一种DC/DC变换器输入串联输出串联的均压控制方法技术

本发明专利技术提出了一种DC/DC变换器输入串联输出串联的均压控制方法，所述DC/DC变换器是输出端稳压的电源模块，每个电源模块的输入端并联一个MOSFET和一个滤波电容。同时，每个电源模块具有一个输入均压环，均压环的参考电压是总输入电压的平均值vin/N，N为电源模块的个数；均压环产生的补偿电压直接控制MOSFET工作在线性区，调整N个模块的平均运行。本发明专利技术的方法能够快速的将市售的稳压电源模块输入串联输出串联组合起来，按照不同的电压需求随意进行组合。比较传统的均压控制方法，提出的方法省去繁琐的重复计算的过程，方法简单易于实现。而且均压环的控制对象是工作在线性区的MOSFET，带宽可以做到很高，具有较好的动态响应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种DC/DC变换器的控制方法，尤其涉及一种DC/DC变换器输入串联输出串联的均压控制方法。
技术介绍
输入串联输出串联(ISOS)连接的系统能够实现输入和输出端均是高压的功率变换，单模块的电压电流应力成倍下降，解决因电压等级高器件难以选型的问题。对于ISOS连接的方式，为达到系统均压目的，已有的控制方法主要有同占空比控制方法，三环控制方法，交叉控制法，无中心控制器的控制方法等。其中同占空比控制最为简单，利用拓扑特性能够自然均压；三环控制法均压的动态特性与稳态特性最好，但是电路结构复杂不易实现；交叉控制法能够从输出端实现均压控制，省去了输入到输出端的隔离；而无中心控制器的控制方法能够完全实现模块化，所有变换器直接ISOS连接即可实现均压。总结现有的几种典型控制方式的特点，发现这些控制方法在每一个功率变换要求下，都需要重新计算拓扑参数，同时设计几个环路的补偿参数，一般有输出电压环，内电流环，均压环等。而通常每一种拓扑的小信号建模与环路补偿计算都较为复杂。当输出电压和电流需求有变化时，都要重复上述过程，不仅繁琐而且增加了研发周期。而且这些控制方法中提出的均压环路的带宽一般都不会很高，也使整个串并联组合系统的动态输出特性和均压特性不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种作为输出电压恒定的DC/DC变换器进行输入端串联连接输出端串联连接的均压控制方法，能够保证组成后的系统中各个子变换器之间平均分配输入电压与输出电压。为达上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种DC/DC变换器输入串联输出串联的均压控制方法，所述方法包括：所述DC/DC变换器是输出端稳压的电源模块，每个电源模块的输入端并联一个MOSFET和一个滤波电容；每个电源模块的输入端串联后，再连接总输入电压Vin；每个电源模块的输出端串联后，再连接负载电阻Rload；同时，每个电源模块具有一个输入均压环，均压环的输入电压是电源模块的输入电压，均压环的参考电压是总输入电压的平均值vin/N，N为电源模块的个数；均压环产生的补偿电压Vg1，Vg2直接控制MOSFET工作在线性区，调整N个模块的平均运行。进一步地，每个均压环在运行时是正反馈运行的，即参考电压从反相端输入，每个模块的输入电压从同相端输入。进一步地，所述DC/DC变换器的效率应尽量相近。进一步地，DC/DC变换器等效为一个负阻抗，所述负阻抗的值根据输出功率和输入电压计算出来，只要具有输出电压恒定的特性的DC/DC变换器均能采用所述方法进行扩展。进一步地，所述方法仅需要根据模型设计均压环补偿器即可，没有额外繁琐的计算过程。进一步地，所述方法应用于通信、医疗、航天器的电源中。本专利技术的有益效果是：本专利技术的控制方法能够快速的将市售的稳压电源模块输入串联输出串联组合起来。每个模块输入端并联一个MOSFET，通过均压环控制每个MOSFET工作在线性区，实现各个模块平均运行。本专利技术的方法能将市售的电源模块作为一个器件，按照不同的电压需求随意进行组合。比较传统的均压控制方法，本专利技术的方法省去繁琐的重复计算的过程，方法简单易于实现。而且均压环的控制对象是工作在线性区的MOSFET，带宽可以做到很高，具有较好的动态响应。附图说明图1是本专利技术的均压控制方法的原理图；图2是两个模块构成的ISOS系统的小信号模型示意图；图3是本专利技术的均压控制方法的控制框图。具体实施方案下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。对于一个特定的功率变换场合，本专利技术提出的均压控制方法，能够快速组合已有的电源模块。将一组相同的或者不同的市售输出稳压的DC/DC变换器(或一个稳压系统)随意进行ISOS组合，满足所需电压变换。将电源模块作为一个功率器件，根据输出端需要满足的动态指标、效率指标进行选购，无需搭建拓扑反复调试输出特性。大大缩短了ISOS系统的开发周期。本专利技术提出的均压控制方法原理示意图如附图1所示。附图1中DC/DC变换器是输出端稳压的电源模块，每个电源模块的输入端并联一个MOSFET和一个滤波电容。每个电源模块的输入端串联后，再连接总输入电压Vin；每个电源模块的输出端串联后，再连接负载电阻Rload。同时每个电源模块具有一个输入均压环，均压环的输入电压是vin1(vin2)，均压环的参考电压是总输入电压的平均值vin/N，N为电源模块的个数。均压环产生的补偿电压Vg1，Vg2直接控制MOSFET工作在线性区，调整两个模块的平均运行。其中，每个均压环在运行时是正反馈运行的。也就是参考电压在从反相端，采样的每个模块的输入电压在同相端。这是因为均压环主拓扑中已经有了反相的功能，控制环路中无需再添加反相环节，即构成负反馈。也就是驱动电压Vg1越高，Vin1越小，因为驱动电压越高，MOSFET上电流越大，总输入电流不变，那么电容上电流越小，输入电压就减小了。例如，当模块1的输入电压Vin1增加，控制电路产生的补偿电压Vg1增加，那么MOSFET上的电流增加，输入电容Cin1上的电流减小，Vin1进而减小，系统回到稳态。下面分析系统的稳态工作点。假设采购的DC/DC变换器的额定输出电压相等，输出端串联连接使输出电流也相等，那么所有模块的输出功率是相等的。Po1＝Po2＝Po(1)一般的变换器输出电压的误差很小，所以实际情况中各个模块的输出功率也是几乎相等的。模块的效率分别为η1，η2，折算到输入端后各自输入功率各不相同。而输入均压环的控制令所有模块的输入电压相等，串联连接使输入电流也相等，所有均压环的控制其实是限定了所有模块输入功率相等Pin1＝Pin2＝Pin。而每一个DC/DC变换器输入功率的差异将由并联的MOSFET调整。所以稳态时每个模块输入端MOSFET上的功率如下式所示。PM1＝Pin-P1,PM2＝Pin-P2(3)MOSFET的功耗一定是正值，所以，闭环稳定时，效率最低的DC/DC变换器(假设是模块2)折算到输入端的功率最大，那么Pin＝P2。模块2的输入MOSFET将不导通，不损耗功率。最终ISOS系统的效率等于DC/DC变换器中效率最低的模块。所以为了保证系统效率，所选择的一组DC/DC变换器的效率应尽量相近。附图2是两个模块构成的ISOS系统的小信号模型，DC/DC变换器在运行时，输出端是恒功率的，因此可以将每个采购的DC/DC变换器等效为一个负阻抗-Rneg1，-Rneg2。这一负阻抗的值可以根据输出功率和输入电压计算出来，而模块内部的结构可以是未知的。所以，附图2中的DC/DC变换器可以是一组输出电压不相同的模块，也可以是一个稳压的系统，只要具有输出电压恒定的特性均可以采用本专利技术提出的方法进行扩展。相应的输入均压环的参考电压也按照对应的输出功率进行变化。这样提出的控制方法仅需要根据模型设计均压环补偿器即可，没有额外繁琐的计算过程。附图3是本专利技术的均压控制方法的控制框图，每个模块均压环的参考电压是输入电压的平均值，这样两个模块构成的ISOS系统的控制框图可以简化为附图2的形式，也就是两个输入电压的差与参考电压0比较，补偿后输出的驱动电压分别控制两个输入端并联的MOSFET。本专利技术可应用在通信、医疗、航天器电源等系统中，作为输出电压恒定的D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC/DC变换器输入串联输出串联的均压控制方法，其特征在于：所述方法包括：所述DC/DC变换器是输出端稳压的电源模块，每个电源模块的输入端并联一个MOSFET和一个滤波电容；每个电源模块的输入端串联后，再连接总输入电压Vin；每个电源模块的输出端串联后，再连接负载电阻Rload；同时，每个电源模块具有一个输入均压环，均压环的输入电压是电源模块的输入电压，均压环的参考电压是总输入电压的平均值vin/N，N为电源模块的个数；均压环产生的补偿电压Vg1，Vg2直接控制MOSFET工作在线性区，调整N个模块的平均运行。

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC变换器输入串联输出串联的均压控制方法，其特征在于：所述方法包括：所述DC/DC变换器是输出端稳压的电源模块，每个电源模块的输入端并联一个MOSFET和一个滤波电容；每个电源模块的输入端串联后，再连接总输入电压Vin；每个电源模块的输出端串联后，再连接负载电阻Rload；同时，每个电源模块具有一个输入均压环，均压环的输入电压是电源模块的输入电压，均压环的参考电压是总输入电压的平均值vin/N，N为电源模块的个数；均压环产生的补偿电压Vg1，Vg2直接控制MOSFET工作在线性区，调整N个模块的平均运行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东来，曲璐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44