CN114257087A - 一种恒流供电装置及其均衡控制方法 - Google Patents

一种恒流供电装置及其均衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种恒流供电装置及其均衡控制方法,装置包括:多个支路升压单元、多个支路温度检测单元、多个支路电流检测单元、多个支路控制单元、主控单元、总电流检测单元,支路升压单元输出端连接支路电流检测单元,升压单元还与支路温度检测单元、支路控制单元电性连接,支路温度检测单元、支路电流检测单元均与支路控制单元电性连接,多个支路电流检测单元均与总电流检测单元电性连接,多个支路控制单元均与主控单元电性连接,总电流检测单元与主控单元电性连接。本发明结合了各支路升压单元功率MOS管的温度情况和各支路实际的电流输出情况,可以在装置工作过程中均衡分配各支路的输出电流值,提高供电装置的稳定性及可靠性。

Description

一种恒流供电装置及其均衡控制方法
技术领域
本发明涉及电源均衡技术领域,具体涉及一种恒流供电装置及其均衡控制方法。
背景技术
通常,大功率的升压供电装置由多路升压模块并联而成,以保证其足够的输出电流。但是,由于升压模块间存在一定的差异性,很难保证并联输出的电流均衡性,输出电流大的模块其功率器件的温度往往比其他模块的高一些。随着供电装置工作时间的推移,这将会导致模块间输出电流差异性加剧,甚至可能烧损功率器件,影响供电装置的输出。
供电装置设定恒流值输出,往往其实际输出电流值与设定值存在偏差,随着供电装置各模块工作时间的推移,这个电流偏差可能会逐步加大,从而可能影响到供电装置的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足,提供一种恒流供电装置及其均衡控制方法,解决现有技术中由于供电装置实际输出电流值与设定值存在偏影响到供电装置的稳定性的技术问题。
为达到上述技术目的,本发明的技术方案提供一种恒流供电装置,包括:多个支路升压单元、多个支路温度检测单元、多个支路电流检测单元、多个支路控制单元、主控单元、总电流检测单元,所述支路升压单元输出端连接支路电流检测单元,所述升压单元还与支路温度检测单元、支路控制单元电性连接,所述支路温度检测单元、支路电流检测单元均与支路控制单元电性连接,所述多个支路电流检测单元均与总电流检测单元电性连接,所述多个支路控制单元均与主控单元电性连接,所述总电流检测单元与主控单元电性连接,其中:
所述支路升压单元,用于根据支路控制单元设定的支路输出电流将输入电压进行升压;
所述支路温度检测单元,用于检测各所述支路升压单元中的功率MOS管温度值,并反馈至所述支路控制单元;
所述支路电流检测单元,用于检测各支路输出电流值,并反馈至所述支路控制单元;
所述支路控制单元,用于对采集的所述功率MOS管温度值和所述支路输出电流值进行处理,并将处理后的数据传至所述主控单元,再根据所述主控单元计算后重新分配的电流值,对各支路输出电流进行设定。
所述总电流检测单元,用于检测所述供电装置的实际输出电流值,并反馈至所述主控单元;
所述主控单元,用于接收所述各支路控制单元所反馈的信息,并根据所述信息计算需分配各支路的输出电流值,并将需分配各支路的输出电流值的控制信号传输至各支路控制单元。
进一步的,所述支路温度检测单元采用温度传感器,所述温度传感器固定于各所述支路升压单元的功率MOS管散热片背部。
进一步的,所述主控单元、支路控制单元为单片机或者ARM处理器。
进一步的,所述支路电流检测单元、总电流检测单元为电流采样电路。
本发明还提供一种上述恒流供电装置的均衡控制方法,包括以下步骤:
1)供电装置正常恒流输出后,支路温度检测单元测量各所述支路升压单元功率MOS管工作每分钟内温度,并将其反馈到各支路控制单元;支路电流检测单元测量各支路输出电流,反馈到各支路控制单元;
2)支路控制单元将各支路升压单元功率MOS管工作每分钟的最高温度T1、T2、T3、…、Tn反馈到主控单元,主控单元计算各支路升压单元的功率管的平均温度Tavg和各支路的温度权重系数α1,α2,α3,…,αn,其中:
Figure BDA0003426126960000031
n表示为供电装置有n个支路,n≥2;
Figure BDA0003426126960000032
Figure BDA0003426126960000033
Figure BDA0003426126960000034
……
Figure BDA0003426126960000035
3)支路控制单元计算出每分钟各支路升压单元的输出电流值平均值A1,A2,A3,…,An并将其反馈到主控单元,主控单元计算所有支路每分钟内平均输出电流Av以及各支路的电流补偿系数β1,β2,β3,…,βn,其中,
Figure BDA0003426126960000041
n表示为供电装置有n个支路,n≥2;
Figure BDA0003426126960000042
Figure BDA0003426126960000043
Figure BDA0003426126960000044
……
Figure BDA0003426126960000045
4)主控单元根据供电装置设定的输出电流值A0,结合总电流检测单元检测到的实际输出电流值A0',计算总电流偏差值ΔA0,其中ΔA0=A0'-A0;然后计算每分钟内总电流偏差值ΔA0的平均值
Figure BDA0003426126960000046
主控单元再根据各支路的温度权重系数α1,α2,α3,…,αn和电流补偿系数β1,β2,β3,…,βn,依据均衡公式计算下一分钟各支路分配电流值,并将其下发至各支路控制单元,各支路控制单元对各支路升压单元的输出电流进行控制,所述均衡公式为:
Figure BDA0003426126960000047
Figure BDA0003426126960000048
Figure BDA0003426126960000049
……
Figure BDA0003426126960000051
其中
Figure BDA0003426126960000052
为一分钟供电装置实际输出电流值的A0'的平均值;
5)循环执行步骤1)-4)。
进一步的,所述步骤4)中各支路控制单元通过输出PWM信号对各支路升压单元的输出电流进行控制。
与现有技术相比,本发明的有益效果包括:本发明结合了各支路升压单元功率MOS管的温度情况和各支路实际的电流输出情况,提出了一个恒流供电装置及均衡方法,可以在装置工作过程中均衡分配各支路的输出电流值,提高供电装置的稳定性及可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的恒流供电装置组成框图;
图2为本发明实施例的恒流供电装置具体原理框图;
图3为本发明实施例的恒流均衡方法流程图。
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。
如图1、2所示,本发明提供了一种恒流供电装置,包括:多个支路升压单元110、多个支路温度检测单元120、多个支路电流检测单元130、多个支路控制单元140、主控单元150、总电流检测单元160,升压单元输出端连接支路电流检测单元130,支路升压单元110还与支路温度检测单元120、支路控制单元140电性连接,支路温度检测单元120、支路电流检测单元130均与支路控制单元140电性连接,多个支路电流检测单元130均与总电流检测单元160电性连接,多个支路控制单元140均与主控单元150电性连接,总电流检测单元160与主控单元150电性连接,其中:
支路升压单元110,用于根据支路控制单元140设定的支路输出电流将输入电压进行升压;如图2所示,支路升压单元110的具体电路图如虚线框所示;
支路温度检测单元120,用于检测各支路升压单元110中的功率MOS管Q1-Qn的温度值,并反馈至支路控制单元140;
支路电流检测单元130,用于检测各支路输出电流值,并反馈至支路控制单元140;
支路控制单元140,用于对采集的功率MOS管温度值和支路输出电流值进行处理,并将处理后的数据传至主控单元150,支路控制单元140挑选出每分钟内各支路升压单元中功率MOS管Q1~Qn的最高温度值,并将其反馈到主控单元150;同时,支路控制单元140再根据主控单元150计算后重新分配的电流值,对各支路输出电流进行设定。
总电流检测单元160,用于检测供电装置的实际输出电流值,并反馈至主控单元150;
主控单元150,用于接收各支路控制单元140所反馈的信息,并根据信息计算需分配各支路的输出电流值,并将需分配各支路的输出电流值的控制信号传输至各支路控制单元140。
上述支路温度检测单元120采用温度传感器,如图2所示,采用元件T表示。温度传感器固定于各支路升压单元110的功率MOS管散热片背部。温度传感器可以采用铂电阻或者其他温度传感器。
主控单元150、支路控制单元140为单片机或者ARM处理器。支路电流检测单元130、总电流检测单元160为电流采样电路,比如电流检测芯片。如图2所示,支路电流检测单元130采用符号A表示。
如图3所示,上述恒流供电装置的均衡控制方法,包括以下步骤:
S101、供电装置正常恒流输出后,支路温度检测单元120测量各支路升压单元110功率MOS管工作每分钟内温度,并将其反馈到各支路控制单元140;支路电流检测单元130测量各支路输出电流,反馈到各支路控制单元140;
S102、支路控制单元140将各支路升压单元110功率MOS管工作每分钟的最高温度T1、T2、T3、…、Tn反馈到主控单元150,主控单元150计算各支路升压单元110的功率管的平均温度Tavg和各支路的温度权重系数α1,α2,α3,…,αn,其中:
Figure BDA0003426126960000071
n表示为供电装置有n个支路,n≥2;
Figure BDA0003426126960000072
Figure BDA0003426126960000073
Figure BDA0003426126960000074
……
Figure BDA0003426126960000081
功率MOS管Q1-Qn的工作温度往往与该支路的输出电流成正比关系,即工作温度高的对应输出电流大的。为了减小上一分钟输出电流较大,工作温度较高的支路的工作压力,设定了温度权重系数α。由上述公式可知,温度高于平均工作温度的支路的温度权重系数α为正值,温度低于平均工作温度的支路的温度权重系数α为负值。
S103、支路控制单元140计算出每分钟各支路升压单元110的输出电流值平均值A1,A2,A3,…,An并将其反馈到主控单元150,主控单元150计算所有支路每分钟内平均输出电流Av以及各支路的电流补偿系数β1,β2,β3,…,βn,其中,
Figure BDA0003426126960000082
n表示为供电装置有n个支路,n≥2;
Figure BDA0003426126960000083
Figure BDA0003426126960000084
Figure BDA0003426126960000085
……
Figure BDA0003426126960000086
为了提升电流的精准度,需对输出电流进行校准补偿,电流补偿系数为β。由上述公式可知,输出电流高于平均输出电流Av的支路的电流补偿系数β为正值,输出电流低于平均输出电流Av的支路的电流补偿系数β为负值。
S104、主控单元150根据供电装置设定的输出电流值A0,结合总电流检测单元160检测到的实际输出电流值A0',计算总电流偏差值ΔA0,其中ΔA0=A0'-A0;然后计算每分钟内总电流偏差值ΔA0的平均值
Figure BDA0003426126960000091
主控单元150再根据各支路的温度权重系数α1,α2,α3,…,αn和电流补偿系数β1,β2,β3,…,βn,依据均衡公式计算下一分钟各支路分配电流值A1'、A2'、A3',…,An',并将其下发至各支路控制单元140,各支路控制单元140对各支路升压单元110的输出电流进行控制,具体为各支路控制单元140通过输出PWM信号对各支路升压单元110的输出电流进行控制,以实现温度和电流均衡的目的,均衡公式为:
Figure BDA0003426126960000092
Figure BDA0003426126960000093
Figure BDA0003426126960000094
……
Figure BDA0003426126960000095
其中
Figure BDA0003426126960000096
为一分钟供电装置实际输出电流值的A0'的平均值;
通过上述论述温度高于平均工作温度的支路的温度权重系数α为正值,温度低于平均工作温度的支路的温度权重系数α为负值。以及输出电流高于平均输出电流Av的支路的电流补偿系数β为正值,输出电流低于平均输出电流Av的支路的电流补偿系数β为负值。当支路的温度低于平均工作温度或者输出电流低于平均输出电流,其温度权重系数α为负值或者电流补偿系数β为负值,再结合均衡公式可知,此种情况下最终输出的下一分钟各支路分配电流值将得到增加,刚好补偿了温度或者输出电流偏低的问题,实现了补偿。反之,最终输出的下一分钟各支路分配电流值将得到减少。
S105、只要供电装置持续工作,继续循环执行上述步骤1)-4)。
综上所述,本发明结合了各支路升压单元功率MOS管的温度情况和各支路实际的电流输出情况,提出了一个恒流供电装置及均衡方法,可以在装置工作过程中均衡分配各支路的输出电流值,提高供电装置的稳定性及可靠性。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种恒流供电装置,其特征在于,包括:多个支路升压单元、多个支路温度检测单元、多个支路电流检测单元、多个支路控制单元、主控单元、总电流检测单元,所述支路升压单元输出端连接支路电流检测单元,所述升压单元还与支路温度检测单元、支路控制单元电性连接,所述支路温度检测单元、支路电流检测单元均与支路控制单元电性连接,所述多个支路电流检测单元均与总电流检测单元电性连接,所述多个支路控制单元均与主控单元电性连接,所述总电流检测单元与主控单元电性连接,其中:
所述支路升压单元,用于根据支路控制单元设定的支路输出电流将输入电压进行升压;
所述支路温度检测单元,用于检测各所述支路升压单元中的功率MOS管温度值,并反馈至所述支路控制单元;
所述支路电流检测单元,用于检测各支路输出电流值,并反馈至所述支路控制单元;
所述支路控制单元,用于对采集的所述功率MOS管温度值和所述支路输出电流值进行处理,并将处理后的数据传至所述主控单元,再根据所述主控单元计算后重新分配的电流值,对各支路输出电流进行设定;
所述总电流检测单元,用于检测所述供电装置的实际输出电流值,并反馈至所述主控单元;
所述主控单元,用于接收所述各支路控制单元所反馈的信息,并根据所述信息计算需分配各支路的输出电流值,并将需分配各支路的输出电流值的控制信号传输至各支路控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种恒流供电装置,其特征在于,所述支路温度检测单元采用温度传感器,所述温度传感器固定于各所述支路升压单元的功率MOS管散热片背部。
3.根据权利要求1所述的一种恒流供电装置,其特征在于,所述主控单元、支路控制单元为单片机或者ARM处理器。
4.根据权利要求1所述的一种恒流供电装置,其特征在于,所述支路电流检测单元、总电流检测单元为电流采样电路。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述恒流供电装置的均衡控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)供电装置正常恒流输出后,支路温度检测单元测量各所述支路升压单元功率MOS管工作每分钟内温度,并将其反馈到各支路控制单元;支路电流检测单元测量各支路输出电流,反馈到各支路控制单元;
2)支路控制单元将各支路升压单元功率MOS管工作每分钟的最高温度T1、T2、T3、…、Tn反馈到主控单元,主控单元计算各支路升压单元的功率管的平均温度Tavg和各支路的温度权重系数α1,α2,α3,…,αn,其中:
Figure FDA0003426126950000021
n表示为供电装置有n个支路,n≥2;
Figure FDA0003426126950000022
Figure FDA0003426126950000023
Figure FDA0003426126950000024
Figure FDA0003426126950000031
Figure FDA0003426126950000032
3)支路控制单元计算出每分钟各支路升压单元的输出电流值平均值A1,A2,A3,…,An并将其反馈到主控单元,主控单元计算所有支路每分钟内平均输出电流Av以及各支路的电流补偿系数β1,β2,β3,…,βn,其中,
Figure FDA0003426126950000033
n表示为供电装置有n个支路,n≥2;
Figure FDA0003426126950000034
Figure FDA0003426126950000035
Figure FDA0003426126950000036
Figure FDA0003426126950000039
Figure FDA0003426126950000037
4)主控单元根据供电装置设定的输出电流值A0,结合总电流检测单元检测到的实际输出电流值A0’,计算总电流偏差值ΔA0,其中ΔA0=A0’-A0;然后计算每分钟内总电流偏差值ΔA0的平均值
Figure FDA0003426126950000038
主控单元再根据各支路的温度权重系数α1,α2,α3,…,αn和电流补偿系数β1,β2,β3,…,βn,依据均衡公式计算下一分钟各支路分配电流值,并将其下发至各支路控制单元,各支路控制单元对各支路升压单元的输出电流进行控制,所述均衡公式为:
Figure FDA0003426126950000041
Figure FDA0003426126950000042
Figure FDA0003426126950000043
Figure FDA0003426126950000046
Figure FDA0003426126950000044
其中
Figure FDA0003426126950000045
为一分钟供电装置实际输出电流值的A0’的平均值;
5)循环执行步骤1)-4)。
6.根据权利要求5所述的一种恒流供电装置的均衡控制方法,其特征在于,所述步骤4)中各支路控制单元通过输出PWM信号对各支路升压单元的输出电流进行控制。
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