基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统及补偿方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统及补偿方法，该远端电压实时补偿系统包括设置在供电线缆供电端的开关电路、PWM发生器、与PWM发生器输出端相连的驱动电路、开关S、电压控制环路、采样和数据处理模块及电流控制环路，所述采样和数据处理模块用于供电线缆阻抗检测，并提供电流检测环路需要的参考电流；所述电压控制环路用于在系统启动阶段对电源输出电压进行调节，所述电流控制环路根据采样和数据处理模块得到的线缆阻抗参数和参考电流对线缆电流进行调节，本发明专利技术还提供一种基于所述远端电压实时补偿系统的补偿方法。本发明专利技术能够实现线缆远端负载电压的精确、实时控制。实时控制。实时控制。

【技术实现步骤摘要】
基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统及补偿方法


[0001]本专利技术涉及线缆阻抗检测
，特别涉及一种基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统、补偿方法。

技术介绍

[0002]在电源输出线缆拉远场景中，用于远距离输电的线缆具有较大电阻和自感，因此电源的远端负载电压会小于电源的实际输出电压。尤其是低压大电流应用场合，线缆电阻造成的压降也较大。另外，远端负载发生动态变化时，也会导致远端电压大范围变化，甚至超出负载允许的电压范围。为防止负载欠压，保证远端电压不超出负载允许的电压范围，拉远线缆往往需要使用粗线缆降低线路阻抗减小远端电压变化范围或外加线缆监测负载端电压，付出较大的成本代价。

技术实现思路

[0003]针对远端电压大范围变化超出负载允许的电压范围的问题，本专利技术的主要目的在于提出一种基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统及补偿方法，旨在实现对线缆远端负载电压的精确控制。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统，包括设置在供电线缆供电端的开关电路、PWM发生器、与PWM发生器输出端相连的驱动电路、开关S、电压控制环路、采样和数据处理模块及电流控制环路，其中，
[0005]所述开关S的一端与PWM发生器的输入端相连，另一端设有两个选择端，第一选择端与电压控制环路的输出端相连，第二选择端与电流控制环路的输出端相连，
[0006]所述开关电路用于提供电压源电源输出电压电源输出电压和输出电流，所述驱动电路用于驱动所述开关电路，所述电压控制环路输入端与开关电路的输出端相连，所述电流控制环路的输入端与采样和数据处理模块输出端相连，所述采样和数据处理模块的输入端与开关电路的输出端相连，
[0007]所述采样和数据处理模块用于供电线缆阻抗检测，并提供电流检测环路需要的参考电流；
[0008]所述电压控制环路用于在系统启动阶段对电压源电源电源输出电压进行调节，所述电流控制环路根据采样和数据处理模块得到的线缆阻抗参数和参考电流后对线缆电流(即电源输出电流)进行调节。
[0009]本专利技术进一步的技术方案是，所述电压控制环路包括第一运放，所述第一运放的第一输入端输入电源输出电压，所述第一运放的第二输入端输入参考电压，所述第一运放的输出端与开关S的第一选择端相连。
[0010]所述采样和数据处理模块包括滤波单元、数字控制器，所述数字控制器包括总电阻计算模块、供电线缆阻抗参数计算模块、负载电阻计算模块、采样与保持模块和参考电流计算模块，其中，
[0011]所述滤波单元用于对开关电路的输出电压和输出电流采集并滤波；
[0012]所述总电阻计算模块用于根据滤波后的输出电压和输出电流计算总电阻，所述总电阻为线缆电阻与负载电阻之和；
[0013]所述供电线缆阻抗参数计算模块用于获取线缆电阻值和线缆自感值；
[0014]所述负载电阻计算模块用于根据总电阻与线缆电阻值获取供电线缆末端的负载电阻值；
[0015]所述采样与保持模块用于采样和保持当前得到的参数值；
[0016]所述参考电流计算模块用于根据参考电压和负载电阻值获取参考电流。
[0017]本专利技术进一步的技术方案是，所述电流控制环路包括第二运放，所述第二运放的第一输入端输入电源输出电流，所述第二运放的第二输入端输入参考电流，所述第二运放的输出端与开关S的第二选择端相连。
[0018]本专利技术还提供了一种基于基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统的补偿方法，包括如下步骤：
[0019]S1：闭合开关S的第一选择端，连通电压控制环路，将负载端期望电压V
load_expected
设置为参考电压，对电源的输出电压v
o
进行调节，从而建立电源输出电压和电流；
[0020]S2：实施第一次线缆阻抗参数检测和计算工作：对电源输出端电压v
o
和电流i
o
进行采样、计时与计算，得到线缆电阻值R
c
和线缆自感值L
c
；
[0021]S3：对电源输出端电压v
o
和电流i
o
进行滤波并相除得到线缆电阻和负载电路的总阻值R
total
；
[0022]S4：根据R
load
＝R
total
‑
R
c
，得到当前负载电阻值R
load
；
[0023]S5：采样和保持当前得到的参数值；
[0024]S6：根据I
ref_correct
＝V
load_expected
/R
load
，将I
ref_correct
设置为电流控制环路的参考电流；
[0025]S7：闭合开关S的第二选择端，连通电流控制环路，对线缆电流i
o
进行调节，通过调节线缆电流实现供电线缆压降的实时补偿。
[0026]本专利技术进一步的技术方案是，还包括步骤S8：在电流控制环路正常工作过程中，每隔1/f
correct
周期，重新实施S2～S7，得到矫正后的线缆参数值和负载电阻值，并更新线缆电流的参考量，其中，f
correct
为线缆参数检测频率。
[0027]本专利技术进一步的技术方案是，步骤S2中，所述线缆阻抗参数检测和计算的方法为：
[0028]电源开关周期1/f
s
内任意三个时间点对线缆输入端电压v
o
、线缆电流i
o
做采样和计时，根据基尔霍夫电压定律，可以得到方程组：
[0029][0030]其中，v
o1
、i
o1
、di
o1
/dt、v
L1
分别为开关周期内t1时间点处的线缆输出电压、线缆电流、电流变化率和负载电压；v
o2
、i
o2
、di
o2
/dt、v
L2
为开关周期内t2时间点处的线缆输出电压、线缆电流、电流变化率和负载电压；v
o3
、i
o3
、di
o3
/dt、v
L3
为开关周期内t3时间点处的线缆输
出电压、线缆电流、电流变化率和负载电压；R
c
为线缆等效总电阻，L
c
为线缆等效自感，
[0031]本例将传统开关电源输出侧原有的滤波电容挪至远端负载侧，在此基础上实施控制策略，在前端电源的开关周期内，由于负载端滤波电容的作用，负载端电压可视为恒定值，因此，有
[0032]v
L1
＝v
L2
＝v
L3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统，其特征在于：包括设置在供电线缆供电端的开关电路、PWM发生器、与PWM发生器输出端相连的驱动电路、开关S、电压控制环路、采样和数据处理模块及电流控制环路，其中，所述开关S的一端与PWM发生器的输入端相连，另一端设有两个选择端，第一选择端与电压控制环路的输出端相连，第二选择端与电流控制环路的输出端相连，所述开关电路用于提供电源输出电压和输出电流，所述驱动电路用于驱动所述开关电路，所述电压控制环路输入端与开关电路的输出端相连，所述电流控制环路的输入端与采样和数据处理模块输出端相连，所述采样和数据处理模块的输入端与开关电路的输出端相连，所述采样和数据处理模块用于供电线缆阻抗检测，并提供电流检测环路需要的参考电流；所述电压控制环路用于在系统启动阶段对电源输出电压进行调节，所述电流控制环路根据采样和数据处理模块得到的线缆阻抗参数和参考电流对线缆电流进行调节。2.根据权利要求1所述的基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统，其特征在于：所述电压控制环路包括第一运放，所述第一运放的第一输入端输入电源输出电压，所述第一运放的第二输入端输入参考电压，所述第一运放的输出端与开关S的第一选择端相连。3.根据权利要求2所述的基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统，其特征在于：所述采样和数据处理模块包括滤波单元、数字控制器，所述数字控制器包括总电阻计算模块、供电线缆阻抗参数计算模块、负载电阻计算模块、采样与保持模块和参考电流计算模块，其中，所述滤波单元用于对开关电路的输出电压和输出电流采集并滤波；所述总电阻计算模块用于根据滤波后的输出电压和输出电流计算总电阻，所述总电阻为线缆电阻与负载电阻之和；所述供电线缆阻抗参数计算模块用于获取线缆电阻值和线缆自感值；所述负载电阻计算模块用于根据总电阻与线缆电阻值获取供电线缆末端的负载电阻值；所述采样与保持模块用于采样和保持当前得到的参数值；所述参考电流计算模块用于根据参考电压和负载电阻值获取参考电流。4.根据权利要求3所述的基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统，其特征在于：所述电流控制环路包括第二运放，所述第二运放的第一输入端输入电源输出电流，所述第二运放的第二输入端输入参考电流，所述第二运放的输出端与开关S的第二选择端相连。5.一种补偿方法，基于权利要求1
‑
4任一项所述的基于供电线缆阻抗检测的远端电压实时补偿系统实现，其特征在于，包括如下步骤：S1：闭合开关S的第一选择端，连通电压控制环路，将负载端期望电压V
load_expected
设置为参考电压，对电源的输出电压v
o
进行调节，从而建立电源输出电压和电流；S2：实施第一次线缆阻抗参数检测和计算工作：对电源输出端电压v
o
和电流i
o
进行采样、计时与计算，得到线缆电阻值R
c
和线缆自感值L
c
；S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东来，方明珠，曹志鹏，高伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：