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一种电源 电压数字式补偿系统及方法

阅读：13发布：2023-12-22

专利汇可以提供一种电源电压数字式补偿系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种电源电压数字式补偿系统及方法，该系统包括电源模块、电流传感器及管理模块，电流传感器用于采集电流信号；管理模块用于得到电压差信号，从而形成电压调节信号；电源模块用于接收电压调节信号，根据相应处理结果调节电源模块输出的本端电压信号；该方法包括：步骤1，采集相关信号；步骤2，计算电压差信号，对电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，以形成电压调节信号；步骤3，根据电压调节信号调节电源模块输出的本端电压。本发明能够对远程供配电的负载端供电电压进行自适应补偿，满足负载用电需求，具有操作灵活性高、响应速度快、稳压精度高、抗干扰能力强等优点。，下面是一种电源电压数字式补偿系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电源电压数字式补偿系统，其特征在于：该数字式补偿系统包括电源模块、电流传感器及管理模块；
所述电流传感器，其设置于电源模块与负载之间的供电电缆上，用于采集电源模块输出端的电流信号；
所述管理模块，其用于获取所述电流信号、本端电压信号及远端电压信号，用于利用所述本端电压信号和所述远端电压信号得到电压差信号，用于对所述电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，从而形成电压调节信号；其中，基于所述电流信号进行前馈补偿校正；
所述电源模块，其用于接收所述电压调节信号，用于将所述电压调节信号与基准源信号进行叠加，用于将叠加后的信号与电源反馈信号比较，并用于根据比较结果调节电源模块输出的本端电压信号。
2.根据权利要求1所述的电源电压数字式补偿系统，其特征在于：所述电源模块包括电源本体和补偿电路，所述管理模块包括信号采集电路、控制电路及调节电路；
所述信号采集电路，其用于获取所述电流信号、本端电压信号及远端电压信号，用于对上述各信号进行隔离、放大、偏置及跟随处理，并用于将处理后的信号经过模拟开关和模数转换单元后送入控制电路；
所述控制电路，其用于利用经上述处理后的本端电压信号和远端电压信号得到电压差信号，并用于对所述电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正；
所述调节电路，其用于对经过上述前馈补偿校正和PI补偿校正后的信号进行数模转换及线性隔离，以形成电压调节信号；
所述补偿电路，其用于接收所述电压调节信号，用于将所述电压调节信号与基准源信号进行叠加，并用于将叠加后的信号和电源本体反馈信号同时送入误差放大器中进行比较，将比较结果送入电源补偿引脚，以调节电源本体输出的本端电压信号；
所述电源本体，其用于输出本端电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的电源电压数字式补偿系统，其特征在于：该数字式补偿系统还包括供电接触器；
所述供电接触器，其设置于所述供电电缆上，供电接触器闭合时电源模块开始为负载供电，供电接触器断开时电源模块结束为负载供电。
4.根据权利要求3所述的电源电压数字式补偿系统，其特征在于：所述管理模块还包括驱动电路；
所述驱动电路，在控制电路的控制下，其用于向所述供电接触器发送驱动信号，以控制所述供电接触器的闭合或断开。
5.根据权利要求4所述的电源电压数字式补偿系统，其特征在于：
所述供电接触器，其在接收到驱动电路发出的“1”驱动信号时闭合，在收到驱动电路发出的“0”驱动信号时断开。
6.一种电源电压数字式补偿方法，其特征在于：该数字式补偿方法包括如下步骤，步骤1，采集本端电压信号、远端电压信号及电源模块输出端的电流信号；
步骤2，通过本端电压信号和远端电压信号计算得到电压差信号，对所述电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，以形成电压调节信号；其中，在进行前馈补偿校正的过程中，将所述电流信号作为输入；
步骤3，将电压调节信号与基准源信号进行叠加，将叠加后的信号与电源反馈信号比较，并根据比较结果调节电源模块输出的本端电压。
7.根据权利要求6所述的电源电压数字式补偿方法，其特征在于：
在步骤1、2之间，还包括判断实时本端电压值和实时远端电压值的差值的步骤，如果所述差值大于0.3V，则执行步骤2；如果所述差值小于或等于0.3V，则返回步骤1。
8.根据权利要求7所述的电源电压数字式补偿方法，其特征在于：
在步骤1中，还包括对所述电流信号、所述本端电压信号及所述远端电压信号进行隔离、放大、偏置、跟随处理及模数转换处理。
9.根据权利要求6至8中任一权利要求所述的电源电压数字式补偿方法，其特征在于：
在步骤2中，通过如下的方式进行前馈补偿校正和PI补偿校正：
V调节＝ΔV*P+ΔV*I+i*Kf
其中，V调节表示电压调节信号，ΔV表示电压差信号，P表示比例补偿参数，I表示积分补偿参数，i表示负载电流，Kf表示前馈补偿参数。
10.根据权利要求9所述的电源电压数字式补偿方法，其特征在于：该数字式补偿方法还包括如下步骤，
在步骤1前，包括控制设置于供电电缆上的供电接触器闭合的步骤，以使电源模块向负载供电。

说明书全文

一种电源电压数字式补偿系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及远程供配电技术领域，更为具体地，本发明为一种电源电压数字式补偿系统及方法。

背景技术

[0002] 一般情况下，远程供配电时，电源与用电负载之间的供电电缆的压降随着电流的增大而增大，从而会导致负载供电端电压下降，往往无法满足用电负载的用电需求。目前，为解决负载供电端受电缆长度和线规的影响、负载供电端的电压下降问题，一般从负载供电端向电源引回至少一根电源反馈线，以保证负载供电端的电压满足用电需求。

[0003] 但是，上述引回电源反馈线的方法存在下述问题：(1)可靠性不高，如果反馈线出现断开的情况，则上述方法彻底失去了作用，负载供电端仍无法满足负载用电需求，甚至可能导致用电负载损坏；(2)在有多个不同电压制式的电源并机时，如果其中电压高的电源断开，现有方法很可能会导致瞬间掉电的风险，不仅无法满足现场实际需求，更会损害用电设备。

[0004] 因此，鉴于现有技术存在的不足和缺陷，如何有效提高远程供配电的可靠性，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

[0005] 为解决现有技术存在的远程供电可靠性差、可能导致瞬间掉电的风险等问题，本发明创新提供了一种电源电压数字式补偿系统及方法，在保证负载供电端供电电压满足用电需求的前提下，使负载端供电电压不受供电电缆长度和线规的影响，可以彻底地摒弃引回反馈线的方法，并能够有效提高远程供配电的可靠性，满足现场实际需求，保护用电设备，从而较好解决了现有技术存在的诸多问题、克服了现有技术存在的多种缺陷。

[0006] 为实现上述技术目的，本发明公开了一种电源电压数字式补偿系统，该数字式补偿系统包括电源模块、电流传感器及管理模块；

[0007] 所述电流传感器，其设置于电源模块与负载之间的供电电缆上，用于采集电源模块输出端的电流信号；

[0008] 所述管理模块，其用于获取所述电流信号、本端电压信号及远端电压信号，用于利用所述本端电压信号和所述远端电压信号得到电压差信号，用于对所述电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，从而形成电压调节信号；其中，基于所述电流信号进行前馈补偿校正；

[0009] 所述电源模块，其用于接收所述电压调节信号，用于将所述电压调节信号与基准源信号进行叠加，用于将叠加后的信号与电源反馈信号比较，并用于根据比较结果调节电源模块输出的本端电压信号。

[0010] 进一步地，所述电源模块包括电源本体和补偿电路，所述管理模块包括信号采集电路、控制电路及调节电路；

[0011] 所述信号采集电路，其用于获取所述电流信号、本端电压信号及远端电压信号，用于对上述各信号进行隔离、放大、偏置及跟随处理，并用于将处理后的信号经过模拟开关和模数转换单元后送入控制电路；

[0012] 所述控制电路，其用于利用经上述处理后的本端电压信号和远端电压信号得到电压差信号，并用于对所述电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正；

[0013] 所述调节电路，其用于对经过上述前馈补偿校正和PI补偿校正后的信号进行数模转换及线性隔离，以形成电压调节信号；

[0014] 所述补偿电路，其用于接收所述电压调节信号，用于将所述电压调节信号与基准源信号进行叠加，并用于将叠加后的信号和电源本体反馈信号同时送入误差放大器中进行比较，将比较结果送入电源补偿引脚，以调节电源本体输出的本端电压信号；

[0015] 所述电源本体，其用于输出本端电压信号。

[0016] 进一步地，该数字式补偿系统还包括供电接触器；

[0017] 所述供电接触器，其设置于所述供电电缆上，供电接触器闭合时电源模块开始为负载供电，供电接触器断开时电源模块结束为负载供电。

[0018] 进一步地，所述管理模块还包括驱动电路；

[0019] 所述驱动电路，在控制电路的控制下，其用于向所述供电接触器发送驱动信号，以控制所述供电接触器的闭合或断开。

[0020] 进一步地，所述供电接触器，其在接收到驱动电路发出的“1”驱动信号时闭合，在收到驱动电路发出的“0”驱动信号时断开。

[0021] 为实现上述技术目的，本发明还公开了一种电源电压数字式补偿方法，该数字式补偿方法包括如下步骤，

[0022] 步骤1，采集本端电压信号、远端电压信号及电源模块输出端的电流信号；

[0023] 步骤2，通过本端电压信号和远端电压信号计算得到电压差信号，对所述电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，以形成电压调节信号；其中，在进行前馈补偿校正的过程中，将所述电流信号作为输入；

[0024] 步骤3，将电压调节信号与基准源信号进行叠加，将叠加后的信号与电源反馈信号比较，并根据比较结果调节电源模块输出的本端电压。

[0025] 进一步地，在步骤1、2之间，还包括判断实时本端电压值和实时远端电压值的差值的步骤，如果所述差值大于0.3V，则执行步骤2；如果所述差值小于或等于0.3V，则返回步骤1。

[0026] 进一步地，在步骤1中，还包括对所述电流信号、所述本端电压信号及所述远端电压信号进行隔离、放大、偏置、跟随处理及模数转换处理。

[0027] 进一步地，在步骤2中，通过如下的方式进行前馈补偿校正和PI补偿校正：

[0028] V调节＝ΔV*P+ΔV*I+i*Kf

[0029] 其中，V调节表示电压调节信号，ΔV表示电压差信号，P表示比例补偿参数，I表示积分补偿参数，i表示负载电流，Kf表示前馈补偿参数。

[0030] 进一步地，该数字式补偿方法还包括如下步骤，

[0031] 在步骤1前，包括控制设置于供电电缆上的供电接触器闭合的步骤，以使电源模块向负载供电。

[0032] 本发明的有益效果为：本发明能够有效地对远程供配电的负载端供电电压进行自适应补偿，满足负载用电需求，具有操作灵活性高、响应速度快、稳压精度高、抗干扰能力强等优点，满足现场用电设备(如未来武器装备)快速反应的需求。附图说明

[0033] 图1为电源电压数字式补偿系统结构组成示意图。

[0034] 图2为电源电压数字式补偿系统结构拓扑图。

[0035] 图3为电源电压数字式补偿方法的流程示意图。

[0036] 图4为补偿电路的工作状态示意图。

[0037] 图5为信号采集电路的工作状态示意图。

[0038] 图6为调节电路的工作状态示意图。

[0039] 图7为驱动电路的工作状态示意图。

[0040] 图8为前馈补偿校正和PI补偿校正的原理示意图。

具体实施方式

[0041] 下面结合说明书附图对本发明一种电源电压数字式补偿系统及方法进行详细的解释和说明。

[0042] 实施例一：

[0043] 如图1至8所示，为解决远程供配电时存在的负载端供电电压受供电电缆长度和线规的影响，同时为克服现有方法存在的在反馈线断开时导致无法满足用电负载需求、损坏用电设备等缺陷，本实施例创新公开了一种电源电压数字式补偿系统，该数字式补偿系统是本发明所涉及的电源电压数字式补偿的载体，用于实现负载的稳压供电、信号采集、总线信息通信等功能，其包括电源模块、电流传感器及管理模块，具体说明如下。

[0044] 电流传感器，其设置于电源模块与负载之间的供电电缆上，用于采集电源模块输出端的电流信号；

[0045] 管理模块，是整个系统的控制主体，也是嵌入式软件的载体，其用于获取电流信号、本端电压信号及远端电压信号，用于利用本端电压信号和远端电压信号得到电压差信号，用于对电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，从而形成电压调节信号；其中，基于上述的电流信号进行前馈补偿校正，电流信号作为前馈补偿校正的输入源；本实施例中，上述电流信号、本端电压信号及远端电压信号的接收可以通过CAN总线通信方式或无线通信方式传输。

[0046] 电源模块，作为整个补偿系统的供电主体，其用于接收电压调节信号，用于将电压调节信号与基准源信号进行叠加，用于将叠加后的信号与电源反馈信号比较，并用于根据比较结果调节电源模块输出的本端电压信号。更为具体地，电源模块包括电源本体和补偿电路，管理模块包括信号采集电路、控制电路及调节电路。

[0047] 信号采集电路，其用于获取电流信号、本端电压信号及远端电压信号，如图5所示，用于对上述各个信号进行隔离、放大、偏置及跟随处理，并用于将处理后的信号经过模拟开关和模数转换单元后送入控制电路。

[0048] 控制电路，其用于利用经上述处理后的本端电压信号和远端电压信号得到电压差信号，并用于对电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正；

[0049] 调节电路，如图6所示，其用于对经过上述前馈补偿校正和PI补偿校正后的信号进行数模转换及线性隔离，以形成电压调节信号。

[0050] 补偿电路，如图4所示，其用于接收电压调节信号，用于将电压调节信号与基准源信号进行叠加，并用于将叠加后的信号和电源本体反馈信号同时送入误差放大器中进行比较，将比较结果送入电源补偿引脚，以改变电源补偿引脚值，以调节电源本体输出的本端电压信号。基于上述的方案，本发明具有反应速度快的优点，即使多个不同电压制式的电源中的电压高的电源断开，也能够瞬间调整其电源电压，避免瞬间掉电的情况发生。

[0051] 电源本体，其用于输出本端电压信号。

[0052] 另外，需要说明的是，该数字式补偿系统还包括供电接触器。

[0053] 供电接触器，其设置于供电电缆上，供电接触器闭合时电源模块开始为负载供电，供电接触器断开时电源模块结束为负载供电。本实施例中，管理模块还包括驱动电路。

[0054] 驱动电路，如图7所示，在控制电路的控制下，其用于向供电接触器发送驱动信号，以控制供电接触器的闭合或断开。本实施例中，供电接触器，其在接收到驱动电路发出的“1”驱动信号时闭合，在收到驱动电路发出的“0”驱动信号时断开。

[0055] 实施例二：

[0056] 本实施例与实施例一基于相同的发明构思，从数字式补偿方法的角度对本发明的技术方案进行更为详细的解释和说明，具体如下。

[0057] 如图2、3所示，本实施例公开了一种电源电压数字式补偿方法，该数字式补偿方法包括如下步骤。

[0058] 步骤1a，首先进行管理模块地址配置和参数标定，在控制电路接收到总线控制指令后，开始进行电源电压数字式补偿流程。

[0059] 步骤1b，包括控制设置于供电电缆上的供电接触器闭合的步骤，以使电源模块向负载供电。

[0060] 步骤1c，采集本端电压信号、远端电压信号及电源模块输出端的电流信号，然后对电流信号、本端电压信号及远端电压信号进行滤波处理，如隔离、放大、偏置、跟随处理及模数转换处理。

[0061] 本实施例中，在步骤1、2之间还包括判断是否进行自适应补偿供电的步骤，具体为：判断实时本端电压值和实时远端电压值的差值的步骤，如果差值大于0.3V，则执行步骤2；如果差值小于或等于0.3V，则再控制电源以默认电压进行远程供电，返回步骤1。对于具体的差值，在本实施例公开内容的基础上，本领域技术人员可根据现场情况进行合理的调整。

[0062] 步骤2，通过本端电压信号和远端电压信号计算得到电压差信号，在具体计算时，本实施例中，电压差＝本端电压－远端电压；对电压差信号进行前馈补偿校正和PI补偿校正，以形成电压调节信号；其中，在进行前馈补偿校正的过程中，将电流信号作为输入；具体如下。

[0063] 本实施例中，PI补偿校正可以采用抑制积分饱和算法，具体地，通过如下的方式进行前馈补偿校正和PI补偿校正：

[0064] V调节＝ΔV*P+ΔV*I+i*Kf

[0065] 其中，如图8所示，V调节表示电压调节信号，ΔV表示电压差信号，P表示比例补偿参数，I表示积分补偿参数，i表示负载电流，Kf表示前馈补偿参数，G1(S)为负载输入端传递函数、G2(S)为电源模块传递函数。

[0066] 步骤3，将电压调节信号与基准源信号进行叠加，将叠加后的信号与电源反馈信号比较，并根据比较结果调节电源模块输出的本端电压。

[0067] 基于上述的方案，本发明具有反应速度快的优点，即使多个不同电压制式的电源中的电压高的电源断开，也能够瞬间调整其电源电压，避免瞬间掉电的情况发生。

[0068] 在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0069] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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