CN100379112C - 平均电流型均流电路及其组成的电源模块和电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平均电流型均流电路及其组成的电源模块和电源系统，所述平均电流型均流电路包括电流采样放大电路、均流调节电路和限幅电路，所述均流调节电路的输入端与电流采样放大电路的输出端相连，均流调节电路输出端与限幅电路的输入端相连；所述电流采样放大电路包括一个第一运算放大器，所述第一运算放大器采用正、负双电源供电；所述均流调节电路包括一个采用正、负双电源供电的第二运算放大器。本发明通过引入正负双电源给均流电路的调节运算放大器供电，使得其输出可正可负，所有模块均可以调节，实现了全负载范围内精确均流。将均流母线的负极通过一电阻接地，解决了限流点漂移的问题。电路简单可靠，不需增加成本即大大改善了系统的性能。

Description

平均电流型均流电路及其组成的电源模块和电源系统

[技术领域]

本发明涉及一种均流电路及其组成的电源模块和电源系统，特别涉及一种平均电流型均流电路及其组成的电源模块和电源系统。

[背景技术]

平均电流型均流方法是均流电路中较常用的一种方法，具有电路简单、使用器件少、成本低、均流精度较高等的优点。一般的均流电路中的均流调节运算放大器都只采用单电源供电，即只有正电源VCC，另一电源端则接地。所以运算放大器只能输出正电平，不能输出负电平，这样在并联模块系统中，输出电流小于平均电流的模块只可以输出一个正的电平，调高其输出，而高于平均电流的模块则不调节，也就是只能单向调节。

图1所示为目前常用的一种均流电源系统的示意图，每个电源模块的输出端通过输出母线并联，并且通过均流母线并联连接，以控制每个模块的均流。均流母线上电流为系统中全部模块的平均电流，每个模块中的均流电路都通过比较本模块的电流与平均电流的大小来进行调节，当本模块的电流小于系统的平均电流时，调高本模块的输出电压，从而增大该模块的输出电流。但是对于输出电流高于平均电流的模块不进行调节，只是通过电流的自然分配而达到均流的目的——总的负载电流一定，输出电流低于平均电流的模块电流被提高时，输出电流高于平均电流的模块的输出电流自然就降低了，无需均流电路进行调节。

但是这样的调节方式都会存在一个非常普遍的问题——即轻载均流问题。

由于器件非理想等原因，这样只调高电流低的模块的单向调节方式在负载电流很小，即轻载时无法分辨本模块输出电流和系统平均电流之间的关系，从而造成无法实现均流——由于器件的非理想特性，采样电路中的运算放大器并不能输出理想的地电平，而是有一个最低电平，比如0.7V，因此在一定负载范围内，采样运算放大器的输出信号k*Io并不随负载的变化而变化。比如模块1输出1A，应该得到0.3V信号；而模块2输出0A，应该得到0V信号。由于最低电平0.7V的存在，所以两个模块都输出0.7V，那么后面的均流电路就认为两个模块输出电流相等，并不进行调节，因此就无法实现均流了。

同时，由于器件的离散性，每个模块电流采样信号并不一致，在无法调节的范围内，一点点小的偏差都会造成均流电路的输出饱和，从而抬高其中某些模块的输出电压，如果均流电路的调节能力较强，则会很大程度上影响系统的正常运行。以上面的例子为例，模块1输出1A，k*Io得到最低电平0.6V，模块2输出0A，k*Io得到最低电平0.7V。那么后面的均流电路认为模块2的电流比模块1的电流大，因此去调高模块1的输出电压，而信号k*Io还是保持不变，因此电路会一直调节模块1的输出，直到模块1的均流调节运算放大器饱和为止。这样就带来了单向调节的第二个问题，即某些模块会被其它模块非正常地调高，影响系统的正常运行。

业界对于这两个问题，一般采用降低均流电路的调节能力，使得在轻载时对某些模块输出电压的调高设置在可承受的范围内，但是这样就无法做到精确均流。或者通过设计其它一些复杂的外围电路去修补这一缺陷，但是这样整个系统的成本就会升高。

现有的均流电路中，还存在一个模块并联后限流点漂移的问题：如果采用地线电阻采样电流，那么当模块并联起来后，由于模块内部地线阻抗的原因，会造成地线电位的漂移，从而很大的影响电流采样信号，改变限流点，无法做到精确均流。如图2所示，因为并联的两个模块不可避免的存在不对称性，所以a1和a2两点之间存在压差。如果均流母线的负极Share-就是各自的地线之间相连的话，这个压差就会直接分压而加在a1、a2到各自的地之间，也就是说a1、a2到各自的地之间存在压差，从而影响了各自的电流采样信号IO1和IO2。因为IO1和IO2本身信号就很小，所以这种影响是很大的，限流点可能会降低到原来的50％甚至以下，系统因此根本就无法正常工作。

[发明内容]

本发明的目的在于提供一种可双向调节、无限流点漂移问题的平均电流型均流电路及其组成的电源模块和电源系统，可实现全负载范围内精确均流。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：平均电流型均流电路，包括电流采样放大电路(1)、均流调节电路(2)和限幅电路(3)，所述均流调节电路(2)的输入端与电流采样放大电路(1)的输出端相连，均流调节电路(2)输出端与限幅电路(3)的输入端相连；所述电流采样放大电路(1)包括一个第一运算放大器(A1)，所述第一运算放大器(A1)采用正、负双电源供电；所述均流调节电路(2)包括一个采用正、负双电源供电的第二运算放大器(A2)。

均流调节电路(2)中的第二运算放大器(A2)的正向输入端与均流母线的正极(Share+)相连，均流母线的负极(Share-)通过第八电阻(R8)接地

所述均流调节电路(2)还包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第八电阻(R8)；

第四电阻(R4)的一端与第五电阻(R5)的一端相连后与电流采样放大电路(1)的输出端相连，第四电阻(R4)的另一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端相连，第五电阻(R5)的另一端与第二运算放大器(A2)的正向输入端相连；第六电阻(R6)的一端接第二运算放大器(A2)的正向输入端，另一端接地；第七电阻(R7)的一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端相连，另一端与第二运算放大器(A2)的输出端电连接；第二运算放大器(A2)的输出端与限幅电路(3)的输入端相连；第二运算放大器(A2)的正向输入端与均流母线的正极(Share+)相连，均流母线的负极(Share-)通过第八电阻(R8)接地。

所述均流调节电路(2)还包括第二电容(C2)；所述第二电容(C2)与第七电阻(R7)并联。

所述均流调节电路(2)还包括第二电容(C2)；所述第七电阻(R7)的另一端通过第二电容(C2)与第二运算放大器(A2)的输出端相连。

所述第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的阻值相等；第六电阻(R6)的阻值与第七电阻(R7)的阻值相等。

所述均流调节电路(2)还包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第十一电阻(R11)；

第四电阻(R4)的一端与第五电阻(R5)的一端相连后与电流采样放大电路(1)的输出端相连，第四电阻(R4)的另一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端相连，第五电阻(R5)的另一端与第十一电阻(R11)的一端相连；第十一电阻(R11)的另一端与第二运算放大器(A2)的正向输入端相连；第六电阻(R6)的一端接第二运算放大器(A2)的正向输入端，另一端接地；第七电阻(R7)的一端与第二运算放大器(A2)的输出端相连，另一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端连接；第二运算放大器(A2)的输出端与限幅电路(3)的输入端相连；第五电阻(R5)和第十一电阻(R11)的连接点与均流母线的正极(Share+)相连，均流母线的负极(Share-)通过第八电阻(R8)接地。

所述均流电路中第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第十一电阻(R11)的阻值相等；第六电阻(R6)的阻值为第七电阻(R7)阻值的两倍。

所述电流采样放大电路(1)还包括第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；第一电阻(R1)的一端接所述均流电路所在的电源模块的电流采样信号(IO)，另一端接第一运算放大器(A1)的反向输入端；第二电阻(R2)的一端与第一运算放大器(A1)的输出端相连，另一端与第一运算放大器(A1)的反向输入端相连；第一运算放大器(A1)的正向输入端接地，其输出端与均流调节电路(2)的输入端相连。

一种具有上面所述的平均电流型均流电路的电源模块，所述均流电路的接地点与均流母线的负极(Share-)之间通过第八电阻(R8)相连。

一种电源系统，其包括至少两个并联连接的电源模块，所述各电源模块具有上面所述的平均电流型均流电路，在所述各电源模块中的均流母线的负极(Share-)均通1过第八电阻(R8)接地。

本发明通过引入正负双电源给均流电路的调节运算放大器供电，使得其输出可正可负，所有模块均可以调节，很好地解决了现有技术中的两个问题——由于负电源的引入，地电平的输出就能非常精确，因此在轻载时就可以良好均流，不会出现一个模块被别的模块过分抬高输出电压的情况，实现了全负载范围内精确均流。电路简单可靠，不需增加成本即大大改善了系统的性能。本发明通过在均流电路中，将均流母线的负极通过一电阻接地，解决了限流点漂移的问题——由于该电阻阻值远大于图2中a1、a2到各自地线的阻抗，所以由于模块不对称造成的压降基本全部加在此电阻上，不会影响a1、a2对地的电位，也就不会影响电流采样信号，如图3所示。

[附图说明]

图1是现有一种均流电源系统的结构示意图。

图2是现有技术中造成限流点漂移问题的电路结构示意图。

图3是本发明解决图2所示电路问题的电路结构示意图。

图4是本发明平均电流型均流电路的电路结构示意图。

图5是本发明平均电流型均流电源模块的结构框图。

图6是本发明平均电流型均流电源系统的结构框图。

图7是本发明第二个实施例中平均电流型均流电路的电路结构示意图。

图8是本发明第三个实施例中均流调节电路的电路结构示意图。

图9是本发明第四个实施例中均流调节电路的电路结构示意图。

[具体实施方式]

下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步地阐述。下面实施例中的运算放大器均采用正、负双电源供电。

实施例一：

如图4所示，一种平均电流型均流电路，包括顺次相连的电流采样放大电路1、均流调节电路2和限幅电路3。

所述电流采样放大电路1采用反相放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一运算放大器A1。第一运算放大器A1采用正负电源的双电源供电。第一电阻R1的一端接本模块输出信号IO，另一端接第一运算放大器A1的反向输入端，第二电阻R2跨接与第一运算放大器A1的反向输入端与输出端。第一运算放大器A1的正向输入端接地，其输出端与均流调节电路2的输入端相连。

均流调节电路2包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第二运算放大器A2。第二运算放大器A2采用正负电源的双电源供电。第四电阻R4与第五电阻R5的一端相连后与电流采样放大电路1的输出端相连，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器A2的反向输入端相连，第五电阻R5的另一端与第二运算放大器A2的正向输入端相连。第六电阻R6的一端接第二运算放大器A2的正向输入端，另一端接地。第七电阻R7跨接于第二运算放大器A2的反向输入端和输出端。第二运算放大器A2的输出端与限幅电路3的输入端相连。均流母线的正极Share+与第二运算放大器A2的正向输入端相连，其负极Share-通过第八电阻R8接地。其中，第四电阻R4和第五电阻R5的阻值相等；第六电阻R6的阻值与第七电阻R7的阻值相等。

限幅电路3包括第一电容C1和稳压二极管D1；第一电容C1的正极与稳压二极管D1的阴极相连后与均流调节电路2的输出端耦合，同时作为限幅电路3的输出端与本电源模块的电压反馈比较电路b耦合，两者的另一端接地。

综上，电流采样放大电路1由第一运算放大器A1及外围电路构成比例环节的电流采样信号放大器，得到k*Io信号(k＝R2/R1)。均流调节电路2由第二运算放大器A2及外围电路构成比例环节的电压误差放大器，比较本模块输出电流和均流母线上的平均电流信号，得到误差调节信号，再通过一个阻容网络限幅电路3去调节本模块的输出电压，从而使系统中各模块达到均流。均流调节电路2的输出信号Vs满足关系：

$V_{s1}=m(\frac{I_1+I_2+\·\·\·+I_n}{n}-I_1)$

其中，I₁~I_n为每个模块的电流信号k*I，m为误差放大系数，m＝R6/R4。即运放的输出正比于所有模块的平均电流和本模块电流的差值。这个输出信号通过一些阻容网络连接到本模块的电压环基准，从而调节本模块的输出电压。

本发明的均流电路，由于引入正负电源的双电源供电，这样运放输出可正可负，所有模块均可以调节，电流高于平均电流的调低输出电压，而电流低于平均电流的调高输出电压，实现了双向调节。对于电流采样放大电路1，双向调节解决了前述一般平均电流型均流电路轻载时存在的问题。由于负电源的引入，地电平的输出就能非常精确，而且在此附近是可调的，所以在轻载时就可以良好均流，自然也不会出现一个模块被别的模块过分抬高输出电压的情况。对于均流调节电路2，并联后，如果本模块电流小于系统平均电流，则需要输出一个高于零的电平，这样才能抬高本模块的输出；而如果本模块电流大于系统平均电流，则需要输出一个低于零的电平，这样才能有效降低本模块的输出，进行全负载范围的精确均流。因此，本发明电路可实现负载全范围的精确均流，电路简单可靠，不用增加成本即大大改善了系统的性能。

如图5所示，一种平均电流型均流电路的电源模块，包括AC/DC模块a、电压反馈比较电路b、PWM电路c和平均电流型均流电路d。AC/DC模块a的输入端与外接交流电源相连，其输出端与直流输出母线相连。电压反馈比较电路b的输入端与AC/DC模块a的输出端相连，其控制端与均流电路d的输出端相连，其输出端与PWM电路c的输入端相连。PWM电路c的输出端与AC/DC模块a的控制端相连。均流电路d的采样端与AC/DC模块a的输出端相连，其均流端与均流母线相连。其中，均流电路d中，均流母线的负极Share-通过第八电阻R8接地。

如图6所示，一种平均电流型均流电路的电源系统，包括至少两个电源模块，各电源模块的直流输出端与直流输出母线相连，均流端与均流母线相连。上述各电源模块中，均流母线的负极Share-通过第八电阻R8接地。

本发明通过将各模块中均流母线的负极Share-通过第八电阻R8接地，解决了由于各模块的不对称性所造成的限流点漂移问题。如图3所示，第八电阻R8为一个几十欧姆的电阻，因为其阻值远大于a1、a2到各自地线的阻抗，所以由于模块不对称造成的压降基本全部加在这两个电阻上，不会影响a1、a2对地的电位，也就不会影响电流采样信号。这样就解决了模块并联后限流点严重漂移的问题。

实施例二：

如图7所示，一种平均电流型均流电路，包括顺次相连的电流采样放大电路1、均流调节电路2和限幅电路3。

所述电流采样放大电路1采用差分放大电路，包括两个第一电阻(R1和R1′)、两个第二电阻(R2和R2′)和第一运算放大器A1。第一运算放大器A1采用正负电源的双电源供电。第一电阻R1的一端接本模块正向输出信号V2，另一端接第一运算放大器A1的反向输入端。第二电阻R2跨接与第一运算放大器A1的反向输入端与输出端。第一电阻R1′的一端接本模块反向输出信号V1，另一端接第一运算放大器A1的正向输入端。第二电阻R2′一端与第一运算放大器A1的正向输入端相连，另一端接地。第一运算放大器A1的输出端与均流调节电路2的输入端相连。

均流调节电路2包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2和第二运算放大器A2。第四电阻R4与第五电阻R5的一端相连后与电流采样放大电路1的输出端相连，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器A2的反向输入端相连，第五电阻R5的另一端与第二运算放大器A2的正向输入端相连。第六电阻R6的一端接第二运算放大器A2的正向输入端，另一端接地。第七电阻R7与第二电容C2并联后跨接于第二运算放大器A2的反向输入端和输出端。第二运算放大器A2的输出端与限幅电路3的输入端相连。均流母线的正极Share+与第二运算放大器A2的正向输入端相连，其负极Share-通过第八电阻R8接地。其中，第四电阻R4和第五电阻R5的阻值相等；第六电阻R6的阻值与第七电阻R7的相等。其中，第二运算放大器A2采用正、负双电源供电。

限幅电路3是由稳压二极管D1构成，其阴极与均流调节电路2的输出端耦合，同时作为限幅电路3的输出端与本电源模块的电压反馈比较电路b耦合，阳极接地。

本实施例中的平均电流型均流电源模块和电源系统的结构与实施例一中的相同。

实施例三：

如图8所示，本实施例中的平均电流型均流电路中的电流采样放大电路1与实施例一中的电路结构相同，限幅电路3与实施例二中的电路结构相同。平均电流型均流电源模块和电源系统的结构与实施例一中的相同。

均流调节电路2包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二电容C2和第二运算放大器A2。第四电阻R4与第五电阻R5的一端相连后与电流采样放大电路1的输出端相连，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器A2的反向输入端相连，第五电阻R5的另一端与第二运算放大器A2的正向输入端相连。第六电阻R6的一端接第二运算放大器A2的正向输入端，另一端接地。第七电阻R7与第二电容C2串联后跨接于第二运算放大器A2的反向输入端和输出端。第二运算放大器A2的输出端与限幅电路3的输入端相连。均流母线的正极Share+与第二运算放大器A2的正向输入端相连，其负极Share-通过第八电阻R8接地。其中，第四电阻R4和第五电阻R5的阻值相等；第六电阻R6的阻值与第七电阻R7的阻值相同。其中，第二运算放大器A2采用正、负双电源供电。

实施例四：

如图9所示，本实施例中的平均电流型均流电路中的电流采样放大电路1和限幅电路3与实施例一中的电路结构相同。平均电流型均流电源模块和电源系统的结构与实施例一中的相同。

均流调节电路2包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11和第二运算放大器A2。其中，第二运算放大器A2采用正、负双电源供电。第四电阻R4与第五电阻R5的一端相连后与电流采样放大电路1的输出端相连，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器A2的反向输入端相连，第五电阻R5的另一端与第十一电阻R11的一端相连。第十一电阻R11的另一端与第二运算放大器A2的正向输入端相连。第六电阻R6的一端接第二运算放大器A2的正向输入端，另一端接地。第七电阻R7跨接于第二运算放大器A2的反向输入端和输出端。第二运算放大器A2的输出端与限幅电路3的输入端相连。均流母线的正极Share+与第五电阻R5和第十一电阻R11的连接点相连，其负极Share-通过第八电阻R8接地。

其中，第四电阻R4、第五电阻R5和第十一电阻R11的阻值相等。第六电阻R6的阻值为第七电阻R7的两倍。

Claims (11)

1.平均电流型均流电路，包括电流采样放大电路(1)、均流调节电路(2)和限幅电路(3)，其特征在于：所述均流调节电路(2)的输入端与电流采样放大电路(1)的输出端相连，均流调节电路(2)输出端与限幅电路(3)的输入端相连；所述电流采样放大电路(1)包括一个第一运算放大器(A1)，所述第一运算放大器(A1)采用正、负双电源供电；所述均流调节电路(2)包括一个采用正、负双电源供电的第二运算放大器(A2)。

2.根据权利要求1所述的平均电流型均流电路，其特征在于：均流调节电路(2)中的第二运算放大器(A2)的正向输入端与均流母线的正极(Share+)相连，均流母线的负极(Share-)通过第八电阻(R8)接地。

3.根据权利要求1所述的平均电流型均流电路，其特征在于：所述均流调节电路(2)还包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第八电阻(R8)；

第四电阻(R4)的一端与第五电阻(R5)的一端相连后与电流采样放大电路(1)的输出端相连，第四电阻(R4)的另一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端相连，第五电阻(R5)的另一端与第二运算放大器(A2)的正向输入端相连；第六电阻(R6)的一端接第二运算放大器(A2)的正向输入端，另一端接地；第七电阻(R7)的一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端相连，另一端与第二运算放大器(A2)的输出端电连接；第二运算放大器(A2)的输出端与限幅电路(3)的输入端相连；第二运算放大器(A2)的正向输入端与均流母线的正极(Share+)相连，均流母线的负极(Share-)通过第八电阻(R8)接地。

4.根据权利要求3所述的平均电流型均流电路，其特征在于：均流调节电路(2)还包括第二电容(C2)；所述第二电容(C2)与第七电阻(R7)并联。

5.根据权利要求3所述的平均电流型均流电路，其特征在于：均流调节电路(2)还包括第二电容(C2)；所述第七电阻(R7)的另一端通过所述第二电容(C2)与第二运算放大器(A2)的输出端相连。

6.根据权利要求4或5所述的平均电流型均流电路，其特征在于：第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的阻值相等；第六电阻(R6)的阻值与第七电阻(R7)的阻值相等。

7.根据权利要求1所述的平均电流型均流电路，其特征在于：所述均流调节电路(2)还包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第十一电阻(R11)；

第四电阻(R4)的一端与第五电阻(R5)的一端相连后与电流采样放大电路(1)的输出端相连，第四电阻(R4)的另一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端相连，第五电阻(R5)的另一端与第十一电阻(R11)的一端相连；第十一电阻(R11)的另一端与第二运算放大器(A2)的正向输入端相连；第六电阻(R6)的一端接第二运算放大器(A2)的正向输入端，另一端接地；第七电阻(R7)的一端与第二运算放大器(A2)的输出端相连，另一端与第二运算放大器(A2)的反向输入端连接；第二运算放大器(A2)的输出端与限幅电路(3)的输入端相连；第五电阻(R5)和第十一电阻(R11)的连接点与均流母线的正极(Share+)相连，均流母线的负极(Share-)通过第八电阻(R8)接地。

8.根据权利要求7所述的平均电流型均流电路，其特征在于：第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第十一电阻(R11)的阻值相等；第六电阻(R6)的阻值为第七电阻(R7)阻值的两倍。

9.根据权利要求1或2所述的平均电流型均流电路，其特征在于：所述电流采样放大电路(1)还包括第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；第一电阻(R1)的一端接所述均流电路所在的电源模块的电流采样信号(10)，另一端接第一运算放大器(A1)的反向输入端；第二电阻(R2)的一端与第一运算放大器(A1)的输出端相连，另一端与第一运算放大器(A1)的反向输入端相连；第一运算放大器(A1)的正向输入端接地，第一运算放大器(A1)的输出端与均流调节电路(2)的输入端相连。

10.一种具有如权利要求1所述的平均电流型均流电路的电源模块，其特征在于：所述均流电路的接地点与均流母线的负极(Share-)之间通过第八电阻(R8)相连。

11.一种电源系统，其包括至少两个并联连接的电源模块，所述各电源模块具有如权利要求1所述的平均电流型均流电路，其特征在于：在所述各电源模块中均流母线的负极(Share-)均通过第八电阻(R8)接地。

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