CN110535333A - 开关电源输出并联均流控制电路及开关电源系统 - Google Patents

开关电源输出并联均流控制电路及开关电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种开关电源输出并联均流控制电路及开关电源系统，信号放大模块放大电流采样模块的电流采样信号，电压跟随模块根据经放大后的电流采样信号，输出均流母线信号，误差放大模块根据经放大后的电流采样信号和均流母线信号，分压网络模块对均流母线信号进行分压调整，输出调压信号，以使阻抗匹配模块根据调压信号，调节开关电源电压环的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。基于此，使开关电源输出并联时可以同时实现高抗干扰性和高均流精度特性，提高开关电源输出并联的可靠性和实用性。

Description

开关电源输出并联均流控制电路及开关电源系统
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种开关电源输出并联均流控制电路及开关电源系统。
背景技术
随着现代化生产和科学技术的发展，大功率、高可靠、不间断供电的电源系统广泛应用于大量电子设备，特别是计算机、通讯等领域。相对传统的大功率电源集中供电模式，分布式电源系统的设计和应用已成为大功率电源系统的重点发展方向，其中大功率开关电源并联均流的供电设计优势较为突出，其系统的灵活性更高，进而提高了模块的功率密度，使电源系统的体积、重量下降。同时，各个开关电源模块的功率半导体器件的电应力减小，提高了系统的可靠性，分布系统可方便的实现冗余。除此之外，这种并联均流的供电方式还从根本上减少了产品种类，便于标准化规范的实行。因此大功率开关电源并联均流技术在大功率电源系统的重要性日益增加。
大功率输出和分布式电源，使电源模块并联技术得以迅速发展。然而一般情况下不允许模块输出间直接进行并联，必须采用均流技术以确保每个模块分担相等的负载电流，否则，并联的模块有的轻载运行，有的重载甚至过载运行，输出电压低的模块不但不为负载供电，反而成了输出电压高的模块的负载，热应力分配不均，极易损坏。
传统的均流方式包括峰值模式均流和平均值模式均流。峰值模式均流技术是在不改变模块基本单元内部结构基础上，是通过环外调整和母线自主配置相结合而成，即在电压环外叠加一个均流环，各模块和均流母线之间通过二极管连接，均流母线上代表的是最大电流信号。电流最大的模块即为主模块，其余为从模块。通过比较各自电流反馈与均流母线之间的电压差异，由误差放大器输出来补偿电压环的基准电压达到均流。平均值模式均流技术是在不改变模块基本单元内部结构基础上，是通过环外调整和母线平均配置相结合而成，即在电压环外叠加一个均流环，各模块和均流母线之间通过等值电阻连接，均流母线上代表的是平均电流信号。通过比较各自电流反馈与均流母线之间的电压差异，由误差放大器输出来补偿基准电压达到均流。
然而，峰值模式均流的优点是适用于数量多，均流度要求高的应用场合；缺点是均流母线呈高阻抗易受到干扰，导致电源模块输出电压异常。平均值模式均流的优点是适用于干扰大，动态负载的应用场合；缺点是均流度不高。
综上，传统的均流方式还存在上述缺陷。
发明内容
基于此，有必要针对传统的均流方式还存在的缺陷，提供一种开关电源输出并联均流控制电路及开关电源系统。
一种开关电源输出并联均流控制电路，包括：
电流采样模块，用于采集开关电源输出回路的电流，得到电流采样信号；
信号放大模块，用于放大电流采样信号；
电压跟随模块，用于接入经放大后的电流采样信号，并用于输出均流母线信号；
误差放大模块，用于根据经放大后的电流采样信号和均流母线信号，输出调压信号；
阻抗匹配模块，用于接入根据调压信号，根据所述调压信号调节开关电源电压环的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流；
分压网络模块，用于对所述均流母线信号进行分压调整。
上述开关电源输出并联均流控制电路，信号放大模块放大电流采样模块的电流采样信号，电压跟随模块根据经放大后的电流采样信号，输出均流母线信号，误差放大模块根据经放大后的电流采样信号和均流母线信号，分压网络模块对均流母线信号进行分压调整，输出调压信号，以使阻抗匹配模块根据调压信号，调节开关电源电压环的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。基于此，使开关电源输出并联时可以同时实现高抗干扰性和高均流精度特性，提高开关电源输出并联的可靠性和实用性。
在其中一个实施例中，电流采样模块包括采样电阻；
采样电阻串联连接在开关电源输出回路中；
采样电阻一端用于接地，采样电阻另一端连接信号放大模块，用于输出电流采样信号。
在其中一个实施例中，信号放大模块包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；
第一运算放大器的同相输入端用于通过第一电阻接地，第一运算放大器的反相输入端用于通过第二电阻接入电流采样信号；第一运算放大器的输出端分别通过第三电阻和第一电容连接第一运算放大器的反相输入端；第一运算放大器的输出端用于输出经放大后的电流采样信号。
在其中一个实施例中，电压跟随模块包括第四电阻；
第四电阻一端用于接入经放大后的电流采样信号，第四电阻另一端用于输出均流母线信号。
在其中一个实施例中，电压跟随模块包括第二运算放大器和二极管；
第二运算放大器的同相输入端用于接入经放大后的电流采样信号，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器的输出端连接二极管的正极，二极管的负极用于输出均流母线信号。
在其中一个实施例中，误差放大模块包括第三运算放大器、第五电阻、第六电阻和第二电容；
第三运算放大器的反相输入端用于通过第五电阻接入经放大后的电流采样信号；第三运算放大器的反相输入端通过第六电阻和第二电容连接第三运算放大器的输出端；第三运算放大器的同相输入端用于接入均流母线信号；第三运算放大器的输出端用于输出调压信号。
在其中一个实施例中，阻抗匹配模块包括第七电阻；
第七电阻一端用于接入调压信号，第七电阻另一端用于连接开关电源电压环。
在其中一个实施例中，分压网络模块包括第八电阻和第九电阻；
第八电阻一端用于接入经放大后的电流采样信号，第八电阻另一端用于通过第九电阻接入均流母线信号；第八电阻另一端还用于输出经调整后的均流母线信号。
在其中一个实施例中，第八电阻的阻值与第九电阻的阻值相同。
本发明实施例还提供一种开关电源系统，包括开关电源以及上述任一实施例的开关电源输出并联均流控制电路。
上述开关电源系统，信号放大模块放大电流采样模块的电流采样信号，电压跟随模块根据经放大后的电流采样信号，输出均流母线信号，误差放大模块根据经放大后的电流采样信号和均流母线信号，分压网络模块对均流母线信号进行分压调整，输出调压信号，以使阻抗匹配模块根据调压信号，调节开关电源电压环的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。基于此，使开关电源输出并联时可以同时实现高抗干扰性和高均流精度特性，提高开关电源输出并联的可靠性和实用性。
附图说明
图1为一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路模块结构示意图；
图2为一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路图；
图3为另一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路图；
图4为又一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路图；
图5为一实施方式的开关电源系统模块结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明
本发明实施例提供了一种开关电源输出并联均流控制电路。
图1为一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路模块结构示意图，如图1所示，一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路包括模块100、模块101、模块102、模块103、模块104和模块105：
电流采样模块100，用于采集开关电源输出回路的电流，得到电流采样信号；
信号放大模块101，用于放大电流采样信号；
电压跟随模块102，用于接入经放大后的电流采样信号Vcso，并用于输出输出均流母线信号Vbus；
误差放大模块103，用于根据经放大后的电流采样信号Vcso和均流母线信号Vbus，输出调压信号Vadj；
阻抗匹配模块104，用于接入调压信号Vadj，根据调压信号Vadj调节开关电源电压环P的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。
分压网络模块105，用于调整均流母线信号Vbus。
分压网络模块105在接收到均流母线信号Vbus后，对均流母线信号Vbus进行调整，并将调整后的均流母线信号Vbus输出至误差放大模块103。
如图1所示，电流采样模块100采集开关电源输出回路的电流，得到电流采样信号，并将电流采样信号输出至信号放大模块101。信号放大模块101放大电流采样信号，并将经放大后的电流采样信号Vcso输出至电压跟随模块102。电压跟随模块102以经放大后的电流采样信号Vcso作为输入，进行电压跟随处理，分压网络模块105调整均流母线信号Vbus，输出调整后的均流母线信号Vbus。误差放大模块103于根据经放大后的电流采样信号Vcso和均流母线信号Vbus，输出调压信号Vadj。阻抗匹配模块104根据调压信号Vadj，调节开关电源电压环P的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。
需要注意的是，开关电源与开关电源输出并联均流控制电路一一对应。一路开关电源输出回路对应一开关电源输出并联均流控制电路。各开关电源输出并联均流控制电路的电压跟随模块102的输出端连接到公共端，公共端信号为均流母线信号Vbus。
在其中一个实施例中，电流采样模块100包括电流采样芯片或采样电阻。
图2为一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路图，如图2所示，电流采样模块100包括采样电阻Rsense。采样电阻Rsense串联连接在开关电源的输出回路中。采样电阻Rsense一端用于接地，采样电阻Rsense另一端连接信号放大模块101，用于输出电流采样信号。
在其中一个实施例中，信号放大模块101选用信号放大器或放大电路。
在其中一个实施例中，如图2所示，信号放大模块101包括第一运算放大器EA1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1；
第一运算放大器EA1的同相输入端用于通过第一电阻R1接地，第一运算放大器EA1的反相输入端用于通过第二电阻R2接入电流采样信号；第一运算放大器EA1的输出端分别通过第三电阻R3和第一电容C1连接第一运算放大器EA1的反相输入端；第一运算放大器EA1的输出端用于输出经放大后的电流采样信号Vcso。
其中，第一运算放大器EA1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1构成放大电路，放大电流采样信号。如图2所示，电流采样模块100中的采样电阻Rsense上的电流采样信号较小，需要通过信号放大模块10进行放大，电流采样信号Vsense经过第二电阻R2进入第一运算放大器EA1的反相输入端，采样电阻Rsense另一端信号则通过第一电阻R1进入第一运算放大器EA1的同相输入端，第三电阻R3和第一电容C1决定静态和动态的放大倍数，Vcso为经放大后的电流采样信号Vcso，如下式：
Vsense＝Iout*Rsense，
Vcso＝R3*Vsense/R2，
其中，Iout为开关电源输出回路电流。
在其中一个实施例中，电压跟随模块102包括电压跟随器或电压跟随电路。
在其中一个实施例中，如图2所示，电压跟随模块102包括第四电阻R4。
第四电阻R4构成的跟随电路，以隔离信号放大模块101和误差放大模块103，起到阻抗匹配的作用，便于误差放大模块103更好地工作。
在其中一个实施例中，图3为另一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路图，如图3所示，电压跟随模块102包括第二运算放大器EA2和二极管CR1；
第二运算放大器EA2的同相输入端用于接入经放大后的电流采样信号Vcso，第二运算放大器EA2的反相输入端连接第二运算放大器的输出端；第二运算放大器EA2的输出端连接二极管CR1的正极，二极管CR1的负极用于输出均流母线信号Vbus。
其中，第二运算放大器EA2和二极管CR1构成电压跟随器，输入阻抗高且输出阻抗低，在整体电路中起隔离和阻抗匹配的作用
在其中一个实施例中，误差放大模块103选用信号放大器或信号放大电路。
在其中一个实施例中，如图2所示，误差放大模块103包括第三运算放大器EA3、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；
第三运算放大器EA3的反相输入端用于通过第五电阻R5接入经放大后的电流采样信号Vcso；第三运算放大器EA3的反相输入端通过第六电阻R6和第二电容C2连接第三运算放大器EA3的输出端；第三运算放大器EA3的同相输入端用于接入均流母线信号Vbus；第三运算放大器EA3的输出端用于输出调压信号Vadj。
通过第三运算放大器EA3、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2构成的误差放大模块103，可放大均流母线信号Vbus与经放大后的电流采样信号Vcso间的误差，调压信号Vadj即为误差放大模块103的放大结果。
在其中一个实施例中，阻抗匹配模块104用于匹配误差放大模块103和开关电源电压环P的阻抗，提高调压信号Vadj的功率和抑制开关电源电压环P的信号反射。
在其中一个实施例中，阻抗匹配模块104用于降低开关电源电压环的基准电压，以降低开关电源的输出电压实现输出均流。
在其中一个实施例中，如图2所示，阻抗匹配模块104包括第七电阻R7；
第七电阻R7一端用于接入调压信号Vadj，第七电阻R7另一端用于连接开关电源电压环P。
在其中一个实施例中，图4为又一实施方式的开关电源输出并联均流控制电路图，如图4所示，分压网络模块105包括第八电阻R8和第九电阻R9；
第八电阻R8一端用于接入经放大后的电流采样信号Vcso，第八电阻另R8一端用于通过第九电阻R9接入均流母线信号Vbus；第八电阻R8另一端还用于输出经调整后的均流母线信号Vbus。
通过第八电阻R8和第九电阻R9对均流母线信号Vbus进行分压处理。
在其中一个实施例中，第八电阻R8的阻值和第九电阻R9的阻值相同。
上述任一实施例的开关电源输出并联均流控制电路，信号放大模块101放大电流采样模块100的电流采样信号，电压跟随模块102根据经放大后的电流采样信号Vcso，输出均流母线信号Vbus，误差放大模块103根据经放大后的电流采样信号Vcso和均流母线信号Vbus，分压网络模块105对均流母线信号Vbus进行分压调整，输出调压信号Vadj，以使阻抗匹配模块104根据调压信号Vadj，调节开关电源电压环P的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。基于此，使开关电源输出并联时可以同时实现高抗干扰性和高均流精度特性，提高开关电源输出并联的可靠性和实用性。
本发明实施例还提供一种开关电源系统。
图5为一实施方式的开关电源系统模块结构图，如图5所示，一实施方式的开关电源系统包括开关电源200以及上述任一实施例的开关电源输出并联均流控制电路201。
其中，如图5所示，开关电源200与开关电源输出并联均流控制电路201一一对应。各开关电源输出并联均流控制电路201的电压跟随模块102的输出端连接到公共端，公共端信号为均流母线信号Vbus。
上述的开关电源系统，信号放大模块101放大电流采样模块100的电流采样信号，电压跟随模块102根据经放大后的电流采样信号Vcso，输出均流母线信号Vbus，误差放大模块103根据经放大后的电流采样信号Vcso和均流母线信号Vbus，分压网络模块105对均流母线信号Vbus进行分压调整，输出调压信号Vadj，以使阻抗匹配模块104根据调压信号Vadj，调节开关电源电压环P的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流。基于此，使开关电源输出并联时可以同时实现高抗干扰性和高均流精度特性，提高开关电源输出并联的可靠性和实用性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，包括：
电流采样模块，用于采集开关电源输出回路的电流，得到电流采样信号；
信号放大模块，用于放大所述电流采样信号；
电压跟随模块，用于接入经放大后的电流采样信号，并用于输出均流母线信号；
误差放大模块，用于根据所述经放大后的电流采样信号和所述均流母线信号，输出调压信号；
阻抗匹配模块，用于接入所述调压信号，根据所述调压信号调节开关电源电压环的基准电压，以调节开关电源的输出电压，实现开关电源输出均流；
分压网络模块，用于对所述均流母线信号进行分压调整。
2.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述电流采样模块包括采样电阻；
所述采样电阻串联连接在所述开关电源输出回路中；
所述采样电阻一端用于接地，所述采样电阻另一端连接所述信号放大模块，用于输出所述电流采样信号。
3.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述信号放大模块包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；
所述第一运算放大器的同相输入端用于通过所述第一电阻接地，所述第一运算放大器的反相输入端用于通过所述第二电阻接入所述电流采样信号；所述第一运算放大器的输出端分别通过所述第三电阻和所述第一电容连接所述第一运算放大器的反相输入端；所述第一运算放大器的输出端用于输出所述经放大后的电流采样信号。
4.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述电压跟随模块包括第四电阻；
所述第四电阻一端用于接入所述经放大后的电流采样信号，所述第四电阻另一端用于输出均流母线信号。
5.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述电压跟随模块包括第二运算放大器和二极管；
所述第二运算放大器的同相输入端用于接入所述经放大后的电流采样信号，所述第二运算放大器的反相输入端连接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连接所述二极管的正极，所述二极管的负极用于输出所述均流母线信号。
6.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述误差放大模块包括第三运算放大器、第五电阻、第六电阻和第二电容；
所述第三运算放大器的反相输入端用于通过所述第五电阻接入所述经放大后的电流采样信号；所述第三运算放大器的反相输入端通过所述第六电阻和所述第二电容连接所述第三运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的同相输入端用于接入所述均流母线信号；所述第三运算放大器的输出端用于输出所述调压信号。
7.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述阻抗匹配模块包括第七电阻；
所述第七电阻一端用于接入所述调压信号，所述第七电阻另一端用于连接所述开关电源电压环。
8.根据权利要求1所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述分压网络模块包括第八电阻和第九电阻；
所述第八电阻一端用于接入所述经放大后的电流采样信号，所述第八电阻另一端用于通过所述第九电阻接入所述均流母线信号；所述第八电阻另一端还用于输出经调整后的均流母线信号。
9.根据权利要求8所述的开关电源输出并联均流控制电路，其特征在于，所述第八电阻的阻值与所述第九电阻的阻值相同。
10.一种开关电源系统，其特征在于，包括开关电源以及如权利要求1至9任意一项所述的开关电源输出并联均流控制电路。
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