輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的開機控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的開機控制方法，屬電能變換領(lǐng)域。它主要包括開機時單片機的系統(tǒng)初始化和PWM初始化、等待輸入電壓建立、PWM開啟中斷、DCX打開占空比、調(diào)節(jié)反饋參考電壓值、調(diào)節(jié)DCX的開關(guān)頻率、調(diào)節(jié)DCX的占空比以及DC-DC變換器的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)程序，以此實現(xiàn)電路的軟啟動，防止啟動時電壓分配不均衡導(dǎo)致電路損壞。
【專利說明】輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的開機控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的開機啟動控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]跨入21世紀后，人們走進了一個嶄新的信息傳遞、交換及指令的社會，工作、生活方式及娛樂處于巨大的變革之中，通訊成為人與人交往不可缺少的手段。通訊的多樣化朝著快速、逼真、節(jié)省資源的方向發(fā)展，作為硬件環(huán)境，個人電腦和服務(wù)器將成為通訊網(wǎng)絡(luò)必備的基本設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及計算機領(lǐng)域產(chǎn)品走勢日趨模塊化、標準化，并以積木式結(jié)構(gòu)組成分布式供電系統(tǒng)。
[0003]服務(wù)器電源按照標準可以分為ATX電源和SSI電源兩種。ATX標準使用較為普遍，主要用于臺式機、工作站和低端服務(wù)器，目前使用較普遍的ATX電源標準是ATX12V2.0、
2.2、2.3版本電源，輸出電壓主要有+12V，+5V，+3.3V，-12V，+5VSB。服務(wù)器電源從輸入到負載輸出主要有功率因素校正電路，前端直直變換電路以及載荷點變換電路?，F(xiàn)有的DCX+DC-DC高壓母線變換器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在這三級變換器中，由于前端直直變換電路輸入為高壓小電流，輸出為低壓大電流，所以它是提高效率的最主要考慮部分。
[0004]為了提高服務(wù)器電源中高壓直流母線電壓到負載輸出的轉(zhuǎn)換效率，考慮高壓小電流輸入，低壓大電流輸出，提出了輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器，其結(jié)構(gòu)如附圖2所示。這種變換器由直流變壓器DCX和直流變換器DC-DC組成，DCX為多路輸出，其中一路輸出為12V，DC-DC只有一路輸出。DCX和DC-DC的輸入端串聯(lián)，通過分壓電容獲得各自的輸入電壓，DCX的12V輸出支路與DC-DC的輸出支路并聯(lián)。DC-DC變換器進行閉環(huán)控制實現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)節(jié)，因此DCX的12V輸出支路也能夠精確輸出12V電壓，而DCX的其它路輸出則通過變壓器的匝比關(guān)系確定。
[0005]在變換器啟動瞬間，若按照正常工作時的驅(qū)動方式，由于DCX的增益較大，因此DCX的輸出電壓較低，DC-DC則會因承受過高的電壓而損壞；即使開機時讓DCX工作在高頻區(qū)，并且占空比取較小值以降低增益，但是啟動瞬間由于DCX和DC-DC變換器輸入側(cè)串聯(lián)，無法保證DCX和DC-DC的輸入電壓按照分壓電容的大小進行分壓，仍然可能會導(dǎo)致DC-DC變換器輸入電壓過大。因此需對變換器啟動瞬間加以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的開機軟啟動，解決啟動電壓和啟動電流過大導(dǎo)致DC-DC損壞的問題。由于DCX和DC-DC的輸入端串聯(lián)，而DCX是高壓輸入，DC-DC是低壓輸入，因此串聯(lián)的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致啟動時輸入電壓分配不當，從而導(dǎo)致DC-DC承受過高電壓損壞。
[0007]本發(fā)明提供了一種變采樣參考電壓值和DCX變頻變占空比相結(jié)合的方法來解決開機啟動時過壓的問題。[0008]本發(fā)明通過以下方案實施:
[0009]I)首先單片機進行系統(tǒng)初始化和PWM模塊初始化，設(shè)置DCX的開關(guān)頻率為4~6倍工作頻率，DC-DC的開關(guān)頻率為工作頻率，并設(shè)置DCX和DC-DC的占空比均為零，此時DCX增益為零。12V輸出支路的采樣參考電壓值對應(yīng)I~4V的輸出電壓。
[0010]2)待DCX和DC-DC的輸入電壓建立后，單片機定義標志位Flag=O,開啟PWM中斷。設(shè)置DCX的占空比為0.05~0.20，并開始執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序。此時系統(tǒng)工作在低電壓輸出的閉環(huán)狀態(tài)；
[0011]3)低電壓輸出穩(wěn)定后，標志位Flag置1，12V輸出支路的采樣參考電壓值從對應(yīng)I~4V的輸出開始緩慢上升，同時DCX的占空比逐漸增加至0.25~0.35。此過程中輸出電壓緩慢上升，因此DC-DC的輸入電壓也上升很慢，不會出現(xiàn)過壓情況；
[0012]4)當12V輸出支路的采樣參考電壓值上升到對應(yīng)12V輸出的值時，標志位Flag置2，DCX的開關(guān)頻率開始降低，增益變大，輸出電壓進一步上升；
[0013]5)當DCX的開關(guān)頻率降至工作頻率時，標志位Flag置3，DCX再次增加占空比，輸出電壓繼續(xù)上升，直到輸出達到12V ；
[0014]6)當DCX的占空比增加到額定值0.45~0.47時，清除標志位Flag，12V輸出支路的輸出電壓穩(wěn)定在12V，之后中斷程序僅執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序，電路進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點是:
[0016]本發(fā)明的方法主要包括開機時系統(tǒng)的初始化和PWM初始化、等待輸入電壓建立、PWM開啟中斷、DCX打開 占空比、調(diào)節(jié)反饋參考電壓值、調(diào)節(jié)DCX的開關(guān)頻率、調(diào)節(jié)DCX的占空比以及DC-DC變換器的閉環(huán)PI調(diào)節(jié)程序，以此實現(xiàn)電路的軟啟動，防止啟動時電壓分配不均衡導(dǎo)致電路損壞。
[0017]本發(fā)明利用變采樣參考電壓值和DCX變頻變占空比相結(jié)合的方法，通過合理的時序調(diào)節(jié)，既實現(xiàn)了開機啟動時電路的輸出電壓和輸出電流的緩慢建立，也避免了 DC-DC輸入電壓過高的問題，適用于輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖1是DCX+DC-DC高壓母線變換器的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]附圖2是兩路輸出的輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的電路圖；
[0020]附圖3是本發(fā)明的開機啟動控制電路；
[0021]附圖4是本發(fā)明的軟啟動過程波形示意圖；
[0022]附圖5是本發(fā)明的程序流程圖。
[0023]上述附圖中的主要符號名稱:Vin —輸入直流電源；Vinl，Vin2—變換器輸入電壓；Cinl~Cin2—輸入分壓電容一原邊諧振電感；(；一原邊諧振電感；1^一原邊勵磁電感；U—原邊諧振電流—原邊勵磁電流；iin—原邊變壓器輸入電流；n2—變壓器原邊對副邊的匝比說~Q6 —開關(guān)管辦~D6—寄生二極管K1~C6—寄生電容；D21~D22—磁復(fù)位二級管 ^R1 ~SR4, SR21 ~SR22—同步整流管 V01, V02, Von—輸出電壓，10l，12, 1n, I1, I2—輸出電流；fs—DCX，fs_DC-Dc—DCX 和 DC-DC 的開關(guān)頻率；Ddcx，Ddc_dc — DCX 和 DC-DC 的占空比;VDCX—gs-DCX的開關(guān)管的驅(qū)動電壓；VMf—采樣參考電壓?！揪唧w實施方式】
[0024]實施例一:
[0025]如附圖3所示，啟動時，為了防止主電直接加在DC-DC變換器的兩端，可以在主電剛加入時不打開DCX和DC-DC的驅(qū)動，設(shè)置它們的占空比都為零，這樣DCX和DC-DC的輸入電壓就會先按輸入分壓電容的關(guān)系緩慢建立起來。分壓電容采用1:9分配，確保DC-DC的輸入電壓為主電的十分之一，DCX的輸入電壓為主電的十分之九。同時,為了分析的方便，此處考慮DCX為兩路輸出的情況，如附圖3所示。DCX為多路輸出時與圖3中兩路輸出的控制原理相同。
[0026]圖3中，單片機的輔助電源由Vin變換后得到，當主電Vin來臨時，輔助電源開始工作，打開DCX和DC-DC的驅(qū)動并設(shè)置占空比為零。等待一段時間后，打開PWM中斷進行開機啟動控制。中斷程序中，通過合理的時序分配，調(diào)節(jié)采樣電壓基準值、DCX的占空比以及DCX的開關(guān)頻率，實現(xiàn)輸出電壓和輸出電流的緩慢建立。
[0027]本發(fā)明具體軟啟動過程的波形圖如附圖4所示，主要分為以下幾個時間段:
[0028]t0~時刻(記1^=0,1^=21118):輸入電壓加在變換器兩端,輔助電源開始工作,單片機進行系統(tǒng)初始化和PWM模塊初始化，DCX的開關(guān)頻率設(shè)定為5倍諧振頻率，DC-DC的開關(guān)頻率為工作頻率，設(shè)置DCX和DC-DC占空比均為零，則DCX的輸入輸出電壓增益為零。此階段內(nèi)主電路不工作，輸出電壓為零；
[0029]&~t2時刻(t2=4ms)，輸入電壓按照輸入電容的比例分配完成，PWM中斷打開，單片機定義標志位Flag=O,設(shè)置DCX的占空比為0.1，輸出采樣基準值設(shè)定為對應(yīng)3V的輸出值，保證輸出電壓從較 小時開始啟動；DC-DC進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，其占空比由PI調(diào)節(jié)程序決定；此時輸出電壓慢慢上升到相應(yīng)的輸出電壓\2，且H由\2箝位到DCX的輸入電壓Vinl較大，從而使DC-DC的輸入電壓Vin2在器件電壓應(yīng)力以內(nèi)；
[0030]t2~t3時刻(t3=8ms)，標志位Flag=I,緩慢增加DC-DC輸出采樣基準值到額定12V輸出所對應(yīng)的值，同時為了防止副邊整流管電流過沖并防止死區(qū)時間過小，逐漸打開DCX的占空比到0.3，此時DCX的增益依然較小，輸入電壓絕大部分都加在DCX的輸入側(cè)，而輸出電壓Vtj2緩慢上升但并未達到額定輸出，DC-DC滿占空比工作，其輸入電壓Vin2逐漸上升且仍在器件電壓應(yīng)力內(nèi)；
[0031]t3~t4時刻(t4=12ms),標志位Flag=2, DCX的開關(guān)頻率從5倍諧振頻率減小到工作頻率，DCX的電壓增益進一步增大，此時輸出電壓Vtj2繼續(xù)上升但仍然未到額定輸出，DC-DC仍然工作在滿占空比狀態(tài)，DC-DC的輸入電壓Vin2繼續(xù)上升；
[0032]t4~t5時刻(t5=15ms)，標志位Flag=3，DCX緩慢打開占空比到最大值，DCX的輸入輸出電壓增益逐漸變大到正常工作時的增益值，輸出電壓Vtj2逐漸上升到穩(wěn)定值，則DCX的輸入電壓Vinl開始由Vtj2嵌位且逐漸減小到最終值，DC-DC的輸入電壓Vin2逐漸上升到最終值，完成電路的軟啟動；
[0033]t5時刻以后，清除標志位Flag，DCX的占空比保持在最大值0.47，電路進入穩(wěn)態(tài)，
穩(wěn)定工作。
[0034]以上整個開機時間持續(xù)15ms，如需要改變開機時間，則每個時間點、~t5可按上述比例進行分配。
[0035]實施例二:[0036]本發(fā)明的啟動控制的流程圖如附圖5所示，本發(fā)明的控制過程如下:
[0037]I)輔助電源由Vin變換后得到，當主電Vin來臨時，輔助電源開始工作，給單片機供電，單片機先進行DCX和DC-DC的初始化，設(shè)置DCX的開關(guān)頻率fs DQi=450kHZ，DC-DC的開關(guān)頻率fDC DC=90kHz，并且DCX和DC-DC的占空比都為零。設(shè)定采樣參考電壓值對應(yīng)3V輸出電壓的值。
[0038]2)輸入電壓建立起來后，開啟PWM中斷，系統(tǒng)進入閉環(huán)調(diào)節(jié)。單片機定義標志位Flag=O0在中斷程序中，設(shè)置DCX的占空比為較小值Dra=0.1，使輸出電壓穩(wěn)定在3V輸出；
[0039]3)3V輸出穩(wěn)定后，標志位Flag置1，，增加采樣參考電壓值到對應(yīng)額定12 V輸出的值，同時增加DCX的占空比增加至Ddcx=0.3 ；
[0040]4)采樣參考電壓值調(diào)節(jié)完成后，標志位Flag置2，然后開始降低DCX的開關(guān)頻率至工作頻率fs—DC；x=90kHz ；
[0041]5) DCX降頻完成后，標志位Flag置3，為了進一步提高DCX的增益，再將DCX的占空比逐漸打開到最大值Dra=0.47 ；
[0042]6)占空比調(diào)節(jié)完成后，清除標志位Flag，此時DCX定頻定占空比工作，PWM中斷程序僅實現(xiàn)PI閉環(huán)調(diào)節(jié)的功能，使輸出電壓\2穩(wěn)定在12V。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器的開機控制方法，該方法包括以下步驟； 1)首先單片機進行系統(tǒng)初始化和PWM模塊初始化，設(shè)置DCX的開關(guān)頻率為4飛倍工作頻率，DC-DC的開關(guān)頻率為工作頻率，并設(shè)置DCX和DC-DC的占空比均為零，12V輸出支路的采樣參考電壓值設(shè)置為對應(yīng)f 4V輸出電壓的值； 2)待DCX和DC-DC的輸入電壓建立后，單片機定義標志位Flag=O,開啟PWM中斷；設(shè)置DCX的占空比為0.05、.20，并開始執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序； 3)低電壓輸出穩(wěn)定后，標志位Flag置1,12V輸出支路的米樣參考電壓值開始上升，同時DCX的占空比逐漸增加至0.25?0.35 ； 4)當12V輸出支路的采樣參考電壓值上升到對應(yīng)12V輸出的值時，標志位Flag置2，DCX的開關(guān)頻率開始降低； 5)當DCX的開關(guān)頻率降至工作頻率時，標志位Flag置3，DCX再次增加占空比； 6)當DCX的占空比增加到最大值0.45、.47時，清除標志位Flag，12V輸出支路的輸出電壓穩(wěn)定在12V，之后中斷程序僅執(zhí)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)程序，電路進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其中，所述輸入串聯(lián)輸出準并聯(lián)的多路輸出變換器包括直流變壓器DCX和直流變換器DC-DC，DCX為多路輸出，其中一路輸出為12V，DC-DC只有一路輸出，DCX和DC-DC的輸入端串聯(lián)，DCX的12V輸出支路與DC-DC的輸出支路并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其中，所述DCX為二路、三路、四路或六路輸出。
【文檔編號】H02M1/36GK103812321SQ201410090993
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】任小永, 龐振進, 張強, 陳乾宏, 張之梁, 阮新波 申請人:南京航空航天大學(xué)