開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)字均流技術(shù)

當(dāng)母線電流I=0時(shí)，由式(1)得

Vb=(Vi1＋Vi2)/2 （2）

母線電壓Vb是Vi1和Vi2的平均值。也代表了模塊1，2的輸出電流平均值。代表均流誤差的Vi與Vb之差，經(jīng)過調(diào)節(jié)放大器，輸出調(diào)整電壓Vc，Vc值可正可負(fù)。當(dāng)Vb=Vi時(shí)，電阻R上的電壓為零，調(diào)整電壓Vc=0，實(shí)現(xiàn)了均流。一旦模塊間的電流分配不均勻，Vb≠Vi，電阻R承受電壓，此時(shí)Vr′=Vr±Vc，電路通過調(diào)整放大器改變Vr′，以達(dá)到均流目的。

這種方法能夠精確地實(shí)現(xiàn)均流，但是，若采用模擬方法實(shí)現(xiàn)時(shí)，也會(huì)有一些特殊問題，比如當(dāng)均流母線發(fā)生短路，或接在母線上的任何一個(gè)模塊不能工作時(shí)，均流母線電壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至達(dá)到下限，造成故障。若采用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)，用通信的方法獲得所有并聯(lián)模塊的平均電流值，再用這個(gè)平均電流值與模塊電流值比較，比較的結(jié)果用來補(bǔ)償電壓基準(zhǔn)，則可防止上述情況的出現(xiàn)。采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)這種方法能夠揚(yáng)長(zhǎng)避短，具有很大優(yōu)越性。

3 數(shù)字均流控制的實(shí)現(xiàn)

采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)均流控制具有控制方法靈活的特點(diǎn)，很容易做到單個(gè)模塊故障時(shí)不影響與其并聯(lián)的其它模塊的正常運(yùn)行。而要實(shí)現(xiàn)模塊之間的自動(dòng)均流，則模塊之間的數(shù)據(jù)交換是必需的功能。采用數(shù)字方式，則這種交換數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單形式一般就是通信。因此，模塊之間的通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字均流的關(guān)鍵技術(shù)。采用何種通信方式、制訂怎樣的通信協(xié)議，既能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠和高速交換又能使通信接口簡(jiǎn)單，便是數(shù)字均流技術(shù)首先要研究的內(nèi)容。

許多單片機(jī)（包括DSP控制器）都有內(nèi)置通信模塊。選用這些單片機(jī)片內(nèi)的通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，無論對(duì)于增加可靠性，還是簡(jiǎn)化軟硬件設(shè)計(jì)都有很大的幫助。TMS320X241DSP控制器具有較高的A/D轉(zhuǎn)換速率、較小的封裝，并且?guī)в蠧AN模塊。可作為主電路的控制核心。

CAN屬總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于CAN具有以上一些特點(diǎn)，對(duì)于100ms級(jí)響應(yīng)時(shí)間的均流控制來說，能夠滿足其實(shí)時(shí)通信的要求。通過CAN，我們能夠?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)工作的各電源模塊之間的數(shù)據(jù)通信，而且硬件接口簡(jiǎn)單，圖2為CAN控制器與物理總線之間的接口電路82C250的功能框圖。82C250能夠提供對(duì)總線的差動(dòng)接收和發(fā)送功能，以實(shí)現(xiàn)總線上各節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離，最高通信速率達(dá)1Mbps。

4 CAN的協(xié)議模型和自定義的高層協(xié)議

上面的硬件實(shí)現(xiàn)方案中，CAN只采用了OSI參考模型的兩層協(xié)議——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，它僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。因此，其它層的協(xié)議需要我們自己定義。

以下是針對(duì)開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)字均流控制制訂的部分高層協(xié)議：

1）允許參加并機(jī)的模塊總數(shù)不超過8個(gè)，每個(gè)模塊擁有1個(gè)3位的地址編碼，模塊的地址編碼不允許重復(fù)。

2）每個(gè)模塊都以自身的地址碼作為發(fā)送數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)。

3）模塊向外發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，應(yīng)包含自身的地址碼信息。

4）所有的數(shù)據(jù)都以廣播形式向總線發(fā)送，同時(shí)回收自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)發(fā)送和回收的數(shù)據(jù)不符，則立即重發(fā)。

5）對(duì)每個(gè)模塊而言，上電后1s內(nèi)若未接收到任何通信信息，則在1s計(jì)時(shí)結(jié)束后，延時(shí)發(fā)送自身的地址碼及電流采樣值（可能為零）。這個(gè)延時(shí)發(fā)送時(shí)間（tdelay）的計(jì)算公式為

tdelay=T1×MADDR （3）

式中：T1為單位延時(shí)時(shí)間常數(shù)，該值可以根據(jù)通信速率合理定義；

MADDR為模塊自身地址編碼。

6）從模塊上電后第一次接收到通信信息（可能為自身發(fā)送的信息）起，每隔40ms向外發(fā)送自身地址碼和電流采樣值。如發(fā)生沖突，CAN會(huì)根據(jù)每個(gè)模塊信息的優(yōu)先級(jí)自動(dòng)調(diào)整發(fā)送順序。由于每個(gè)模塊發(fā)送信息的優(yōu)先級(jí)都不相同，因此它們會(huì)自動(dòng)按一定的次序發(fā)送出去。

7）每個(gè)模塊在自身發(fā)送信息10ms之后，計(jì)算出并聯(lián)工作的模塊總數(shù)，并求出所有采樣電流的平均值，通知模塊的控制環(huán)節(jié)。由于CAN高速的通信能力和極低的出錯(cuò)率，10ms之內(nèi)所有的模塊都能將電流采樣值發(fā)送出去讓每個(gè)模塊接收到。

8）模塊檢測(cè)到自身出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷輸出，并退出通信。

結(jié)合上面制訂的高層的通信協(xié)議和平均電流均流算法，模塊之間傳輸數(shù)據(jù)類型和數(shù)量，模塊內(nèi)部對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理方法都可以得到解決。

5 結(jié)語

平均電流法可實(shí)現(xiàn)精確的均流控制，上述數(shù)字均流技術(shù)已成功地應(yīng)用在開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)中。實(shí)踐表明，在滿足輸出電壓要求的同時(shí)也達(dá)到了很好的均流精度，提高了電源系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力。采用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)均流能夠避免模塊發(fā)生故障時(shí)影響整個(gè)系統(tǒng)工作的現(xiàn)象，揚(yáng)長(zhǎng)避短，具有很大的優(yōu)勢(shì)。