采集模塊，并與溫度跟蹤模塊連接，輸入 電壓跟蹤模塊、輸出電流采集模塊以及輸出電壓采集模塊分別與數(shù)字信號處理器連接，輸 入電壓跟蹤模塊監(jiān)測電源模塊輸入電壓，輸出電流采集模塊監(jiān)測電源模塊輸出電流大小， 輸出電壓采集模塊監(jiān)測電源模塊輸出電壓大小。3.如權利要求1所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的電源模塊還包括 CAN通信接口，CAN通信接口與數(shù)字信號處理器連接，利用CAN通信接口實現(xiàn)對內(nèi)部各工作 參數(shù)的動態(tài)設定和工作狀態(tài)信息的管理和傳輸，并通過CAN通信接口對工作參數(shù)進行配置 設定，在多電源模塊并聯(lián)工作時，通過CAN通信總線動態(tài)調(diào)整各電源模塊的輸出特性，均衡 控制多電源模塊并聯(lián)工作。4. 一種數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于該電源模塊以buck-boost自動升降壓拓撲 結構為功率變換核心，通過電壓以及電流跟蹤控制，利用增量式PID控制算法，以實現(xiàn)電壓 降低時，不間斷供電的目的，具體實現(xiàn)步驟為： (1) 設定電源模塊的輸入電壓、輸出電流以及輸出電壓基準值，通過數(shù)據(jù)采集模塊分別 采集電源模塊的輸入電壓值、輸出電流值以及輸出電壓值，并將采集數(shù)據(jù)反饋至數(shù)字信號 處理器，由數(shù)字信號處理器實施對比輸入電壓基準值一輸入電壓值、輸出電流基準值一輸 出電流值以及輸出電壓基準值一輸出電壓值； (2) 數(shù)字信號處理器根據(jù)步驟1中的對比值，利用增量式PID控制算法，通過 buck-boost自動升降壓拓撲結構電路，調(diào)整輸出電壓值，實現(xiàn)恒流與恒壓輸出； (3)當輸入電壓值低于輸入電壓基準值時，數(shù)字信號處理器自動降低輸出電流基準值， 此時將采集到的輸出電流值與輸出電流基準值進行比較，當輸出電流值大于輸出電流基準 值時，數(shù)字信號處理器通過buck-boost自動升降壓拓撲結構電路降低輸出電壓，從而降低 輸出功率； (4)當輸入電壓值回升時，數(shù)字信號處理器逐漸提高輸出電流基準值，并對比輸出 電流值與輸出電流基準值，當輸出電流值小于輸出電流基準值，則數(shù)字信號處理器通過 buck-boost自動升降壓拓撲結構電路提高輸出電壓，從而提高輸出功率； (5)當輸入電壓值回升到輸入電壓基準值時，此時數(shù)字處理器按照預設的輸出電壓基 準值和輸出電流基準值進行輸出控制，進入正常工作狀態(tài)。5.如權利要求4所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的buck-boost自動 升降壓拓撲結構電路，采用buck-boost自動升降壓電源拓撲結構，分別由四路兩兩互補并 且?guī)в兴绤^(qū)時間控制的增強型高分辨率PWM作為驅(qū)動信號，控制兩對具有同步整流設計的 N溝道MOS管，通過兩個不同的占空，控制四個功率mos管協(xié)同工作，達到自動升降壓無縫 切換；其工作原理為：將buck-boost的兩個占空映射到"200%"的區(qū)間內(nèi)，100%以下為降 壓區(qū)間，100%以上為升壓區(qū)間；同時由于死區(qū)時間的存在，以及為了保證線性電源的連續(xù) 性，Buck部分的占空不會達到100%，boost部分的占空也不會達到0,所以100%的占空必 須由Buck最大占空限制加上boost最小占空限制來完成；當輸入電壓大于輸出電壓時， buck-boost電路工作在降壓模式下，Boost保持一個最小占空，輸出電壓由Buck占空調(diào) 節(jié)，降低輸出的電壓值；當輸入電壓小于輸出電壓時，buck-boost電路工作在升壓模式下， Buck保持一個最大占空，輸出電壓由Boost占空調(diào)節(jié)，提高輸出的電壓值。6. 如權利要求4所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的增量式PID控制算 法，基本算法如下：上式中U(t)為控制器的輸出值；Kp為比例調(diào)節(jié)系數(shù)；Ti為控制器的積分時間；e(t) 為控制器的輸入(常常是設定值與被控量之差）；Td為控制器的微分時間； 為方便數(shù)字信號處理器實現(xiàn)增量式PID調(diào)節(jié)，設Mlk為第k次采樣時刻控制器的輸出增 量，將公式（1)離散化得到公式（2):上式中Ki為控制器的積分系數(shù)；Kd為控制器的微分系數(shù)；ek為第k次采樣時刻的系統(tǒng) 輸入；依次類推可知eki和ek2分別為k_l時刻和k_2時刻的系統(tǒng)輸入； A隊為當前時刻應該增加或減少的控制量，通過上一次的控制量Uki，通過公式（3)計 算出當前控制量；系統(tǒng)每次運算完成都會將當前控制量作為下一次計算的基礎量，依次累加運算，且當 輸出接近輸出值時增加量會越來越小，直到平穩(wěn)的將輸出誤差控制在"零"附近。7. 如權利要求4所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的電源模塊還加入溫 度跟蹤控制模塊，根據(jù)電源模塊內(nèi)部溫度，動態(tài)調(diào)整輸出功率，使得電源模塊的溫度和輸出 功率達到平衡，電源模塊溫度上升則降低輸出功率，使得電源模塊工作溫度下降；當溫度下 降到一定值時，增加輸出功率，如此保證電源模塊在保證安全溫度的情況下最大限度提供 輸出功率，在不間斷輸出的同時讓電源模塊的溫度始終處于安全值以下，實施方法為：數(shù)字 信號處理器上外接一個溫度傳感器，對模塊實際工作溫度進行實時采集，通過實時采集溫 度值與預設安全溫度值的比較計算，來調(diào)整模塊的工作電流；當實際溫度值高于安全溫度 值時，降低輸出電流基準值，從而限制了輸出電流的最大值，降低輸出功率，從而控制溫度 上升；當電源模塊溫度降低到安全值以下時，數(shù)字信號處理器根據(jù)采樣到的實際溫度值適 當增加輸出電流基準值，從而增加輸出功率。8. 如權利要求4所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的電源模塊溫度與輸 出電流限值的運算公式為：上式中為由溫度控制的電流限值；I_為電源模塊額定輸出的最大電流限值；Tnff為 預設的安全溫度閾值；Tn為模塊的當前溫度采樣值；k為反饋量的控制系數(shù)，根據(jù)實際系統(tǒng) 調(diào)試而定。9. 如權利要求4所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的DC/DC電源模塊從 基本工作模式上具備了穩(wěn)壓模式和恒流模式；從功能上又可組成恒壓限流模式、恒流限壓 模式、智能三段充電模式；從控制環(huán)路上可分為輸出穩(wěn)壓控制、輸出恒流控制、輸入電壓跟 隨控制、溫度跟蹤控制以及通信控制，其中輸出穩(wěn)壓控制和輸出恒流控制屬于高速閉環(huán)控 制，且具有較高的優(yōu)先級，且同一時刻只有一個環(huán)路運行；輸入電壓跟蹤控制屬于高速控制 環(huán)，優(yōu)先級僅次于穩(wěn)壓控制環(huán)和恒流控制環(huán)，且可與它們并行運行；溫度跟蹤控制和通信控 制屬于低速控制環(huán)路，優(yōu)先級最低，它們作為輔助控制環(huán)路，協(xié)助于電源運行在更復雜的供 電環(huán)境。10. 如權利要求1所述的數(shù)字化DC/DC電源模塊，其特征在于所述的殼體采用鋁基材 料，內(nèi)部發(fā)熱器件通過銅質(zhì)導熱管壓接到殼體內(nèi)壁上，實現(xiàn)了無風扇散熱，減少了體積，適 合在密封空間使用和更惡劣的環(huán)境中使用。
【專利摘要】一種數(shù)字化、且具有多模式多環(huán)路控制的數(shù)字化DC/DC電源模塊，提供一種適應當今DC/DC電源模塊應用的復雜性、高性能、高可靠性等需求的高集成度、高靈活性、具有多模式多環(huán)路控制的數(shù)字化DC/DC電源模塊。包括結構組成、零部件、散熱與封裝、工作原理、自動升降壓拓撲結構、反饋控制、增量式PID控制、輸入電壓自動跟蹤、多環(huán)路協(xié)同控制、數(shù)據(jù)通信、功率轉(zhuǎn)換電路、核心控制電路等實施內(nèi)容。
【IPC分類】H02M3/157, H05K7/20
【公開號】CN105226947
【申請?zhí)枴緾N201510709646
【發(fā)明人】舒慶文, 王榮統(tǒng), 朱之貞, 蕭平, 胡建明, 馬祥興, 楊品, 陳 光, 張元 , 李開強, 李皓瑜, 高崇輝, 喻強, 文正敏, 李志秀, 沈振
【申請人】云南省計算機軟件技術開發(fā)研究中心
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月28日