CN102135784B - 电流平衡电路 - Google Patents

Abstract

一种电流平衡电路，包括第一、第二电流传感器、一平均器、第一及第二控制模组及第一、第二压控变阻元件，第一及第二电流传感器连接至电压源并分别连接至第一及第二控制模组，以接收一电压源输出的第一及第二电流来转换成相应的第一及第二电压后传输，平均器连接至第一及第二电流传感器以接收第一及第二电压，并对其求取平均电压后输出，第一及第二控制模组分别对接收到的对应的第一电压与平均电压及第二电压与平均电压进行运算后分别输出第一及第二控制信号至第一及第二压控变阻元件来控制第一及第二压控变阻元件对第一及第二电流的导通能力，以控制电压源输出的电流基本相同。本发明保持输入至第一及第二电源通道的电流的动态平衡。

Description

电流平衡电路

技术领域

本发明涉及一种电流平衡电路。

背景技术

大型服务器中常有多块子板与主板相互连接。通常，子板需要由主板供应较大的电流，而子板与主板相互连接的电源连接器经常设计为多电源通道，用以分散流经电源连接器的电流。但在实际应用中，流经各电源通道的电流不均匀，有些电源通道承受过高的电流，使得产品的寿命和可靠度降低，而有些电源通道承受过小的电流，使得各电源通道的使用效能过低。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种电流平衡电路，以动态平衡输入至各电源通道的电流，从而提升各电源通道的使用效能及产品的寿命和可靠度。

一种电流平衡电路，用于动态平衡一电压源输出至一电源连接器的第一及第二电源通道的电流，所述电流平衡电路包括第一、第二电流传感器、一平均器、第一及第二控制模组及第一、第二压控变阻元件，所述第一、第二电流传感器连接至所述电压源及所述第一及第二控制模组，以分别接收所述电压源输出的第一及第二电流来转换成相应的第一及第二电压后传输至所述第一及第二控制模组，所述平均器连接至所述第一及第二电流传感器以接收所述第一及第二电压，并对所述第一及第二电压求取平均电压后输出至所述第一及第二控制模组，所述第一及第二控制模组分别对接收到的第一电压与平均电压及第二电压与平均电压进行运算后分别输出第一及第二控制信号至所述第一及第二压控变阻元件来控制所述第一及第二压控变阻元件对所述电压源输出至所述第一及第二电源通道的电流的导通能力，以控制电压源输出至所述第一及第二电源通道的电流基本相同。

所述电流平衡电路通过所述第一及第二电流传感器将所述电压源输出的第一及第二电流转换成第一及第二电压后输出至所述平均器及所述第一及第二控制模组，所述平均器对所述第一及第二电压进行求取平均电压后分别传输至所述第一及第二控制模组，所述第一及第二控制模组分别对所述第一电压与平均电压及第二电压与平均电压运算后分别输出第一及第二控制信号来控制所述第一及第二压控变阻元件对所述电压源输出至所述第一及第二电源通道的电流的导通能力，从而使输入至第一及第二电源通道的电流保持动态平衡。

附图说明

下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1是本发明电流平衡电路的较佳实施方式的电路图。

主要元件符号说明

电流平衡电路	1
		电压源	2
电源连接器	3
		第一控制模组	4
第二控制模组	5
		第一电流传感器	10
第二电流传感器	11
		第一减法器	12
第二减法器	13
		第三减法器	14
第四减法器	15
		平均器	16
第一延时元件	17
		第二延时元件	18
运算放大器	U1-U4
		第一场效应管	Q1
第二场效应管	Q2
		电阻	R1-R16

具体实施方式

请参考图1，本发明电流平衡电路1用于连接在一电压源2与一电源连接器3之间以平衡所述电压源2输出至所述电源连接器3的各电源通道(如第一电源通道31及第二电源通道32)的电流。所述电流平衡电路1的较佳实施方式包括第一及第二电流传感器10及11、第一及第二控制模组4及5、一平均器16及第一、第二压控变阻元件如第一、第二场效应管Q1、Q2。所述第一控制模组4包括一第一减法器12、一第二减法器13及一第一延时元件17。所述第二控制模组5包括一第三减法器14、一第四减法器15及一第二延时元件18。所述平均器16用于对输入其内的信号求取平均值后输出。所述延时元件17、18用于对输入其内的信号延时后输出。所述第一及第二场效应管Q1及Q2对流经其内的电流具有导通能力。所述第一及第二场效应管Q1及Q2的导通能力随着其栅极G的电压增加而增强，随着其栅极G的电压减小而减弱。当所述第一及第二场效应管Q1及Q2的导通能力增强，则流经所述第一及第二场效应管Q1及Q2的电流增加。当所述第一及第二场效应管Q1及Q2的导通能力减弱，则流经所述第一及第二场效应管Q1及Q2的电流减少。

所述第一及第二电流传感器10及11连接至所述电压源2以分别接收所述电压源2输出给所述第一及第二电源通道31、32的第一及第二电流I1及I2，并分别将接收到的第一及第二电流I1及I2转换成相应的第一及第二电压V1及V2。所述第一及第二电流传感器10、11还连接至所述平均器16用于将转换成的第一及第二电压V1及V2输出至所述平均器16。所述平均器16用于对第一及第二电压V1及V2进行求取平均电压V0。所述平均器16分别连接至所述第一及第三减法器12、14的第一输入端以将平均电压V0输出至所述第一及第三减法器12、14的第一输入端。所述第一减法器12的第二输入端连接至所述第一电流传感器10以接收所述第一电压V1。所述第一减法器12的输出端连接至所述第二减法器13的第一输入端。所述第二减法器13的输出端连接至所述第一场效应管Q1的栅极G(所述第一压控变阻元件的控制端)以输出一控制信号如控制电压来控制所述第一场效应管Q1的导通能力。所述第二减法器13的输出端还通过所述第一延时元件17连接至所述第二减法器13的第二输入端以将所述第二减法器13输出的所述控制电压延时后传输至所述第二减法器13的第二输入端来作为所述第二输入端的输入电压。所述第一场效应管Q1的漏极D(所述第一压控变阻元件的第一端)连接至所述第一电源通道31。所述第一场效应管Q1的源极S(所述第一压控变阻元件的第二端)通过所述第一电流传感器10连接至所述电压源2以接收所述电压源2输出的第一电流I1。所述第三减法器14的第二输入端连接至所述第二电流传感器11以接收所述第二电压V2。所述第三减法器14的输出端连接至所述第四减法器15的第一输入端。所述第四减法器15的输出端连接至所述第二场效应管Q2的栅极G(所述第二压控变阻元件的控制端)以输出一控制信号如控制电压来控制所述第二场效应管Q2的导通能力。所述第四减法器15的输出端还通过所述第二延时元件18连接至所述第四减法器15的第二输入端以将所述第四减法器15输出的所述控制电压延时后传输至所述第四减法器15的第二输入端来作为第二输入端的输入电压。所述第二场效应管Q2的漏极D(所述第二压控变阻元件的第一端)连接至所述第二电源通道32。所述第二场效应管Q2的源极S(所述第二压控变阻元件的第二端)通过所述第二电流传感器10连接至所述电压源2以接收所述电压源2输出的第二电流I2。在本实施方式中，所述第一及第二电流传感器10、11将所述电压源2输出的第一及第二电流I1及I2传输至所述第一及第二场效应管Q1、Q2时只起到导线的作用。在其它实施方式中，所述第一及第二场效应管Q1、Q2的源极S直接连接到所述电压源2来直接接收相应的第一及第二电流I1及I2。

所述第一减法器12包括一运算放大器U1及电阻R1-R4。所述第二减法器13包括一运算放大器U2及电阻R5-R8。所述第三减法器14包括一运算放大器U3及电阻R9-R12。所述第四减法器15包括一运算放大器U4及电阻R13-R16。所述运算放大器U1的同相输入端连接至所述电阻R1的一端，并通过所述电阻R3接地。所述电阻R1的另一端作为所述第一减法器12的第二输入端。所述运算放大器U1的反相输入端连接至所述电阻R2的一端，并通过所述电阻R4连接至所述运算放大器U1的输出端(第一减法器12的输出端)。所述电阻R2的另一端作为所述第一减法器12的第一输入端。所述运算放大器U2的同相输入端连接至所述电阻R6的一端，并通过所述电阻R8接地。所述电阻R6的另一端作为所述第二减法器13的第二输入端。所述运算放大器U2的反相输入端连接至所述电阻R5的一端，并通过所述电阻R7连接至所述运算放大器U2的输出端(第二减法器13的输出端)。所述电阻R5的另一端作为所述第二减法器13的第一输入端。所述运算放大器U3的同相输入端连接至所述电阻R10的一端，并通过所述电阻R12接地。所述电阻R10的另一端作为所述第三减法器14的第二输入端。所述运算放大器U3的反相输入端连接至所述电阻R9的一端，并通过所述电阻R11连接至所述运算放大器U3的输出端(第三减法器14的输出端)。所述电阻R9的另一端作为所述第三减法器14的第一输入端。所述运算放大器U4的同相输入端连接至所述电阻R13的一端，并通过所述电阻R15接地。所述电阻R13的另一端作为所述第四减法器15的第二输入端。所述运算放大器U4的反相输入端连接至所述电阻R14的一端，并通过所述电阻R16连接至所述运算放大器U4的输出端(第四减法器15的输出端)。所述电阻R14的另一端作为所述第四减法器15的第一输入端。

在本实施方式中，电阻R1-R4的电阻值相等，所述电阻R9-R12的电阻值相等，所述电阻R5、R7的电阻值相等，所述电阻R14、R16的电阻值相等。在其它实施方式中，所述电阻R1-R16的电阻值可以根据需要改变。所述压控电阻也可以为其它元件如三极管等。

工作时，所述电压源2输出所述第一电流I1至所述第一电流传感器10，并输出所述第二电流I2至所述第二电流传感器11。所述第一电流传感器10将所述第一电流I1转换为所述第一电压V1，并将所述第一电压V1输出至所述平均器16及所述第一减法器12的第二输入端。所述第二电流传感器11将所述第二电流I2转换为所述第二电压V2，并将所述第二电压V2输出至所述平均器16及所述第三减法器14的第二输入端。其中，所述平均器16对接收到的所述第一及第二电压V1、V2取一平均电压V0，即并将所述平均电压V0输出至所述第一及第三减法器12、14的第一输入端。所述第一减法器12对接收到的所述第一电压V1及所述平均电压V0进行减法运算后输出一电压Vout1＝V1-V0，并传输至所述第二减法器13的第一输入端。所述第二减法器13对接收到的电压Vout1及所述第二减法器13的输出端前一次输出的控制电压Vk1_1经过所述第一延时元件17延时后传输至所述第二减法器13的第二输入端的电压Vk1-1进行减法运算后输出控制电压为Vk1＝PVk1_1-(V1-V0)，其中，P＝R8/(R8+R6)。

同理，所述第三减法器14对接收到的所述第二电压V2及所述平均电压V0进行减法运算后输出一电压Vout2＝V2-V0，并传输至所述第四减法器15的第一输入端。所述第四减法器15对接收到的电压Vout2及所述第四减法器15的输出端前一次输出的控制电压Vk2_1经过所述第二延时元件18延时后传输至所述第四减法器15的第二输入端的电压Vk2_1进行减法运算后输出控制电压为Vk2＝PVk2_1-(V2-V0)，其中，P＝R15/(R15+R13)。

当所述电压源2输出的所述第一电流I1大于所述第二电流I2时，则所述第一电流传感器10输出的第一电压V1大于所述第二电流传感器11输出的第二电压V2，则(V1-V0)＞0，(V2-V0)＜0。所述第二减法器13输出至所述第一场效应管Q1的栅极G的控制电压Vk1＝PVk1_1-(V1-V0)便逐渐减少。所述第四减法器15输出至所述第二场效应管Q2的栅极G的控制电压Vk2＝PVk2_1-(V2-V0)便逐渐增加。所述第一场效应管Q1的导通能力减弱，则所述第一电流I1减小。所述第二场效应管Q2的导通能力增强，则所述第二电流I2增加。同时所述第一电压V1减小，所述第二电压V2增加，以尽量减小所述第一电流通道31及所述第二电流通道32获得的电流差异，而使所述第一电流通道31及所述第二电流通道32获得的电流近似相等以达到平衡。由于所述第一电流I1减小，所述第二电流I2增加，总会有一时刻所述第一电流I1等于所述第二电流I2，当所述第一电源通道3及所述第二电流通道32获得的电流相等时，即I1＝I2，则所述第一电压V1等于所述第二电压V2时，所述平均电压V0＝V1＝V2。此时所述第二减法器13输出的控制电压Vk1＝PVk1_1，所述第四减法器15输出的控制电压Vk2＝PVk2_1。由于控制电压Vk_1≠Vk_2。所述第一场效应管Q1与所述第二场效应管Q2的导通能力不同，仍可能使得输入至所述第一电源通道31的第一电流I1及所述第二电源通道32的第二电流I2不相等。所述电流平衡电路1仍然对输入至所述第一及第二电源通道31、32的第一及第二电流I1及I2进行调解，使尽量平衡。

当所述电压源2输出的所述第一电流I1小于所述第二电流I2时，平衡输入至所述第一及第二电源通道31、32的第一及第二电流I1及I2的工作原理与上述所述第一电流I1大于所述第二电流I2时进行平衡的工作原理相同，在此不再赘述。综上，所述电流平衡电路1尽量减小所述第一电流通道31及所述第二电流通道32获得的电流差异，而使所述第一电流通道31及所述第二电流通道32获得的电流近似相等达到动态平衡，所述第一及第二电流电流I1及I2的绝对平衡只是暂态。

在其它实施方式中，所述电压源2可以对应多个电源连接器，每一电源连接器对应一个电流平衡电路1，所述电流平衡电路1可以包括多个电流传感器，每一电流传感器对应相应的电源连接器的一个通道。

所述电流平衡电路1对输入至所述第一及第二电源通道31、32的不相等的电流进行调整，从而使得输入所述第一及第二电源通道31、32的第一及第二电流I1及I2保持动态平衡。

Claims (7)

1.一种电流平衡电路，用于动态平衡一电压源输出至一电源连接器的第一及第二电源通道的电流，所述电流平衡电路包括第一、第二电流传感器、一平均器、第一及第二控制模组及第一、第二压控变阻元件，所述第一、第二电流传感器连接至所述电压源及所述第一及第二控制模组，以分别接收所述电压源输出的第一及第二电流来转换成相应的第一及第二电压后传输至所述第一及第二控制模组，所述平均器连接至所述第一及第二电流传感器以接收所述第一及第二电压，并对所述第一及第二电压求取平均电压后输出至所述第一及第二控制模组，所述第一及第二控制模组分别对接收到的第一电压与平均电压及第二电压与平均电压进行运算后分别输出第一及第二控制信号至所述第一及第二压控变阻元件来控制所述第一及第二压控变阻元件对所述电压源输出至所述第一及第二电源通道的电流的导通能力，以控制电压源输出至所述第一及第二电源通道的电流基本相同。

2.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于：所述第一控制模组包括一第一减法器、一第二减法器及一第一延时元件，所述第二控制模组包括一第三减法器、一第四减法器及一第二延时元件，所述第一减法器的第一输入端连接至所述第一电流传感器以接收所述第一电压，所述第一减法器的第二输入端连接至所述平均器以接收所述平均电压，所述第一减法器的输出端连接至所述第二减法器的第二输入端，所述第二减法器的输出端连接至所述第一压控变阻元件的控制端，所述第二减法器的输出端还通过所述第一延时元件连接至所述第二减法器的第一输入端，所述第三减法器的第一输入端连接至所述第二电流传感器以接收所述第二电压，所述第三减法器的第二输入端连接至所述平均器以接收所述平均电压，所述第三减法器的输出端连接至所述第四减法器的第二输入端，所述第四减法器的输出端还连接至所述第二压控变阻元件的控制端，所述第四减法器的第一输入端还通过所述第二延时元件连接至所述所述第四减法器的输出端。

3.如权利要求2所述的电流平衡电路，其特征在于：所述第一及第二压控变阻元件均还包括第一及第二端，所述第一压控变阻元件的第一端连接至所述第一电源通道，所述第一压控变阻元件的第二端连接至所述第一电流传感器，所述第二压控变阻元件的第一端连接至所述第二电源通道，所述第二压控变阻元件的第二端连接至所述第二电流传感器。

4.如权利要求3所述的电流平衡电路，其特征在于：所述第一及第二压控变阻元件为第一及第二场效应管，所述第一及第二场效应管的栅极、漏极及源极分别为其所述控制端、第一端及第二端。

5.如权利要求2所述的电流平衡电路，其特征在于：所述第一及第二压控变阻元件均还包括第一及第二端，所述第一压控变阻元件的第一端连接至所述第一电源通道，所述第一压控变阻元件的第二端连接至所述电压源，所述第二压控变阻元件的第一端连接至所述第二电源通道，所述第二压控变阻元件的第二端连接至所述电压源。

6.如权利要求2所述的电流平衡电路，其特征在于：所述第一减法器包括一第一运算放大器及第一至第四电阻，所述第二减法器包括一第二运算放大器及第五至第八电阻，所述第三减法器包括一第三运算放大器及第九至第十二电阻，所述第四减法器包括一第四运算放大器及第十三至第十六电阻，所述第一运算放大器的正相输入端连接至所述第一电阻的一端，并通过所述第三电阻接地，所述第一电阻的另一端为所述第一减法器的第一输入端，所述第一运算放大器的反相输入端连接至所述第二电阻的一端，并通过所述第四电阻连接至所述第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端为所述第一减法器的输出端，所述第二电阻的另一端为所述第一减法器的第二输入端，所述第二运算放大器的同相输入端连接至所述第六电阻的一端，并通过所述第八电阻接地，所述第六电阻的另一端为所述第二减法器的第一输入端，所述第二运算放大器的反相输入端连接至所述第五电阻的一端，并通过所述第七电阻连接至所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端为所述第二减法器的输出端，所述第五电阻的另一端为所述第二减法器的第二输入端，所述第三运算放大器的同相输入端连接至所述第十电阻的一端，并通过所述第十二电阻接地，所述第十电阻的另一端为所述第三减法器的第一输入端，所述第三运算放大器的反相输入端连接至所述第九电阻的一端，并通过所述第十一电阻连接至所述第三运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的输出端为所述第三减法器的输出端，所述第九电阻的另一端为所述第三减法器的第二输入端，所述第四运算放大器的同相输入端连接至所述第十三电阻的一端，并通过所述第十五电阻接地，所述第十三电阻的另一端为所述第四减法器的第一输入端，所述第四运算放大器的反相输入端连接至所述第十四电阻的一端，并通过所述第十六电阻连接至所述第四运算放大器的输出端，所述第四运算放大器的输出端为所述第四减法器的输出端，所述第十四电阻的另一端为所述第四减法器的第二输入端。

7.如权利要求6所述的电流平衡电路，其特征在于：所述第一至第四电阻的电阻值相等，所述第九至第十二电阻的电阻值相等，所述第五及第七电阻的电阻值相等，所述第十四及第十六电阻的电阻值相等。