[发明专利]一种并联型电子电力变换器的通信载波控制方法与系统

说明书

本发明公开了一种并联型电子电力变换器的通信载波控制方法与系统。本发明是通过通信与同步复用总线、各电子电力变换器单元的MCU、和连接电子电力变换器单元的MCU与通信与同步复用总线的多个分时复用模块实现。通过通信线路进行分时功能复用的方法,无需新增信号收发芯片和线路,简化了系统结构,降低了系统成本，同时使用控制芯片的硬件同步机制，软件仅需要处理状态切换的时序，实时性要求低，开销小，同时降低了软件复杂度。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种通信和载波同步功能复用系统和复用方法。

背景技术

电力电子变换器通常会采用模块并联的形式,来满足容错和不同等级的功率需求。并联模块之间通常使用通信总线进行模块到监控，或模块与模块之间的数据交换。受初始条件和时钟电路误差的影响，各个模块在载波相位上的不一致，会在变换器模块之间产生高频环流，引起模块过流，电能质量降低、效率下降等问题，或者由于高频纹波不能以固定相位交错而进行叠加抵消，限制了指标的进一步提升。

目前电力电子变换器基本都是采用数字芯片(DSP、ARM等)进行控制，这些芯片内部集成了PWM模块和同步信号机制。为了能在模块间实现长距离、抗干扰能力强的载波信号同步，通常采用差分通信线路或光纤，将主模块的同步脉冲，传输给从机模块，从机的PWM模块接收高频同步脉冲后，经本机的载波计数值初始化为预设值，从而达到所有并联模块载波相位同步的目的。为此，并联系统在通信总线之外，往往需要额外增加一条通信线路，专门用于高频同步信号的传输，额外增加系统的复杂度，提高产品成本。

PWM的失步，其根本原因在于晶振器件的频率误差，晶振源的精度决定时钟的计时准确度。当控制芯片主频配置100MHz，若采用的晶振的精度为20ppm(百万分之一)。那么控制芯片主频的频率误差为20/1,000,000*100MHz＝2kHz。设变流模块功率器件开关频率为2.5kHz。按照对称的三角载波，其周期寄存器计数值应为100MHz/2.5kHz/2＝20000。最恶劣的情况下，控制芯片的载波从同步到完全失步(载波之间相位差180度)的时间为20k/2k＝10s。如果每100ms执行一次高频同步，则模块间的PWM相位最大失步角度为180/100＝1.8度，失步率为1％。通过以上分析可见，PWM模块的计数器，并不一定需要每个周期都同步一次。通信总线根据以一定的时间间隔进行通信和PWM高频信号的复用，可显著降低系统复杂度，节约系统成本。

现有技术CN105978554B的同步机制是各模块的同步电路，通过总线连接。所有模块根据总线上的同步信号，调整自身PWM相位，以达到载波同步的目的。该方法中总线仅用于高频同步，不能再用于模块间的数据通信。

现有技术CN104950765B的同步机制是通过将主机的CAN时钟计数，以数据帧的形式发送到各从机模块，各模块再将自身的计数与之比较，用对应的技术差值，调整各自PWM载波计数器的相位，使之与主模块实现同步。该方法中在计算本机载波周期误差值时，仅计算主机计数值与本机计数值，未考虑数据帧的传输延时的影响，将引入新的同步误差；并且用于高频同步的数据帧基本将总线完全占满，在总线波特率有限的情况下，不适合较高的开关频率。且总线不能再用于数据通信。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种并联型电子电力变换器的通信载波控制方法。

为此，本发明提供的方法适用于多个并联的电子电力变换器单元，多个电子电力变换器单元中其中一个单元为主机，其余为从机，所述控制方法通过通信与同步复用总线、各电子电力变换器单元的MCU、及连接各电子电力变换器单元与通信与同步复用总线的多个分时复用模块实现；

所述电子电力变换器单元的MCU上设有通信模式和载波同步模式；

所述分时复用模块用于在通信模式和载波同步模式之间进行总线复用连接方式切换；

所述控制方法还包括主机的工作流程和各从机的工作流程；