CN103580450B - 一种实现并联电源模块按比例自动均流的电路 - Google Patents

一种实现并联电源模块按比例自动均流的电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现并联电源模块按比例自动均流的电路，包括至少两个电源模块以及与各个电源模块相对应的输出电流反馈环路，输出电流反馈环路包括输出电流采样放大单元、均流控制器单元，输出电流采样放大单元用于采集电源模块的输出电流，并将采集到的电流按照各电源模块设定的输出比例的反比例放大成电压信号；均流控制器单元的反相输入端连接输出电流采样放大单元的输出信号，同相输入端通过一电阻与均流母线相连接，输出端连接输出电压调节环路；输出电压调节环路用于将所述均流控制器单元输出的电压与基准电压相比较，并控制电源模块的电压输出来调节输出电流。本发明可以使不同功率等级电源模块按照设定输出比例工作。

Description

一种实现并联电源模块按比例自动均流的电路
技术领域
本发明涉及电源模块的自动均流技术领域，具体地，涉及一种实现电源模块按比例自动均流的电路。
背景技术
为了满足负载功率要求和可靠性要求，电源系统往往采样分布式系统将若干台电源模块并联使用。在并联使用的过程中，由于电源模块存在差异性，各个模块上分担的电流会有所不同，进而造成各个模块上电流应力和热应力不同，从而降低了系统的可靠性。为了保证系统上多个电源之间的电流均流，电流应力和热应力的均匀分配，电源模块必须支持并联均流功能。
目前，电源系统要求实现不同功率等级的电源能够进行混插并联使用，虽现有技术中自动均流的方案很多，但大多都按照1:1的均流，务必会造成功率小的模块带载过重(相对于本身而言)，功率大的模块带载过轻(相对于本身而言)，本领域技术人员应该知道，对于电源模块来说，无论带载过重抑或带载过轻，电源模块的工作状态都不是最佳状态，包括但不限于工作效率未到达最高、电流电压热应力不在最优工况下甚至处在恶劣工况下，这样将会影响模块的使用寿命以及电源系统的整体可靠性。
如有不同功率等级A(1000W)和B(2000W)两模块混插均流，系统带载2000W，若按照1:1均流，A模块与B模块会各带1000W，那么A模块已经带满载，而B模块只带了50％，此时两模块均未工作在最优工作点，效率未达到最高，且A模块工作在最大输出功率处，其电流应力、热应力均处在最恶劣工况下，会影响模块的寿命以及整个电源系统的可靠性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种针对不同功率等级的电源按照比例均流的技术，具体的技术方案为：
一种实现并联电源模块按比例自动均流的电路，包括至少两个电源模块以及与各个电源模块相对应的输出电流反馈环路，所述输出电流反馈环路用于将电源模块的输出电流反馈至各个电源模块相对应的输出电压调节环路，所述输出电流反馈环路包括输出电流采样放大单元、均流控制器单元，其特征在于：
输出电流采样放大单元，用于采集电源模块的输出电流，并将所述采集到的电流按照各电源模块设定的输出比例的反比例放大成电压信号；
均流控制器单元，其反相输入端连接输出电流采样放大单元的输出信号，其同相输入端通过一电阻与均流母线相连接，其输出端连接输出电压调节环路；
输出电压调节环路，用于将所述均流控制器单元输出的电压与基准电压相比较，并控制电源模块的电压输出来调节输出电流。
较佳地，所述各电源模块设定的输出比例为各电源模块的最大输出功率的比例或者额定功率的比例或者最大输出电流的比例。
较佳地，
输出电压调节环路包括电压误差放大器单元、信号产生及驱动单元和主功率变换单元：
电压误差放大器单元，其同相输入端连接所述均流控制器的输出电压与所述基准电压比较后产生的输出电压参考信号；其反相输入端连接电源模块的实际输出电压反馈信号，其输出端连接信号产生及驱动单元的输入端；
信号产生及驱动单元，其输入端连接电压误差放大器单元的输出信号，其输出端连接主功率变换单元的输入端，用于根据所述电压误差放大器单元的输出信号，向主功率变换单元发送控制电源模块输出电压的驱动信号；
主功率变换单元，用于控制电源模块的电压输出来调节输出电流。
较佳地，所述输出电流采样放大单元包括输出电流采样单元和电流采样放大单元，所述电流采样放大单元的输入端连接输出电流采样单元的输出端。
较佳地，所述输出电流采样单元设置在电源模块输出回路的正端或者负端。
较佳地，所述输出电压调节环路还包括输出电压反馈模块，用于将电源模块的实际输出电压反馈至所述电压误差放大单元的反相输入端。
较佳地，所述的均流控制器单元为均流控制器芯片或者运算放大器。
较佳地，所述的电流采样单元为两端子分流器、四端子分流器、电流互感器或者电流传感器。
可以解决不同功率等级电源模块混插并联使用时大功率模块带载过轻小功率模块带载过重的问题，可以使不同功率等级电源模块混插并联使用时各模块工作在最佳状态以及各模块的电流应力和热应力达到最优平衡，提高各电源模块及整个电源系统的可靠性。
附图说明
图1为根据本发明实施例中实现并联电源模块101按比例自动均流的电路的结构示意图；
图2为根据本发明实施例中实现并联电源模块102按比例自动均流的电路的结构示意图；
图3为根据本发明实施例中确定各电流采样放大模块放大系数的方法流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想为：对输出电流采样电路和电流采样放大电路进行适当硬件参数设置，使不同功率等级电源模块的输出电流(功率等级不同，输出电流不同)经过输出电流采样电路和电流采样放大电路，按照设定比例的反比例放大成电压信号，例如设定的比例可以使各电源模块最大输出功率之比，也可以是最大输出电流之比等，再通过本发明装置中其它控制电路来调整实际输出电压来调节输出电流，最终实现不同功率等级的电源模块按所需比例均流的目的。
为了更好的描述本发明，本实施例以两个电源模块的工作模式来做具体的说明：
如图1和图2所示，本实施例公开了一种实现电源模块按比例自动均流的电路，包括：
至少两个电源模块以及与各个电源模块相对应的输出电流反馈环路，所述输出电流反馈环路用于将电源模块的输出电流反馈至各个电源模块相对应的输出电压调节环路，所述输出电流反馈环路包括输出电流采样放大单元、均流控制器单元，其特征在于：
其中，输出电流采样放大单元用于采集电源模块的输出电流，并将所述采集到的电流按照各电源模块设定的输出比例的反比例放大成电压信号；
均流控制器单元，其反相输入端连接输出电流采样放大单元的输出信号，其同相输入端通过一电阻与均流母线相连接，其输出端连接输出电压调节环路；
输出电压调节环路，用于将所述均流控制器单元输出的电压与基准电压相比较，并控制电源模块的电压输出来调节输出电流。
其中，输出电压调节环路包括电压误差放大器单元、信号产生及驱动单元和主功率变换单元：
电压误差放大器单元，其同相输入端连接所述均流控制器的输出电压与所述基准电压比较后产生的输出电压参考信号；其反相输入端连接电源模块的实际输出电压反馈信号，其输出端连接信号产生及驱动单元的输入端；
信号产生及驱动单元，其输入端连接电压误差放大器单元的输出信号，其输出端连接主功率变换单元的输入端，用于根据所述电压误差放大器单元的输出信号，向主功率变换单元发送控制电源模块输出电压的驱动信号；
主功率变换单元，用于控制电源模块的电压输出来调节输出电流。
输出电流采样放大单元包括输出电流采样单元和电流采样放大单元，所述电流采样放大单元的输入端连接输出电流采样单元的输出端。
输出电压调节环路还包括输出电压反馈模块，用于将电源模块的实际输出电压反馈至所述电压误差放大单元的反相输入端。
本实施中提到的电源模块设定的输出比例是指两个电源模块的最大输出功率之比，当然也可以是最大输出电流之比或者额定功率之比。
在本实施例中，输出电流采样单元设置在电源模块输出回路的负端或者正端。
如图3所示，本实施例中确定各电流采样模块按照设定的输出比例，例如按照两个电源模块的最大输出功率之比确定输出电流的电压信号的放大系数的方法为：
电源模块101最大输出功率为W1，电源模块201最大输出功率为W2，本实施例以最大输出功率比W1：W2为比例实现按比例均流，则并机均流时，电源模块101与电源模块201输出电流之比为
I01/I02＝W1/W2 (1)
式(1)中：I01为并机均流时电源模块101输出电流，I02为并机均流时电源模块201输出电流。
电源模块101输出电流I01经过输出电流采样1电路采样得到电压信号V11：
V11＝K11*I01 (2)
式(2)中：K11为输出电流I01经采样器件转化成电压V11的系数。
V11通过电流采样放大2电路放大成V21：
V21＝K21*V11 (3)
式(3)中：K21为电流采样放大的倍数，即V11放大成V12的倍数。
依据式(2)和式(3)得：
V12＝K21*K11*I01＝K1*I01 (4)
式(4)中：K1＝K21*K11为输出电流I01经输出电流采样1电路和电流采样放大2电路放大成V12的倍数。
依上述推导过程可得电源模块201内部电流采样放大2电路的输出电压信号V22为：
V22＝K22*K12*I02＝K2*I02 (5)
式(5)中：K12为输出电流I02经采样器件转化成电压V12的系数；K22为电流采样放大的倍数，即V21放大成V22的倍数；K2＝K22*K12为输出电流I02经输出电流采样1电路和电流采样放大2电路放大成V22的倍数。
V12＝V22时 (6)
依据式(4)、式(5)和式(6)得：
I01/I02＝K2/K1 (7)
依据式(1)和式(7)得：
I01/I02＝W1/W2＝K2/K1 (8)
依据式(8)可知：
首先通过输出电流采样放大单元的硬件设置K11和K21，然后根据K1＝K11*K21得到K1，然后通过式(8)计算出K2的值，由K2＝K22*K21可知，再通过设置电源模块201的输出电流采样单元的硬件设置K12，然后计算得出K22的值，设置电源模块201的输出电流采样放大单元的硬件设置。以此方法来使两个电源模块的电流采样放大电路的放大系数与两个电源模块的功率之比成反比。
本实施例中，当电源模块101和电源模块201实现了按比例W1：W2均流，则两电源模块中的均流控制器单元输出不影响输出电压参考Vf，即电压误差放大单元的同相输入端不受均流均流控制器单元输出影响，实际输出电压V0只受输出电压参考Vf的影响。若电源模块101和电源模块201没按比例W1：W2均流，则V21≠V22，则输出电压参考Vf受均流控制器单元的输出影响，进一步的，电压误差放大单元的输出Ve通过信号产生及驱动单元改变驱动信号，进一步的，驱动信号调整主功率变换单元的工作状态，进而调整电源模块的输出电压，达到均流的目的。
本发明是通过电源模块101和201两模块按比例均流为实施例进行说明的，N台模块并机按比例均流，对应的设计依此类推。
本实施例可普遍应用于多电源并联使用的电源系统中，尤其是不同功率模块混插并联使用的电源系统中，本实施例中的电源模块包括但不限于开关电源，本实施例中的电源系统包括但不限于通信电源系统。
本实施例所述的均流控制器电路包括但不限于由专门的模拟芯片均流控制器搭建的电路、由运算放大器搭建的电路。
本发明装置所论述的输出电流采样电路中的电流采样器件包括但不限于两端子分流器、四端子分流器、电流互感器、电流传感器等。
本发明是通过具体实施例进行说明的，但本领域技术人员应该明白，本发明可以有各种更改和等同替代。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实现并联电源模块按比例自动均流的电路，包括至少两个电源模块以及与各个电源模块相对应的输出电流反馈环路，所述输出电流反馈环路用于将电源模块的输出电流反馈至各个电源模块相对应的输出电压调节环路，所述输出电流反馈环路包括输出电流采样放大单元、均流控制器单元，其特征在于：所述至少两个电源模块的功率等级不同；
输出电流采样放大单元，用于采集电源模块的输出电流，并将所述采集到的电流按照各电源模块设定的输出比例的反比例放大成电压信号；
均流控制器单元，其反相输入端连接输出电流采样放大单元的输出信号，其同相输入端通过一电阻与均流母线相连接，其输出端连接输出电压调节环路；
输出电压调节环路，用于将所述均流控制器单元输出的电压与基准电压相比较，并控制电源模块的电压输出来调节输出电流。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述各电源模块设定的输出比例为各电源模块的最大输出功率的比例或者额定功率的比例或者最大输出电流的比例。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于：输出电压调节环路包括电压误差放大器单元、信号产生及驱动单元和主功率变换单元：
电压误差放大器单元，其同相输入端连接所述均流控制器的输出电压与所述基准电压比较后产生的输出电压参考信号；其反相输入端连接电源模块的实际输出电压反馈信号，其输出端连接信号产生及驱动单元的输入端；
信号产生及驱动单元，其输入端连接电压误差放大器单元的输出信号，其输出端连接主功率变换单元的输入端，用于根据所述电压误差放大器单元的输出信号，向主功率变换单元发送控制电源模块输出电压的驱动信号；
主功率变换单元，用于控制电源模块的电压输出来调节输出电流。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：所述输出电流采样放大单元包括输出电流采样单元和电流采样放大单元，所述电流采样放大单元的输入端连接输出电流采样单元的输出端。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述输出电流采样单元设置在电源模块输出回路的正端或者负端。
6.根据权利要求3所述的电路，其特征在于：所述输出电压调节环路还包括输出电压反馈模块，用于将电源模块的实际输出电压反馈至所述电压误差放大单元的反相输入端。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述的均流控制器单元为均流控制器芯片搭建的电路或者运算放大器搭建的电路。
8.根据权利要求4或5所述的电路，其特征在于：所述的电流采样单元为两端子分流器、四端子分流器、电流互感器或者电流传感器。
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