可自由分配功率的電源模塊及分配方法與流程
2023-07-04 11:40:16 4
本發明涉及電源模塊及分配方法，特別涉及應用於大功率電源堆的電源模塊及分配方法。
背景技術：
目前大功率電源堆往往通過電源模塊並聯實現，但在某些應用場合，往往需要一個大功率電源堆同時為多個負載提供電能，這就需要將N個最大功率為P的電源模塊組合成一個組，然後每個組再通過外部接線實現同時對多個負載供電。但是這種方案有以下幾個問題：1)每個組的最大輸出功率固定，最大功率為N*P，在不改變外部接線的情況下，最大輸出功率受到限制。2)若要通過外部接線實現功率分配，需要增加大功率繼電器，會增加系統成本。3)大功率繼電器在某些突發情況下切斷大電流時會降低使用壽命。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種功率分配靈活的可自由分配功率的電源模塊的分配方法。
本發明的另一目的在於提供一種功率分配靈活的可自由分配功率的電源模塊。
本發明的目的可以這樣實現，設計一種可自由分配功率的電源模塊分配方法，包括以下步驟：
A、若干電源模塊並聯，每個電源模塊設置功率分配單元並通過功率分配單元與至少兩路電源輸出線路連接；
B、上位機、各電源模塊通過串行總線通信並統一自動編碼作為電源模塊的地址碼，電源模塊與上位機通信時，依靠地址碼與上位機實現點對點通信；
C、電源模塊控制器接收上位機分組信息，根據指令控制該電源模塊的功率分配單元連接該模塊到對應的分組輸出母線。
進一步地，上位機在報文中體現各模塊分組信息，包括所屬組別、分組電流、分組電壓。
進一步地，電源模塊控制器根據接收上位機發出的分組信息啟動均電流模式，電源模塊控制器通過地址碼以及分組標記識別自己所在組內的模塊數量，計算本組內實時平均電流，實現同一組內的各模塊間輸出電流相等。
進一步地，電源模塊控制器根據接收上位機發出的分組信息啟動高效率模式，組內地址號最小的電源模塊自動成為該組內的主機，根據該組電流需求值計算該組所需要的電源模塊，逐一分配組內子模塊電流，使工作的各模塊在最大電流輸出狀態，多出的模塊處於待機狀態，使該組工作在最大效率點。
進一步地，按照編碼由小到大排序並作為電源模塊的地址碼，模塊地址碼依次排序為0～N。
進一步地，上位機根據每個車充電所需求電流和每個電源模塊可輸出最大電流計算該車充電組所需電源模塊數量，在依所需電源模塊數量對電源模塊進行分組。
本發明的另一目的可以這樣實現，設計一種可自由分配功率的電源模塊，包括電源主功率拓撲及其控制電路、功率分配單元，電源主功率拓撲及其控制電路的直流輸出端與功率分配單元的輸入端連接，功率分配單元的控制端與電源主功率拓撲及其控制電路的控制端連接；
電源主功率拓撲及其控制電路，包括三相PFC電路、PFC電感、DC-DC電路、PFC輸出BUS線、控制器，三相PFC電路、PFC電感為整個電源模塊的前級部分，將三相交流電整流為直流電並提供功率因素校正；DC-DC電路作為後級部分，調節輸出直流電壓和直流電流；三相PFC電路通過PFC輸出BUS線向DC-DC電路輸出直流電；控制器為三相PFC電路和DC-DC電路提供PWM波信號並執行保護邏輯，接收和響應上位機發送的CAN信息並驅動功率分配單元；
功率分配單元，執行與電源輸出線路的連接或切斷；功率分配單元，包括切換單元、切換驅動單元、控制信號迴路；切換單元，連通或切斷功率輸出路徑，切換單元的動觸端連接電源的一極，切換單元的靜觸端與電源輸出線路連接；切換驅動單元，驅動切換單元進行切換動作，切換驅動單元的驅動信號輸出端連接切換單元的控制端，切換驅動單元的控制端通過控制信號迴路連接至控制器；控制信號迴路，控制器與切換驅動單元的控制端之間的信號通路。
可選地，切換單元採用多路繼電器，切換驅動單元為繼電器驅動電路，多路繼電器的動觸端連接電源的正極，多路繼電器的靜觸端與電源輸出線路連接，多路繼電器的控制端。
可選地，切換單元採用切換電路。
本發明能夠實現大功率堆多路輸出時每路功率自由分配；組成大功率堆時，會省去系統大功率繼電器，有效節約成本；模塊端繼電器主動切斷功率迴路，保護更及時，安全性較高。
附圖說明
圖1是本發明較佳實施例的分配流程圖；
圖2是本發明較佳實施例的示意圖；
圖3是本發明較佳實施例之主功率以及控制器部分的示意圖；
圖4是本發明較佳實施例之功率分配單元的示意圖；
圖5是本發明較佳實施例之多路功率分配單元的示意圖。
具體實施方式
以下結合實施例對本發明作進一步的描述。
如圖1、圖2所示，一種可自由分配功率的電源模塊分配方法，包括以下步驟：
A、若干電源模塊並聯，每個電源模塊設置功率分配單元並通過功率分配單元與至少兩路電源輸出線路連接；
B、上位機、各電源模塊通過串行總線通信並統一自動編碼作為電源模塊的地址碼，電源模塊與上位機通信時，依靠地址碼與上位機實現點對點通信；
C、電源模塊控制器接收上位機分組信息，根據指令控制該電源模塊的功率分配單元連接該模塊到對應的分組輸出母線。
本實施例中，串行總線為can總線。
上位機在報文中體現各模塊分組信息，包括所屬組別、分組電流、分組電壓。在實際使用時，上位機會在CAN報文中體現各電源模塊分組信息，電源模塊在收到自己的分組信息後模塊主控制單元將發出控制信號，驅動功率分配單元連接該模塊到對應的分組輸出母線。並且按照自己最新的所屬組，接收上位機下發的分組電流、電壓指令，完成充電功能。
如圖1所示，各電源模塊可選擇均電流輸出模式，也可以選擇最大效率模式。電源模塊控制器根據接收上位機發出的分組信息啟動均電流模式，電源模塊控制器通過地址碼以及分組標記識別自己所在組內的模塊數量，計算本組內實時平均電流，實現同一組內的各模塊間輸出電流相等。均電流模式時，每個模塊輸出的電流相同，為總電流平均在每個模塊的電流值。
電源模塊控制器根據接收上位機發出的分組信息啟動高效率模式，組內地址號最小的電源模塊自動成為該組內的主機，根據該組電流需求值計算該組所需要的電源模塊，逐一分配組內子模塊電流，使工作的各電源模塊在最大電流輸出狀態，多出的電源模塊處於待機狀態，使該組工作在最大效率點。最大效率模式輸出時，將儘可能保證每個模塊滿載輸出，將多餘的模塊關掉。
按照編碼由小到大排序並作為電源模塊的地址碼，電源模塊地址碼依次排序為0～N。各電源模塊可通過CAN總線通信並統一自動編碼，按照編碼由小到大排序並作為本電源模塊的地址碼,電源模塊地址碼依次排序為0～N，電源模塊和上位機通信時，依靠本地址碼與上位機實現點對點通信。
上位機根據每個車充電所需求電流和每個電源模塊可輸出最大電流計算該車充電組所需電源模塊數量，在依所需電源模塊數量對電源模塊進行分組。例如，當充電樁需要給兩種不同類型的車充電時，每個車充電分別需求電流I1和I2，每個電源模塊可輸出最大電流為Imax，則上位機將對A、B兩組所需模塊數進行計算：A組需要的模塊數量為NumA＝I1/Imax，B組需要的模塊數量為NumB＝I2/Imax，然後上位機會根據地址碼，將第0～NumA-1號模塊分為A組，下發A組需要的電壓、電流，第NumA～NumB號模塊歸為B組，下發B組需要的電壓、電流。當啟動組內均電流模式時，電源模塊將自動識別自己所在組內的模塊數量，實現同一組內的各電源模塊間輸出電流相等。當啟動最大效率模式時，組內地址號最小的電源模塊會自動成為該組內的主機，根據該組電流需求值計算本組所需要的電源模塊，逐一分配子模塊電流，分配原則是儘量使各模塊工作在最大電流輸出狀態，多出的模塊處於待機狀態，不參與工作。
如圖2、圖3所示，一種可自由分配功率的電源模塊，包括電源主功率拓撲及其控制電路、功率分配單元2，
如圖4所示，電源主功率拓撲及其控制電路，包括三相PFC電路7、PFC電感8、DC-DC電路9、PFC輸出BUS線10、控制器，三相PFC電路7、PFC電感8為整個電源模塊的前級部分，將三相交流電整流為直流電並提供功率因素校正；DC-DC電路9作為後級部分，調節輸出直流電壓和直流電流；三相PFC電路7通過PFC輸出BUS線10向DC-DC電路9輸出直流電；控制器為三相PFC電路7和DC-DC電路9提供PWM波信號並執行保護邏輯，通過串行總線5接收和響應上位機發送的CAN信息並驅動功率分配單元2。
如圖2、圖3所示，功率分配單元2，執行與電源輸出線路的連接或切斷；功率分配單元2，包括切換單元3、切換驅動單元、控制信號迴路6；切換單元3，連通或切斷功率輸出路徑，切換單元的動觸端連接電源的一極，切換單元的靜觸端與電源輸出線路連接；切換驅動單元，驅動切換單元進行切換動作，切換驅動單元的驅動信號輸出端連接切換單元的控制端，切換驅動單元的控制端通過控制信號迴路連接至電源模塊控制器；控制信號迴路，電源模塊控制器與切換驅動單元的控制端之間的信號通路。
本實施例中，切換單元3採用兩路繼電器，切換驅動單元為繼電器驅動電路。繼電器的動觸點連接至電源主功率拓撲及其控制電路的輸出正極，繼電器的A1觸點連接至A迴路的正極母線，繼電器的B1觸點連接至B迴路的正極母線，電源主功率拓撲及其控制電路的輸出負極連接到迴路的公共負極4。
本發明所涉及的功率分配單元2，不僅包含兩路，如圖5所示，也可擴展至多路。切換單元3採用多路繼電器，切換驅動單元為繼電器驅動電路，多路繼電器的動觸端連接電源的正極，多路繼電器的靜觸端分別與電源輸出線路的正極母線連接。
切換單元採用切換電路。可以利用半導體器件如MOSFFET，二極體等組成電路切換單元，實現功率分配。
電源模塊控制器接收上位機指令，根據指令控制電源模塊的功率流向哪一路。當繼電器向A1端閉合時，功率流向與A1端閉合的迴路(圖中A所示迴路)，當繼電器向B1端閉合時，功率流向與B1端閉合的迴路(圖中B所示迴路)。
如圖2所示，當多個本發明所公開的電源模塊1並聯時，電源模塊1可根據上位機需求，通過功率分配單元2進行功率分配選擇功率流向，通過A、B兩路投入不同數量的電源模塊來靈活分配A、B兩路的功率大小。
本發明能夠實現大功率堆多路輸出時每路功率自由分配；組成大功率堆時，會省去系統大功率繼電器，有效節約成本；模塊端繼電器主動切斷功率迴路，保護更及時，安全性較高。在應用於大功率充電領域時，功率分配靈活方便，總成本較低，並且電源模塊自身可根據外界情況通過功率分配單元來切斷功率輸出路徑，達到安全使用的目的。