用于配电自动化系统的模块化电源技术方案

本发明专利技术涉及用于配电自动化系统的电源模块并且更特定地涉及在远程输入输出装置中提供电源使得超过一个的电源模块可有效地连接在一起。并联连接在一起、具有公共或独立输入源的电源模块通过负载分摊控制而按比例地（均等地）分摊负载。并联模块化电源系统在输入、输出处耦合并且对于负载分摊控制在它们之间具有干扰/串扰，从而在整个操作范围上（特别地其中独立输入源在输入电压水平具有巨大差异）实现稳定性造成困难。本发明专利技术通过在电源模块内的次级侧中使用滤波放大器部件来降低电源模块中的噪声效应而提供电源模块的有效解耦和提高的稳定性。用于配电自动化系统的电源模块还提供用于指示并且传达来自连接在一起的电源模块中的每个的健康状态的部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于配电自动化系统的电源模块并且更特定地涉及在远程输入输出装置中提供电源使得超过一个的电源模块可有效地连接在一起。
技术介绍
若干配电自动化（DA）产品将需要输入/输出（IO）扩展、灵活的本地IO更换或补充来提供可扩缩性。在远程IO的情况下，意指使物理、数字/模拟I/O连接到其他DA产品的自包含的IO装置、远程IO装置需要能够向连接的DA产品供应需要的电力。需要的电力通过使用电源模块来供应。个体电源模块的额定功率通常受到可用高度、板空间的限制并且受到对体积热耗散限制的限制。例如，远程IO装置中的电源模块可具有作为示例供应最大7.5W的能力但需要可是具有供应15W的能力。在这样的情形下，两个电源模块可并联连接在一起。从而，为了供应更高的电力，可使用若干并联连接的电源。除更高的电流外，并联模块还可以提供冗余，这是用于在系统中实现可靠、不间断和延长的寿命预期的重要因素。独立的电源模块在采用并联配置连接时可导致这些独立电源模块中的每个分摊不相等的负载，包括由于操作点或输出V-I特性的差异而吸收电流而不是供应，即使在它们具有相似的种类时也如此。这可导致电和热应力的不均匀分布，并且因此导致过载的电源模块的寿命可能降低。为了避免负载电流的不平衡分摊的问题，一般包括用于根据并联连接的电源模块的个体能力而在它们之间按比例地分配负载电流的电路。该技术称为“负载分摊”。负载分摊典型地在其中超过一个的电力模块服务于单个负载的电源中发现或具有例如公共输出电压总线（其向多个负载供应电力）上的公共点。此外，公共输出电压总线需要采用独立电源模块能够指示它们相应的健康状态（尽管具有并联连接的多个独立电源模块也如此）这样的方式来提供。每个电源模块需要被解耦，以避免来自电源组合的电压输出在该组合中的每个电源模块的输出（包括出故障电源的输出）处可用的任何效应。电源使用高频开关作为用于将输入源高效转换成期望的DC电压水平的手段，这是常见的。电源可设计成在大范围的高频附近操作，这还可产生能够形成干扰的噪声。并联连接的电源模块中的噪声可由串扰/干扰（由于输入/输出处的耦合引起以及由于来自用于在并联连接的电源模块之间按比例分配负载电流的各种模块的负载分摊控制回路的交互引起）产生。来自模块的噪声的这样跨整个系统的传播可在电源模块中的任一个中导致稳定性问题，从而最终危及整个系统的稳定性。控制噪声并且提高稳定性的任务在对于转换器电源没有公共输入电压源和/或需要有支持宽输入电压范围的电源模块时特别是个挑战。噪声和稳定性可通过有效解耦借助降低系统中的噪声和串扰以用于可靠操作来改进。此外，对于系统中的可靠健康指示和通信也需要解耦。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，本专利技术提供电源模块，其包括用于连接到输入电力源（通过合适的端子或总线连接）的部件、用于调整输出DC电压的调整部件、从高频开关的电压产生输出DC电压的整流模块、具有与调整部件和电力输入电力源（一个或多个）连接的初级侧和连接到整流模块的次级侧的变压器、用于向调整部件提供电压反馈信号来调整输出DC电压的电压反馈部件（例如，分压器）、用于使电源模块与至少一个其他电源模块连接的连接部件（例如，在电源模块堆叠在一起时通过总线连接）以及用于控制电源模块的负载分摊的负载分摊控制模块。电源模块另外具有在变压器的次级侧中连接用于降低电源模块（特别在电源模块中的电压控制回路中）中的噪声的滤波放大器。在优选实施例中，滤波放大器使由于电源模块（当多个电源模块连接在一起时的系统）中的开关而产生/出现的高频噪声衰减。电源模块的次级侧处的滤波放大器连同电源的初级侧中的电压误差放大器一起提高电源中的信噪比并且提高稳定性。在优选实施例中，模块化电源模块具有健康检查模块，用于基于DC输出电压与从电源模块的次级侧处连接的等效整流模块得到的信号的比较来推断它的健康状态。在另一个方面中，提供模块化电源系统，其具有使用公共输出电压总线和公共电流分摊总线而在输出处耦合的多个电源模块。这些电源模块可以在没有任何额外设置或没有使用额外装置/信号的情况下通过使它们简单地堆叠在一起而并联连接在一起。在另一个实施例中，具有并联连接的电源模块的模块化电源系统提供有独立且不同的输入电力源。在再另一个实施例中，模块化电源系统具有提供有独立且不同的输入电力源的电源模块中的一些并且一些其他电源模块提供有公共输入电力源。在再另一个实施例中，模块化电源系统具有提供有备用电池输入源的至少一个电源模块。附图说明本专利技术的这些和其他特征、方面和优势当参照附图（其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件）阅读下列详细说明时将变得更好理解，其中：图1是图示个体电源模块的实施例的电路图；图2是图示并联连接的两个电源模块的实施例的电路图；图3是图示具有噪声降低能力的并联连接的两个电源模块的实施例的电路图；图4是图示在并联连接的两个电源模块中的健康检查模块的实施例的电路图；图5是图示独立操作模式的框图；图6是图示多电源操作模式的框图；图7是图示对于一个电源模块的输入源具有备用电池的多电源操作模式的框图。具体实施方式本专利技术描述对于能并联连接以供它在配电自动化系统中使用的电源模块控制噪声并且提高稳定性的技术。这些电源模块是模块化的并且能安装在DIN轨中并且可具有公共输入电压源或个体输入源以及支持宽范围的输入电压。图1图示示范性电源模块。参考图1，电源模块100包括独立输入电力源110、调整部件120、产生输出DC电压160的整流模块140、具有与调整部件120和输入电力源110连接的初级侧和连接到整流模块140的次级侧的变压器130、用于向调整部件120提供电压反馈信号来调整电压控制回路中的输出DC电压的电压反馈部件150（图示中分压器）。图示中的调整部件采用由基于PWM（脉宽调制）的控制而驱动的开关元件（开关）而设计。在期望高电力和可靠供电技术方案的关键应用中，超过一个的电源模块并联连接。向用户提供根据他的要求（包括未来需要）来连接若干电源的灵活性，其中如果任何应用需要更多的电力，用户具有简单地添加更多电源模块的灵活性。在本专利技术中对高功率且可靠供电技术方案提供的一些额外设计考虑是：a）所有电源模块是相同的而没有任何主/从类型的隔离以用于控制相等加载，并且能够采用“独立模式”或采用“多电源模式”运行而没有任何选择/外部装置/附加连接或输出电压的任何精密设置的任何需要；b）所有电源具有独立输入电压源，即每个并联连接的电源（即，采用“多电源模式”）的输入电压源可以不同。例如，电源模块1（PSM1）可以具有220VAC作为输入源并且电源模块2（PSM2）可以具有110VDC作为输入源。范围可以是宽的，作为示例，对于电源模块的电压可以在85-264VAC或88-375VDC的范围中。此外，用于并联连接的电源的输入电压源可以是从HV电力线抽取电力的电力收集系统，或可以是像光伏系统或来自备用电池的备选能量系统；c）并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于配电自动化系统的电源模块100，其包括：用于将输入电力源110连接到所述电源模块并且用于将所述电源模块的输出连接到外部装置的部件；调整部件120；整流模块140，其产生输出DC电压160；变压器130，其具有与所述调整部件120和所述一个或多个电力输入电力源连接的初级侧和连接到所述整流模块140的次级侧；电压反馈部件150，用于向所述调整部件120提供电压反馈信号来调整所述输出DC电压160；负载分摊控制模块210，其具有用于控制所述电源模块的负载分摊的负载分摊信号；并且其中所述电源模块100另外提供有滤波放大器310，用于调节电压反馈信号，所述滤波放大器在所述变压器130的次级侧中连接用于降低所述电源模块中的噪声效应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.21 IN 2096/CHE/20111. 一种用于配电自动化系统的电源模块100，其包括：
用于将输入电力源110连接到所述电源模块并且用于将所述电源模块的输出连接到外部装置的部件；
调整部件120；
整流模块140，其产生输出DC电压160；
变压器130，其具有与所述调整部件120和所述一个或多个电力输入电力源连接的初级侧和连接到所述整流模块140的次级侧；
电压反馈部件150，用于向所述调整部件120提供电压反馈信号来调整所述输出DC电压160；
负载分摊控制模块210，其具有用于控制所述电源模块的负载分摊的负载分摊信号；并且
其中所述电源模块100另外提供有滤波放大器310，用于调节电压反馈信号，所述滤波放大器在所述变压器130的次级侧中连接用于降低所述电源模块中的噪声效应。
2. 如权利要求1所述的电源模块，其中所述调整部件120包括通过来自所述变压器130的初级侧中的电压误差放大器的调节电压误差信号而控制的开关元件。
3. 如权利要求1所述的电源模块，其中所述电压反馈部件150包括具有电阻元件的分压器。
4. 如权利要求1所述的电源模块，其中所述滤波放大器310使所述电源模块中出现的高频噪声衰减。
5. 如权利要求1所述的电源模块，其中所述电源模块进一步包括健康检查模块440，用于基于所述输出DC电压160与从所述变压器130的次级处连接的等效整流模块420得到的信号的比较来推断所述电源模块的健康状态。
6. 一种用于配电自动化系统的模块化电源系统300，包括：
多个电源模块100，其具有用于连接到一个或多个输入电力源110以及并联连接相应输出的部件；
独立电源模块中的每个所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：PB哈迪克，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH