CN107612328A

CN107612328A - 一种直流电源并联的数字均流方法

Info

Publication number: CN107612328A
Application number: CN201710823355.4A
Authority: CN
Inventors: 沈坤; 梁美红; 乔洪涛; 刘进; 马高育; 樊吶; 卢联杰; 王莉
Original assignee: Hubei Sanjiang Aerospace Wanfeng Technology Development Co Ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Aerospace Wanfeng Technology Development Co Ltd
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明公开了一种直流电源并联的数字均流方法，用于将两个并联的直流电源均流，指定一个直流电源为主机，另一个直流电源为从机，两个直流电源通过CAN通信连接，均流方法包括以下步骤：主机电源采集从机电源的输出电流值；主机电源根据自身的输出电流值及从机电源的输出电流值，以主、从机输出电流差值作为均流控制的输入量，利用PI算法进行均流计算，得到主机电源的输出电压的调整量；调节主机电源的输出电压使其改变所述调整量；清除两个输出电流值；重复以上步骤，直至两个并联的直流电源的输出电流达到平衡。本发明的数字均流方法均流瞬态响应速度快，控制结构简单，抗干扰能力强，增强了并联电源***的可靠性。

Description

一种直流电源并联的数字均流方法

技术领域

本发明属于电源均流技术领域，更具体地，涉及一种直流电源并联的数字均流方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展和应用，供电***对大功率电源***的要求越来越高，在实际的应用过程中，单个直流电源的输出功率和可靠性无法满足用户要求，单个电源一旦发生故障，则供电***瘫痪无法运行。多台电源模块并联运行可以满足不同的输出功率需求，其容量可以根据实际需要灵活的扩展，容易实现电源***的冗余，某一模块损坏后整个电源***的输出仍有足够的负载能力，提高了电源***的可靠性。

但一般情况下多个电源模块不能直接并联运行，由于各电源模块的电源特性不一致，可能导致电压调整率小的模块承担较大的电流甚至过载，电压调整率大的模块运行于轻载甚至空载，使电源***可靠性降低，寿命减小。为保证多电源模块并联***能够稳定可靠的运行，必须保证每个电源模块的输出电流保持均衡。

目前主要的均流方法有输出阻抗法、主从设置法，平均电流法、最大电流法和外加均流控制器法等，在一些固定场景下，上述均流方法也能达到很好的均流效果；但是，输出阻抗法、主从设置法，平均电流法、最大电流法均采用模拟控制，一旦控制方法和系数确定好了，就固化到硬件当中，当外界使用场景发生变化时就不得不重新设计电路；而外加均流控制器在成本和结构复杂度上明显不占优势，传统均流方法难以解决均流瞬态响应速度和精度与控制灵活性、结构复杂度之间的矛盾。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于直流电源并联的数字均流方法，该方法基于传统均流控制方法中的主从设置法，采用PI算法和数字化控制结合的均流方案；采用本发明的数字均流方法可以提高整个电源***的可靠性，具有更高的瞬态响应速度和精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种直流电源并联的数字均流方法，用于将两个并联的直流电源均流，任意指定一个直流电源A为主机，另一个直流电源B为从机，两个直流电源通过CAN通信连接，数字均流方法包括以下步骤：

(1)主机电源A采集从机电源B的输出电流值IoutB；

(2)主机电源A计算自身的输出电流值IoutA及从机电源B的输出电流值IoutB的差值e(k)，即e(k)＝IoutA-IoutB；

(3)利用PI算法进行均流计算，得到主机电源A输出电压的调整量u(k)，PI算法公式如下：

其中，

u(k)：主机电源A输出电压的调整量，

e(k)：主机电源A、从机电源B的输出电流在第k次调节时的差值，

k：PI调节的累积次数，

k_p：比例系数，

k_i：积分系数；

(4)调节主机电源A的输出电压使其改变所述调整量u(k)；

(5)清除IoutA和IoutB；

(6)重复步骤(1)至步骤(5)，直至主机电源A的输出电流值IoutA和从机电源B的输出电流值IoutB达到平衡。

优选的，上述数字均流方法，步骤(2)和步骤(3)之间还包括：主机电源A判断e(k)是否超过主机电源A、从机电源B输出电流差值的设定阈值，若是，进入步骤(3)；若否，返回步骤(1)。

优选的，上述数字均流方法，步骤(1)中主机电源A通过AD采样装置按照预先设置的采样周期t采集从机电源B的输出电流值IoutB。

优选的，上述数字均流方法，其AD采样装置采用电流传感器。

优选的，上述数字均流方法，其数字均流方法的执行周期T为采样周期t的整数倍。

优选的，上述数字均流方法，在均流过程中，主机电源A对其输出电压、输出电流和温度进行保护，若输出电压超过允许输出的最高电压，或者输出电流超过允许输出的最大电流，或温度高于最大允许温度，主机电源A关机并发送CAN消息关机指令给从机电源B，从机电源B关机。

优选的，上述数字均流方法，在均流过程中，从机电源B对其输出电压和温度进行保护，若输出电压超过允许输出的最高电压，或温度高于最大允许温度，从机电源B关机并发送CAN消息关机指令给主机电源A，主机电源A关机。

优选的，上述数字均流方法，两个直流电源均采用TMS320F28335DSP芯片实现数字化控制。

优选的，上述数字均流方法，两个直流电源是同功率的恒压电源。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的数字均流方法控制结构简单，电流传感器具有更高的采样速率，采用PI算法进行均流控制具有更快的调节速度和更高的控制精度，本发明将两者结合起来，实现了均流瞬间响应速度快、精度高的均流效果。

(2)本发明提供的数字均流方法能够解决模拟控制的元器件老化和温漂所带来的问题，增强抗干扰能力，提高控制***的可靠性；

(3)本发明提供的数字均流方法控制灵活、通用性强，可以在几乎不改***件的情况下,通过修改软件来实现控制***的升级。

附图说明

图1是本发明实施例提供的两个直流电源的工作流程图；

图2是本发明实施例提供的第一组和第二组实验的数字均流算法；

图3是本发明实施例提供的第三组实验的均流方法流程图；

图4是本发明实施例提供的第一组实验的均流效果图；

图5是本发明实施例提供的第二组实验的均流效果图；

图6是本发明实施例提供的第三组实验的均流效果图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供了一种数字均流方法，解决两个直流电源模块并联时出现负载电流在各模块之间分配不均的现象；两个电源模块采用全桥移相脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，PWM)开关电源的数字化控制方式，输出电压控制采用的是经典PI控制策略，采用TI半导体公司的TMS320F28335DSP芯片作为控制核心，实现输出电压、输出电流的采样，CAN通信以及输出PWM驱动波形的生成。

本实施例提供了一种两个电源模块并联运行时的数字均流方法，参见图1所示，是A、B两个直流电源的工作流程图，指定电源A为主机电源，电源B为从机电源，两个电源的额定输出电压是28V，输出电流是50A，两路并联后输出电流为100A，设计要求是可承受240A/50ms的冲击，两个电源必须在冲击瞬间能够快速响应，通过均流算法使两个模块的输出电流尽快达到平衡。

如图1所示，在进行均流计算之前，两个电源模块需执行以下步骤：(1)***上电，两个电源模块DSP软件和程序进行初始化；(2)初始化完成后，两个电源模块进行电源自检，检测电源状态是否正常；(3)自检通过后，主机电源A读取预设电压值Vref，并通过CAN通信将Vref发给从机电源B，从机电源B接收主机电源A发送的CAN指令并更新自身的输出电压值为Vref；(4)A、B电源开始执行缓启动，从机电源B向主机电源A发送缓启动完成命令后启动PWM输出，当主机电源A接收到从机电源B发送的缓启动完成命令之后开始启动PWM输出，A、B电源的程序都已经运行到主循环中，开始执行均流调节；

本实施例中，设定CAN通信发送周期和AD采样周期为50us，A、B电源执行均流调节的周期为500us，均流调节周期是采样周期的整数倍，具体倍数可根据需要的调节精度人为设置。

下面通过三组对比实验说明本发明的数字均流方法，其中第一、第二组实验的均流方法如图2所示。

第一组试验步骤：

1、从机电源B通过CAN通信将输出电流值IoutB发送给主机电源A；

2、主机电源A接收从机电源B发送的CAN中断消息，根据自身的输出电流值IoutA得出两个电源的平均电流值Iavg；Iavg＝(IoutA+IoutB)/2；

3、主机电源A根据自身输出电流值IoutA及平均电流值Iavg得出电流差值△Ia，△Ia＝IoutA-Iavg；

4、根据电流差值△Ia调整主机电源A的输出电压值，其中，

5、清除IoutA和Iavg，清除CAN接收中断标志；

6、执行步骤1到步骤4，直至A、B电源的输出电流值达到平衡。

第二组实验步骤：

1、主机电源A使用电流传感器采集从机电源B的输出电流值IoutB；

2、采样完成后，主机电源A根据自身的输出电流值IoutA和采集的IoutB得出两个电源的平均电流值Iavg；Iavg＝(IoutA+IoutB)/2；

4、主机电源A根据电流差值△Ia调整自身的输出电压值，其中

5、清除IoutA和Iavg；

6、执行步骤1到步骤5，直至A、B电源的输出电流值达到平衡。

第三组实验的均流方法如图3所示，实验步骤如下：

1、主机电源A通过电流传感器采集从机电源B的输出电流值IoutB；

2、采样完成后，主机电源A计算自身输出电流值IoutA及从机电源B输出电流值IoutB的差值e(k)＝IoutA-IoutB；

3、判断∣e(k)∣是否大于4A，若否，返回步骤1；若是，执行下一步；

4、利用PI算法计算主机电源A输出电压的调整量u(k)，公式如下：

其中，

u(k)：主机电源A输出电压的调整量；

e(k)：主机电源A、从机电源B的输出电流第k次调节时的差值；

k：PI调节的累积次数，

k_p：比例系数；

k_i：积分系数；

5、调节主机电源A的输出电压使其改变u(K)；

6、清除IoutA和IoutB；

7、重复步骤1至步骤6。

为了避免频繁的均流调节对***的稳定性造成影响，需设置均流调节在主、从电源的输出电流相差一定值时才开始执行；本实施例中，我们设定在主机电源A、从机电源B输出电流之差的绝对值大于4A的时候，即∣e(k)∣>4A时开始执行上述均流过程。

在上述三种实验的均流过程中，对主机电源A的输入输出电压、输入输出电流和温度进行保护，对从机电源B的输入输出电压和温度进行保护；在出现欠压、过压、过流、过温情况时启动报警或报警并关机。

三组实验的均流效果图如图4、图5、图6所示，因实验条件原因，实验中只用示波器监测了主机电源A的输出电流变化情况。

图4所示是第一组实验的均流效果图，利用示波器检测发现，适当修改CAN通信发送周期、主机电源A输出电压值的调节幅度和均流调节的阀值范围，可以使主机电源A、从机电源B两个电源模块达到较好的均流效果，但在负载加载的瞬间，只有其中一路模块承担绝大部分的电流，之后又在均流的作用下产生过调节现象，导致主机电源A、从机电源B两个电源模块的输出电流出现短时间的震荡，之后两模块的输出电流才能逐步趋于平衡。当负载冲击比较大的时候(比如200A)，这种调节对电源的损害是非常大的，很容易导致承担大电流的电源模块损坏。

图5所示是第二组实验的均流效果图，与第一组试验相比，只是主机电源A获取主机电源A输出电流值的途径不一样，均流过程的计算方法一致。本实验中的AD采样周期可以达到50us的速度，使主机电源A能够快速进行均流判断和计算。结果表明，第二组试验可以很快使主机电源A、从机电源B两个电源模块达到均流状态，但在负载加载的1s内容易发生过调节现象，即两模块的输出电流值此起彼伏的震荡，很难完全消除，因此使用该均流方法的电源并联***的抗冲击能力较差。

图6所示是第三组实验的均流效果图，与第二组实验相比，主机电源A获取从机电源B输出电流值的途径一样，只是均流过程的计算方法不同。本组实验采用电流环PI算法，调整ki和kp系数，主机电源A、从机电源B两个电源模块的均流效果非常好，尤其在负载加载或卸载的瞬间，主机电源A、从机电源B两个电源模块的输出电流都保持均衡，而且能持续保持这种均流状态。

当给***施加190A的负载冲击时，主机电源A迅速响应调节，输出电流上升到110A，又快速降到94.4A后保持平衡，且中间没有出现震荡现象，能及时达到均流效果，而且后续能继续保持这种均流状态，可见第三组试验的主从模块的均流效果非常好，符合对均流瞬态响应速度和精度要求。由上述三组实验，可以看出将PI调节方法引入到直流电源并联均流控制上具有可行性并在瞬态响应速度方面具有很好的效果。

相比于现有的电源***均流方法，本发明提供的直流电源并联数字均流方法具有更高的瞬态响应速度和精度，控制结构简单，抗干扰能力强，可以提高整个电源***的可靠性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种直流电源并联的数字均流方法，其特征在于，任意指定其中一个直流电源A为主机，另一个直流电源B为从机，将两个直流电源通过CAN总线连接，数字均流方法包括以下步骤：

(1)主机电源A采集从机电源B的输出电流值IoutB；

(2)主机电源A计算自身的输出电流值IoutA与从机电源B的输出电流值IoutB的差值e(k)＝IoutA-IoutB；

(3)利用PI算法进行均流计算，获得主机电源A输出电压的调整量

<mrow> <mi>u</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>*</mo> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>i</mi> </msub> <msubsup> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mi>k</mi> </msubsup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

其中，

u(k)：主机电源A输出电压的调整量，

k：PI调节的累积次数，

k_p：比例系数，

k_i：积分系数；

(4)调节主机电源A的输出电压以改变所述调整量u(k)；

(5)清除主机输出电流值IoutA和从机输出电流值IoutB；

(6)重复步骤(1)至步骤(5)，直至主机电源A的输出电流值IoutA与从机电源B的输出电流值IoutB达到平衡。

2.如权利要求1所述的数字均流方法，其特征在于，步骤(2)与步骤(3)之间还包括：由主机电源A判断e(k)是否超过主机电源A、从机电源B输出电流差值的设定阈值，若是，进入步骤(3)；若否，返回步骤(1)。

3.如权利要求1所述的数字均流方法，其特征在于，步骤(1)中主机电源A通过AD采样装置按照预先设置的采样周期t采集从机电源B的输出电流值IoutB。

4.如权利要求2所述的数字均流方法，其特征在于，所述AD采样装置采用电流传感器。

5.如权利要求4所述的数字均流方法，其特征在于，所述数字均流方法的执行周期T为采样周期t的整数倍。

6.如权利要求1所述的数字均流方法，其特征在于，在均流过程中，主机电源A对其输出电压、输出电流和温度进行保护，若输出电压超过允许输出的最高电压，或者输出电流超过允许输出的最大电流，或温度高于最大允许温度，主机电源A关机并发送CAN消息关机指令给从机电源B，从机电源B关机。

7.如权利要求5所述的数字均流方法，其特征在于，在均流过程中，从机电源B对其输出电压和温度进行保护，若输出电压超过允许输出的最高电压，或温度高于最大允许温度，从机电源B关机并发送CAN消息关机指令给主机电源A，主机电源A关机。

8.如权利要求1所述的数字均流方法，其特征在于，所述两个直流电源均采用TMS320F28335 DSP芯片实现数字化控制。

9.如权利要求1或2所述的数字均流方法，其特征在于，所述两个直流电源是同功率的恒压电源。