一种多并联大功率开关电源系统的制作方法

1.本实用新型属于电源控制技术领域，具体涉及一种多并联大功率开关电源系统。


背景技术：

2.为了增加输出功率，目前绝大多数电源系统都采用多电源并联的技术方案。但现有的多电源并联方式多采用菊花链模式的主从结构，即第一个模块工作，然后第二个模块工作，以此类推，各模块依次工作；该模式的最大缺陷在于第一个模块故障后，整个系统都处于故障状态，同时故障信息也是从最后一个模块向前传递；同时采用模拟信号进行传递，电源并联越多，参考信号衰减越厉害，输出可能不均流；且并联电源模块有限，超过一定数量就需要增加辅助控制器来保持工作模块的均流，应用十分受限。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种多并联大功率开关电源系统，用以解决现有技术中存在的上述问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.本实用新型提供一种多并联大功率开关电源系统，包括主电源控制器、电流传感器和若干独立电源装置，所述主电源控制器的信号输出端通过通信链路并联到各独立电源装置的信号接收端，各独立电源装置的输出端并联到电流传感器，所述电流传感器的输出端与电源控制器的数据采集端，所述电流传感器用于采集各独立电源装置并联后的总输出电流数据，并将总输出电流数据传输至主电源控制器，所述主电源控制器用于接收总输出电流数据，生成数字控制信号，通过通信链路将数字控制信号传输至各独立电源装置，各独立电源装置用于根据数字控制信号进行输出控制。
6.其应用时，各独立电源装置均可作为单独的大功率电源来工作，通过电流传感器可采集各独立电源装置并联后的总输出电流数据，将总输出电流数据传输给主电源控制器，主电源控制器根据总输出电流数据生成相应的数字控制信号，通过通信链路将数字控制信号以广播形式下发至各独立电源装置，使各独立电源装置进行电源输出调控，从而实现整个系统的数字闭环控制。
7.在一个可能的设计中，所述通信链路包括光纤链路。
8.在一个可能的设计中，所述主电源控制器的信号输出端设有光信号输出电路，各独立电源装置的信号接收端均设有光信号接收电路，所述光信号输出电路用于将数字控制信号转换为光信号，将光信号传输至光纤链路，所述光信号接收电路用于从光纤链路接收光信号，并将光信号转换为数字控制信号。
9.在一个可能的设计中，所述通信链路包括网络交换机，所述网络交换机通过工业总线与各独立电源装置的信号接收端连接，并通过网线与主电源控制器的信号输出端连接。
10.在一个可能的设计中，所述独立电源装置包括内电源控制器以及依次连接的整流
电路、低频滤波电路、逆变电路、高频整流电路和高频滤波电路，所述内电源控制器用于接收主电源控制器的数字控制信号，并输出调控信号至逆变电路，所述整流电路用于接入市电进行整流，得到输入直流电，所述低频滤波电路用于对输入直流电进行滤波处理，并将滤波后的输入直流电传输至逆变电路，所述逆变电路用于接收内电源控制器的调控信号，并根据调控信号对滤波后的输入直流电进行逆变调压处理，输出高频交流电至高频整流电路，所述高频整流电路用于对高频交流电进行整流处理，得到直流脉冲电，所述高频滤波电路用于对直流脉冲电进行滤波处理，得到滤波后的输出直流电。
11.在一个可能的设计中，所述独立电源装置还包括采样电路，所述采样电路的输入端并联在高频滤波电路的输出端，采样电路的输出端连接内电源控制器，所述采样电路用于对高频滤波电路的输出直流电进行采样，得到采样信号，并将采样信号传输至内电源控制器，所述内电源控制器用于接收采样信号和数字控制信号后，输出pwm脉冲调控信号至逆变电路。
12.在一个可能的设计中，所述主电源控制器还通过rs232接口连接有本地触摸屏。
13.在一个可能的设计中，所述主电源控制器还通过rj45接口连接远程中控系统。
14.有益效果：本实用新型可实现各并联独立电源装置的数字化闭环控制，可重复性好；各独立电源装置之间是并行结构，相互独立，互不干扰，不受数量影响；各独立电源装置通过主电源控制器调控，可任意时刻投入和退出，并联输出功率大；通过数字信号传递进行闭环控制，信号传递速度快、抗干扰性强、稳定度高。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为实施例中系统的外环控制示意图；
17.图2为实施例中系统的通信控制示意图；
18.图3为实施例中光信号输出电路的电路示意图；
19.图4为实施例中光信号接收电路的电路示意图；
20.图5为实施例中独立电源装置的结构示意图；
21.图6为实施例中整流电路的电路示意图；
22.图7为实施例中低频滤波电路的电路示意图；
23.图8为实施例中逆变电路的电路示意图；
24.图9为实施例中高频整流电路的电路示意图；
25.图10为实施例中高频滤波电路的电路示意图；
26.图11为实施例中采样电路的电路示意图。
具体实施方式
27.在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示
例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。
28.应当理解，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。
29.在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得实施例不清楚。
30.实施例：
31.本实施例提供了一种多并联大功率开关电源系统，如图1至图2所示，包括主电源控制器、电流传感器和若干独立电源装置，所述主电源控制器的信号输出端通过通信链路并联到各独立电源装置的信号接收端，各独立电源装置的输出端并联到电流传感器，所述电流传感器的输出端与电源控制器的数据采集端，所述电流传感器用于采集各独立电源装置并联后的总输出电流数据，并将总输出电流数据传输至主电源控制器，所述主电源控制器用于接收总输出电流数据，生成数字控制信号，通过通信链路将数字控制信号传输至各独立电源装置，各独立电源装置用于根据数字控制信号进行输出控制。
32.可选地，所述通信链路包括光纤链路，所述主电源控制器的信号输出端设有光信号输出电路，各独立电源装置的信号接收端均设有光信号接收电路，所述光信号输出电路用于将数字控制信号转换为光信号，将光信号传输至光纤链路，所述光信号接收电路用于从光纤链路接收光信号，并将光信号转换为数字控制信号。主电源控制器通过相应的数据采集端实时采集到电流传感器dcct的总输出电流数据，经过pid调节得到数字控制信号，通过如图3所示的光信号输出电路将数字控制信号转换为光信号，利用高速光纤跳线hfbr-1414tz以广播的形式下发到每个独立电源装置，从而实现外环控制，各独立电源装置通过如图4所示的光信号接收电路将光信号转换为数字控制信号进行使用。
33.可选地，所述通信链路包括网络交换机，所述网络交换机通过工业总线与各独立电源装置的信号接收端连接，并通过网线与主电源控制器的信号输出端连接。所述主电源控制器还通过rs232接口连接有本地触摸屏，通过本地触摸屏可以实现主电源控制器的相应参数设定及运行状态监控显示。所述主电源控制器还通过rj45接口连接远程中控系统，主电源控制器采用rj45接口，运行tcp/tp协议，可与远程中控系统信号对接，以通过远程中控系统实现主电源控制器的相应参数设定及运行状态监控。
34.可选地，各独立电源装置是一个完整的开关电源，开关电源是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。如图5所示，所述独立电源装置包括内电源控制器以及依次连接的整流电路、低频滤波电路、逆变电路、高频整流电路和高频滤波电路。
35.如图6所示，所述整流电路用于接入三相交流市电进行整流处理，得到相应的输入直流电。如图7所示，所述低频滤波电路用于对输入直流电进行滤波处理，并将滤波后的输入直流电传输至逆变电路；低频滤波电路主要由lc滤波器组成，lc滤波器，是利用电感、电
容的组合设计构成的滤波电路，可以截断或通过一定频率范围内的信号，具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点；市电经过整流后的直流信号是脉动信号，有极大的低频交流纹波，通过lc滤波后，得到干净的直流信号，滤波效果越好，整个电源的品质也就越高。
36.如图8所示，所述逆变电路用于接收内电源控制器的调控信号，并根据调控信号对滤波后的输入直流电进行逆变调压处理，输出高频交流电至高频整流电路；开关电源的逆变即pwm逆变，是通过调整脉冲频率和占空比来调整输出电压，是将直流电变成高频的交流电的电路；逆变部分由ibgt(绝缘栅双极型晶体管)、支撑电容和滤波电容组成，需6只igbt，12路pwm脉冲，每两只igbt组成一个zvs电路，3路zvs电路之间错相120
°
，控制频率可到99k，这样极大的减小了输出高频纹波，提高了电源精度；如图8所示为3路完整的zvs逆变电路。
37.如图9所示，所述高频整流电路用于对高频交流电进行整流处理，得到直流脉冲电；高频整流电路由两部分组成，一部分是高频变压器t1，高频变压器t1是将高频交流电变换成输出需要的电压，同时有隔直通交的作用，也有输入输出隔离作用，另一部分是整流部分，由高频快恢复二极管组成桥式等电路，将高频交流整流成脉动的直流。如图10所示，所述高频滤波电路用于对直流脉冲电进行滤波处理，得到滤波后的输出直流电；高频滤波也采用lc滤波，此处的l为高频电感，c为高频电容，高频滤波器使用滤波电感l来抑制高频谐波，使用大容量滤波电容c来抑制高频率脉冲波，通过合理的架构实现对于高频谐波的过滤功能，从而得到高品质的直流电。
38.如图11所示，所述独立电源装置还包括采样电路，所述采样电路的输入端并联在高频滤波电路的输出端，采样电路的输出端连接内电源控制器，所述采样电路用于对高频滤波电路的输出直流电进行采样，得到采样信号，并将采样信号传输至内电源控制器，所述内电源控制器用于接收采样信号和数字控制信号后，输出pwm脉冲调控信号至逆变电路。采样电路功能包括输入母线采样、输出电压采样和输出电流采样；采用电流霍尔传感器完成输出电流采样，实现闭环控制；输入母线采样和输出电压采样主要是做显示及保护作用，输入母线采样采用电压霍尔传感器完成，输出电压采样采用电阻网路网络完成。
39.所述内电源控制器用于接收主电源控制器的数字控制信号，并输出调控信号至逆变电路，实现独立电源装置的内环控制，即完成该独立电源装置的自身控制。内电源控制器通过采样电路采集到采样信号与外环的主电源控制器下发的数字控制信号做pid调解处理，产生pwm脉冲调控信号，利用pwm脉冲调控信号去控制逆变电路igbt的脉冲宽度，从而实现独立电源装置的内环控制。
40.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，包括主电源控制器、电流传感器和若干独立电源装置，所述主电源控制器的信号输出端通过通信链路并联到各独立电源装置的信号接收端，各独立电源装置的输出端并联到电流传感器，所述电流传感器的输出端与电源控制器的数据采集端，所述电流传感器用于采集各独立电源装置并联后的总输出电流数据，并将总输出电流数据传输至主电源控制器，所述主电源控制器用于接收总输出电流数据，生成数字控制信号，通过通信链路将数字控制信号传输至各独立电源装置，各独立电源装置用于根据数字控制信号进行输出控制。2.根据权利要求1所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述通信链路包括光纤链路。3.根据权利要求2所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述主电源控制器的信号输出端设有光信号输出电路，各独立电源装置的信号接收端均设有光信号接收电路，所述光信号输出电路用于将数字控制信号转换为光信号，将光信号传输至光纤链路，所述光信号接收电路用于从光纤链路接收光信号，并将光信号转换为数字控制信号。4.根据权利要求1所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述通信链路包括网络交换机，所述网络交换机通过工业总线与各独立电源装置的信号接收端连接，并通过网线与主电源控制器的信号输出端连接。5.根据权利要求1所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述独立电源装置包括内电源控制器以及依次连接的整流电路、低频滤波电路、逆变电路、高频整流电路和高频滤波电路，所述内电源控制器用于接收主电源控制器的数字控制信号，并输出调控信号至逆变电路，所述整流电路用于接入市电进行整流，得到输入直流电，所述低频滤波电路用于对输入直流电进行滤波处理，并将滤波后的输入直流电传输至逆变电路，所述逆变电路用于接收内电源控制器的调控信号，并根据调控信号对滤波后的输入直流电进行逆变调压处理，输出高频交流电至高频整流电路，所述高频整流电路用于对高频交流电进行整流处理，得到直流脉冲电，所述高频滤波电路用于对直流脉冲电进行滤波处理，得到滤波后的输出直流电。6.根据权利要求5所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述独立电源装置还包括采样电路，所述采样电路的输入端并联在高频滤波电路的输出端，采样电路的输出端连接内电源控制器，所述采样电路用于对高频滤波电路的输出直流电进行采样，得到采样信号，并将采样信号传输至内电源控制器，所述内电源控制器用于接收采样信号和数字控制信号后，输出pwm脉冲调控信号至逆变电路。7.根据权利要求1所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述主电源控制器还通过rs232接口连接有本地触摸屏。8.根据权利要求1所述的一种多并联大功率开关电源系统，其特征在于，所述主电源控制器还通过rj45接口连接远程中控系统。

技术总结
本实用新型涉及电源控制技术领域，具体公开了一种多并联大功率开关电源系统，各独立电源装置均可作为单独的大功率电源来工作，通过电流传感器可采集各独立电源装置并联后的总输出电流数据，将总输出电流数据传输给主电源控制器，主电源控制器根据总输出电流数据生成相应的数字控制信号，通过通信链路将数字控制信号以广播形式下发至各独立电源装置，使各独立电源装置进行电源输出调控，从而实现整个系统的数字闭环控制。本实用新型可实现各并联独立电源装置的数字化闭环控制，各独立电源装置之间是并行结构，相互独立，互不干扰，不受数量影响，可任意时刻投入和退出，并联输出功率大，且信号传递速度快、抗干扰性强、稳定度高。稳定度高。稳定度高。


技术研发人员：郭丹 李胜 芶建社 贺建军 李久旬 马诚凯
受保护的技术使用者：成都大博电气有限责任公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/14