一種基于dsp控制的均流控制裝置及控制方法
【專利摘要】一種基于DSP控制的均流控制裝置及控制方法。裝置包括信號采樣電路、電流信號調(diào)理電路、DSP控制器、均流輸出信號調(diào)理電路、二極管和均流輸入信號調(diào)理電路。本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置及其控制方法能夠在鐵路信號設(shè)備供電電源控制的輸出并聯(lián)條件下實現(xiàn)自動均流。由于電源模塊均流調(diào)節(jié)速度很慢，當電源模塊數(shù)量增加或減少時，電源模塊會自動重新均流，因此不會影響使用效果，另外當電源模塊總負載超過電源模塊所能提供的電流時，均流功能會暫時退出。上述控制方法能夠穩(wěn)定地控制電源模塊的均流特性。理論上并聯(lián)的電源模塊不受數(shù)量限制，可提高電源模塊使用效率，進一步提高經(jīng)濟效益。
【專利說明】
一種基于DSP控制的均流控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于DSP控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于DSP控制的均流控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電源模塊是以鐵路信號電源屏的配套?？欤撃K為鐵路信號設(shè)備提供直流24V電源，以滿足鐵路信號電源系統(tǒng)對24V直流電源的相關(guān)技術(shù)要求。電源模塊是采用移相全橋軟開關(guān)技術(shù)的開關(guān)電源，主要由輸入防雷、輸入濾波、前級AC/DC變換電路、后級DC/DC隔離變壓器變換電路、輔助電源、顯示功能電路、風扇控制電路和控制電路組成。為了提高電源模塊的可靠性，該模塊還設(shè)有完善的保護功能，對于關(guān)鍵保護功能采用軟硬件雙級保護措施。
[0003]現(xiàn)階段，直流電源主要采用傳統(tǒng)的模擬控制技術(shù)實現(xiàn)，但缺點是存在控制參數(shù)一致性差，故障定位不準確，效率低等問題。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為了使鐵路領(lǐng)域的高頻開關(guān)電源能夠跟上開關(guān)電源的發(fā)展，提高開關(guān)電源的技術(shù)含量和智能水平，開發(fā)帶單片機采用軟開關(guān)技術(shù)的電源已經(jīng)迫在眉睫。根據(jù)實際工況負載需求，開關(guān)電源輸出會將多電源模塊并聯(lián)在一起作為輸出使用，由于每一個模塊輸出阻抗不同，電源模塊并聯(lián)過程中每一個模塊負擔的負載能力不同。為了使每一個模塊平均分擔負載電流，則必須采用輸出負載均流技術(shù)，但目前尚缺少自主創(chuàng)新研制出的數(shù)字化均流高頻開關(guān)電源，以解決多電源模塊并聯(lián)在工作過程中存在的均流問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP控制的均流控制裝置及控制方法。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置包括:信號采樣電路、電流信號調(diào)理電路、DSP控制器、均流輸出信號調(diào)理電路、二極管和均流輸入信號調(diào)理電路，其中:信號采樣電路為電流信號采樣電路，其輸入端接收單個電源模塊輸出的電流信號，輸出端與電流信號調(diào)理電路的輸入端連接;電流信號調(diào)理電路、均流輸出信號調(diào)理電路和均流輸入信號調(diào)理電路均為信號調(diào)理器，電流信號調(diào)理電路的輸出端與DSP控制器和均流輸出信號調(diào)理電路的輸入端連接；均流輸出信號調(diào)理電路的輸出端與二極管的陽極連接，二極管的陰極與均流母線連接;均流輸入信號調(diào)理電路的輸入端與二極管的陰極連接，輸出端與DSP控制器連接。
[0006]所述的信號采樣電路包括電流采樣裝置。
[0007]所述的電流信號調(diào)理電路包括運算放大器及外圍電路。
[0008]所述的DSP控制器包括DSP模擬量輸入及外圍輔助電路，其驅(qū)動A、B和驅(qū)動C、D端為DSP控制器控制輸出端，與電源模塊的控制電路相連接。
[0009]所述的均流輸出信號調(diào)理電路和均流輸入信號調(diào)理電路均包括運算放大器及外圍電路。
[0010]本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置所采用的控制方法包括按順序進行的下列步驟:
[0011]步驟I)信號采樣過程:DSP控制器采集電流信號調(diào)理電路的輸出信號和均流輸入信號調(diào)理電路的輸出信號，并將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，供均流環(huán)節(jié)使用；
[0012]步驟2)單機運行過程:單機運行過程即為只有一個電源模塊工作；由于此時均流母線上輸出的均流電壓值是單機電源模塊自身的電流值，所以在計算均流時，均流控制輸出為0，不起調(diào)節(jié)作用；
[0013]步驟3)多機并聯(lián)運行過程:多機并聯(lián)運行是指有兩個以上的電源模塊輸出端并聯(lián)在一起工作；多機并聯(lián)輸出時由于所有電源模塊的均流母線被連接在一起，單一的電源模塊負載能力會有差異，因此電流值會不盡相同；根據(jù)電壓并聯(lián)原則，單點電壓高的電源模塊輸出會作為最終的均流輸出值；
[0014]步驟4)DSP控制器控制:首先將電流信號調(diào)理電路輸出信號和均流輸入信號調(diào)理電路的輸出信號進行濾波，然后求它們之間的差值，若差值超過規(guī)定好的誤差邊界，一般情況下就把邊界值賦值給誤差項，使其誤差項永遠不會超過設(shè)定好的邊界值;一般邊界值設(shè)定不超過額定電流值的5%;得到上述的誤差項后，繼續(xù)將誤差項進行二次濾波;濾波后將該值疊加到控制程序的參考電壓上，通過微調(diào)參考電壓值來調(diào)節(jié)電源模塊輸出電流。
[0015]本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置及其控制方法能夠在鐵路信號設(shè)備供電電源控制的輸出并聯(lián)條件下實現(xiàn)自動均流。由于電源模塊均流調(diào)節(jié)速度很慢，當電源模塊數(shù)量增加或減少時，電源模塊會自動重新均流，因此不會影響使用效果，另外當電源模塊總負載超過電源模塊所能提供的電流時，均流功能會暫時退出。上述控制方法能夠穩(wěn)定地控制電源模塊的均流特性。理論上并聯(lián)的電源模塊不受數(shù)量限制，可提高電源模塊使用效率，進一步提高經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置所采用的控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置及控制方法進行詳細說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置包括:
[0020]信號采樣電路2、電流信號調(diào)理電路3、DSP控制器4、均流輸出信號調(diào)理電路5、二極管6和均流輸入信號調(diào)理電路8，其中:
[0021]信號采樣電路2為電流信號采樣電路，其輸入端接收單個電源模塊輸出的電流信號，輸出端與電流信號調(diào)理電路3的輸入端連接;電流信號調(diào)理電路3、均流輸出信號調(diào)理電路5和均流輸入信號調(diào)理電路8均為信號調(diào)理器，電流信號調(diào)理電路3的輸出端與DSP控制器4和均流輸出信號調(diào)理電路5的輸入端連接;均流輸出信號調(diào)理電路5的輸出端與二極管6的陽極連接，二極管6的陰極與均流母線7連接;均流輸入信號調(diào)理電路8的輸入端與二極管6的陰極連接，輸出端與DSP控制器4連接。
[0022]所述的輸出電流信號I為電源模塊正常運行時輸出的負載電流。
[0023 ]所述的均流母線7由多個用于單個電源模塊的基于DSP控制的均流控制裝置中二極管6的陰極用連接線并聯(lián)在一起而形成，其上的信號為電壓信號。
[0024]通過均流母線電壓的大小來調(diào)節(jié)并聯(lián)電源模塊的輸出電壓大小，以實現(xiàn)并聯(lián)均流的功能。
[0025]所述的信號采樣電路2包括電流采樣裝置，用于將電源模塊的輸出電流信號I通過其上的電流采樣裝置變?yōu)殡妷盒盘枺?br>[0026]電流信號調(diào)理電路3包括運算放大器及外圍電路，用于將信號采樣電路2的輸出信號調(diào)理成DSP控制器4可以接收范圍內(nèi)的電壓信號。
[0027]DSP控制器4包括DSP模擬量輸入及外圍輔助電路;DSP控制器4主要是通過程序來實現(xiàn)產(chǎn)品的均流功能，其上的驅(qū)動A、B和驅(qū)動C、D端為DSP控制器4的控制輸出端，與電源模塊的控制電路相連接，主要控制對象為電源模塊的均流信號，通過檢測到每個均流母線7上電壓的大小來實現(xiàn)。
[0028]均流輸出信號調(diào)理電路5包括運算放大器及外圍電路，用于將輸出電流采樣信號調(diào)理成符合均流母線7輸出的電壓信號，一般不超過2V。
[0029]均流輸入信號調(diào)理電路8包括運算放大器及外圍電路，用于將輸出均流母線電壓信號調(diào)理成符合DSP控制器4可以接收范圍內(nèi)的電壓信號。
[0030]所述的電流信號和電壓信號均為連續(xù)的幅值不超過3V的直流電壓信號。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明提供的基于DSP控制的均流控制裝置所采用的控制方法包括按順序進行的下列步驟:
[0032]步驟I)信號采樣過程:DSP控制器4采集電流信號調(diào)理電路3的輸出信號和均流輸入信號調(diào)理電路8的輸出信號，并將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，供均流環(huán)節(jié)使用；
[0033]步驟2)單機運行過程:單機運行過程即為只有一個電源模塊工作；由于此時均流母線7上輸出的均流電壓值是單機電源模塊自身的電流值，所以在計算均流時，均流控制輸出為0，不起調(diào)節(jié)作用；
[0034]步驟3)多機并聯(lián)運行過程:多機并聯(lián)運行是指有兩個以上的電源模塊輸出端并聯(lián)在一起工作；多機并聯(lián)輸出時由于所有電源模塊的均流母線7被連接在一起，單一的電源模塊負載能力會有差異，因此電流值會不盡相同；根據(jù)電壓并聯(lián)原則，單點電壓高的電源模塊輸出會作為最終的均流輸出值，這種方法被稱為最大電壓均流法；
[0035]步驟4)DSP控制器控制:首先將電流信號調(diào)理電路3輸出信號和均流輸入信號調(diào)理電路8的輸出信號進行濾波，然后求它們之間的差值，若差值超過規(guī)定好的誤差邊界，一般情況下就把邊界值賦值給誤差項，使其誤差項永遠不會超過設(shè)定好的邊界值;一般邊界值設(shè)定不超過額定電流值的5%;得到上述的誤差項后，繼續(xù)將誤差項進行二次濾波，目的是使均流調(diào)節(jié)的頻率更低一些;濾波后將該值疊加到控制程序的參考電壓上，通過微調(diào)參考電壓值來調(diào)節(jié)電源模塊輸出電流。
【主權(quán)項】
1.一種基于DSP控制的均流控制裝置，其特征在于:所述的基于DSP控制的均流控制裝置包括:信號采樣電路(2)、電流信號調(diào)理電路(3)、DSP控制器(4)、均流輸出信號調(diào)理電路(5)、二極管(6)和均流輸入信號調(diào)理電路(8)，其中:信號采樣電路(2)為電流信號采樣電路，其輸入端接收單個電源模塊輸出的電流信號，輸出端與電流信號調(diào)理電路(3)的輸入端連接;電流信號調(diào)理電路(3)、均流輸出信號調(diào)理電路(5)和均流輸入信號調(diào)理電路(8)均為信號調(diào)理器，電流信號調(diào)理電路(3)的輸出端與DSP控制器(4)和均流輸出信號調(diào)理電路(5)的輸入端連接;均流輸出信號調(diào)理電路(5)的輸出端與二極管(6)的陽極連接，二極管(6)的陰極與均流母線(7)連接;均流輸入信號調(diào)理電路(8)的輸入端與二極管(6)的陰極連接，輸出端與DSP控制器(4)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP控制的均流控制裝置，其特征在于:所述的信號采樣電路(2)包括電流采樣裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP控制的均流控制裝置，其特征在于:所述的電流信號調(diào)理電路(3)包括運算放大器及外圍電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP控制的均流控制裝置，其特征在于:所述的DSP控制器(4)包括DSP模擬量輸入及外圍輔助電路，其驅(qū)動A、B和驅(qū)動C、D端為DSP控制器(4)控制輸出端，與電源模塊的控制電路相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP控制的均流控制裝置，其特征在于:所述的均流輸出信號調(diào)理電路(5)和均流輸入信號調(diào)理電路(8)均包括運算放大器及外圍電路。6.一種如權(quán)利要求1所述的基于DSP控制的均流控制裝置所采用的控制方法，其特征在于:所述的控制方法包括按順序進行的下列步驟: 步驟I)信號采樣過程:DSP控制器(4)采集電流信號調(diào)理電路(3)的輸出信號和均流輸入信號調(diào)理電路(8)的輸出信號，并將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，供均流環(huán)節(jié)使用； 步驟2)單機運行過程:單機運行過程即為只有一個電源模塊工作；由于此時均流母線(7)上輸出的均流電壓值是單機電源模塊自身的電流值，所以在計算均流時，均流控制輸出為O，不起調(diào)節(jié)作用； 步驟3)多機并聯(lián)運行過程:多機并聯(lián)運行是指有兩個以上的電源模塊輸出端并聯(lián)在一起工作;多機并聯(lián)輸出時由于所有電源模塊的均流母線(7)被連接在一起，單一的電源模塊負載能力會有差異，因此電流值會不盡相同；根據(jù)電壓并聯(lián)原則，單點電壓高的電源模塊輸出會作為最終的均流輸出值； 步驟4)DSP控制器控制:首先將電流信號調(diào)理電路(3)輸出信號和均流輸入信號調(diào)理電路(8)的輸出信號進行濾波，然后求它們之間的差值，若差值超過規(guī)定好的誤差邊界，一般情況下就把邊界值賦值給誤差項，使其誤差項永遠不會超過設(shè)定好的邊界值;一般邊界值設(shè)定不超過額定電流值的5% ;得到上述的誤差項后，繼續(xù)將誤差項進行二次濾波;濾波后將該值疊加到控制程序的參考電壓上，通過微調(diào)參考電壓值來調(diào)節(jié)電源模塊輸出電流。
【文檔編號】H02M1/088GK105896945SQ201610219427
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】王樹桐
【申請人】北京國鐵路陽技術(shù)有限公司