本發(fā)明涉及電源均流技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種補(bǔ)償電壓下垂法均流技術(shù)中電壓損耗的方法及電路。

背景技術(shù)：

直流供電系統(tǒng)中，通常利用并聯(lián)式模塊化直流輸出系統(tǒng)，解決輸出功率擴(kuò)展性、可靠性以及模塊化維護(hù)的問(wèn)題。但實(shí)際應(yīng)用中，并聯(lián)模塊之間，其功率登記和控制參數(shù)往往存在一定誤差，各模塊之間分擔(dān)的電流并不均等。應(yīng)用場(chǎng)景下，個(gè)別模塊會(huì)由于分擔(dān)過(guò)多電流，造成熱應(yīng)力過(guò)大，威脅整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

目前，為解決并聯(lián)模塊之間的均流問(wèn)題，提出了例如：外特性下垂法、主從模塊設(shè)置法、主動(dòng)均流法，等，均流方法。其中，外特性下垂法，通過(guò)人為增加連接負(fù)載的電纜電阻或外加電流取樣、限流電阻，增加輸出阻抗，蓋上均流性能，提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。這種方式，利用模塊輸出電流的負(fù)反饋，增加電源模塊的等效輸出阻抗，使電源模塊外特性曲線斜率增加，實(shí)現(xiàn)均流。以電壓下垂法均流方式為例，利用該技術(shù)設(shè)計(jì)的并聯(lián)電源模塊之間易于擴(kuò)展，且，各模塊之間無(wú)需考慮耦合關(guān)系，避免了控制信號(hào)的相互干擾和emi。該均流方式下的直流供電系統(tǒng)，模塊化、可靠性均較高。

但同時(shí)，這種均流方式的缺點(diǎn)也很明顯：為得到下垂特性，供電系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)解率必定有所下降；且，雖然各模塊內(nèi)部負(fù)反饋均通過(guò)單獨(dú)發(fā)閉環(huán)進(jìn)行控制，但，由于并聯(lián)系統(tǒng)整體通過(guò)電壓或電流進(jìn)行開環(huán)控制，因此，供電系統(tǒng)整體均流效果仍不理想；系統(tǒng)內(nèi)各電源模塊需分別單獨(dú)調(diào)整，才能在系統(tǒng)級(jí)獲取較好均流特性；同時(shí)，該均流方式只適用于功率等級(jí)相接近的電源模塊進(jìn)行并聯(lián)。

具體到采用電壓下垂法的并機(jī)方案中，現(xiàn)有技術(shù)需要通過(guò)精密電阻來(lái)采集每個(gè)單模塊的電流。但由于每個(gè)精密電阻在通過(guò)電流時(shí)均會(huì)產(chǎn)生電壓損耗，傳統(tǒng)的電壓下垂法無(wú)法通過(guò)反饋對(duì)這部分電壓損耗進(jìn)行補(bǔ)償，因而會(huì)造成輸出電壓的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)正虛擬阻抗補(bǔ)償電壓下垂法中電壓損耗的方法及相應(yīng)電路。

首先，為實(shí)現(xiàn)上述目的，提出一種補(bǔ)償電壓下垂法中采樣電壓損耗的方法，包括以下步驟：

第一步，分別采集每一電源模塊輸出端流經(jīng)采樣電阻的電流值ioi，i為1至n之間的整數(shù)，n為電源模塊數(shù)量；

第二步，將第一步中采集到的全部電源模塊輸出端流經(jīng)采樣電阻的電流值io1，io2，……，ioi，……，ion累加，得到采樣電流和vr⁺；

第三步，將所述采樣電流和vr⁺乘以增益k，與電壓設(shè)置值vset疊加后，輸入至所述電壓下垂法的電壓設(shè)置端。通過(guò)從電壓設(shè)置值端補(bǔ)充采樣電壓損耗量，所述電壓下垂法內(nèi)各電源模塊均會(huì)根據(jù)電壓損耗量適量增大輸出電壓，由此補(bǔ)償所述采樣電壓損耗。

進(jìn)一步，上述補(bǔ)償方法中，所述第三步中，所述增益k＝ve/(vo*n)，其中，ve為電壓誤差滿幅值，vo為并機(jī)輸出電壓。

其次，為實(shí)現(xiàn)上述目的，還提出一種電壓下垂法中采樣電壓損耗的補(bǔ)償電路，包括以電壓下垂法方式連接的至少2個(gè)電源模塊，還包括累加器、放大器和加法器；

所述每個(gè)電源模塊的采樣電路輸出端均分別連接所述累加器的各累加輸入端，所述累加器的輸出端連接所述放大器(g)的輸入端，所述放大器的輸出端連接所述加法器的一個(gè)輸入端，所述加法器的另一輸入端連接電壓設(shè)置接口vset，所述加法器的輸出端同時(shí)連接所述各電源模塊的誤差放大器同相端。

進(jìn)一步，為保證采樣精度，上述電路中，所述采樣電路選用差分采樣。

上述電路中的補(bǔ)償量通過(guò)調(diào)整所述放大器(g)的增益值k進(jìn)行調(diào)整。一般取k＝ve/(vo*n)，其中，ve為電壓誤差滿幅值，vo為并機(jī)輸出電壓，n為電源模塊數(shù)量。

具體而言，上述電路中，所述累加器包括第二放大器、輸入端串聯(lián)電阻r、濾波電容c以及第二反饋電阻rf；

所述累加器的各累加輸入端均分別通過(guò)輸入端串聯(lián)電阻r與第二放大器的正相端連接，同時(shí)，所述累加器的各累加輸入端均還分別通過(guò)輸入端串聯(lián)電阻r與第二放大器的反相端連接；

所述第二放大器的正相端還通過(guò)并聯(lián)的所述濾波電容c和所述第二反饋電阻rf接地，所述第二放大器的反相端還通過(guò)并聯(lián)的所述濾波電容c和所述第二反饋電阻rf連接所述第二放大器的輸出端，所述第二放大器的輸出端作為所述累加器的輸出端。

同時(shí)，上述電路中，所述放大器(g)的反相端連接放大器輸入串聯(lián)電阻r1作為輸入端，連接所述累加器的輸出端；

所述放大器(g)的正相端通過(guò)電阻接地；

所述放大器(g)的輸出端和反相端之間還連接有第一反饋電阻rf。

具體的，上述電路的累加器中，輸入端串聯(lián)電阻r與所述第二反饋電阻rf阻值相等，或，所述第二反饋電阻rf阻值為k倍輸入端串聯(lián)電阻r的阻值。

上述電路的放大器中，所述第一反饋電阻rf的阻值為k倍反相端連接放大器輸入串聯(lián)電阻r1的阻值。

有益效果

本發(fā)明，將電壓下垂法中每一個(gè)電源模塊的因采樣電阻造成的電壓損耗進(jìn)行采樣并累加，以固定增益值獲得需要補(bǔ)償?shù)碾妷簱p耗數(shù)值，反饋至并機(jī)輸出電壓的整體控制端，即，電壓設(shè)置接口vset。在電壓設(shè)置接口vset增加對(duì)電壓損耗分量的補(bǔ)償量，以此設(shè)置具體各個(gè)電源模塊的輸出值。本發(fā)明通過(guò)對(duì)采樣電阻上壓降進(jìn)行正反饋，調(diào)節(jié)并機(jī)輸出電壓的整體控制信號(hào)，對(duì)每一模塊的壓降進(jìn)行均衡性地補(bǔ)償。由于所有電源模塊均采用統(tǒng)一的補(bǔ)償量補(bǔ)償其電壓損耗，因此，本發(fā)明所提供的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。

此外，本發(fā)明中，具體補(bǔ)償?shù)木唧w增益值k可通過(guò)電壓誤差滿幅值ve、并機(jī)輸出電壓vo和電源模塊數(shù)量n直接獲得，直接通過(guò)電路中反饋電阻與輸入串聯(lián)電阻的阻值比例即可獲得相應(yīng)增益，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，電路效率高。這種方式下，無(wú)需單獨(dú)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各電源模塊進(jìn)行分別單獨(dú)的調(diào)整。通過(guò)統(tǒng)一的增益值即可實(shí)現(xiàn)相同的調(diào)節(jié)效果。

此外，本發(fā)明通過(guò)補(bǔ)償電壓損耗，提高電源模塊控制環(huán)路的控制精度，從而從整體上提升電源系統(tǒng)中控制回路的精度以及穩(wěn)定性。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起，用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中電壓下垂法中采樣電壓損耗的補(bǔ)償電路框圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中累加器和放大器的實(shí)現(xiàn)電路示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中誤差放大和電壓反饋電路的實(shí)現(xiàn)方式示意圖；

圖4為現(xiàn)有2電源模塊組成的電壓下垂法電源結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的電壓下垂法中采樣電壓損耗的補(bǔ)償電路框圖，相較于圖4所示的傳統(tǒng)電壓下垂法實(shí)現(xiàn)電路，本實(shí)施例所提供的電路增加了累加器、放大器g和加法器。

圖1中，

vset:并機(jī)輸出電壓設(shè)置信號(hào)

vs1和vs2:分別是模塊一和模塊二vout的輸出電壓采樣信號(hào)

ve1和ve2:分別是模塊一和模塊二的誤差放大器信號(hào)

vin:并機(jī)輸入電壓

vout:并機(jī)輸出電壓

rs1和rs2：分別是模塊一和模塊二的輸出電壓采樣電阻

vr1和vr2：分別是模塊一和模塊二的經(jīng)過(guò)差分采樣過(guò)后的電壓信號(hào)

vr+:模塊一vr1和模塊二vr2的兩信號(hào)的經(jīng)過(guò)加法器過(guò)后的電壓信號(hào)，此信號(hào)反饋，作為本發(fā)明中的正虛擬阻抗

g:增益為k的放大器。

在兩個(gè)電源模塊組成的電壓下垂法電源電路中，2個(gè)電源模塊的采樣電路輸出端vr1、vr2均分別連接至所述累加器的一個(gè)累加輸入端，所述累加器的輸出端將采樣電流和vr⁺連接至所述放大器g的輸入端，所述放大器的輸出端連接所述加法器的一個(gè)輸入端，所述加法器的另一輸入端連接電壓設(shè)置接口vset，所述加法器的輸出端vest’同時(shí)連接所述各電源模塊的誤差放大器同相端。

上述電路按照下述方法步驟對(duì)采樣電壓損耗進(jìn)行處理：

第一步，分別采集每一電源模塊(本實(shí)施例中電源模塊數(shù)量n＝2)輸出端流經(jīng)采樣電阻的電流值vr1、vr2；

第二步，將第一步中采集到的全部電源模塊輸出端流經(jīng)采樣電阻的電流值vr1、vr2累加，得到采樣電流和vr⁺；

第三步，將所述采樣電流和vr⁺乘以增益k，與電壓設(shè)置值vset疊加后，輸入至所述電壓下垂法的電壓設(shè)置端。通過(guò)從電壓設(shè)置值端補(bǔ)充采樣電壓損耗量，所述電壓下垂法內(nèi)各電源模塊均會(huì)根據(jù)電壓損耗量適量增大輸出電壓，由此補(bǔ)償所述采樣電壓損耗。

為了補(bǔ)償因采樣電阻造成的電壓損耗，可以先將vr1和vr2相加并在實(shí)際調(diào)試中通過(guò)調(diào)整k，來(lái)調(diào)整vr+信號(hào)的大小，再將vr+與vset相加，然后把此信號(hào)同時(shí)送給模塊一和模塊二的誤差放大器的正端，分別與vs1和vs2做誤差放大，經(jīng)各自的pwm產(chǎn)生器來(lái)調(diào)整輸出電壓，既完成了均流也補(bǔ)償了各自的電壓損耗。

具體的分析過(guò)程如下：若模塊一在任意時(shí)刻輸出電流增大，vr1與誤差放大器一相減，會(huì)導(dǎo)致誤差放大器ve1減小，接著經(jīng)pwm產(chǎn)生器后模塊一占空比減小，促使模塊一的輸出電壓降低使得模塊一的輸出電流變小，達(dá)到自動(dòng)均流的目的。同時(shí)因各模塊上rs1和rs2的存在都會(huì)產(chǎn)生與各自輸出電流乘積的電壓損耗即有效輸出電壓變小，此時(shí)可以根據(jù)實(shí)際電路通過(guò)調(diào)整系數(shù)k的大小來(lái)調(diào)整正虛擬阻抗vr+的大小，vr+和vset相加后得到vest’相對(duì)于之前的vset會(huì)變大，由于變大之后的vset’信號(hào)會(huì)分別送達(dá)各模塊的誤差放大器的正端，使ve1，ve2增大最后各自模塊的占空比增加，各自輸出電壓增加，達(dá)到了補(bǔ)償有效輸出電壓變小的功能。

因此，第三步中，所述增益k＝ve/(vo*n)，可采用如圖2所示的硬件電路實(shí)現(xiàn)。計(jì)算式中，ve為電壓誤差滿幅值＝5v，vo為并機(jī)輸出電壓＝80v。

假設(shè)并機(jī)輸出電壓為vo，輸出電流為io,輸出電壓變化率為0.1％，均流精度為1％，那么輸出阻抗r＝電壓變化量/電流變化量,即r＝0.1％*vo/1％*io＝0.1*vo/io,這里我們可以直接將每個(gè)模塊的采樣電阻rs就設(shè)定為r值，則rs＝0.1*vo/io,那么每個(gè)模塊因采樣電阻的損耗vreduce≈(io/n)*rs＝(0.1*vo/io)*(io/n)＝0.1*vo/n,由控制理論可以知道輸出變化量如果為0.1*vo/n，那么控制環(huán)當(dāng)中必然有0.1*ve/n的變化量，也就是ve需要調(diào)節(jié)的均流量為0.1/n,這里n為并聯(lián)模塊數(shù)，此時(shí)我們可以確定每路模塊需要補(bǔ)償?shù)碾妷褐禐?.1*ve/n,即vr+*k＝0.1ve/n,假設(shè)ve滿幅值為5v,vo＝80v,io＝100a,有2模塊并聯(lián)，那么每路需要補(bǔ)償?shù)碾妷褐禐?.1*5v/2＝0.25v,則k＝0.25v/vr⁺,而vr⁺等于每模塊采樣電阻上的采樣電流和，vr⁺＝vr1+vr2。

vr1＝r*io1，vr2＝r*io2，r＝0.1*80v/100a＝80mr,因而，vr⁺＝80mr(io1+io2)。

那么k＝0.25v/80mr(io1+io2)＝0.25v/0.08r*100a＝0.03。當(dāng)然，工程上k值還需根據(jù)實(shí)際電路進(jìn)行優(yōu)化。

具體的，上述將數(shù)據(jù)求對(duì)數(shù)、求方差，具體采用那種數(shù)據(jù)加工方式由所采用的算法決定。

進(jìn)一步地，為保證采樣精度，上述電路中，所述采樣電路選用差分采樣。

圖2中，具體的，上述電路中的累加器和放大器g的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

所述累加器包括第二放大器、輸入端串聯(lián)電阻r、濾波電容c以及第二反饋電阻rf：

這里的濾波電容c并不是電路必須。同樣的電路結(jié)構(gòu)下，此處可以是單獨(dú)c，也可以通過(guò)電阻r和電容c串聯(lián)，或者，通過(guò)單獨(dú)的電容c和另外的電阻r、電容c串聯(lián)再并聯(lián)實(shí)現(xiàn)類似的功能。

所述累加器的各累加輸入端均分別通過(guò)輸入端串聯(lián)電阻r與第二放大器的正相端連接，同時(shí)，所述累加器的各累加輸入端均還分別通過(guò)輸入端串聯(lián)電阻r與第二放大器的反相端連接；

所述第二放大器的正相端還通過(guò)并聯(lián)的所述濾波電容c和所述第二反饋電阻rf接地，所述第二放大器的反相端還通過(guò)并聯(lián)的所述濾波電容c和所述第二反饋電阻rf連接所述第二放大器的輸出端，所述第二放大器的輸出端作為所述累加器的輸出端。

此處正虛擬阻抗電壓值＝(vr1+vr2+…+vrn)*rf/r。

其中，輸入端串聯(lián)電阻r與所述第二反饋電阻rf阻值相等，或，所述第二反饋電阻rf阻值為k倍輸入端串聯(lián)電阻r的阻值。

所述放大器g的反相端連接放大器輸入串聯(lián)電阻r1作為輸入端，連接所述累加器的輸出端：

所述放大器(g)的正相端通過(guò)電阻接地；所述放大器(g)的輸出端和反相端之間還連接有第一反饋電阻rf。

其中，所述第一反饋電阻rf的阻值為k倍反相端連接放大器輸入串聯(lián)電阻r1的阻值。

所述第一反饋電阻rf的阻值為k倍反相端連接放大器輸入串聯(lián)電阻r1的阻值。

上述電壓下垂法中，誤差放大模塊和電壓反饋模塊電路的具體結(jié)構(gòu)可選用如圖3所示的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：相比于一般均流電源，本專利的均流精度可以做到小于等于5％，而現(xiàn)有的均流精度僅能夠保證小于等于額定電流的5％。本專利在保證均流精度的同時(shí)還可以補(bǔ)償采樣造成的壓降誤差。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。