适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统及方法，所述无线电压前馈控制系统包括N个控制支路，每个控制支路匹配一变换器；每个控制支路包括加法器、电流采样单元、比较器、驱动器、两个比例放大器和两个传递单元。将变换器的输入电压信号、输出电压信号和电流信号处理产生SPWM控制信号，驱动变换器的功率开关器件，实现输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制，确保输入串联/输出并联系统的稳定运行。本发明专利技术使电源变换器可以工作在更高输入电压的场合，降低了变换器中功率器件的电压应力和电流应力，避免了各变换器间的通信连接，增强了系统的可靠性，降低了设计的复杂性。

Radio voltage feedforward control system and method suitable for input series / output parallel system

The invention discloses a method for input series / wireless voltage feedforward control system and method of parallel output system, the wireless voltage feedforward control system consists of N control circuit, a control circuit, each converter; each control circuit including the adder, current sampling unit, a comparator, a proportional amplifier and driver, two two transfer unit. The input voltage signal, the output voltage signal and current signal processing to produce SPWM control signal converter, power switch device drive converter, the input / output voltage feedforward series wireless parallel system control, to ensure that the input / output series parallel system stable operation. The invention of the power converter can operate at higher input voltage occasions, reduces the power converter device voltage stress and current stress, avoiding the communication connection between the converter and enhance the reliability of the system, reduces the complexity of design.

【技术实现步骤摘要】
适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统及方法
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种隔离型和非隔离型DC-DC变换器输入串联/输出并联的控制控制系统及方法。
技术介绍
DC-DC变换器是一种将直流电能转换为有效输出固定电压的电能变换装置，按变换器输入端和输出端是否电气隔离，可分为非隔离型DC-DC变换器和隔离型DC-DC变换器，它们在各个领域中都有着广泛的应用。随着现代工业的发展，用电设备的增加，对电源的可靠性的要求也越来越高，单个电源供电由于受到功率开关器件电压和电流应力的限制不能满足输入高压、高功率的场合，需要多个变换器以输入串联/输出并联的方式连接，从而使输入电压和输出功率平均分配到每个变换器中，降低了功率器件的电压和电流应力，提高了系统的可靠性。传统DC-DC变换器输入串联/输出并联方法分为三环控制和相同占空比的控制策略。三环控制策略需要总输入电压采样，并将其加入控制环节，故需要多个输入串联/输出并联变换器之间的通信连接，此外在隔离型DC-DC变换器中，总输入电压采样还需隔离处理之后才能加入控制环节，这增加了控制的复杂程度，降低了系统的可靠性。相同占空比控制策略需要将一个DC-DC变换器的驱动信号传递给剩余的变换器，同样需要多个输入串联/输出并联变换器之间的通信连接，降低了系统的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有输入串联/输出并联系统控制复杂、可靠性差等不足，提供了一种新的输入串联/输出并联无线电压前馈控制系统及方法。本专利技术不仅能实现各模块间输入电压和输出功率的均分，此外，各输入串联/输出并联变换器间无需任何通信连接，控制方法简单，容易实现，可靠性高。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统，所述输入串联/输出并联系统包括N个变换器，N为大于等于2的正整数；所述N个变换器的输入端串联、输出端并联。其特征在于，所述无线电压前馈控制系统包括N个控制支路，每个控制支路匹配一变换器；每个控制支路包括加法器、电流采样单元、比较器、驱动器、两个比例放大器和两个传递单元等。第一比例放大器的输入端与变换器的输入端连接，第一比例放大器的输出端与加法器的一个输入端相连，加法器的另一输入端输入参考电平Vref，加法器的输出端连接第一传递单元的正输入端；第二比例放大器的输入端与变换器的输出端相连，第二比例放大器的输出端与第一传递单元的负输入端相连；第一传递单元的输出端连接第二传递单元的正输入端；电流采样单元的输出端与第二传递单元的负输入端相连，第二传递单元的输出端连接比较器的正输入端，比较器的负输入端输入载频为f的三角波信号，比较器的输出端连接驱动器；驱动器驱动变换器的功率开关器件。进一步地，所述第一比例放大器和第二比例放大器结构相同，均包括电阻R1、电阻R2和电容C1等，电阻R2的一端与变换器的输入端连接，电阻R2的另一端连接电阻R1和电容C1，电阻R1和电容C1的另一端均接地，电阻R2的另一端为比例放大器的输入端，输出端电阻R1、电阻R2和电容C1相连接的端口为比例放大器的输出端。进一步地，所述第一传递单元和第二传递单元结构相同，均包括三个电阻R3、R4、R5、四个电容C2、C3、C4、C5和第一运算放大器等。电阻R3的一端和电阻R5的一端相连，连接处为传递单元的负输入端；电阻R5的另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电容C2的一端、电容C3的一端均与第一运算放大器的负输入端相连，第一运算放大器的正输入端为传递单元的正输入端，电容C2的另一端连接电阻R4，电容C3的另一端、电阻R4的另一端均与第一运算放大器的输出端相连，连接处为传递单元的输出端。第一运算放大器的接地端接地，电源输入端接5V电源；电容C5的一端接第一运算放大器的电源输入端，另一端接地。进一步地，所述电流采样单元包括采样电阻、第二运算放大器、两个电容C6、C7和四个电阻R6、R7、R8、R9等。采样电阻的正端与电阻R7相连，电阻R7的另一端分别连接电阻R8、电容C7和第二运算放大器的负输入端，电阻R8的另一端和电容C7的另一端均接地；采样电阻的负端与电阻R6相连，电阻R6的另一端分别连接电阻R9和第二运算放大器的负输入端；电阻R9的另一端与第二运算放大器的输出端相连，连接处为电流采样单元的输出端。第二运算放大器的接地端接地，电源输入端接5V电源；电容C6的一端接第二运算放大器的电源输入端，另一端接地。一种适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制方法，包括以下步骤：(1)变换器的输入电压信号Vin经第一比例放大器，通过电阻R1和电阻R2分压后，产生输入电压采样信号Vin_sample＝R1Vin/(R1+R2)，该输入电压采样信号与参考电平Vref经加法器相加后产生调整参考电平V*ref＝Vref+Vin_sample。(2)变换器的输出电压信号Vout经第二比例放大器，通过电阻R1和电阻R2分压后，产生输出电压采样信号Vout_sample＝R1Vout/(R1+R2)，该输出电压采样信号与步骤1得到的调整参考电平由第一传递单元处理产生电流基准信号Iref。(3)电流采样单元采集变换器的电流信号，输出电流采样信号Iout_sample：Iout_sample＝(V+-V-)·R8/R6其中，V+和V-分别为采样电阻的正端电压和负端电压，电阻大小满足R6＝R7，R8＝R9。(4)步骤2得到的电流基准信号和步骤3得到的输出电流采样信号经第二传递单元处理产生电流误差放大信号。(5)步骤4产生的电流误差放大信号与载频为f的三角波由比较器比较产生SPWM控制信号。当电流误差放大信号幅值大于三角波幅值时，比较器输出为正电平；反之，当电流误差放大信号幅值小于三角波幅值时，比较器输出为负电平。该SPWM控制信号经驱动功率放大后，驱动变换器的功率开关器件。实现输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制，确保输入串联/输出并联系统的稳定运行。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术采用输入串联结构，使各变换器的的输入电压仅为总输入电压的1/N(N为输入串联/输出并联系统中变换器个数)，这使电源变换器可以工作在更高输入电压的场合，降低了变换器中功率器件的电压应力；本专利技术采用输出并联结构，使各变换器的输出功率仅为总输出功率的1/N，这使电源变换器可以工作在更大功率的场合，降低了变换器中功率器件的电流应力；本专利技术采用无线电压前馈控制方法，各输入串联/输出并联变换器仅需将自身输入电压加入电压前馈控制环节，避免了各变换器间的通信连接，增强了系统的可靠性；本专利技术采用的输入电压前馈控制未改变变换器的闭环系统特性，避免了变换器闭环系统的重新设计，降低了设计的复杂性。附图说明图1是多个输入串联/输出并联变换器的连接图；图2是比例放大器的电路图；图3是传递单元的电路图；图4是电流采样单元的电路图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供了一种适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统，所述输入串联/输出并联系统包括N个变换器，N为大于等于2的正整数；所述N个变换器的输入端串联、输出端并联。所述无线电压前馈控制系统包括N个控制支路，每个控制支路匹配一变换器；每个控制支路包括加法器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统，所述输入串联/输出并联系统包括N个变换器，N为大于等于2的正整数；所述N个变换器的输入端串联、输出端并联。其特征在于，所述无线电压前馈控制系统包括N个控制支路，每个控制支路匹配一变换器；每个控制支路包括加法器、电流采样单元、比较器、驱动器、两个比例放大器和两个传递单元等。第一比例放大器的输入端与变换器的输入端连接，第一比例放大器的输出端与加法器的一个输入端相连，加法器的另一输入端输入参考电平V

【技术特征摘要】
1.一种适用于输入串联/输出并联系统的无线电压前馈控制系统，所述输入串联/输出并联系统包括N个变换器，N为大于等于2的正整数；所述N个变换器的输入端串联、输出端并联。其特征在于，所述无线电压前馈控制系统包括N个控制支路，每个控制支路匹配一变换器；每个控制支路包括加法器、电流采样单元、比较器、驱动器、两个比例放大器和两个传递单元等。第一比例放大器的输入端与变换器的输入端连接，第一比例放大器的输出端与加法器的一个输入端相连，加法器的另一输入端输入参考电平Vref，加法器的输出端连接第一传递单元的正输入端；第二比例放大器的输入端与变换器的输出端相连，第二比例放大器的输出端与第一传递单元的负输入端相连；第一传递单元的输出端连接第二传递单元的正输入端；电流采样单元的输出端与第二传递单元的负输入端相连，第二传递单元的输出端连接比较器的正输入端，比较器的负输入端输入载频为f的三角波信号，比较器的输出端连接驱动器；驱动器驱动变换器的功率开关器件。2.根据权利要求1所述的无线电压前馈控制系统，其特征在于，所述第一比例放大器和第二比例放大器结构相同，均包括电阻R1、电阻R2和电容C1等，电阻R2的一端与变换器的输入端连接，电阻R2的另一端连接电阻R1和电容C1，电阻R1和电容C1的另一端均接地，电阻R2的另一端为比例放大器的输入端，输出端电阻R1、电阻R2和电容C1相连接的端口为比例放大器的输出端。3.根据权利要求1所述的无线电压前馈控制系统，其特征在于，所述第一传递单元和第二传递单元结构相同，均包括三个电阻R3、R4、R5、四个电容C2、C3、C4、C5和第一运算放大器等。电阻R3的一端和电阻R5的一端相连，连接处为传递单元的负输入端；电阻R5的另一端连接电容C4的一端，电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电容C2的一端、电容C3的一端均与第一运算放大器的负输入端相连，第一运算放大器的正输入端为传递单元的正输入端，电容C2的另一端连接电阻R4，电容C3的另一端、电阻R4的另一端均与第一运算放大器的输出端相连，连接处为传递单元的输出端。第一运算放大器的接地端接地，电源输入端接5V电源；电容C5的一端接第一运算放大器的电源输入端，另一端接地。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：石健将，刘鑫，郑祥杰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33