[发明专利]一种电压源跨导模式控制电路

说明书

技术领域

本发明电路涉及电压源跨导模式控制电路，主要应用于开关电源、线性电源及采用平均电流模式控制的其它领域。

背景技术

跨导模式(即平均电流模式)控制，因其易于并联冗余备份，抗干扰性强，单一设备、自动均流、限流等功能，广泛应用在各种采用电源子模块并联的电压源变换器中。电压源的带宽和输出阻抗是其关键性指标，由于电压源所接负载特性需求多种多样，为保证电压源的应用范围，需针对各种工况下负载的电性能指标的最大包络进行设计，重点集中在环路稳定特性和输出阻抗特性的设计。图1所示为现有电压源跨导模式控制电路的电路结构示意图。

跨导模式控制的外环为电压环，内部并联的电源子模块为压控电流源，该控制方式在获得高动态响应的同时，可自动实现各并联子模块的输出均流，参与并联的子模块可以工作在热备份或是冷备份模式，并联的子模块的数量改变输出总功率而不影响输出电压的变化。

现有的研究工作主要集中在跨导模式控制的工作原理，等效小信号模型。但对于当并联的子模块的数量变化时，电压源的环路特性及输出阻抗如何保持恒定的研究工作尚未开展。

电压源的所有参与并联工作的子模块处于热备份工作状态，因故障、开关机等原因，参与并联工作的子模块可以随时退出或者接入。子模块的数量发生变化时，电压源的环路特性、带宽及输出阻抗特性随之发生改变，对外呈现的时域电特性为动态响应会发生改变，子模块数量减少则电压源输出响应阶跃性负载的电压尖峰变大。当输出阻抗增大到一定程度时，母线响应负载电流变换斜率A/s的能力随之变小，因此该电压源对动态响应需求高的载荷已经不能继续开机使用。

在设计电压源时，一般仅会确保1-2个子模块退出并联工作情况下的阻抗指标要求。这存在如下问题：

并联的电源子模块数量减小，会引起电压源带宽降低和输出阻抗加大，而不适应某些高带宽负载特性应用场合的缺点，例如，若因故障等原因导致退出工作的子模块超出限制数，尚无应对带宽及输出阻抗下降的措施，会出现电压源能输出功率但不适应某些负载电性能需求的情况；

为保证额定的环路带宽和输出阻抗，即使母线负载较轻时，所有并联的子模块均需处于工作状态，不能根据负载需求随时调节参与并联工作的子模块数量，让并联的子模块处于最优效率点，或增加冷备份模块数量，以提高可靠性。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，本发明提出一种电压源的跨导模式控制电路，包括：相互并联的N个电压控电流源子模块，所述N个电压控电流源子模块各自的输出端汇接于用于为负载供电的母线输出端，电压采样电路连接所述母线输出端以对母线输出电压采样，外部误差计算及传递电路用于接收所述电压采样信号并与参考电压信号比较后产生误差电压信号、再以电压传递函数A(s)变换所述误差电压信号后输出至跨导补偿器；所述跨导补偿器的输出分为相同的N路，分别与所述N个电压控电流源子模块各自的电压控制信号端一一对应地连接；所述跨导补偿器的受控端连接各所述子模块的开关机状态信号端以接收各所述子模块的开关机状态信号；所述跨导补偿器用于根据各所述子模块的开关机状态信号判断处于工作状态的所述子模块的数量并根据该数量按比例调节该跨导补偿器的跨导增益。

本发明的有益效果：本发明增加了环路补偿器电路，可使得即使参与并联的电源子模块数量发生变化时，电源输出母线电压仍能够维持环路带宽和输出阻抗恒定。

附图说明

图1所示为传统的电压源跨导模式控制电路的电路结构示意图

图2所示为传统的电压源跨导模式控制电路的闭环控制框图；

图3所示为本发明实施例的电压源跨导模式控制电路的闭环控制框图(每个电压控电流源子模块向母线输出端V_bus流入电流，所以是“+”的运算；负载R_load是由母线输出端V_bus流出电流，所以是“-”的运算)；

图4所示为本发明实施例的电压源跨导模式控制电路的电路结构示意图；

图5所示为本发明实施例控制电路中的子模块的电路结构示意图(未示出与子模块开关机状态相关的电路结构)；

图6所示为图3、4中使用的跨导补偿器的电路结构示意图；

图7所示为图4、6中使用的模块数量检测电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。