ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И СПОСОБ ПОДАЧИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
POWER SUPPLY SOURCE AND METHOD FOR POWER SUPPLYING

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к электронному устройству. В частности, настоящее изобретение относится к источнику электропитания.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Обычно устройства, требующие подачи напряжения постоянного тока с высоковольтных систем преобразования переменного тока в постоянный, реализуются путем пакетирования низковольтных модулей питания. В сравнении с использованием единичного модуля питания, предназначенного для преобразования высокого напряжения непосредственно на входе переменного тока высокого напряжения, пакетирование низковольтных модулей питания может обеспечить высокую эффективность подачи питания.
Однако в вышеупомянутой ярусной конфигурации сложно обеспечить перераспределение входного напряжения, где бы каждый модуль питания был способен функционировать в пределах своего собственного диапазона входного напряжения. Кроме того, для пакетированных модулей питания в системе преобразования переменного тока в постоянный сложность представляет регулирование выходного напряжения постоянного тока, также как и формирование входного тока, который должен быть пропорционален входному напряжению постоянного тока и совпадать с ним по фазе.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Один из аспектов настоящего изобретения относится к источнику электропитания. Источник электропитания содержит множество модулей питания. Каждый из указанного множества модулей питания содержит первый преобразователь и второй преобразователь. Первый преобразователь выполнен с возможностью генерирования промежуточного напряжения. Второй преобразователь выполнен с возможностью выдачи напряжения питания постоянного тока по промежуточному напряжению. Первые преобразователи из указанного множества модулей питания выполнены с возможностью общего управления по входному току, протекающему через множество модулей питания, и промежуточному напряжению в модулях питания из указанного множества. Вторые преобразователи из указанного множества модулей питания выполнены с возможностью общего управления по выходному току множества модулей питания.
Другой аспект настоящего изобретения также относится к источнику электропитания. Источник электропитания содержит множество модулей питания. Каждый из указанного множества модулей питания содержит входной каскад и выходной каскад; при этом входной каскад выполнен с возможностью генерирования промежуточного напряжения, а выходной каскад выполнен с возможностью выдачи напряжения питания постоянного тока по промежуточному напряжению. Входные каскады выполнены управляемыми посредством, по меньшей мере, одного первого общего управляющего сигнала с общим коэффициентом заполнения, а выходные каскады выполнены управляемыми посредством, по меньшей мере, одного второго общего управляющего сигнала с общим коэффициентом заполнения.
Следует понимать, что и общее описание, приведенное выше, и подробное описание, приведенное ниже, носят исключительно иллюстративный характер, и служат для дополнительного разъяснения пунктов формулы заявленного изобретения.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретение станет понятнее, если ознакомиться с различными вариантами его осуществления, подробно описанными ниже в привязке к прилагаемым чертежам, где:
На фиг. 1 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 2 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 2А представлена принципиальная схема источника электропитания согласно еще некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 3 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 4 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения; и
На фиг. 5 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
В нижеследующем описании представлены характерные детали, обеспечивающие полное понимание вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без какой-либо одной или нескольких характерных деталей или в сочетании с другими элементами. Известные варианты осуществления или использования настоящего изобретения не показаны или не описаны в подробностях, чтобы не затруднять понимание аспектов различных вариантов реализации заявленного изобретения.
Термины, используемые в настоящей заявке, обычно имеют значения, типичные для данной области техники и конкретного контекста, в котором упоминается каждый из терминов. Использование примеров в этой заявке, в том числе примеров каких-либо приведенных в ней терминов, носит исключительно иллюстративный характер, и никоим образом не ограничивает объем и смысл настоящего изобретения или какого-либо представленного в качестве примера термина. Подобным же образом настоящее изобретение не ограничено различными вариантами его осуществления, представленными в этой заявке.
Следует понимать, что хотя термины «первый», «второй» и т.д. могут быть использованы в настоящей заявке для описания различных элементов, эти элементы не должны ограничиваться указанными терминами. Эти термины используются для того, чтобы можно было отличить один элемент от другого. Например, первый элемент может называться вторым элементом, а второй элемент, соответственно, может называться первым элементом без отступления от объема вариантов осуществления настоящего изобретения. В контексте настоящего документа термин «и/или» означает все возможные сочетания одного или нескольких соотнесенных терминов, которые были перечислены.
В контексте настоящего документа термины «содержащий», «имеющий», «включающий в себя» и прочие термины подобного рода следует понимать как неограничивающие, т.е. включающие в себя, но не ограничивающиеся указанным элементом или элементами.
Ссылка на «один из вариантов осуществления настоящего изобретения» или «вариант осуществления настоящего изобретения», встречающаяся по всему тексту этой заявки, означают, что конкретный признак, конструкция, вариант реализации или характеристика, описанная в привязке к какому-либо варианту осуществления настоящего изобретения, включена, по меньшей мере, в один из вариантов реализации заявленного изобретения. Таким образом, фраза «в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения» или «в одном варианте осуществления настоящего изобретения», встречающаяся в различных местах по всему тексту заявки, не обязательно относится к одному и тому же варианту реализации заявленного изобретения. Более того, конкретные признаки, конструкции, варианты реализации или характеристики могут быть объединены любым приемлемым способом в одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения.
В нижеследующем описании и пунктах формулы изобретения могут быть использованы термины «связанный» и «соединенный», равно как и их производные. В конкретных вариантах реализации заявленного изобретения термины «связанный» и «соединенный» могут означать, что два или более элементов находятся в непосредственном физическом или электрическом контакте друг с другом, или что два или более элементов могут контактировать друг с другом опосредованно. Термины «связанный» и «соединенный» могут также означать, что два или более элементов взаимодействуют друг с другом.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, источник (100) электропитания содержит модули питания PM1-PMN (N>1), в которых входные клеммы подключены последовательно, а выходные клеммы подключены параллельно. Во время работы модули питания PM1-PMN взаимодействуют друг с другом, принимая напряжение питания Uac (т.е. напряжение питания переменного тока) и выдавая напряжение Vo питания постоянного тока.
Каждый из модулей питания PM1-PMN содержит входной каскад (112) и выходной каскад (114); при этом входной каскад (112) соединен последовательно с выходным каскадом (114) так, что выходной каскад (114) принимает выходной ток с входного каскада (112). В каждом из модулей питания PM1-PMN входной каскад (112) выполнен с возможностью преобразования входного напряжения переменного тока Vin в промежуточное напряжение Vint (т.е. напряжение звена постоянного тока), а выходной каскад (114) выполнен с возможностью выдачи напряжения Vo питания постоянного тока по указанному промежуточному напряжению Vint. В такой конфигурации входные клеммы входных каскадов (112) модулей питания PM1-PMN подключены последовательно, а выходные клеммы выходных каскадов (114) модулей питания PM1-PMN подключены параллельно. Кроме того, входные каскады (112) выполнены управляемыми общими управляющими сигналами Si1-SiN с общим коэффициентом заполнения, а выходные каскады (114) выполнены управляемыми общим управляющим сигналом So1-SoN с общим коэффициентом заполнения для достижения баланса мощности.
Для иллюстрации количество модулей питания в источнике (100) электропитания может быть увеличено для повышения допустимой мощности за счет установки дополнительных модулей питания, подключенных последовательно, с сохранением общего управления входными и выходными каскадами в соответствующих модулях питания.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, как это показано на фиг. 1, входной каскад (112) и выходной каскад (114) в каждом из модулей питания PM1-PMN связаны с конденсатором С1 звена постоянного тока, а источник (100) электропитания содержит фильтр (120) электромагнитных помех, электрически связанный с входной стороной модулей питания PM1-PMN, который предназначен для ослабления дифференциальных и синфазных помех. Фильтр (120) электромагнитных помех может быть также встроен в каждый из модулей питания PM1-PMN. При такой конфигурации модули питания PM1-PMN низкого напряжения могут взаимодействовать друг с другом с целью преобразования напряжения питания Uac, превышающего 1000 В, и выдачи напряжения Vo питания постоянного тока.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения входной каскад (112) в каждом из модулей питания PM1-PMN содержит входной преобразователь переменного тока в постоянный, а выходной каскад (114) в каждом из модулей питания PM1-PMN содержит преобразователь постоянного тока. Кроме того, преобразователи, содержащиеся во входных каскадах (112), выполнены с возможностью общего управления по входному напряжению Vin переменного тока, входному току Iin, соответствующему входному напряжению Vin переменного тока и протекающему через модули питания PM1-PMN, и по промежуточному напряжению Vint в модулях питания PM1-PMN; а преобразователи, содержащиеся в выходных каскадах (114), выполнены с возможностью общего управления по выходному току модулей питания PM1-PMN. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения преобразователи во входных каскадах (112) выполнены с возможностью общего управления по напряжению Vo питания постоянного тока; а в различных вариантах реализации заявленного изобретения преобразователи в выходных каскадах (114) выполнены с возможностью общего управления по выходному току или по выходной мощности, соответствующей напряжению Vo питания постоянного тока.
На практике преобразователь во входном каскаде (112) может представлять собой устройство компенсации коэффициента мощности (ККМ), предназначенное для формирования входного тока таким образом, чтобы входной ток Iin был пропорционален напряжению питания Uac и совпадал с ним по фазе.
Рабочая схема модулей питания PM1-PMN проиллюстрирована ниже. Во время работы, когда входное напряжение Vin переменного тока модуля питания РМ1 кратковременно возрастает относительно аналогичного напряжения в модулях питания PM2-PMN, входное напряжение Vin переменного тока в остальных модулях питания PM2-PMN уменьшается таким образом, что сумма всех входных напряжений переменного тока становится равной общему входному напряжению переменного тока. В таких условиях, когда входной ток Iin является общим для всех модулей питания PM1-PMN, входная мощность модуля питания РМ1 соответственно возрастает, а входная мощность остальных модулей питания PM2-PMN соответственно уменьшается, что - в свою очередь - приводит к возрастанию промежуточного напряжения Vint (т.е. напряжения звена постоянного тока) в модуле питания РМ1 с последующим уменьшением промежуточного напряжения Vint (т.е. напряжения звена постоянного тока) в остальных модулях питания PM2-PMN. Повышенное промежуточное напряжение Vint приводит к повышению тока, подводимого к нагрузке, соотнесенной с модулем питания РМ1, и соответствующему уменьшению тока, подводимого к нагрузке, соотнесенной с остальными модулями питания PM2-PMN.
Благодаря применению общих управляющих сигналов с общим коэффициентом заполнения, не требуется никаких действий для уменьшения рассогласования между промежуточными напряжениями Vint или выходными токами постоянного тока. На самом деле, поскольку мощность, подводимая к нагрузке, соотнесенной с модулем питания РМ1, увеличивается, входное напряжение переменного тока модуля питания РМ1 будет проявлять тенденцию к естественному уменьшению из-за увеличения эффективной нагрузки на модуль питания РМ1. Кроме того, поскольку мощность, подводимая к нагрузке, соотнесенной с остальными модулями питания PM2-PMN, также уменьшается, входное напряжение переменного тока, подаваемое на остальные модули питания PM2-PMN, будет проявлять тенденцию к повышению из-за уменьшения эффективной нагрузки на остальные модули питания PM2-PMN. В результате, благодаря устранению реакции входного каскада и выходного каскада на первоначальное рассогласование между модулями питания PM1-PMN, может быть достигнут естественный баланс между модулями питания PM1-PMN.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, каждый из множества модулей питания PM1-PMN характеризуется наличием собственного множества контуров управления, где входной каскад (112) и выходной каскад (114) имеют автономные контуры управления. Как показано на фиг. 2, каждый из модулей питания PM1-PMN может дополнительно включать в себя контроллер (220); при этом контроллер (220) выполнен с возможностью управления соответствующим входным каскадом (112) по промежуточному напряжению Vint, входному напряжению Vin переменного тока и входному току Iin, соответствующего входному напряжению Vin переменного тока. Кроме того, каждый из модулей питания PM1-PMN может дополнительно содержать контроллер (240); при этом указанный контроллер (240) выполнен с возможностью управления соответствующим выходным каскадом (114) по напряжению питания постоянного тока. Для наглядности представления контроллер (220) в модуле питания РМ1 выполнен с возможностью генерирования общего сигнала Si1, управляющего входным каскадом (112), а контроллер (240) выполнен с возможностью генерирования общего сигнала So1, управляющего выходным каскадом (114).
При такой конфигурации контроллеры (220) в модулях питания PM1-PMN выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для генерирования общих управляющих сигналов Si1-SiN, показанных на фиг. 1, по промежуточному напряжению Vint и входному напряжению переменного тока в модулях питания PM1-PMN, а также по входному току Iin, соответствующему входному напряжению Vin переменного тока; а контроллеры (240) в модулях питания PM1-PMN выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для генерирования общих управляющих сигналов So1-SoN, проиллюстрированных на фиг. 1, по напряжению Vo питания постоянного тока.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый из входных каскадов (112) в модулях питания PM1-PMN содержит входной преобразователь (212) (например, преобразователь ККМ), а каждый из выходных каскадов (114) в модулях питания PM1-PMN содержит преобразователь (214) постоянного тока. Входной преобразователь (212) может регулироваться с целью обеспечения управления промежуточным напряжением Vint звеном постоянного тока и формирования входного тока Iin по синусоидальному опорному сигналу синфазно входному напряжению Vin переменного тока.
В такой конфигурации контроллеры (220) в модулях питания PM1-PMN взаимодействуют друг с другом для осуществления общего управления входными преобразователями (212) в модулях питания PM1-PMN по промежуточному напряжению Vint, входному напряжению Vin переменного тока и входному току Iin, а контроллеры (240) в модулях питания PM1-PMN взаимодействуют друг с другом для осуществления общего управления преобразователями (214) постоянного тока в модулях питания PM1-PMN по напряжению Vo питания постоянного тока.
Для наглядности представления контроллер (220) в модуле питания РМ1 считывает промежуточное напряжение Vint, входное напряжение Vin переменного тока и входной ток Iin, после чего выдает соответствующий общий сигнал управления. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения срабатывает компаратор (251) в контроллере (220), выполненный с возможностью сравнения измеренного промежуточного напряжения Vint с опорным напряжением Vref1 с целью генерирования результата сравнения или сигнала ошибки. Затем срабатывает компенсатор Hv(s) напряжения, выполненный с возможностью усиления сигнала ошибки. Схема (252) умножения выполнена с возможностью умножения выходного сигнала компенсатора Hv(s) напряжения и измеренного входного напряжения Vin переменного тока для формирования тока Iref опорного сигнала. После этого выполняется операция по формированию тока, во время которой срабатывает компаратор (253), выполненный с возможностью сравнения тока Iref опорного сигнала с измеренным входным током Iin с целью формирования результата сравнения или сигнала ошибки; а сигнал ошибки, поступивший из компаратора (253), усиливается компенсатором Hi(s) тока так, что указанный компенсатор Hi(s) тока выдает входной управляющий сигнал. Следующим шагом срабатывает усредняющая цепь (254), выполненная с возможностью усреднения входного управляющего сигнала с компенсатора Hi(s) тока с целью формирования общего сигнала. После этого срабатывает цепь (255) ШИМ (широтно-импульсной модуляции), выполненная с возможностью выдачи общего управляющего сигнала Si1 по общему сигналу с усредняющей цепи (254). Конфигурации и операции контуров управления входными преобразователями (212) в модулях питания PM2-PMN аналогичны тем, которые используются в модуле питания РМ1, и поэтому ниже они не описываются.
Как показано на фиг. 2, входной ток Iin является общим для всех модулей питания PM1-PMN, а все усредняющие цепи (254) в модулях питания PM1-PMN подключены параллельно и предназначены для усреднения входных управляющих сигналов с целью генерирования общего сигнала Sa для одновременного управления входными преобразователями (212) так, чтобы общие управляющие сигналы Si1-SiN, выдаваемые контроллерами (220) в модулях питания PM1-PMN, имели общий коэффициент заполнения.
Поскольку входной ток Iin является общим для всех модулей питания PM1-PMN, а выходные сигналы всех компенсаторов Hi(s) тока электрически связаны друг с другом через усредняющие цепи (254), общие управляющие сигналы Si1-SiN, выполненные с возможностью модуляции, могут осуществлять совместное управление входными преобразователями (212). В результате можно избежать взаимодействия между модулями питания PM1-PMN.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения усредняющая цепь (254) в каждом из модулей питания PM1-PMN содержит цепь Z полного сопротивления. В такой конфигурации цепи Z полного сопротивления в модулях питания подключены параллельно в узле Р. Поскольку выходные сигналы всех компенсаторов тока Hi(s) могут быть усреднены с помощью цепей Z полного сопротивления в модулях питания PM1-PMN, таким способом генерируется общий сигнал Sa.
С другой стороны, как это показано для наглядности, контроллер (240) в модуле питания РМ1 считывает напряжение питания постоянного тока и, соответственно, выдает общий управляющий сигнал So1. В частности, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения срабатывает компаратор (261) контроллера (240), выполненный с возможностью сравнения измеренного напряжения Vo питания постоянного тока с опорным напряжением Vref2 с целью генерирования результата сравнения или сигнала ошибки. Затем срабатывает компенсатор Gv(s), выполненный с возможностью усиления сигнала ошибки для выдачи управляющего сигнала обратной связи. Следующим шагом срабатывает управляющая цепь (263), выполненная с возможностью усреднения входного управляющего сигнала с компенсатора Gv(s) с целью генерирования общего сигнала. После этого срабатывает цепь (265) ШИМ (широтно-импульсной модуляции), выполненная с возможностью выдачи общего управляющего сигнала So1 по общему сигналу с усредняющей цепи (263). Конфигурации и операции контуров управления преобразователями (214) постоянного тока в модулях питания PM2-PMN аналогичны тем, которые используются в модуле питания РМ1, и поэтому ниже они не описываются.
Как показано на фиг. 2, все усредняющие цепи (263) в модулях питания PM1-PMN подключены параллельно и предназначены для усреднения управляющих сигналов обратной связи (с компенсаторов Gv(s)) с целью генерирования общего сигнала Sb для одновременного управления преобразователями (214) постоянного тока таким образом, чтобы общие управляющие сигналы So1-SoN, выдаваемые контроллерами (240) в модулях питания PM1-PMN, имели общий коэффициент заполнения.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения усредняющая цепь (263) в каждом из модулей питания PM1-PMN содержит цепь Z полного сопротивления. В такой конфигурации цепи Z полного сопротивления в модулях питания PM1-PMN подключены параллельно в узле Q. Поскольку выходные сигналы всех компенсаторов тока Gv(s) могут быть усреднены с помощью цепей Z полного сопротивления в модулях питания PM1-PMN, таким способом генерируется общий сигнал Sb.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения управление входными преобразователями (212) и преобразователями (214) постоянного тока в модулях питания PM1-PMN может выполняться посредством чередующихся операций. В частности, входные преобразователи (212) в модулях питания PM1-PMN могут переключаться в течение разных временных интервалов разрешения срабатывания, вследствие чего входные преобразователи (212) управляются с фазовым сдвигом, а коммутационные операции входных преобразователей (212) чередуются. В результате эффективная частота, подаваемая на фильтр (120) электромагнитных помех, многократно превышает частоту переключений каждого входного преобразователя (212), что облегчает фильтрацию электромагнитных помех. Подобным же образом преобразователи (214) постоянного тока в модулях питания PM1-PMN также могут переключаться в течение разных временных интервалов разрешения срабатывания, вследствие чего преобразователи (215) постоянного тока управляются с фазовым сдвигом, а коммутационные операции преобразователей (214) постоянного тока чередуются. В результате достигается аналогичный эффект, т.е. облегчается фильтрация электромагнитных помех.
В других различных осуществления настоящего изобретения может использоваться многоконтурная система, как в случае управления по току, где выходная переменная (например, выходное напряжение) и ток индуктора постоянного тока, могут регулироваться одновременно. Кроме того, могут применяться различные способы управления постольку, поскольку коэффициент заполнения управляющих сигналов для входных преобразователей (212) или преобразователей (214) постоянного тока является общим для всех модулей питания PM1-PMN.
В еще некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вышеозначенные способы управления могут быть реализованы даже в источнике электропитания, который содержит модули питания PM1-PMN и ряд резервных модулей питания; при этом в источнике электропитания предусмотрены переключатели (не показаны), каждый из которых электрически связан с входом одного из модулей питания. В случае выхода из строя какого-либо из модулей питания PM1-PMN соответствующий модуль питания из числа модулей PM1-PMN может быть обойден с помощью переключателя, который находится во включенном состоянии, тогда как управление поврежденным модулем питания отключено; в результате общие управляющие сигналы а остальных рабочих модулей питания не будут содержать какую-либо информацию, поступающую с вышедшего из строя модуля питания.
Конфигурации и операции контуров управления, показанных на фиг. 2, представлены исключительно в иллюстративных целях. Различные конфигурации и операции контуров управления входят в предполагаемый объем настоящего изобретения.
В вышеозначенных вариантах осуществления настоящего изобретения для входных преобразователей (212) во всех модулях питания PM1-PMN общим является входной ток Iin, тогда как для преобразователей (214) постоянного тока во всех модулях питания PM1-PMN общим является напряжение Vo питания постоянного тока. В результате становится возможным управление входным напряжением, выравнивание входного напряжения, формирование входного тока, управление промежуточным напряжением (например, напряжением звена постоянного тока) и перераспределение тока между модулями. Соответственно, можно избежать взаимодействия между контроллерами в модулях питания и даже между самими модулями питания, за счет чего достигается баланс мощности.
На фиг. 2А представлена принципиальная схема источника электропитания согласно еще одним вариантам осуществления настоящего изобретения. В сравнении с фиг. 2, в различных вариантах реализации заявленного изобретения, проиллюстрированных на фиг. 2А, каждый из модулей питания PM1-PMN дополнительно содержит цепь прямой связи (280). Цепь прямой связи (280) электрически связана с выходом входного преобразователя (212) для приема соответствующего промежуточного напряжения Vint. Цепь прямой связи (280) выполнена с возможностью генерирования сигнала положительной обратной связи FS с наложением на него общего сигнала Sb по соответствующему промежуточному напряжению Vint и среднему значению промежуточных напряжений в модулях питания PM1-PMN, т.е. по усредненному промежуточному напряжению Vint_avg, обозначенному так на фиг. 2А. В таких условиях ШИМ-цепь (265) выдает общий управляющий сигнал So1 по наложению сигнала положительной обратной связи FS и общего сигнала Sb.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый из модулей питания PM1-PMN дополнительно содержит сумматор (272); при этом указанный сумматор (272) выполнен с возможностью наложения на сигнал положительной обратной связи FS общего сигнала Sb и выдачи наложения для ШИМ-цепи (265).
В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения цепь прямой связи (280) содержит компаратор (285) и компенсатор FF(s) с передаточной функцией. Компаратор (285) выполнен с возможностью сравнения соответствующего промежуточного напряжения Vint со средним промежуточным напряжением Vint_avg, для генерирования сигнала ошибки ER. Компенсатор FF(s) выполнен с возможностью усиления сигнала ошибки ER для генерирования сигнала положительной обратной связи FS.
Если во время работы соответствующее промежуточное напряжение Vint в модуле питания РМ1 повышается быстрее прочих промежуточных напряжений Vint в модулях питания PM2-PMN, разность между соответствующим промежуточным напряжением Vint и средним промежуточным напряжением Vint_avg будет возрастать. Цепь (265) ШИМ изменяет общий сигнал So1 управления преобразователем (214) постоянного тока так, что эффективный коэффициент заполнения модуля питания РМ1 также возрастает. Соответственно, через модуль питания РМ1 передается больше мощности, что приводит к уменьшению соответствующего промежуточного напряжения Vint в модуле питания РМ1. В результате цепь (280) прямой связи может помочь сбалансировать промежуточные напряжения Vint в модулях питания PM1-PMN.
Например, в некоторых вариантах реализации заявленного изобретения цепь (280) прямой связи сконфигурирована на первичной стороне преобразователя (214) постоянного тока, а в некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения - на вторичной стороне преобразователя (214) постоянного тока. Более того, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения цепь прямой связи (280) изолирована от общего сигнала Sb.
С другой стороны, если сравнивать с фиг. 2, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных на фиг. 2А, каждый из модулей питания PM1-PMN дополнительно содержит цепь (290) деления напряжения. Цепь (290) деления напряжения электрически связана с выходом входного преобразователя (212) и предназначена для приема соответствующего промежуточного напряжения Vint. Цепь (290) деления напряжения выполнена с возможностью динамического изменения соответствующего промежуточного напряжения Vint. Таким образом, в условиях, когда модули питания PM1-PMN работают под небольшой нагрузкой или вообще без нагрузки, цепь (290) деления напряжения может быть задействована для достижения такого же эффекта, что и цепь (280) прямой связи, как это было описано выше.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения цепь деления напряжения (290) представляет собой активную цепь деления напряжения. В некоторых вариантах реализации заявленного изобретения цепь (290) деления напряжения содержит компаратор (295), переключатель SW и блок резисторов RU. Компаратор (295) выполнен с возможностью сравнения соответствующего промежуточного напряжения с пороговым напряжением Vth для генерирования выходного опорного сигнала. Переключатель SW выполнен с возможностью управления выходным опорным сигналом; при этом он подключен к одной из выходных клемм входного преобразователя (212). Блок резисторов RU подключен между переключателем SW и другой выходной клеммой входного преобразователя (212).
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения компаратор (295) представляет собой гистерезисный компаратор. В прочих различных вариантах реализации заявленного изобретения блок резисторов RU содержит один или несколько резисторов эквивалентной нагрузки.
Возьмем для примера компаратор (295), представляющий собой гистерезисное устройство: когда соответствующее промежуточное напряжение Vint возрастает, и его значение превышает пороговое напряжение Vth с учетом добавления заданной величины гистерезиса, включается переключатель SW. Соответственно, блок резисторов RU подключается через включенный переключатель между двумя клеммами на выходе входного преобразователя (212) таким образом, чтобы указанный блок резисторов RU срабатывал для уменьшения соответствующего промежуточного напряжения Vint. С другой стороны, когда соответствующее промежуточное напряжение Vint уменьшается, и его значение становится меньше порогового напряжения Vth за вычетом заданной величины гистерезиса, переключатель SW выключается и отключает блок резисторов RU от одной из клемм на выходе входного преобразователя (212). Как было сказано выше, цепь (290) деления напряжения может быть задействована для динамического изменения соответствующего промежуточного напряжения Vint. В результате цепь (290) деления напряжения может помочь сбалансировать промежуточные напряжения Vint в модулях питания PM1-PMN, даже в условиях, когда модули питания PM1-PMN работают под небольшой нагрузкой или вообще без нагрузки.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждый из модулей питания PM1-PMN содержит цепь (280) прямой связи, но не содержит цепь (290) деления напряжения. В некоторых других вариантах реализации заявленного изобретения каждый из модулей питания PM1-PMN содержит цепь (290) деления напряжения, но не содержит цепь (280) прямой связи. Фигура 2А представлена исключительно в иллюстративных целях. Различные конфигурации, представленные на фиг. 2А, входят в предполагаемый объем настоящего изобретения.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения каждый из модулей питания PM1-PMN содержит, как цепь (280) прямой связи, так и цепь (290) деления напряжения. В таких вариантах реализации заявленного изобретения цепь (280) прямой связи и цепь (290) деления напряжения могут функционировать совместно, улучшая баланс промежуточных напряжений Vint в модулях питания PM1-PMN во всем диапазоне нагрузок.
Операции, выполняемые в модулях питания PM2-PMN аналогичны операции, выполняемой в модуле питания РМ1, как это описано выше, и поэтому ниже они не детализируются.
На фиг. 3 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, в сравнении с вариантами реализации заявленного изобретения, проиллюстрированными на фиг. 2, источник (300) электропитания содержит один контроллер (320) и один контроллер (340), каждый из которых - в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения - независим от модулей питания PM1-PMN и реализуется процессором. Контроллер (320) выполнен с возможностью усреднения промежуточных напряжений U1-UN, соответственно сгенерированных в модулях питания PM1-PMN, а также с возможностью общего управления входными преобразователями (212) по промежуточным напряжениям U1-UN, входному напряжению переменного тока на входах модулей питания PM1-PMN и входному току Iin. Контроллер (340) выполнен с возможностью общего управления преобразователями (214) постоянного тока по напряжению Vo питания постоянного тока. К примеру, контроллер (320) выполнен с возможностью генерирования общего управляющего сигнала Sca для общего управления входными преобразователями (212) по промежуточным напряжениям U1-UN, входному напряжению Vin переменного тока и входному току Iin; а контроллер (340) выполнен с возможностью генерирования общего управляющего сигнала Scb для общего управления преобразователями (214) постоянного тока по напряжению Vo питания постоянного тока.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения контроллер (320) содержит усредняющую цепь (330), предназначенную для усреднения промежуточных напряжений U1-UN; при этом выходной сигнал усредняющей цепи (330) поступает в компаратор (351), где конфигурации и операции компараторов (351) и (353), компенсаторов Hv(s) напряжения, схемы умножения (352), компенсатора Hi(s) тока и ШИМ-цепи (355) аналогичны тем, которые проиллюстрированы на фиг. 2, и поэтому ниже они не описываются.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения контроллер (340) не содержит усредняющую цепь (или цепь полного сопротивления), как это показано на фиг. 2, а конфигурации и операции компаратора (361), компенсатора Gv(s) и ШИМ-цепи (365) аналогичны тем, которые проиллюстрированы на фиг. 2, и поэтому ниже они не описываются.
На фиг. 4 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 4, в сравнении с вариантами реализации заявленного изобретения, проиллюстрированными на фиг. 2, каждый из модулей питания PM1-PMN дополнительно содержит, по меньшей мере, один промежуточный каскад (410), подключенный последовательно между входным каскадом (112) и выходным каскадом (114); при этом указанный промежуточный каскад (410) выполнен с возможностью преобразования промежуточного напряжения Vint в выходное напряжение Vc постоянного тока (например, напряжение звена постоянного тока), подаваемого на выходной каскад (114). Промежуточные каскады (410) в модулях питания PM1-PMN выполнены с возможностью управления общими управляющими сигналами с общим коэффициентом заполнения. К примеру, промежуточный каскад (410) в модуле питания РМ1 управляется общим управляющим сигналом Sc1.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, как это показано на фиг. 4, каждый из модулей питания PM1-PMN может дополнительно содержать контроллер (420); при этом указанный контроллер (420) выполнен с возможностью управления соответствующим промежуточным каскадом (410) по выходному напряжению Vc постоянного тока. К примеру, контроллер (420) в модуле питания РМ1 выполнен с возможностью генерирования общего управляющего сигнала Sc1 для управления промежуточным каскадом (410). В такой конфигурации контроллеры (420) в модулях питания PM1-PMN выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для генерирования общих управляющих сигналов по выходным напряжениям Vc постоянного тока в модулях питания PM1-PMN.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения промежуточный каскад (410) в каждом из модулей питания PM1-PMN содержит преобразователь (412) постоянного тока; при этом указанный преобразователь (412) постоянного тока подключен последовательно между входным преобразователем (212) и преобразователем (214) постоянного тока, и выполнен с возможностью преобразования промежуточного напряжения Vint в выходное напряжение Vc постоянного тока, подаваемого в преобразователь (214) постоянного тока. В такой конфигурации преобразователи (412) постоянного тока в модулях питания PM1-PMN выполнены с возможностью общего управления по выходным напряжениям Vc постоянного тока в модулях питания PM1-PMN.
Преобразователь (412) постоянного тока (или промежуточный каскад (410)), представленный на фиг. 4, приведен исключительно в качестве примера. В предполагаемый объем настоящего изобретения входит разное количество преобразователей (412) постоянного тока (или промежуточных каскадов (410)) в различных конфигурациях.
В указанной конфигурации контроллеры (420) в модулях питания PM1-PMN взаимодействуют друг с другом для общего управления преобразователями (412) постоянного тока по выходным напряжениям Vc постоянного тока в модулях питания PM1-PMN.
Еще в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения конфигурация контроллера (420) и выполняемые им операции аналогичны тем операциям и конфигурации, которые предусмотрены для контроллера (240). Контроллер (420), описанный иным способом, может дополнительно содержать компаратор (461), компенсатор Gv(s), усредняющую цепь (463) и ШИМ-цепь (465), которые схожи с аналогичными элементами, предусмотренными в контроллере (240); при этом функции указанного контроллера и выполняемые им операции аналогичны тем, которые проиллюстрированы на фиг. 2. В такой конфигурации все усредняющие цепи (463) в модулях питания PM1-PMN подключены параллельно и предназначены для усреднения управляющих сигналов (например, сигналов с компенсаторов Gv(s)) с целью генерирования общего сигнала Sc для одновременного управления преобразователями (412) постоянного тока так, чтобы общие управляющие сигналы, выдаваемые контроллерами (420) в модулях питания PM1-PMN, имели общий коэффициент заполнения.
Подобным же образом в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения усредняющая цепь (463) в каждом из модулей питания PM1-PMN содержит цепь Z полного сопротивления.
Конфигурации контуров управления, проиллюстрированных на фиг. 4, и выполняемые ими операции представлены исключительно в качестве примера. Различные конфигурации контуров управления и выполняемые ими операции входят в предполагаемый объем настоящего изобретения. Кроме того, контуры управления в модулях питания PM1-PMN, проиллюстрированные на фиг. 4, в некоторых вариантах реализации заявленного изобретения выполнены в виде одиночного контроллера, подобного тому, который изображен на фиг. 3, который функционирует независимо от модулей питания PM1-PMN и реализуется процессором.
Кроме того, каждый из модулей питания, проиллюстрированных на фиг. 4, может дополнительно содержать цепь (280) прямой связи, цепь (290) деления напряжения или комбинацию из цепи (280) прямой связи и цепи (290) деления напряжения, как это показано на фиг. 2А.
Что касается цепи прямой связи, входящей в каждый модуль питания PM1-PMN и проиллюстрированной на фиг. 4, то такая цепь прямой связи может быть сконфигурированы так же, как и аналогичная цепь, представленная на фиг. 2А, и функционировать аналогичным образом в связке с контроллером (240) и контроллером (420), и поэтому ниже она не детализирована. Что касается цепи деления напряжения, входящей в каждый модуль питания PM1-PMN и проиллюстрированной на фиг. 4, то такая цепь деления напряжения может быть сконфигурированы так же, как и аналогичная цепь, представленная на фиг. 2А, и функционировать аналогичным образом, и поэтому ниже она не детализирована.
На фиг. 5 представлена принципиальная схема источника электропитания согласно некоторым другим вариантам осуществления настоящего изобретения. В сравнении с вариантами реализации заявленного изобретения, проиллюстрированными на фиг. 1, источник (500) электропитания, представленный на фиг. 5, содержит входной диодный мост (520); при этом указанный входной диодный мост (520) электрически связан с модулями питания PM1-PMN. Входной диодный мост (520) выполнен с возможностью выпрямления напряжения Uac питания (например, напряжения питания переменного тока) и генерирования входного напряжения постоянного тока для модулей питания PM1-PMN. Соответственно, если входные каскады (112) в модулях питания PM1-PMN представляют собой преобразователи ККМ (компенсации коэффициента мощности), входные диоды преобразователей ККМ могут быть заменены входным диодным мостом (520).
Конфигурации модулей питания PM1-PMN по фиг. 5 и выполняемые ими операции аналогичны тем конфигурациям и операциям, которые проиллюстрированы в вариантах осуществления настоящего изобретения, представленных на фиг. 1-4, и поэтому ниже они не детализируются.
Еще один аспект заявленного изобретения относится к способу подачи электропитания. Для удобства представления способ подачи электропитания описан ниже в привязке к вариантам реализации настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1 и 2, но этим он не ограничивается.
В ходе одной операции входные каскады (112) под общим управлением в модулях питания PM1-PMN преобразуют входные напряжения Vin переменного тока в промежуточные напряжения Vint, соответственно. В ходе другой операции выходные каскады (114) под общим управлением в модулях питания PM1-PMN генерируют напряжение Vo питания постоянного тока по промежуточным напряжениям Vint.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения операция по общему управлению входными каскадами (112) включает в себя общее управление входными каскадами (112), по меньшей мере, одним общим управляющим сигналом (например, общими управляющими сигналами Si1-SiN) с общим коэффициентом заполнения по промежуточным напряжениям Vint, входным напряжениям Vin переменного тока и входному току Iin, соответствующему входным напряжениям Vin переменного тока.
В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения операция по общему управлению выходными каскадами (114) включает в себя общее управление выходными каскадами (114), по меньшей мере, одним общим управляющим сигналом (например, общими управляющими сигналами So1-SoN) с общим коэффициентом заполнения по напряжению питания постоянного тока.
Еще в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, как это показано на фиг. 2, способ подачи электропитания дополнительно включает в себя операцию по усреднению входных управляющих сигналов (например, сигналов с компенсаторов Hi(s) тока в модулях питания PM1-PMN) с целью генерирования общего сигнала Sa для обеспечения общего управления входными каскадами (112), а также операцию по усреднению управляющих сигналов обратной связи (например, сигналов с компенсаторов Gv(s) в модулях питания PM1-PMN) с целью генерирования общего сигнала Sb для обеспечения общего управления выходными каскадами (114).
К примеру, способ подачи электропитания может быть реализован в модуле питания, который содержит множество каскадов. Для удобства представления способ подачи электропитания описан ниже в привязке к вариантам осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 4, но этим он не ограничивается.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ подачи питания дополнительно включает в себя общее управление промежуточными каскадами (410) в модулях питания PM1-PMN с целью преобразования промежуточного напряжения Vint в выходное напряжение Vc постоянного тока, подаваемое на соответствующие выходные каскады (114).
Операции не обязательно перечислены в той последовательности, в которой они выполняются. Таким образом, если последовательность выполнения операций четко не определена, то она является перестановочной, и все операции или некоторые из них могут выполняться одновременно, частью одновременно или последовательно.
Проиллюстрированные выше варианты осуществления настоящего изобретения дают возможность осуществлять управление выходным напряжением, добиваться баланса входного напряжения, формировать входной ток, выполнять управление промежуточным напряжением (например, напряжением звена постоянного тока) и перераспределять ток между модулями. В результате можно избежать взаимодействия между модулями питания, благодаря чему можно достичь баланса мощности.
Специалистам в данной области техники понятно, что представленные выше варианты осуществления настоящего изобретения носят исключительно иллюстративный характер и не ограничивают объем заявленного изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение охватывает все возможные модификации и аналогичные схемные решения в рамках сущности и объема притязаний прилагаемой формулы изобретения, объем которой должен отвечать требованиям самого широкого ее толкования с тем, чтобы были охвачены все такие модификации и аналогичные конструкции.