一种可扩展性电源电路系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可扩展性电源电路，包括多个电源电路单元，电源电路单元包括主电感、开关及多个电路组件，电路组件包括电容及变压器，通过在每个电源电路单元中设置多个电路组件，可将较大的功率单元拆小，使得每个电路组件电能转换效率更高、性能更稳定；同时可以由多个电源电路单元并联接入输入电源，所有电源电路单元包括的所有电路组件的输出端均可以通过串并联组合的方式进行组合输出，从而实现输出宽范围的电压/功率，本申请的电源电路使用的元器件少，可以有效节约成本，具有很好的稳定性，且能量损耗低，转化率高，可扩展性非常强。强。强。

【技术实现步骤摘要】
一种可扩展性电源电路系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电能转换
，尤其涉及一种较大功率场景下的具有可扩展性的电源电路技术。

技术介绍

[0002]现有技术中在大功率电源领域，常用的前级PFC是Vienna、图腾柱，常用的后级是LLC、移相全桥等。传统技术，用前级PFC将输入的交流电整流并且升压成固定电压的直流电，在升压过程中完成功率因数跟踪。通过后级的DC
‑
DC将前级生成的固定电压的直流电动态的升压、降压成为产品使用者指定的电压。由于电源电路中的电流需要流经PFC+DC
‑
DC两级电路，在元器件上产生了大量的能量损耗。
[0003]举例来说：Vienna电路，拓补结构上有6个不同的开关管协同工作。后级2个LLC电路串并联，拓补结构上有8个不同的开关管协同工作。也就是说，在拓补电路上，有14个相互关联开关管，严谨的协调在一起，才能保证电路的工作正常，稍有不慎就会造成设备损坏。例如，在实现30kW的过程中，由于功率太大，每个拓补电路上的开关管需要2个实体开关管才能承担对应的功率。即为，整个30kW的电源模块需要28个开关管严谨配合才能实现设备的功能。设备操控的复杂度进一步增加，稳定性进一步下降。当市场上开始出现50kW、60kW甚至更高功率的设备需求时候。原有的Vienna、LLC等拓补结构，必须要进一步地增加开关管，才能使设备正常工作。系统稳定性难以为继。
[0004]参附图1所示现有技术中电源模块的前级实现PFC的拓扑电路，具体为三相三线制三电平VIENNA电路的连接示意图，参图2所示为现有技术中的电源模块的后级DC
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DC拓扑电路，实现电源模块的稳压/隔离，具体为两组交错式串联二电平全桥LLC的连接示意图。
[0005]由此可见，现有技术的电源模块需要前后两级电路实现电源的转换和传输，元器件多且电路连接复杂，在接入负载需要大功率或超大功率的输出时，电路连接更加复杂，例如在30KW以上时，由于电路中电流过大，现有技术的拓补电路的14个开关管【参图1及图2所示，共需要14个开关管】无法承载如此大的电流，从成本、电路稳定性及安全等方面考虑，需要28个开关管【基于前述原因，增加开关管的数量，例如由14增加至28个】同步工作，才能支撑30kW以上的功率。可扩展性及电路稳定性非常差，还存在成本高、能量损耗大、转化率低等问题。

技术实现思路

[0006]本申请的一个目的是提供一种可扩展性电源电路系统，以解决现有技术中的电源电路的扩展性弱，稳定性弱，电能转化效率低等问题。
[0007]本申请提供的一种可扩展性电源电路系统，所述系统包括：
[0008]信息采集模块，用于采集电源电路的输入电压、电流信息及输出电压、电流信息；
[0009]控制中心，所述控制中心与所述信息采集装置相连接，用于根据所述信息采集装置采集的信息及负载对电源电路的输出要求，生成控制下述m个电源电路单元中m个开关的
工作状态的控制信息，并将所述控制信息同时传输至所述m个开关；
[0010]电源电路，所述电源电路包括m个电源电路单元，所述电源电路单元包括主电感、n个电路组件、及与所述控制中心相连接用于执行控制中心发出的控制信息的开关，其中m与n均为大于1的自然数；所述电路组件包括：电容、变压器、输出半波整流模块；
[0011]所述m个电源电路单元的输入端并联接入输入电源，输出端进行串和/或并联组合连接；所述m个电源电路单元的开关与所述控制中心相连接，用于接收并执行所述控制中心提供的控制信息。
[0012]优选地，当对应电源电路单元中的开关处于闭合状态时，输入电源与该电源电路单元中的主电感形成回路，并为所述主电感充电；所述电源电路单元中的n个电路组件的相互串联的n个电容与n个变压器原边绕组电感及所述开关形成n个LC震荡回路；
[0013]当对应电源电路单元中的开关处于断开状态时，输入电源、该电源电路单元中的主电感及该电源电路单元包括的n个电路组件的相互串联的n个电容及n个变压器原边绕组形成n个LLC震荡回路，输入电源及充电后的主电感、充电后的变压器原边绕组为所述n个电路组件的n个电容充电，通过n个变压器的原边电流变化将能量转换到变压器副边绕组。
[0014]优选地，所述电源电路单元的主电感配合开关参与实现功率因数跟踪的同时，还根据输入电压大小及负载对电源电路输出电压要求的大小实现升压及降压的动态调整。
[0015]优选地，当输入电源为交流电时，所述电源电路还包括用于将交流整流为直流的输入整流模块，其中，所述m个电源电路单元中的多个电源电路单元共用一个输入整流模块。
[0016]优选地，所述m个电源电路单元中的多个电源电路单元的电路组件输出端共用一个输出整流单元。
[0017]优选地，所述电路组件中的输出半波整流模块通过二极管实现半波整流。
[0018]优选地，所述输出半波整流模块通过第一开关及控制所述第一开关的第一控制器实现半波整流。
[0019]优选地，所述第一控制器根据所述电源电路的控制中心控制电源电路单元中开关的工作模式控制第一开关的工作模式。
[0020]优选地，所述电源电路单元的开关为双向开关或可控制开关器件或电路组件至少其一。
[0021]优选地，所述电源电路中变压器漏感值范围为小于1.5％。
[0022]优选地，所述电源电路中变压器结构为铜箔或U型金属片，且绕组方式为并绕。
[0023]本申请的另一个目的为提供一种基于三相电的可扩展性电源电路系统，输入电源为A/B/C三相交流电时，每相均接入上述的电源电路；其中，
[0024]该电源电路系统还包括与所述控制中心及所述信息采集模块相连接，用于根据信息采集模块采集的输入电源的输入A/B/C对应相的电压、电流信息生成第一控制信息的A相控制单元/B相控制单元/C相控制单元，并将所述第一控制信息传输至所述控制中心；其中，
[0025]所述控制中心根据信息采集模块采集的负载对电源电路系统整体的输出需要及电源电路当前的输出电压/电流信息对所述第一控制信息进行调整，生成A/B/C相中每相对应的第二控制信息，并将所述第二控制信息传输至对应的A/B/C相中对应相的电源电路的开关。
[0026]优选地，每相接入的电源电路包含的电源电路单元、电路组件数量及其元器件参数一致。
[0027]本申请的另一个目的为提供一种可扩展性电源电路的排版方法，所述电源电路系统中包括的多个电源电路单元在PCB电路板上进行矩阵式排列。
[0028]优选地，所述多个电源电路单元包括的主电感、开关及电路组件中的电容与变压器四类元器件，按照种类在PCB电路板上的排列方式为矩阵式排列。
[0029]本申请的另一个目的为提供一种基于可扩展性电源电路系统实现功率因数跟踪及升压/降压的动态调整的方法，所述方法包括：
[0030]步骤S1，高频获取当前实际输入电流、输入电压、输出电压、输出电流值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述电源电路系统包括：信息采集模块，用于采集电源电路的输入电压、电流信息及输出电压、电流信息；控制中心，所述控制中心与所述信息采集装置相连接，用于根据所述信息采集装置采集的信息及负载对电源电路的输出要求，生成控制下述m个电源电路单元中m个开关的工作状态的控制信息，并将所述控制信息同时传输至所述m个开关；电源电路，所述电源电路包括m个电源电路单元，所述电源电路单元包括主电感、n个电路组件、及与所述控制中心相连接用于执行控制中心发出的控制信息的开关，其中m与n均为大于1的自然数；所述电路组件包括：电容、变压器、输出半波整流模块；所述m个电源电路单元的输入端并联接入输入电源，输出端进行串和/或并联组合连接；所述m个电源电路单元的开关与所述控制中心相连接，用于接收并执行所述控制中心提供的控制信息。2.根据权利要求1所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，当对应电源电路单元中的开关处于闭合状态时，输入电源与该电源电路单元中的主电感形成回路，并为所述主电感充电；所述电源电路单元中的n个电路组件的相互串联的n个电容与n个变压器原边绕组电感及所述开关形成n个LC震荡回路；当对应电源电路单元中的开关处于断开状态时，输入电源、该电源电路单元中的主电感及该电源电路单元包括的n个电路组件的相互串联的n个电容及n个变压器原边绕组形成n个LLC震荡回路，输入电源及充电后的主电感、充电后的变压器原边绕组为所述n个电路组件的n个电容充电，通过n个变压器的原边电流变化将能量转换到变压器副边绕组。3.根据权利要求1所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述电源电路单元的主电感配合开关参与实现功率因数跟踪的同时，还根据输入电压大小及负载对电源电路输出电压要求的大小实现升压及降压的动态调整。4.根据权利要求1所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，当输入电源为交流电时，所述电源电路还包括用于将交流整流为直流的输入整流模块，其中，所述m个电源电路单元中的多个电源电路单元共用一个输入整流模块。5.根据权利要求1所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述m个电源电路单元中的多个电源电路单元的电路组件输出端共用一个输出整流单元。6.根据权利要求1至5中任一项所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述电路组件中的输出半波整流模块通过二极管实现半波整流。7.根据权利要求1至5中任一项所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述输出半波整流模块通过第一开关及控制所述第一开关的第一控制器实现半波整流。8.根据权利要求7所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述第一控制器根据所述电源电路的控制中心控制电源电路单元中开关的工作模式控制第一开关的工作模式。9.根据权利要求1至5及8中任一项所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述电源电路单元的开关为双向开关或可控制开关器件或电路组件至少其一。10.根据权利要求1至5及8中任一项所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述电源电路中变压器漏感值范围为小于1.5％。11.根据权利要求1至5及8中任一项所述的可扩展性电源电路系统，其特征在于，所述电源电路中变压器结构为铜箔或U型金属片，且绕组方式为并绕。
12.一种基于三相电的可扩展性电源电路系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏昕，毕硕威，
申请(专利权)人：深圳易能时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：