一种适用于多相SCB模块间均流的无损电流检测控制方法

本发明涉及电力电子变换器电流检测及均流控制技术，具体公开一种适用于多相串联电容降压(series capacitor buck,scb)模块间均流的无损电流检测控制方法，属于发电、变电或配电的。

背景技术：

1、随着服务器cpu、gpu、xpu及人工智能加速器等高算力芯片的供电电流持续提升，低压大电流电压调节模块(voltage regulator module,vrm)需同时满足高降压比、高效率、高功率密度与快瞬态响应要求。在48v母线供电架构下，业界普遍采用“前级中间母线变换器+后级点负载变换器”的两级式方案，其中多相scb拓扑凭借开关应力低、电感纹波小、模块内相间自均衡能力强的优势，在该场景中得到广泛应用。

2、scb拓扑可通过串联电容安秒平衡实现模块内相间电流自均衡，但当级联相数过多时，有效占空比快速下降，限制了降压转换比，需要引入多模块并联。然而，多模块并联系统中，受功率器件参数差异、pcb寄生阻抗不均衡等影响，模块间输出电流易分配不均，大负载工况下电流偏差进一步加剧，严重时引发系统失稳甚至供电崩溃。因此，模块间均流控制对系统稳定运行至关重要。

3、现有多相电源均流方案中，采样电阻方案在低压大电流场景损耗与热设计压力突出，电感dcr检测方案的检测精度易受温度漂移、电感参数偏差和寄生参数影响；磁传感器方案则存在成本高、体积大的缺陷，均难以适配高密度服务器vrm的应用需求。因此，亟需提出一种适配scb拓扑特性的无损模块间均流检测控制方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，适用于低压大电流服务器vrm场景，以解决多模块并联时模块间电流分配不均以及传统采样方式损耗、体积或成本较高的技术问题，实现多模块scb模块间高效率均流的发明目的。

2、本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

3、一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，m个多相scb模块的输入端均连接至中间母线，各多相scb模块的输出端并联连接至低压大电流负载，每个多相scb模块包括：n条相功率支路，前n-1条相功率支路均包括串联连接的高边开关管、串联电容、低边开关管，第n条相功率支路包括串联连接的高边开关管、低边开关管，第1条相功率支路中的高边开关管的电流输入端连接中间母线正极性端，各条相功率支路中的高边开关管串联连接，各条相功率支路中的低边开关管电流输出端均接地，m、n均为大于或等于2的整数；

4、无损电流检测控制方法包括：

5、s1，采集每个多相scb模块的至少一个串联电容的电压，获取m个多相scb模块的串联电容电压信号；

6、s2，对m个多相scb模块的串联电容电压信号进行同步采样并提取一个开关周期内m个多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值，根据m个多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值拟合得到m个scb模块的电流表征量；

7、s3，以主scb模块电流表征量为基准，计算各从scb模块电流表征量相较于主scb模块电流表征量的误差；

8、s4，对各从scb模块电流表征量相较于主scb模块电流表征量的误差进行补偿得到各从scb模块的占空比微调量，将各从scb模块的占空比微调量叠加至公共占空比，获取各从scb模块的占空比，对公共占空比以及各从scb模块的占空比进行pwm调制和相移，获取m个scb模块的pwm驱动信号，公共占空比通过对主scb模块输出电压采样值和参考值的误差进行补偿获取。

9、作为一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法的进一步优化方案，s2中，依据，根据m个多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值拟合得到m个scb模块的电流表征量，其中，为多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值，为多相scb模块的相电流，为多相scb模块的占空比，为多相scb模块中作为采集对象的至少一个串联电容的等效容值，为多相scb模块的开关频率。

10、作为一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法的进一步优化方案，s4中，对各从scb模块电流表征量相较于主scb模块电流表征量的误差进行pi补偿得到各从scb模块的占空比微调量。

11、作为一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法的进一步优化方案，s4中，主scb模块输出电压采样值通过对主scb模块输出电压的采集值进行数字滤波获取。

12、作为一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法的进一步优化方案，s1中，通过差分运算放大器和ac耦合交流放大电路串联组成的模拟前端处理电路，采集每个多相scb模块的至少一个串联电容的电压。

13、作为一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法的进一步优化方案，s2中，通过adc模块对所述m个多相scb模块的串联电容电压信号进行同步采样并提取一个开关周期内m个多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值。

14、作为一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法的进一步优化方案，s4中，对各从scb模块电流表征量相较于主scb模块电流表征量的误差进行补偿的环路带宽低于对主scb模块输出电压采样值和参考值的误差进行补偿的环路带宽。

15、本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

16、1、本发明利用scb拓扑固有串联电容作为电流信息载体，无需在功率通路中串联额外采样电阻即可实现模块内、模块间均流，减小采样电阻引入的功率损耗。

17、2、本发明采用同步采样技术捕获串联电容电压，可以有效避免高频pol应用场景下的高频开关噪声。

18、3、结合模块内相间自均衡与与本发明模块间均流环调节，可实现多模块、多相扩展下的全相电流均衡，并与现有数字控制器、电压环和多相pwm调制方案兼容。

1.一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，m个多相scb模块的输入端均连接至中间母线，各多相scb模块的输出端并联连接至低压大电流负载，每个多相scb模块包括：n条相功率支路，前n-1条相功率支路均包括串联连接的高边开关管、串联电容、低边开关管，第n条相功率支路包括串联连接的高边开关管、低边开关管，第1条相功率支路中的高边开关管的电流输入端连接中间母线正极性端，各条相功率支路中的高边开关管串联连接，各条相功率支路中的低边开关管电流输出端均接地，m、n均为大于或等于2的整数；

2.根据权利要求1所述一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，其特征在于，所述s2中，依据，根据所述m个多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值拟合得到m个scb模块的电流表征量，其中，为多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值，为多相scb模块的相电流，为多相scb模块的占空比，为多相scb模块中作为采集对象的至少一个串联电容的等效容值，为多相scb模块的开关频率。

3.根据权利要求2所述一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，其特征在于，所述s4中，对各从scb模块电流表征量相较于主scb模块电流表征量的误差进行pi补偿得到各从scb模块的占空比微调量。

4.根据权利要求3所述一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，其特征在于，所述s4中，主scb模块输出电压采样值通过对主scb模块输出电压的采集值进行数字滤波获取。

5.根据权利要求4所述一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，其特征在于，所述s1中，通过差分运算放大器和ac耦合交流放大电路串联组成的模拟前端处理电路，采集每个多相scb模块的至少一个串联电容的电压。

6.根据权利要求5所述一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，其特征在于，所述s2中，通过adc模块对所述m个多相scb模块的串联电容电压信号进行同步采样并提取一个开关周期内m个多相scb模块的串联电容电压纹波变化幅值。

7.根据权利要求6所述一种适用于多相scb模块间均流的无损电流检测控制方法，其特征在于，所述s4中，对各从scb模块电流表征量相较于主scb模块电流表征量的误差进行补偿的环路带宽低于对主scb模块输出电压采样值和参考值的误差进行补偿的环路带宽。