CN111064352A - 一种实现并联场效应管主动均流的电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，包括至少两个并联的支路，每个支路均包括场效应管、电流采样模块、控制调节模块；所述的场效应管的漏极作为输入端与电流采样模块连接；电流采集模块输出信号连接到控制调节模块；每个支路的电流采样模块输出的信号连接后连接到控制调节模块；电流采样模块的输出端与控制调节模块连接；每个控制调节模块连接到所在支路的场效应管的栅极实现对场效应管的漏极及源极间的阻抗控制实现场效应管的并联均流，每个场效应管的源极连接后作为输出端。
Description
技术领域
本发明涉及板卡电源设计技术领域，具体涉及一种实现并联场效应管主动均流的电路结构。
背景技术
良好稳定的供电性能是服务器可以正常工作的前提，金属-氧化物半导体场效应晶体管，(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)作为一种常见的开关管经常应用于板卡电源设计中。MOSFET的工作原理，通过驱动电压模块输出VGS，当VGS超过MOSFET导通所需的门限电压时MOSFET的D极与S极之间开始导通，电流由VIN流向VOUT，当VGS低于MOSFET导通所需的门限电压后，D极与S极之间关断，MOSFET实现开关功能。随着电源电流增大，单颗MOSFET的通流能力已经无法满足要求，因此出现了MOSFET并联使用的情况。
MOSFET并联使用的方案虽然能够大幅度的提升MOSFET的整体通流能力，但由于存在驱动电压不同步、板卡Layout差异以及不同MOSFET之间的特性差异等因素，会导致不同MOSFET流经的电流不同，当该不均流现象严重时会使得承受电流较大的MOSFET损坏。
发明内容
针对由于存在驱动电压不同步、板卡Layout差异以及不同MOSFET之间的特性差异等因素，会导致不同MOSFET流经的电流不同，当该不均流现象严重时会使得承受电流较大的MOSFET损坏的问题，本发明提供一种实现并联场效应管主动均流的电路结构。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，包括至少两个并联的支路，每个支路均包括场效应管、电流采样模块、控制调节模块；所述的场效应管的漏极作为输入端与所在支路的电流采样模块连接；每个电流采样模块与所在支路的控制调节模块连接；每个支路的电流采样模块的输出信号连接后连接到每个控制调节模块；控制调节模块连接到所在支路的场效应管的栅极实现对场效应管的漏极及源极间的阻抗控制实现场效应管的并联均流，所有场效应管的源极连接后作为输出端。
优选地，所述的控制调节模块包括放大器和驱动电压模块；
电流采集模块输出电流信号通过转换电阻转换成电压信号连接到对应支路的放大器；
每个支路的电流采样模块输出的电流信号连接后通过转换电阻转换成平均电压信号连接到每个放大器；
放大器的输出端连接到所在支路的驱动电压模块，驱动电压模块连接到所在支路的场效应管的栅极。
优选地，所述的驱动电压模块包括驱动模块场效应管、电荷泵和等效电流源；
所述的驱动模块场效应管的栅极与所在支路的放大器的输出端连接；外部输入的电流依次通过电荷泵和等效电流源连接到驱动模块场效应管的漏极，驱动模块场效应管的源极接地；驱动模块场效应管的漏极作为输出端连接到所在支路的场效应管的栅极。
优选地，所述的支路的数量为两个；所述的场效应管数量为两个，分别为第一场效应管和第二场效应管；放大器的数量为两个，分别为第一放大器和第二放大器；电流采样模块的数量为两个，分别为第一电流采样模块和第二电流采样模块；驱动电压模块数量为两个，分别为第一驱动电压模块和第二驱动电压模块。
优选地，第一场效应管的漏极连接到第一电流采集模块，第一电流采集模块输出电流信号通过转换电阻R2转换成电压信号连接到第一放大器的正向输入端；
第二场效应管的漏极连接到第二电流采集模块，第二电流采集模块输出电流信号通过转换电阻R3转换成电压信号连接到第二放大器的正向输入端；
第一电流采集模块输出的电流信号与第二电流采集模块输出的电流信号连接后通过电阻R1转换成平均电压信号分别连接到第一放大器和第二放大器的反向输入端；
所述的第一放大器的输出端通过第一驱动电压模块连接到第一场效应管的栅极；
所述的第二放大器的输出端通过第二驱动电压模块连接到第二场效应管的栅极；第一场效应管的源极和第二场效应管的源极连接后作为输出端。
优选地，所有的场效应管的源极连接后的输出端通过电容接地。
优选地，所述的电流采集模块包括精密电阻，所述的精密电阻设置在场效应管的电流输入端。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：MOSFET并联使用时主动均流方案，弥补了现今MOSFET并联使用采用被动均流方式存在的不足，提高了均流精度。降低了对板卡及器件的参数要求，并提高了可控性。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构示意图。
图2为驱动电压模块连接示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，包括至少两个并联的支路，每个支路均包括场效应管、电流采样模块、控制调节模块；所述的场效应管的漏极作为输入端与所在支路的电流采样模块连接；每个电流采样模块与所在支路的控制调节模块连接；每个支路的电流采样模块的输出信号连接后连接到每个控制调节模块；控制调节模块连接到所在支路的场效应管的栅极实现对场效应管的漏极及源极间的阻抗控制实现场效应管的并联均流，所有场效应管的源极连接后作为输出端。每个控制调节模块连接到所在支路的场效应管的栅极实现对场效应管的漏极及源极间的阻抗控制实现场效应管的并联均流，所述的控制调节模块包括放大器和驱动电压模块；电流采集模块输出电流信号通过转换电阻转换成电压信号连接到对应支路的放大器；每个支路的电流采样模块输出的电流信号连接后通过转换电阻转换成平均电压信号连接到每个放大器；放大器的输出端连接到所在支路的驱动电压模块，驱动电压模块连接到所在支路的场效应管的栅极。
每个支路的电流采样模块采集流经本支路场效应管的电流，将采集到的电流信号经电阻转换为电压信号输出到控制调节模块；将每个支路电流采集模块采集的电流信号混合后经电阻转换成电压信号作为平均电压基准信号输入到控制调节模块，控制调节模块将电压信号与电压基准信号进行控制调节，控制输出的驱动电压VGS到场效应管；当场效应管工作在可变电阻区时，漏极与源极之间的阻抗随驱动电压VGS变化而变化。因此，通过控制驱动电压VGS便可以实现调控场效应管的漏极与源极之间的阻抗。当电流采集模块采集的电流相等时实现场效应管并联运行均流。
实施例二
本发明提供一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，与实施例一的不同之处包括：本实施例汇总，所述的支路的数量为两个；所述的场效应管数量为两个，分别为第一场效应管Q1和第二场效应管Q2；放大器的数量为两个，分别为第一放大器103和第二放大器203；电流采样模块的数量为两个，分别为第一电流采样模块101和第二电流采样模块201；驱动电压模块数量为两个，分别为第一驱动电压模块102和第二驱动电压模块102。
第一场效应管Q1的漏极连接到第一电流采集模块101，第一电流采集模块101输出电流信号通过转换电阻R2转换成电压信号连接到第一放大器103的正向输入端；
第二场效应管Q2的漏极连接到第二电流采集模块201，第二电流采集模块201输出电流信号通过转换电阻R3转换成电压信号连接到第二放大器203的正向输入端；
第一电流采集模块101输出的电流信号与第二电流采集模块201输出的电流信号连接后通过电阻R1转换成平均电压信号分别连接到第一放大器103和第二放大器203的反向输入端；
所述的第一放大器103的输出端通过第一驱动电压模块102连接到第一场效应管Q1的栅极；
所述的第二放大器203的输出端通过第二驱动电压模块202连接到第二场效应管Q2的栅极；第一场效应管Q1的源极和第二场效应管Q2的源极连接后作为输出端。所述的每个场效应管的源极连接后的输出端通过电容C接地。所述的电流采集模块包括精密电阻，所述的精密电阻设置在场效应管的电流输入端。
需要说明的是，如图2所示，本实施例中，所述的驱动电压模块包括驱动模块场效应管、charge pump电荷泵和等效电流源；所述的驱动模块场效应管的栅极与所在支路的放大器的输出端连接；输入的电流依次通过电荷泵和等效电流源连接到驱动模块场效应管的漏极，驱动模块场效应管的源极接地；驱动模块场效应管的漏极作为输出端连接到所在支路的场效应管的栅极。
如图1所示，两个场效应管的输入VIN及输出VOUT为同一平面，电流采样模块分别采取流经两个场效应管的电流，得到Isense_1与Isense_2，其中Isense_1经电阻R2转换为电压信号VCS_1，Isense_2经电阻R3转换为电压信号VCS_2，VCS_1与VCS_2分别接第一放大器103与第二放大器203的正向输入端，第一放大器103与第二放大器203的反向输入端分别接Isense_1与Isense_2，将两个放大器的反向输入端连接在一起并通过电阻R1转化为电压信号VIMON。其中，设定R3＝R2＝R，R1＝R/2，可得：
VCS_1＝Isense_1＊R
VCS_2＝Isense_2＊R
VIMON＝(Isense_1+Isense_2)＊R/2
因此，VCS_1、VCS_2可以等效看作流经两个场效应管的电流信号，VIMON等效为流经两个场效应管的平均电流信号。其工作原理为：VCS_1与VCS_2分别与VIMON信号进行比较，比较结果输入到驱动电压模块，从而控制输出的驱动电压VGS。以并联电路中第一支路为例，其工作原理为：当VCS_1大于VIMON时，第一放大器的输出变大，则驱动模块场效应管的栅极驱动电压增大，使得驱动模块场效应管的导通阻抗降低，等效电流源的电流流经该阻抗后生成的电压降低，即输出的VGS_1降低，此时第一场效应管的导通阻抗增加，流过第一场效应管的电流降低，即VCS_1减小；反之当VCS_1小于VIMON，第一放大器的输出变小，则驱动模块场效应管的栅极驱动电压减小，使得驱动模块场效应管的导通阻抗增大，等效电流源的电流流经该阻抗后生成的电压升高，即输出的VGS_1升高，此时第一场效应管的导通阻抗减小，流过第一场效应管的电流变大，即VCS_1升高；经上述两个调节过程实现VCS_1等于VIMON。
当工作在可变电阻区时，场效应管的D极与S极之间的阻抗随驱动电压VGS变化而变化。因此，通过控制驱动电压VGS便可以实现调控场效应管的D极与S极之间的阻抗。当VCS_1与VCS_2均等于VIMON时，该调节过程结束，此时Isense_1＝Isense_2，实现场效应管并联运行均流。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于包括至少两个并联的支路，每个支路均包括场效应管、电流采样模块、控制调节模块；所述的场效应管的漏极作为输入端与所在支路的电流采样模块连接；每个电流采样模块与所在支路的控制调节模块连接；每个支路的电流采样模块的输出信号连接后连接到每个控制调节模块；控制调节模块连接到所在支路的场效应管的栅极实现对场效应管的漏极及源极间的阻抗控制，实现场效应管的并联均流，所有场效应管的源极连接后作为输出端。
2.根据权利要求1所述的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于所述的控制调节模块包括放大器和驱动电压模块；
电流采集模块输出电流信号通过转换电阻转换成电压信号连接到对应支路的放大器；
每个支路的电流采样模块输出的电流信号连接后通过转换电阻转换成平均电压信号连接到每个放大器；
放大器的输出端连接到所在支路的驱动电压模块，驱动电压模块连接到所在支路的场效应管的栅极。
3.根据权利要求2所述的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于所述的驱动电压模块包括驱动模块场效应管、电荷泵和等效电流源；
所述的驱动模块场效应管的栅极与所在支路的放大器的输出端连接；外部输入的电流依次通过电荷泵和等效电流源连接到驱动模块场效应管的漏极，驱动模块场效应管的源极接地；驱动模块场效应管的漏极作为输出端连接到所在支路的场效应管的栅极。
4.根据权利要求3所述的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于所述的支路的数量为两个；所述的场效应管数量为两个，分别为第一场效应管和第二场效应管；放大器的数量为两个，分别为第一放大器和第二放大器；电流采样模块的数量为两个，分别为第一电流采样模块和第二电流采样模块；驱动电压模块数量为两个，分别为第一驱动电压模块和第二驱动电压模块。
5.根据权利要求4所述的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于第一场效应管的漏极连接到第一电流采集模块，第一电流采集模块输出电流信号通过转换电阻R2转换成电压信号连接到第一放大器的正向输入端；
第二场效应管的漏极连接到第二电流采集模块，第二电流采集模块输出电流信号通过转换电阻R3转换成电压信号连接到第二放大器的正向输入端；
第一电流采集模块输出的电流信号与第二电流采集模块输出的电流信号连接后通过电阻R1转换成平均电压信号分别连接到第一放大器和第二放大器的反向输入端；
所述的第一放大器的输出端通过第一驱动电压模块连接到第一场效应管的栅极；
所述的第二放大器的输出端通过第二驱动电压模块连接到第二场效应管的栅极；第一场效应管的源极和第二场效应管的源极连接后作为输出端。
6.根据权利要求1所述的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于所有的场效应管的源极连接后的输出端通过电容接地。
7.根据权利要求1所述的一种实现并联场效应管主动均流的电路结构，其特征在于所述的电流采集模块包括精密电阻，所述的精密电阻设置在场效应管的电流输入端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200424 |
|
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