直流電源并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明是涉及一種直流電源并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法，主要是由多個直流電源模塊以其輸出端并聯(lián)地和負載連接，每一直流電源模塊具有一虛擬電壓下降運算單元，其利用調整輸出端的反饋信號模擬提高輸出阻抗，以虛擬電壓下降法使各直流電源模塊達到均流并聯(lián)的目的，又在一個以上直流電源模塊內設有一電壓調整單元，以根據(jù)反饋的輸出電壓修正對負載的輸出電壓，藉此提升并聯(lián)系統(tǒng)的電壓調整能力。
【專利說明】直流電源并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種直流電源并聯(lián)系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種結合虛擬電壓下降法與主從式架構以兼顧均流與電壓調整能力的電源并聯(lián)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]為確保電源系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性與可靠度，現(xiàn)有電源系統(tǒng)大都將電源供應器模塊化，并使采用特定規(guī)格系列的電源模塊以串聯(lián)或并聯(lián)方式相互連接。當多個電源模塊并聯(lián)后仍不能完全確保整個電源系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠的工作，其穩(wěn)定工作的前提在于均壓與均流，就均流方面而言，其主要任務包括:當負載變化時，各個電源模塊的輸出電壓變化相同。且使各個電源模塊的輸出電流依額定功率平均分攤。
[0003]至于并聯(lián)的現(xiàn)有技術主要有二類，其一為主動均流法(Active
[0004]Current-Sharing Method),另一為電壓下降法(Droop Method),所稱的主動均流法包含平均電流法(Average current Method)、直接主從法(Dedicated Master Method)及自動主從法Automatic Master Method)。所謂的電壓下降法,如圖3所示，多個電源模塊MfMN以其輸出端并聯(lián)地和負載連接而構成一并聯(lián)系統(tǒng)，理論上，每一個電源模塊MfMN應該符合相同電壓、相同電流、相同輸出阻抗的要求，但預設值與實際值總有差異，而前述差異將會影響并聯(lián)系統(tǒng)的均流，以第一個和第二個的電源模塊M1，M2為例，如圖4所示，縱軸是表不輸出電壓Voi,橫軸則表不輸出電流1,而電源模塊Ml, M2分別具有不同的輸出電壓Vnol、Vno2，在達到穩(wěn)態(tài)供電時，電源模塊Ml，M2的輸出電流分別為Ιο?、12，在該狀態(tài)下的輸出電流差值為ΛΙο。所謂電壓下降法是指若將電源模塊Μ1，Μ2的輸出電壓Vnol、Vno2降低，則根據(jù)圖4所示，電源模塊Ml，M2的輸出電流分別為I’ol、I’02，其差值則縮小為Al’ O，藉此有助于均流的實現(xiàn)。
[0005]以往實現(xiàn)上述電壓下降法最直接的方法是在各個電源模塊MfMn的輸出端串接電阻，由于輸出阻抗提高，輸出電壓即相對下降。但此種作法勢必會提高電力損耗，影響電力使用效率。
[0006]由上述可知，現(xiàn)有的電壓下降法雖然有助于并聯(lián)電源系統(tǒng)實現(xiàn)均流目的，但電壓下降通過提高阻抗所產生，將造成損耗且電壓調整能力不佳，故有待進一步檢討，并謀求可行的解決方案。

【發(fā)明內容】

[0007]因此本發(fā)明主要目的在提供一種直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，是使系統(tǒng)中并聯(lián)的各個直流電源模塊分別以虛擬方式執(zhí)行電壓下降，以解決串接電阻造成的電力損耗問題；并由一個以上的直流電源模塊同時執(zhí)行定電壓控制，藉以提升并聯(lián)系統(tǒng)的電壓調整能力。
[0008]為達成上述目的采取的主要技術手段是使上述直流電源并聯(lián)系統(tǒng)包括有多個直流電源模塊，各 個直流電源模塊分別具有一電源輸入端及一電源輸出端，且各個直流電源模塊分別以其電源輸入端、電源輸出端分別相互連接，以構成一并聯(lián)架構；又每一直流電源模塊包括:
[0009]—電源轉換器,連接于電源輸入端和電源輸出端間，該電源轉換器并具有一控制端;
[0010]—脈寬調變控制器,具有一輸入端和一輸出端，其輸出端和電源轉換器的控制端連接；
[0011]一電壓控制器，具有二輸入端和一輸出端，電壓控制器的輸出端和脈寬調變控制器的輸入端連接；
[0012]一電壓反饋單元，連接在電源輸出端和電壓控制器的一輸入端間；
[0013]一虛擬電壓下降運算單元，具有一反饋信號輸入端、一參考電壓輸入端、一調整電壓輸入端和一控制信號輸出端，該反饋信號輸入端和電源輸出端連接，該控制信號輸出端和電壓控制器的另一輸入端連接；該虛擬電壓下降運算單元是根據(jù)電源輸出端的反饋電壓和參考電壓輸入端的參考電壓比較后，以產生一個控制信號送到電壓控制器，以通過脈寬調變控制器降低電源轉換器的輸出電壓，而執(zhí)行虛擬電壓下降法；
[0014]前述一個以上的直流電源模塊進一步包括一電壓調整單元，該電壓調整單元具有一反饋電壓輸入端、一參考電壓輸入端和一調整電壓輸出端，該反饋電壓輸入端和電源輸出端連接，該調整電壓輸出端和虛擬電壓下降運算單元的調整電壓輸入端連接；該電壓調整單元將根據(jù)反饋電壓與一參考電壓運算后產生一調整電壓送到虛擬電壓下降運算單元;
[0015]前述并聯(lián)系統(tǒng)是由并聯(lián)的各個直流電源模塊分別由其虛擬電壓下降運算單根據(jù)電源輸出端的反饋電壓和參考電壓執(zhí)行虛擬電壓下降法，以縮小輸出電流差值，實現(xiàn)均流目的，而執(zhí)行虛擬電壓下降法導致輸出電壓下降，則可利用直流電源模塊內的電壓調整單元將輸出電壓調整至正常狀態(tài)，藉以兼顧并聯(lián)系統(tǒng)的均流與電壓調整能力。
[0016]本發(fā)明的又一目的在提供一種直流電源并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，其可滿足均流要求，并提聞電壓調整能力。
[0017]為達成上述目的采取的主要技術手段是使前述控制方法包括以下步驟:
[0018]提供多個直流電源模塊，并使各直流電源模塊以其電源輸入端、電源輸出端相互并聯(lián)；
[0019]使各直流電源模塊分別執(zhí)行一虛擬電壓下降法，所稱虛擬電壓下降法，是由各直流電源模塊通過改變電源輸出端的反饋信號，以模擬提高輸出阻抗而降低電源輸出端的輸出電壓；
[0020]使一個以上的直流電源模塊執(zhí)行定電壓控制，以調整電源輸出端的輸出電壓。
[0021]前述方法是利用各直流電源模塊改變電源輸出端的反饋信號，以降低電源輸出端的輸出電壓，藉此達成均流目的；由于上述均流是通過降低電源輸出端的輸出電壓模擬輸出阻抗提高，而不是在電源輸出端上串接電阻，因此不會發(fā)生在電阻上消耗電力的問題；盡管電壓下降法是虛擬提高輸出阻抗而來，依然造成輸出電壓降低，因此使一個以上的直流電源模塊對輸出電壓執(zhí)行定電壓控制，以增進并聯(lián)系統(tǒng)的電壓調整能力。
[0022]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】[0023]圖1是本發(fā)明并聯(lián)系統(tǒng)第一較佳實施例的方框圖；
[0024]圖2是本發(fā)明并聯(lián)系統(tǒng)第二較佳實施例的方框圖；
[0025]圖3是已知執(zhí)行電壓下降法的并聯(lián)系統(tǒng)示意圖；
[0026]圖4是電壓下降法中輸出電流與輸出阻抗的相對關系曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]以下配合附圖及本發(fā)明的較佳實施例，進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段。
[0028]關于本發(fā)明并聯(lián)系統(tǒng)的第一較佳實施例，請參考圖1所示，其包括多個直流電源模塊10A、IOB?IOn,每一直流電源模塊10A、IOB?IOn分別具有一電源輸入端和一電源輸出端，各電源輸入端相互連接以共同連接輸入電源，各個直流電源模塊10A、10B?10n的電源輸出端也相互連接，以便共同地連接到負載，而構成一并聯(lián)系統(tǒng)。
[0029]關于各個直流電源模塊10AU0B?IOn的具體構造，以下將以其中一個直流電源模塊IOA為例說明，其他直流電源模塊IOBlOn具有相同構造，容不一一贅述:
[0030]該直流電源模塊IOA包括一電源轉換器11、一脈寬調變控制器12、一電壓控制器13、一電壓反饋單元14和一虛擬電壓下降運算單元15 ;其中:
[0031]該電源轉換器11可以是交流對直流轉換器(AC/DC)，也可以是直流對直流轉換器(DC/DC)，前者是使用在輸入電源是交流電的場所，后者則應用在輸入電源為直流電壓源的場合。該電源轉換器11是連接在其電源輸入端和電源輸出端間，該電源轉換器11并具有一控制端，用來和脈寬調變控制器12連接。
[0032]該脈寬調變控制器12具有一輸入端和一輸出端，其輸出端和前述電源轉換器11的控制端連接，而通過調變脈寬(PWM)方式調整電源轉換器11的輸出電壓；該脈寬調變控制器12的輸入端是和電壓控制器13連接。
[0033]該電壓控制器13具有二輸入端和一輸出端，其輸出端是和脈寬調變控制器12的輸入端連接，其中一輸入端是通過電壓反饋單元14和電源輸出端連接。
[0034]該虛擬電壓下降運算單元15具有一反饋信號輸入端、一參考電壓輸入端Vor、一調整電壓輸入端Vc和一控制信號輸出端，該反饋信號輸入端是和電源輸出端連接，該控制信號輸出端和電壓控制器13的另一輸入端連接；在本實施例中，虛擬電壓下降運算單元15具有一第一運算器151及一第二運算器152，該第一、第二運算器151、152分別具有兩參數(shù)端和一輸出端，第一運算器151的一參數(shù)端和電源輸出端連接，其輸出端構成前述控制信號輸出端，且連接到電壓控制器13的另一輸入端，第一運算器151的另一參數(shù)端和第二運算器152的輸出端連接，第二運算器152的兩參數(shù)端分別構成前述的參考電壓輸入端Vor、調整電壓輸入端Vc ;利用上述第一、第二運算器151、152的運算結果改變輸出到電壓控制器13的控制信號，進而通過脈寬調變控制器12使電源轉換器11降低輸出電壓，以虛擬直流電源模塊IOA的輸出阻抗提高，以執(zhí)行電壓下降法，達成均流目的。
[0035]而為解決以電壓下降法實現(xiàn)的并聯(lián)系統(tǒng)其電壓調整能力不佳的問題，本發(fā)明進一步由一個以上的直流電源模塊IOA對并聯(lián)系統(tǒng)執(zhí)行定電壓(CV)控制，以提升并聯(lián)系統(tǒng)的電壓調整能力。在本實施例中，是在其中一個直流電源模塊IOA設有一電壓調整單元20A，由該直流電源模塊IOA作為一主模塊(Master)對輸出電壓執(zhí)行定電壓控制，其他直流電源模塊IOB?IOn則作為從模塊(Slave)，而組成一主從式架構。
[0036]該電壓調整單元20A具有一反饋電壓輸入端、一參考電壓輸入端Vor和一調整電壓輸出端，該反饋電壓輸入端和電源輸出端連接，該調整電壓輸出端和虛擬電壓下降運算單元15的調整電壓輸入端Vc連接；
[0037]在本實施例中，該電壓調整單元20A包括一電壓控制器21和一運算器22，該電壓控制器21具有兩輸入端，分別和電源輸出端、參考電壓輸入端Vor連接；該運算器22具有兩參數(shù)端和一輸出端，其輸出端和各直流電源模塊10A、10B?10n的調整電壓輸入端連接，其中一參數(shù)端和電壓控制器21的輸出端連接，另一參數(shù)端和參考電壓輸入端Vor連接。
[0038]在前述架構下，各直流電源模塊10AU0B?IOn雖在其虛擬電壓下降運算單元15的運作下降低其輸出電壓，以執(zhí)行電壓下降法并實現(xiàn)均流目的。然而作為主模塊的直流電源模塊IOA則對輸出電壓執(zhí)行定電壓控制，其電壓調整單元20A的電壓控制器21是參考電源輸出端的反饋電壓及參考電壓輸入端Vor的參考電壓，并經運算器22運算后產生一調整電壓信號，送到各直流電源模塊10A、10B?10n的虛擬電壓下降運算單元15，以參與對電壓控制器13送出控制信號的運算，因而在并聯(lián)系統(tǒng)的輸出電壓仍可獲得有效控制。
[0039]關于本發(fā)明的第二較佳實施例，請參考圖2所示，其在各直流電源模塊10A、IOBlOn的基本組成上和前一實施例大致相同，不同處在于:本實施例中，每一個直流電源模塊10A、IOB?IOn分別設有一電壓調整單元20A、20B?20η，各個電壓調整單元20A、20B?20η的調整電壓輸出端分別通過一二極管和所有直流電源模塊10Α、10Β?10η的虛擬電壓下降運算單元15的調整電壓輸入端連接。在此狀況下，將構成一自動主從控制架構。在前述架構下，每一個直流電源模塊10AU0B?IOn各自設有一電壓調整單元20Α、20Β?20η，以便對輸出電壓執(zhí)行控制，但實際上由那一個直流電源模塊10Α、IOBlOn作為主模塊進行控制，則為機動的，主要視那一個直流電源模塊10Α、10Β?10η輸出的調整電壓最大，即取得主模塊資格，其他直流電源模塊IOBlOn則作為從模塊。
[0040]與前一實施例相同處在于:各個直流電源模塊10AU0B?IOn是在其虛擬電壓下降運算單元15控制下分別執(zhí)行虛擬的電壓下降法，以期達到均流目的。而關于輸出電壓的控制是由直流電源模塊10Α、10Β?10η中的一個來執(zhí)行，至于由何者執(zhí)行，則視那一個直流電源模塊10AU0B?IOn的電壓調整單元20Α、20Β?20η輸出的調整電壓最大，即可取得主控權，并輸出調整電壓給所有直流電源模塊10Α、10Β?10η的虛擬電壓下降運算單元15參與控制信號的運算，以提高對輸出電壓的調整能力。
[0041]前述各實施例主要強調通過虛擬電壓下降法使各直流電源模塊的輸出電流差值縮小，以達成均流目的，再以其中一個直流電源模塊執(zhí)行定電壓控制，以提高輸出電壓的調整能力。除此以外，由于本發(fā)明采用虛擬電壓下降法可模擬各個直流電源模塊具有不同的輸出阻抗，當輸出阻抗不同，直流電源模塊分配到的輸出電流也不相同，例如一直流電源模塊IOA的輸出阻抗是另一直流電源模塊IOB的兩倍，則直流電源模塊IOA被分配到的輸出電流則是另一直流電源模塊IOB的二分之一，在此狀況下，其意味著本發(fā)明將可支援相同電壓但不同電流(容量)的直流電源模塊相互并聯(lián)，而解決現(xiàn)有并聯(lián)系統(tǒng)的所有直流電源模塊必須為相同規(guī)格，不同容量的直流電源模塊無法再被利用所造成浪費的問題。
[0042]當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，包括有多個直流電源模塊，各個直流電源模塊分別具有一電源輸入端及一電源輸出端，且各個直流電源模塊分別以其電源輸入端、電源輸出端分別相互連接，以構成一并聯(lián)架構；又每一直流電源模塊包括: 一電源轉換器，連接于電源輸入端和電源輸出端間，該電源轉換器并具有一控制端； 一脈寬調變控制器，具有一輸入端和一輸出端，其輸出端和電源轉換器的控制端連接； 一電壓控制器，具有二輸入端和一輸出端，電壓控制器的輸出端和脈寬調變控制器的輸入端連接； 一電壓反饋單元，連接在電源輸出端和電壓控制器的一輸入端間； 一虛擬電壓下降運算單兀，具有一反饋信號輸入端、一參考電壓輸入端、一調整電壓輸入端和一控制信號輸出端，該反饋信號輸入端和電源輸出端連接，該控制信號輸出端和電壓控制器的另一輸入端連接；該虛擬電壓下降運算單元是根據(jù)電源輸出端的反饋電壓和參考電壓輸入端的參考電壓比較后，以產生一個控制信號送到電壓控制器，以通過脈寬調變控制器降低電源轉換器的輸出電壓，而執(zhí)行虛擬電壓下降法； 前述一個以上的直流電源模塊進一步包括一電壓調整單元，該電壓調整單元具有一反饋電壓輸入端、一參考電壓輸入端和一調整電壓輸出端，該反饋電壓輸入端和電源輸出端連接，該調整電壓 輸出端和虛擬電壓下降運算單元的調整電壓輸入端連接；該電壓調整單元將根據(jù)反饋電壓與一參考電壓運算后產生一調整電壓送到虛擬電壓下降運算單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，該虛擬電壓下降運算單元具有一第一運算器及一第二運算器，該第一、第二運算器分別具有兩參數(shù)端和一輸出端，第一運算器的一參數(shù)端和電源輸出端連接，其輸出端構成前述控制信號輸出端，且連接到電壓控制器的另一輸入端，第一運算器的另一參數(shù)端和第二運算器的輸出端連接，第二運算器的兩參數(shù)端分別構成前述的參考電壓輸入端、調整電壓輸入端。
3.根據(jù)權利要求2所述的直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，該電壓調整單元包括一電壓控制器和一運算器，該電壓控制器具有兩輸入端，分別和電源輸出端、參考電壓輸入端連接；該電壓調整單元的運算器具有兩參數(shù)端和一輸出端，其輸出端和各直流電源模塊的調整電壓輸入端連接，其中一參數(shù)端和電壓控制器的輸出端連接，另一參數(shù)端和參考電壓輸入端連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，該電壓轉換器是一交流對直流轉換器。
5.根據(jù)權利要求3所述的直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，該電壓轉換器是一直流對直流轉換器。
6.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的直流電源并聯(lián)系統(tǒng)，其特征在于，每一個直流電源模塊分別設有一電壓調整單元，各個電壓調整單元的調整電壓輸出端分別通過一二極管和所有直流電源模塊的虛擬電壓下降運算單元的調整電壓輸入端連接。
7.一種直流電源并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括: 提供多個直流電源模塊，并使各直流電源模塊以其電源輸入端、電源輸出端相互并聯(lián)； 使各直流電源模塊分別執(zhí)行一虛擬電壓下降法，所稱虛擬電壓下降法是由各直流電源模塊通過改變電源輸出端的反饋信號，以模擬提高輸出阻抗而降低電源輸出端的輸出電壓； 使一個以上的直流電源模塊執(zhí)行定電壓控制，以調整電源輸出端的輸出電壓。
8.根據(jù)權利要求7所述直流電源并聯(lián)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，各直流電源模塊通過虛擬電壓下降法模擬不同的輸出阻抗，使不同容量的直流電源模塊得以相互并聯(lián)。
【文檔編號】H02J1/10GK103972879SQ201310043523
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月4日 優(yōu)先權日:2013年2月4日
【發(fā)明者】廖思遠 申請人:固緯電子實業(yè)股份有限公司