并联型民主母线均流恒流法及其装置

摘要

本发明公开了一种并联型民主母线均流恒流方法，各恒流支路电流信号和母线平均值比较，对超过平均值的支路进行电流抑制。同时通过恒流电路对总电流进行恒流控制。最终达到各支路电流平均分配且总电流恒定的目的。同时各支路有独立的保护电路以及有共同的故障指示措施。本发明方法简单、实用，可靠。本发明适用于需要大电流大功率恒流源的各种恒流电路。

说明书

技术领域

本发明涉及一种均流恒流法，特别涉及一种并联型民主母线均流恒流法；本发明还涉及实现上述方法的装置。

背景技术

在动力电池的化成和检测系统或其他恒流控制系统中，恒流源技术是关系到整个系统的性能和可靠性的关键技术之一，直接关系产品检测的准确性和产品的质量。目前常用的大电流线性恒流源多采用简单并联结构或主从跟随式均流并联结构。

对于简单并联方式，由于没有均流措施或使用简单的电阻均流方法，而各支路参数又存在一定分散性，致使各支路电流分配不平均。对于电流偏大的支路容易过载，而电流偏小的支路则造成功率浪费，致使总体容量得不到发挥。同时，使用均流电阻使得恒流源阻抗增加，限制了大电流的应用。对于主从跟随式均流恒流，一但主支路出现故障则会引起整个恒流源失控，同时缺乏方便有效的监控措施，其可靠性不高。

发明内容

本发明目在于提供一种简单、实用，可靠的并联型民主母线均流恒流装置，从而能克服简单并联结构无法均流和主从跟随并联结构可靠性不高的缺点，提高恒流源的恒流质量。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：一种并联型民主母线均流恒流法，对各恒流支路中设置各自独立的电流采样电路，先将采样所得的各恒流支路电流信号经运放放大后通过阻值相同的限流电阻输出到母线，在母线上形成平均值信号；再将采样所得的各恒流支路电流信号与母线上形成的平均值信号通过各恒流支路中的电压积分器进行比较，电流大于平均值的支路电流将受到抑制；同时通过恒流电路对总电流进行恒流控制。

在各恒流支路中设有独立的用于在支路电流过载或功率管击穿情况下提供保护的过载保护电路；各恒流支路的过载保护电路设有公共的故障指示总线输出，当其中一个支路发生故障，故障总线电平将被拉低。

实现上述方法的并联型民主母线均流恒流装置，包括用于对输入总恒流进行平均分配各支路电流的并联均流模块、用于对总电流实行恒流的恒流控制模块和用于对总恒流输出获取采样信号的分流器，各均流模块主要设有电流采样放大电路、限流电阻和电压比较抑制电路，支路恒电流输入经采样放大电路转换成各支路电流对应的电压信号，再经限流电阻连接到均流母线上形成的平均电压信号，平均电压信号和采样放大电路的输出电压信号接入电压比较抑制电路，电压比较抑制电路的输出控制支路恒电流输入；总恒流电流输出经分流器获取采样信号输入恒流控制模块，恒流控制模块的控制输出连接到所有并联的均流模块上的恒流控制输入端。

所述的采样放大电路主要包括采样电阻R1和运算放大器U1，该运算放大器U1的同反相端分别连接于采样电阻R1的两端，其输出端一路连接到限流电阻R6，另一路连接到电压比较抑制电路。

所述的电压比较抑制电路主要包括电压积分器U2、场效应管Q1和三极管Q2，其中该电压积分器U2的同相端连接采样放大电路输出端，反相端连接均流母线端，其输出端依次连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接场效应管Q1的栅极，效应管Q1的源极和漏极串接在支路恒电流输入端。

所述的均流模块还包括过载保护电路，该保护电路主要包括保险丝F1、三极管Q3和二极管D3，该三极管Q3的基极和发射极并联于由保险丝F1和采样电阻R1串接成的电路两端，三极管Q3的集电极连接至二极管D3的阴极。

所述的过载保护电路设有故障指示电路，该电路包括二极管D4和发光二极管D2，二极管D4连于故障报警总线，两者的阴极都与保护电路的三极管Q3发射极相连。

所述的恒流控制模块主要包括运算放大器U3、U4、积分器U5和三极管Q4，经分流器采样的总电流输出信号，依次输入到两级运算放大器U3、U4形成放大信号，再进入积分器U5中得到控制信号，并通过三极管Q4对所有并联恒流模块的恒流控制输入端进行控制。

本发明采用民主母线的并联结构，民主母线的电压水平反映支路的平均电流，对于超过此水平的支路进行限流，最终使得所有支路电流趋向一致。任一支路出现故障都不会影响恒流源整体的工作。本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

(1)和简单并联结构比较，恒流效果好，功率器件的利用率得到提高；

(2)和主从跟随型结构比较，具有冗余能力和足够的保护措施，可靠性，安全性较高；

(3)和主从跟随型结构比较，控制环路时延短，有利于防止振荡的形成。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

图2为本发明恒流控制模块示意图。

图3为本发明的并联型民主均流母线单个模块结构示意图。

具体实施

如图1所示，为本发明的结构原理框图，本发明装置包括用于对输入总恒流进行平均分配各支路电流的并联均流模块、用于对总电流实行恒流的恒流控制模块和用于对总恒流输出获取采样信号的分流器，各均流模块主要设有电流采样放大电路、限流电阻和电压比较抑制电路，支路恒电流输入经采样放大电路转换成各支路电流对应的电压信号，再经限流电阻连接到均流母线上形成的平均电压信号，平均电压信号和采样放大电路的输出电压信号接入电压比较抑制电路，电压比较抑制电路的输出控制支路恒电流输入；总恒流电流输出经分流器获取采样信号输入恒流控制模块，恒流控制模块的控制输出连接到所有并联的均流模块上的恒流控制输入端。

上述对各恒流支路中，电流采样电路先将采样所得的各恒流支路电流信号经运放放大后通过阻值相同的限流电阻输出到母线，在母线上形成平均值信号；再将采样所得的各恒流支路电流信号与母线上形成的平均值信号通过各恒流支路中的电压积分器进行比较，电流大于平均值的支路电流将受到抑制，最终使得所有支路电流趋向一致。同时通过恒流电路对输入输出总电流进行恒流控制。

如图3所示，为本发明的并联型民主均流母线单个模块结构示意图。各均流模块的采样放大电路主要包括采样电阻R1和运算放大器U1，该运算放大器U1的同反相端分别连接于采样电阻R1的两端，其输出端一路连接到限流电阻R6，另一路连接到电压比较抑制电路中的电压积分器U2。其中各支路电流经信号采样并通过运算放大器U1后放大为电压信号，信号幅度与支路电流成线性关系。

电压比较抑制电路主要包括电压积分器U2、场效应管Q1和三极管Q2，其中该电压积分器U2的同相端连接采样放大电路输出端，反相端连接均流母线端，其输出端依次连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接场效应管Q1的栅极，效应管Q1的源极和漏极串接在支路恒电流输入端。对于电流对应电压信号大于母线平均电压信号的支路，比较器将输出高电平，使得三极管Q2导通程度增加，最后使功率场效应管Q1的栅极电压下降，支路电流受到抑制，达到各支路电流趋于一致的目的。

均流模块中还包括过载保护电路，该保护电路主要包括保险丝F1、三极管Q3和二极管D3，该三极管Q3的基极和发射极并联于由保险丝F1和采样电阻R1串接成的电路两端，三极管Q3的集电极连接至二极管D3的阴极。三极管Q3的基极电压受保险丝F1和采样电阻R1的压降控制，如果压降过大，三极管Q3将导通，通过二极管D3控制电压比较抑制电路的场效应管Q1的栅极电压，抑制电流增加。如果功率管击穿，保险丝将因过载烧断，该支路模块退出工作。

上述的过载保护电路还设有故障指示电路，该电路包括二极管D4和发光二极管D2，二极管D4连于故障报警总线，两者的阴极都与保护电路的三极管Q3发射极相连。当三极管Q3完全导通后，会通过该二极管D4使故障总线的电压拉低，通知系统采取应对措施，同时故障指示灯发光二极管D2也将亮起。对于总容量有冗余的系统，个别支路退出工作后，由于恒流电路的控制，总电流将不受影响，故障支路的电流将由其余支路平均分担。所以该电路安全性，可靠性极高。

如图2所示，为本发明恒流控制模块示意图，主要包括运算放大器U1、U2、积分器U3和三极管Q2，经分流器采样的总电流输出的差分信号输入到运算放大器U1，经过差分放大后，信号再送到U2进行同相放大。经过两级放大后的信号电压与流经分流器的电流成正比，此信号电压再进入积分器U3的反相端，与输入到U3同相端的设定值进行比较积分，得到控制信号。三极管Q2用于对U3的输出信号进行电流放大，用于驱动均流模块的场效应管的栅极(每个栅极还接有下拉电阻，与Q2一起构成射极跟随器)。若主回路中流过分流器的电流小于设定值，则输入到积分器反相端的电压低于同相端的设定电压，积分器输出电压上升，经过Q2驱动的均流模块中的功率场效应管的栅极电压上升，导通程度增加，使得主回路电流上升；反之，若主回路电流大于设定值，则功率场效应管导通程度下降，使得主回路电流下降。上述过程最终使得主回路电流稳定在设定值，从而电路达到电流恒定的目的。

本发明采用采用民主母线的并联结构，民主母线的电压水平反映支路的平均电流，对于超过此水平的支路进行限流，最终使得所有支路电流趋向一致。任一支路出现故障都不会影响恒流源整体的工作，同时系统通过检测均流母线的电压水平可以方便地监控恒流源的工作状况。因此避免了简单并联结构地均流问题和主从跟随并联结构的可靠性不高的问题。