CN102857099B - 电流平衡电路 - Google Patents

Abstract

一种电流平衡电路，用于平衡流经多个支路的电流，包括并联的第一及第二支路、电流反馈比较电路、正反相三角波产生器、第一多工器、第二多工器与栅极信号控制电路。第一及第二支路分别包括第一开关与第二开关。栅极信号控制电路将正反相三角波分别与第一开关的栅极电压及第二开关的栅极电压进行比较，并根据流经第一及第二支路的电流，控制第一多工器与第二多工器的输入切换，从而调整第一开关与第二开关的阻抗，以使流经第一及第二支路的电流平衡。上述电流平衡电路的电路简单，调节第一开关与第二开关的控制极电压以调整阻抗，从而进行精确的电流平衡，且避免受到温度与电流密度影响。

Description

电流平衡电路

技术领域

本发明涉及电源电路，特别涉及一种电流平衡电路。

背景技术

大功率电源系统中，为提供较大的电流，通常利用多电源并联或单一电源多重电流路径的方法进行供电，这两种架构均需进行均流。多电源并联架构的均流方法通常为采用独立的脉冲宽度调制控制器，经由电流取样反馈至脉冲宽度调制控制器进行输出电压的调节，以达到均流的目的。然而，电流取样若采用电阻取样，电流放大后的信号易受共模噪声干扰，而采用电流霍尔元件取样电流，则成本将提高且增加设计所需的面积。

单一电源多电流路径架构虽可将少开关损失，却必需克服不同电流路径间阻抗不匹配的问题。虽然透过铜箔阻抗的计算可达到均流的目的，但铜箔阻抗却容易受到温度及电流密度的影响而失去均流的准确性。

发明内容

有鉴于此，需提供一种简单且精确的电流平衡电路。

一种电流平衡电路，用于平衡流经多个支路的电流，包括第一支路、第二支路、电流反馈比较电路、正反相三角波产生器、第一多工器、第二多工器与栅极信号控制电路。第一支路连接于输入电源与负载之间，包括第一开关及第一电阻。第一开关包括控制极、第一电极及第二电极，所述第一电极连接所述输入电源，所述第二电极经由所述第一电阻连接所述负载。第二支路与所述第一支路并联连接于所述输入电源与所述负载之间，包括第二开关及第二电阻。第二开关包括控制极、第一电极及第二电极，所述第二开关的第一电极连接所述输入电源，所述第二电极经由所述第二电阻连接所述负载。电流反馈比较电路连接所述第一电阻与所述第二电阻，用于侦测并比较流经所述第一及第二支路的电流。正反相三角波产生器用于产生正相三角波及反相三角波。第一多工器包括第一输入端、第二输入端、控制端及输出端，所述第一多工器的第一输入端接收所述正相三角波，所述第二输入端悬空，所述输出端连接所述第一开关的控制极并经由第一电容接地。第二多工器包括第一输入端、第二输入端、控制端及输出端，所述第二多工器的第一输入端接收所述反相三角波，所述第二输入端悬空，所述输出端连接所述第二开关的控制极并经由第二电容接地。栅极信号控制电路连接所述电流反馈比较电路、所述第一开关及第二开关的控制极、所述正反相三角波产生器、所述第一多工器及所述第二多工器的控制端，用于将所述正反相三角波分别与所述第一开关的控制极电压及所述第二开关的控制极电压进行比较，并根据流经所述第一及第二支路的电流，控制所述第一多工器与所述第二多工器的输入切换，从而调整所述第一开关与所述第二开关的阻抗，以使流经所述第一及第二支路的电流平衡。

优选地，所述电流反馈比较电路包括第一放大器、第二放大器及第一比较器。第一放大器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一放大器的第一输入端连接所述第一电阻的一端，所述第一放大器的第二输入端连接所述第一电阻的另一端。第二放大器包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第二放大器的第一输入端连接所述第二电阻的一端，所述第二放大器的第二输入端连接所述第二电阻的另一端。第一比较器包括正输入端、负输入端及输出端，所述第一比较器的正输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第二比较器的负输入端连接所述第二比较器的输出端，所述第二比较器的输出端输出比较信号。

优选地，所述栅极信号控制电路包括第二比较器、第三比较器、同或门及异或门。第二比较器包括正输入端、负输入端及输出端，所述第二比较器的正输入端连接所述第一开关的控制极，所述第二比较器的负输入端接收所述正相三角波。第三比较器包括正输入端、负输入端及输出端，所述第三比较器的正输入端连接所述第二开关的控制极，所述第三比较器的负输入端接收所述反相三角波。同或门包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述同或门的第一输入端连接所述第一比较器的输出端，所述同或门的第二输入端连接所述第二比较器的输出端，同或门的输出端连接所述第一多工器的控制端。异或门包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述异或门的第一输入端连接所述第一比较器的输出端，所述异或门的第二输入端连接所述第三比较器的输出端，所述异或门的输出端连接所述第二多工器的控制端。

优选地，所述第一开关与所述第二开关均为P型金属氧化物半导体场效应管，所述第一开关与所述第二开关的控制极为所述P型金属氧化物半导体场效应管的栅极，所述第一开关与所述第二开关的第一电极为所述P型金属氧化物半导体场效应管的源极，所述第一开关与所述第二开关的第二电极为所述P型金属氧化物半导体场效应管的漏极。

优选地，所述栅极信号控制电路在所述第一及第二支路之一的电流大于另一支路的电流时，在所述大电流支路对应的三角波处于上升沿时，控制所述第一多工器及第二多工器均切换至第一输入端，在所述大电流支路对应的三角波处于下降沿时，控制所述第一多工器及所述第二多工器均切换至第二输入端。

上述电流平衡电路的电路简单，根据支路电流的比较结果及第一开关与第二开关的控制极电压与正反相三角波的比较结果，调节第一开关与第二开关的控制极电压以调整阻抗，从而进行精确的电流平衡，且避免受到温度与电流密度影响。

附图说明

图1为本发明一实施方式中电流平衡电路的示意图；及

图2所示为本发明一实施方式中电流平衡电路的电路图。

主要元件符号说明

电源供应单元            20

负载                    30

电流平衡电路            40

电流反馈比较电路        400

正反相三角波产生器      410

栅极信号控制电路        420

第一至第二支路          B1、B2

第一至第二开关          Q1、Q2

第一至第二电阻          R1、R2

第一至第二电容          C1、C2

第一至第二多工器        M1、M2

第一至第二放大器        A1、A2

第一至第三比较器        4000、4200、4210

同或门                  G1

异或门                  G2

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

图1为本发明一实施方式中电流平衡电路40的示意图。在本实施方式中，电流平衡电路40连接电源供应单元20与负载30，用于平衡电源供应单元20经由多个支路流向负载30的电流。在本实施方式中，电源供应单元20为电源或电源转换单元，负载30为工作电路或受电设备等。电流平衡电路40包括第一支路B1、第二支路B2、电流反馈比较电路400、正反相三角波产生器410、栅极信号控制电路420、第一多工器M1、第二多工器M2、第一电容C1及第二电容C2。第一支路B1与第二支路B2并联连接于电源供应单元20与负载30之间。第一支路B1包括串联的第一开关Q1与第一电阻R1，第二支路B2包括串联的第二开关Q2与第二电阻R2。

第一开关Q1与第二开关Q2均包括控制极、第一电极及第二电极。第一开关Q1的第一电极连接电源供应单元20，接收输入电源，第二电极经由第一电阻R1连接负载30。第二开关Q2的第一电极连接电源供应单元20，接收输入电源，第二电极经由第二电阻R2与第一电阻R1共同连接负载30。在本实施方式中，第一开关Q1与第二开关Q2均为P型金属氧化物半导体场效应管，第一开关Q1与第二开关Q2的第一电极均为P型金属氧化物半导体场效应管的源极，第一开关Q1与第二开关Q2的控制极均为P型金属氧化物半导体场效应管的栅极，第一开关Q1与第二开关Q2的第二电极均为P型金属氧化物半导体场效应管的漏极。第一开关Q1与第二开关Q2的阻抗随栅极电压升高而变大。第一电阻R1与第二电阻R2分别用于取样第一支路B1与第二支路B2的电流。

电流反馈比较电路400连接第一电阻R1与第二电阻R2，用于侦测并比较流经所述第一及第二支路B1、B2的电流。正反相三角波产生器410用于产生正相三角波及反相三角波。在本实施方式中，正相三角波与反相三角波的相位相差180度，正反相三角波产生器410包括三角波产生器及180度相移器。

第一多工器M1与第二多工器M2均包括第一输入端、第二输入端、控制端及输出端。第一多工器M1的第一输入端接收正相三角波，第二输入端悬空，输出端连接第一开关Q1的控制极并经由第一电容C1接地。第二多工器M2的第一输入端接收反相三角波，第二输入端悬空，输出端连接第二开关Q2的控制极并经由第二电容C2接地。

栅极信号控制电路420连接电流反馈比较电路400、第一开关Q1及第二开关Q2的控制极、正反向三角波产生器410及第一多工器M1及第二多工器M2的控制端，用于将正反相三角波分别与第一开关Q1的控制极电压及所述第二开关Q2的控制极电压进行比较，并根据流经所述第一及第二支路B1、B2的电流，控制第一多工器M1与第二多工器M2的输入切换，从而调整第一开关Q1与第二开关Q2的阻抗，以使流经所述等支路B1、B2的电流平衡。

在本实施方式中，正相三角波可经由第一多工器M1输入第一开关Q1的控制极，反相三角波可经由第二多工器M2输入第二开关Q2的控制极。当某个支路的电流大于另一个支路的电流时，为均流，则需使所述大电流支路的开关的阻抗变大，以减少所述大电流支路的电流。而开关的阻抗变大，需要开关的控制极电压变大，也就是说所述大电流支路的开关对应的三角波处于上升沿时，被输入至所述开关的控制极。因而，栅极信号控制电路420在某个支路的电流大于另一个支路的电流时，在所述大电流支路对应的三角波处于上升沿时，控制所述第一多工器M1及第二多工器M2均切换至第一输入端，在所述大电流支路对应的三角波处于下降沿时，控制所述第一多工器M1及第二多工器M2均切换至第二输入端。

图2所示为本发明一实施方式中电流平衡电路40的电路图。在本实施方式中，电流反馈比较电路包括第一放大器A1、第二放大器A2及第一比较器4000。第一放大器A1与第二放大器A2均包括第一输入端、第二输入端及输出端，第一比较器4000包括正输入端、负输入端及输出端。第一放大器A1的第一输入端连接第一电阻R1的一端，第二输入端连接第一电阻R1的另一端，输出端连接第一比较器4000的正输入端。第二放大器A2的第一输入端连接第二电阻R2的一端，第二输入端连接第二电阻R2的另一端，输出端连接第一比较器4000的负输入端。第一比较器4000的输出端输出比较信号。在本实施方式中，第一放大器A1与第二放大器A2分别用于放大第一电阻R1与第二电阻R2所侦测的电流信号。第一比较器4000在流经第一电阻R1的电流大于流经第二电阻R2的电流时，输出高电平的比较信号，在流经第一电阻R1的电流小于流经第二电阻R2的电流时，输出低电平的比较信号。

栅极信号控制电路420包括第二比较器4200、第三比较器4210、同或门G1及异或门G2。第二比较器4200与第三比较器4210均包括正输入端、负输入端及输出端。第二比较器4200的正输入端连接第一开关Q1的控制极，负输入端接收所述正相三角波。第三比较器4210的正输入端连接第二开关Q2的控制极，负输入端接收反相三角波。同或门G1包括第一输入端、第二输入端及输出端，其第一输入端连接第一比较器4000的输出端，第二输入端连接第二比较器4200的输出端，输出端连接第一多工器M1的控制端。异或门G2包括第一输入端、第二输入端及输出端，其第一输入端连接第一比较器4000的输出端，第二输入端连接第三比较器4210的输出端，输出端连接第二多工器M2的控制端。

在本实施方式中，若流经第一开关Q1与第一电阻R1的电流大于流经第二开关Q2与第二电阻R2的电流时，第一比较器4000输出高电平的比较信号。若此时，正相三角波处于下降沿，而反相三角波处于上升沿，因第一电容C1与第二电容C2的缓冲，正相三角波的电压小于第一开关Q1的控制极电压，反相三角波的电压大于第二开关Q2的控制极电压。因而，第二比较器4200输出低电平信号，第三比较器4210输出高电平信号。同或门G1输出低电平信号，异或门G2输出低电平信号。因而，第一多工器M1与第二多工器M2均切换至第二输入端，即没有正反相三角波输入至第一开关Q1及第二开关Q2的控制极。此时，流经第一开关Q1与第一电阻R1的电流，即第一支路B1的电流仍大于流经第二开关Q2与第二电阻R2的电流，即第二支路B2的电流。

当正相三角波处于上升沿，而反相三角波处于下降沿，正相三角波的电压大于第一开关Q1的控制极电压，反相三角波的电压小于第二开关Q2的控制极电压。因而，第二比较器4200输出高电平信号，第三比较器4210输出低电平信号。同或门G1输出高电平信号至第一多工器M1的控制端，异或门G2输出高电平信号至第二多工器M2的控制端。因而，第一多工器M1与第二多工器M2均切换至第一输入端，即处于上升沿的正相三角波输入至第一开关Q1的控制极，处于下降沿的反相三角波输入至第二开关Q2的控制极。此时，第一开关Q1的阻抗随着控制极电压上升而增大，第二开关Q2的阻抗随着控制极电压下降而减小，从而使得流经第一支路B1的电流与流经第二支路B2的电流平衡。

同理，当流经第一开关Q1与第一电阻R1的电流小于流经第二开关Q2与第二电阻R2的电流时，若反相三角波处于上升沿时，栅极信号控制电路420控制第一多工器M1与第二多工器M2切换至第一输入端，使得第一开关Q1的阻抗变小，第二开关Q2的阻抗变大，从而平衡流经这两个支路B1、B2的电流。

电流平衡电路40的电路简单，根据支路电流的比较结果及第一开关Q1与第二开关Q2的控制极电压与正反相三角波的比较结果，调节第一开关Q1与第二开关Q2的控制极电压以调整阻抗，从而进行精确的电流平衡，且避免受到温度与电流密度影响。此外，电流反馈比较电路400能有效消除电流反馈过程中所接收的共模噪声，避免共模噪声的干扰。

Claims (5)

1.一种电流平衡电路，用于平衡流经多个支路的电流，包括：

第一支路，连接于输入电源与负载之间，所述第一支路包括

第一开关及第一电阻，所述第一开关包括控制极、第一电极及第二电极，所述第一电极连接所述输入电源，所述第二电极经由所述第一电阻连接所述负载；

第二支路，与所述第一支路并联连接于所述输入电源与所述负载之间，所述第二支路包括第二开关及第二电阻，所述第二开关包括控制极、第一电极及第二电极，所述第二开关的第一电极连接所述输入电源，所述第二电极经由所述第二电阻连接所述负载；

电流反馈比较电路，连接所述第一电阻与所述第二电阻，用于侦测并比较流经所述第一及第二支路的电流；

正反相三角波产生器，用于产生正相三角波及反相三角波；

第一多工器，包括第一输入端、第二输入端、控制端及输出端，所述第一多工器的第一输入端接收所述正相三角波，所述第二输入端悬空，所述输出端连接所述第一开关的控制极并经由第一电容接地；

第二多工器，包括第一输入端、第二输入端、控制端及输出端，所述第二多工器的第一输入端接收所述反相三角波，所述第二输入端悬空，所述输出端连接所述第二开关的控制极并经由第二电容接地；及

栅极信号控制电路，连接所述电流反馈比较电路、所述第一开关及第二开关的控制极、所述正反相三角波产生器、所述第一多工器及所述第二多工器的控制端，用于将所述正反相三角波分别与所述第一开关的控制极电压及所述第二开关的控制极电压进行比较，并根据流经所述第一及第二支路的电流，控制所述第一多工器与所述第二多工器的输入切换，从而调整所述第一开关与所述第二开关的阻抗，以使流经所述第一及第二支路的电流平衡。

2.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电流反馈比较电路包括：

第一放大器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一放大器的第一输入端连接所述第一电阻的一端，所述第一放大器的第二输入端连接所述第一电阻的另一端；

第二放大器，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述第二放大器的第一输入端连接所述第二电阻的一端，所述第二放大器的第二输入端连接所述第二电阻的另一端；及

第一比较器，包括正输入端、负输入端及输出端，所述第一比较器的正输入端连接所述第一放大器的输出端，所述第一比较器的负输入端连接所述第二放大器的输出端，所述第一比较器的输出端输出比较信号。

3.如权利要求2所述的电流平衡电路，其特征在于，所述栅极信号控制电路包括：

第二比较器，包括正输入端、负输入端及输出端，所述第二比较器的正输入端连接所述第一开关的控制极，所述第二比较器的负输入端接收所述正相三角波；

第三比较器，包括正输入端、负输入端及输出端，所述第三比较器的正输入端连接所述第二开关的控制极，所述第三比较器的负输入端接收所述反相三角波；

同或门，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述同或门的第一输入端连接所述第一比较器的输出端，所述同或门的第二输入端连接所述第二比较器的输出端，同或门的输出端连接所述第一多工器的控制端；及

异或门，包括第一输入端、第二输入端及输出端，所述异或门的第一输入端连接所述第一比较器的输出端，所述异或门的第二输入端连接所述第三比较器的输出端，所述异或门的输出端连接所述第二多工器的控制端。

4.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第一开关与所述第二开关均为P型金属氧化物半导体场效应管，所述第一开关与所述第二开关的控制极为所述P型金属氧化物半导体场效应管的栅极，所述第一开关与所述第二开关的第一电极为所述P型金属氧化物半导体场效应管的源极，所述第一开关与所述第二开关的第二电极为所述P型金属氧化物半导体场效应管的漏极。

5.如权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述栅极信号控制电路在所述第一及第二支路之一的电流大于另一支路的电流时，在所述大电流支路对应的三角波处于上升沿时，控制所述第一多工器及第二多工器均切换至第一输入端，在所述大电流支路对应的三角波处于下降沿时，控制所述第一多工器及所述第二多工器均切换至第二输入端。