阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法技术方案

本发明专利技术公开了一种阻抗定量可调的直流电源系统并联均流方法，包括以下步骤：优化直流电源输出阻抗特性，通过优化功率器件寄生参数和控制电路参数，降低电源低频段输出阻抗；利用网路分析仪测量直流电源输出阻抗，验证输出阻抗是否被限制在极低的范围；根据并联分流的需求，每个并联支路电源串联不同高精度辅助电阻，实现并联分流。本发明专利技术无需引入电流控制参数即可实现并联分流，降低了直流电源设计的复杂度；并联直流电源以阻抗特性为主要指标进行设计选型，提高了直流电源的标准化程度；无需为并联直流电源系统定制直流电源模块，各并联直流电源支持独立设计，提高了并联直流电源系统的灵活度。

Parallel current sharing method of DC power supply system with quantitative adjustable impedance

【技术实现步骤摘要】
阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法
本专利技术涉及直流供电系统并联均流技术，具体涉及一种阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法。
技术介绍
随着电力电子技术的日趋成熟，可以实现在不同的应用场合下电源模块的“即插即用”，一般地，电源模块单独工作时稳态特性均能满足相应的设计要求，但在利用标准电源模块集成为用户所需要的实际应用系统的过程中，必然涉及到电源模块的串联、并联和级联，这些因素带来的功率流动、EMC等问题往往导致电源系统的不稳定。大功率开关电源并联分流技术成为计算、电力、通讯行业电源系统的主流应用趋势，其设计优势不仅提高了功率密度，也使电源系统的体积和重量下降，同时灵活的冗余配置和热插拔维护提高了系统的可靠性，基于以上几点，大功率开关电源并联分流技术的重要性日益显著，但在并联分流设置过程中，如何依据实际的电源和负载特性，对电源模块进行精确的功率分配，是业内工程师不断探索的领域。传统的并联分流技术包括外特性下垂控制法、主从控制法、平均电流自动均流法等，其优劣均较显著，外特性下垂法优点在于并联系统易于实现和扩展，模块间控制电路耦合度小，模块化和可靠性较高，但模块输出外特性斜率的控制方式不能实现精确分流控制且一定程度上削弱了电源系统的负载调整率，主从控制法和平均电流法优点在于适时调整各电源模块输出特性，能够实现精确分流，但相对的，缺点在于独立电源模块若发生故障，整个并联分流系统就不能正常工作，且模块电压外环带宽较大易受外界干扰。另外，上述几种方法均存在需要增加电流内环控制的问题，主从控制法和平均电流法额外需要增加电流母线，不仅使得并联系统之间的耦合程度加深，不方便系统的维护和扩展，而且增加了电源控制系统的复杂度，增加了EMC性能下降的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简易可靠的阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法，包括以下步骤：步骤1、直流电源输出阻抗优化，通过优化补偿网络对控制环路进行零极点补偿；步骤2、利用网路分析仪进行电源输出阻抗测量，验证输出阻抗是否被限制在设定范围；步骤3、根据并联分流需求，每个并联支路电源串联不同辅助电阻，支路电流和支路辅助电阻成反比例关系，实现精确并联分流。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)无需引入电流控制参数即可实现并联分流，降低了直流电源设计的复杂度；(2)并联直流电源以阻抗特性为主要指标进行设计选型，提高了直流电源的标准化程度；(3)并联直流电源间无耦合关系，并联直流电源系统无逻辑单点，提高了并联直流电源系统的可靠性；(4)无需为并联直流电源系统定制直流电源模块，各并联直流电源支持独立设计，提高了并联直流电源系统的灵活度；(5)支持不同厂家、不同拓扑、不同控制方式的直流电源搭建并联直流电源系统，降低了系统成本，提高了并联直流电源系统的可维护性；(6)支持不同负载需求下对并联直流电源系统进行不同的分流配置，提高了并联直流电源系统的通用性。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是简化系统的稳定性分析示意图。图2是简化双电源并联系统示意图。图3是基于高精度辅助电阻的简化双电源并联系统示意图。图4是实施例所提供的直流电源二端口网络结构示意图。图5是实施例所提供的直流电源统一电路模型示意图。图6是实施例所提供的直流电源输出阻抗小信号模型框图。图7是实施例所提供的直流电源输出阻抗测量电路示意图。图8是带恒流源负载的电源端口特性图。图9是实施例所提供的阻抗定量可调的直流供电系统精确并联均流方法实施流程图。图10为本专利技术精确并联均流方法的应用示意图。具体实施方式本专利技术提供一种阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法，针对现有技术的不足，在无需引入电流控制参数，无需增加电流控制内环的条件下，实现精确的并联分流；根据实际需求可以通过简单的参数配置实现不同的并联分流配置；从根本上提高并联分流系统可靠性和可维护性。一种阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法，包括以下步骤：步骤1、直流电源输出阻抗优化，通过简单的优化功率器件寄生参数和控制电路参数，降低电源低频段输出阻抗；即选择滤波电感、电容以降低开关输出阻抗，通过优化补偿网络对控制环路进行零极点补偿以提高控制环路增益从而降低电源低频段输出阻抗；步骤2、利用网路分析仪进行电源输出阻抗测量，验证输出阻抗是否被限制在设定范围；步骤3、根据并联分流需求，每个并联支路电源串联不同高精度辅助电阻，支路电流和支路辅助电阻成反比例关系，实现精确并联分流；进一步的，步骤1中的“输出阻抗”为电源在稳态工作点的端口频率响应特性，其幅值由电源功率器件和控制电路参数决定，在保证环路稳定裕度的前提下，输出阻抗特性的优化对电源调整率和负载调整率有着本质影响。步骤1中直流电源输出阻抗优化的具体方法为：电源输入输出变量关系为：其中，G11为电压音频衰减率，G12为输出阻抗，G21为输入导纳，G22为反向电流增益；v1、v2为电源网络输入输出电压，i1、i2为电源网络输入输出电流；输出阻抗G12为：i2(s)·G12OL-v2(s)·T＝v2(s)其中，T为电源的环路增益，G12OL为直流电源的开环输出阻抗，化简上式得到闭环输出阻抗：直流电源的开环输出阻抗为：G12OL＝(Re+s·Le)||(Rc+1/(s·Ce))其中，Le为电源输出滤波电感，Ce为电源输出滤波电容，Re为电感寄生电阻，Rc为电容寄生电阻。进一步的，步骤2中的“阻抗测量”为电源变换器的频率响应测量，测量电路由网络分析仪、扰动信号注入电路、测量探头和隔离线性放大器组成，在带能源稳态工作点将电流扫频扰动信号注入至被测电源输出端，保证其在线性工作区，并测量被测电源的输出电压扰动信号。“设定范围”为相对值，具体依据负载调整率要求而定，电源和负载调整率要求不高的应用场合可适当放宽对电源输出阻抗的要求。步骤2利用网路分析仪进行电源输出阻抗测量，具体为：当负载电流产生扰动i2(s)时，v1(s)、i2(s)分别通过G11、G12对v2(s)产生影响：v1(s)＝-i1(s)·Zs其中，Zs为被测电源的源级输出阻抗；进行修正以得到真实直流电源输出阻抗，实测输出阻抗G12m为：进一步的，步骤3中的“分流需求”为实际冗余电源或分布式电源供电场合，不同性质的电源的功率承载能力不同，依据电源特性和负载需求，配置辅助电阻，满足不同条件下的并联分流需求。每个并联支路电源串联不同高精度辅助电阻，支路电流和支路辅助电阻成反比例关系，实现精确并联分流；具体为：依据基尔霍夫电压定律，双电源并联系统有如下关系：U1+I1*Zo1＝U2+I2*Zo2其中，U1为开关电源1电压，U2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、直流电源输出阻抗优化，通过优化补偿网络对控制环路进行零极点补偿；/n步骤2、利用网路分析仪进行电源输出阻抗测量，验证输出阻抗是否被限制在设定范围；/n步骤3、根据并联分流需求，每个并联支路电源串联不同辅助电阻，支路电流和支路辅助电阻成反比例关系，实现并联分流。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、直流电源输出阻抗优化，通过优化补偿网络对控制环路进行零极点补偿；
步骤2、利用网路分析仪进行电源输出阻抗测量，验证输出阻抗是否被限制在设定范围；
步骤3、根据并联分流需求，每个并联支路电源串联不同辅助电阻，支路电流和支路辅助电阻成反比例关系，实现并联分流。


2.根据权利要求1所述的阻抗定量可调的直流供电系统并联均流方法，其特征在于，步骤1直流电源输出阻抗优化的具体方法为：
电源输入输出变量关系为：



其中，G11为电压音频衰减率，G12为输出阻抗，G21为输入导纳，G22为反向电流增益；v1、v2为电源网络输入输出电压，i1、i2为电源网络输入输出电流；
输出阻抗G12为：



i2(s)·G12OL-v2(s)·T＝v2(s)
其中，T为电源的环路增益，G12OL为直流电源的开环输出阻抗，化简上式得到闭环输出阻抗：



直流电源的开环输出阻抗为：
G12OL＝(Re+s·Le)||(Rc+1/(s·Ce))
其中，Le为电源输出滤波电感，Ce为电源输出滤波电容，Re为电感寄生电阻，Rc...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广明，王洋，王延鹏，邓超，唐道奎，王涛，高同国，孙成宽，张延超，陈思思，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32