CN111158415B - 用于电源模块的均流控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电源模块的均流控制装置，其包含：被动均流模块，其与采样电阻连接，用于采集采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第一信号；主动均流模块，其与采样电阻连接，用于采集采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号；电压环模块，其接收第一信号、第二信号以及电源模块的反馈信号，输出调整信号。故障保护模块，其与主动均流模块连接，用于采取故障保护措施。本发明同时具备被动均流方式以及主动均流方式，在正常运行时被动均流方式以及主动均流方式同时参与均流控制，提升均流控制的精度。异常工况下，采取故障保护措施，主动均流环断开，在只有被动均流环起作用的情况下仍然可以进行均流，提升均流控制装置的可靠性。

Description

用于电源模块的均流控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电源均流控制领域，具体地说，涉及一种用于电源模块的均流控制装置及方法。

背景技术

对于电源模块，可以等效为一个电压源(空载电压)和电阻(内阻)的串联组合等效电路，电子元器件参数的离散型会造成相同规格的电源模块空载电压和内阻的差异。内阻的存在会导致输出电压随着负载的增加而减小，内阻的差异会导致一端口网络的电压调整率不一致，如果直接并联势必会造成有的电源模块重载运行，而有的电源模块轻载运行，对于模块长时间重载或者轻载运行，都将严重影响整个电源系统的寿命。针对这个问题，就需要额外的电路来保证各个并联模块均分负载。

目前来说，电源均流存在改变内阻均流法：电路结构简单可靠性高，无需外部输入电流信号作为参考量，轻载均流效果差，重载均流效果较好，输出电压调整率和均流精度矛盾，均流精度在10％～20％。还存在主从方式均流法：电路结构复杂，需要人为设定一个主模块，主/从模块之间需要通讯联系，可靠性取决于主模块，一旦主模块失效，整个系统即失效，均流精度可达0.5％。还存在自动选主均流法：电路结构复杂，通过均流母线来传递均流信号，各个模块根据均流信号调节自身输出电流实现均流，可靠性介于改变内阻均流法和主从方式均流法之间，均流精度可达0.5％，但是一但均流母线失效，整个系统即失效。

因此，本发明提供了一种用于电源模块的均流控制装置及方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于电源模块的均流控制装置，所述装置包含：

被动均流模块，其与采样电阻连接，用于采集所述采样电阻上的信号，经过信号处理后得到第一信号；

主动均流模块，其与所述采样电阻连接，用于采集所述采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号；

电压环模块，其与所述被动均流模块、所述主动均流模块以及电源模块连接，接收所述第一信号、所述第二信号以及电源模块的反馈信号，输出调整信号；

故障保护模块，其与所述主动均流模块连接，用于根据均流母线信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式，在需要进入故障保护模式时，采取故障保护措施。

根据本发明的一个实施例，所述被动均流模块包含：

第一运放，其反相端采集所述采样电阻上的信号与反相端的基准信号做比较，用于进行信号处理；

第一电阻，其第一端与所述第一运放的输出端连接；

第二电阻，其第一端与所述第一电阻的第二端连接，第二端与地连接；

第三电阻，其第一端与外部电源连接；

第一三极管，其基极与所述第二电阻的第一端连接，集电极与所述第三电阻的第二端连接，发射极与地连接。

根据本发明的一个实施例，所述主动均流模块包含：

第二运放，其同相端以及反相端分别连接在所述采样电阻的两端，用于进行信号处理；

第三运放，其反相端与所述第二运放的输出端连接，同相端输入所述均流母线信号；

第四运放，其同相端与所述第三运放的输出端连接；

第四电阻，其第一端与所述第四运放的反相端连接，第二端与地连接；

第二三极管，其基极与所述第四运放的输出端连接，集电极与所述被动均流模块连接，发射极与所述第四电阻的第一端连接。

根据本发明的一个实施例，所述均流控制装置还包含：

开关，其第一端与所述均流母线信号连接，第二端与所述第三运放的同相端连接，用于在所述均流控制装置需要进入故障保护模式时断开。

根据本发明的一个实施例，所述电压环模块包含：

第五运放，其同相端输入基准信号，反相端与所述被动均流模块以及所述主动均流模块连接，用于输出所述调整信号。

根据本发明的一个实施例，所述故障保护模块包含：

窗口比较器，其输入端输入所述均流母线信号以及预设电压信号；

与非门，其与所述窗口比较器的输出端连接，用于根据与非门输出结果信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式。

根据本发明的一个实施例，所述窗口比较器包含：

第六运放，其同相端输入所述预设电压信号，反相端输入所述均流母线信号，输出端与所述与非门连接；

第七运放，其同相端输入所述均流母线信号，反相端输入所述预设电压信号，输出端与所述与非门连接。

根据本发明的一个实施例，所述均流控制装置还包含：

电容，其第一端与所述电源模块连接，第二端与所述被动均流模块连接；

第五电阻，其第一端与所述电源模块连接，第二端与所述被动均流模块、所述主动均流模块以及所述电压环模块连接；

第六电阻，其第一端与所述第五电阻的第二端连接，第二端与地连接。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于电源模块的均流控制方法，所述方法包含以下步骤：

采集采样电阻上的信号，经过信号处理后得到第一信号；

采集所述采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号；

根据所述第一信号、所述第二信号以及所述电源模块的反馈信号，输出调整信号；

根据均流母线信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式，在需要进入故障保护模式时，采取故障保护措施。

根据本发明的一个实施例，在所述均流控制装置需要进入故障保护模式时断开连接在主动均流模块与电压环模块之间的开关。

本发明提供的用于电源模块的均流控制装置及方法同时具备被动均流方式以及主动均流方式，在正常运行时被动均流方式以及主动均流方式同时参与均流控制，能够提升均流控制的精度。并且，本发明还具备故障保护模式，在异常工况下，采取故障保护措施，主动均流环断开，在只有被动均流环起作用的情况下仍然可以进行均流，提升了整个均流控制装置的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于电源模块的均流控制装置结构框图；

图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于电源模块的均流控制装置详细电路图；以及

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于电源模块的均流控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于电源模块的均流控制装置结构框图。

如图1所示，均流控制装置包含被动均流模块101、主动均流模块102、电压环模块103以及故障保护模块104。

在本发明中，均流电路可以分成被动均流和主动均流两大类。被动均流方式具备电路设计简单可靠性高，无需外部输入电流信号作为参考量，轻载均流效果差，重载均流效果较好的特点。主动均流结构相对复杂，均流精度高，但是需要一条互联的电流信号作为输入信号参考量，一旦这个参考量失效整个均流系统就失效了。因此，本发明为了提高整个装置的可靠性，还具备故障保护模块。

在一个实施例中，被动均流模块101与采样电阻连接，用于采集采样电阻上的信号，经过信号处理后得到第一信号。在实际的应用中，根据本发明的一个实施例，被动均流模块101包含第一运放、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一三极管。其中，第一运放的反相端采集采样电阻上的信号与反相端的基准信号做比较，用于进行信号处理。第一电阻的第一端与第一运放的输出端连接。第二电阻的第一端与第一电阻的第二端连接，第二端与地连接。第三电阻的第一端与外部电源连接。第一三极管的基极与第二电阻的第一端连接，集电极与第三电阻的第二端连接，发射极与地连接。

在一个实施例中，主动均流模块102与采样电阻连接，用于采集采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号。在实际的应用中，根据本发明的一个实施例，主动均流模块102包含第二运放、第三运放、第四运放、第四电阻以及第二三极管。其中，第二运放的同相端以及反相端分别连接在采样电阻的两端，用于进行信号处理。第三运放的反相端与第二运放的输出端连接，同相端输入均流母线信号。第四运放的同相端与第三运放的输出端连接。第四电阻的第一端与第四运放的反相端连接，第二端与地连接。第二三极管的基极与第四运放的输出端连接，集电极与被动均流模块连接，发射极与第四电阻的第一端连接。

为了提升本发明提供的均流控制装置的可靠性，在一个实施例中，均流控制装置还包含开关。开关的第一端与均流母线信号连接，第二端与第三运放的同相端连接，用于在均流控制装置需要进入故障保护模式时断开。需要说明的是，其它具有选择功能的电路通断设备也可以应用到本发明的实施例中，本发明不对此作出限制。

在一个实施例中，电压环模块103与被动均流模块、主动均流模块以及电源模块连接，接收第一信号、第二信号以及电源模块的反馈信号，输出调整信号。在实际的应用中，根据本发明的一个实施例，电压环模块103包含第五运放。其中，第五运放的同相端输入基准信号，反相端与被动均流模块以及主动均流模块连接，用于输出调整信号。

在一个实施例中，故障保护模块104与主动均流模块连接，用于根据均流母线信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式，在需要进入故障保护模式时，采取故障保护措施。在实际的应用中，根据本发明的一个实施例，故障保护模块104包含窗口比较器以及与非门。其中，窗口比较器输入端输入均流母线信号以及预设电压信号。与非门与窗口比较器的输出端连接，用于根据与非门输出结果信号判断均流控制装置是否需要进入故障保护模式。

根据本发明的一个实施例，窗口比较器包含第六运放以及第七运放。其中，第六运放的同相端输入预设电压信号，反相端输入均流母线信号，输出端与与非门连接。第七运放的同相端输入均流母线信号，反相端输入预设电压信号，输出端与与非门连接。

如图1所示的用于电源模块的均流控制装置同时具备被动均流方式以及主动均流方式，在正常运行时被动均流方式以及主动均流方式同时参与均流控制，能够提升均流控制的精度。并且，本发明还具备故障保护模式，在异常工况下，采取故障保护措施，主动均流环断开，在只有被动均流环起作用的情况下仍然可以进行均流，提升了整个均流控制装置的可靠性。

图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于电源模块的均流控制装置详细电路图。

如图2所示，均流控制装置包含第一运放U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一三极管Q1、第二运放U2、第三运放U3、第四运放U4、第四电阻R4、第二三极管Q2、第五运放U5、第六运放U6、第七运放U7、与非门(NAND gate)、开关S1、电容C、第五电阻R5以及第六电阻R6。

其中，第一运放U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一三极管Q1组成被动均流环。第二运放U2、第三运放U3、第四运放U4、第四电阻R4以及第二三极管Q2组成主动均流环。第五运放U5组成电压环。第六运放U6、第七运放U7以及与非门(NAND gate)组成故障保护模块。

电路工作时被动均流环和主动均流环同时参与均流：分别将采集的电流信号放大，送入到电压环，电压环通过减PWM(Pulse width modulation)脉冲宽度调制波来调整输出电压，从而实现调整输出电流的目的。均流精度取决于主动均流环的均流精度，一旦均流母线(LS，Load share bus)失效，故障保护电路将断开主动均流环和主电路的连接，此时起均流作用的只有被动均流环，均流精度取决于被动均流环的均流精度。

如图2所示，被动均流环采集采样电阻Rcs上的信号CS+送到第一运放U1的反相端，同同相端上的基准信号做比较，进行信号处理得到CSO1(Current sense amplifieroutput)电流检测放大器输出端，主动均流环采集采样电阻Rcs两端的信号CS+(Currentsense amplifier noninverting input)电流检测放大器同相输入端和CS-(Currentsense amplifier inverting input)电流检测放大器反相输入端分别送到第二运放U2的同相端和反相端进行电流放大得到CSO2，其中，CSO2只有在等于LS信号时不送出信号，在高于LS信号或低于LS信号时会送出信号，电压环采集输出电压信号得到反馈信号；CSO1和CSO2以及电压环采集的反馈信号合路后得到的信号Vfb送到第五运放U5的反相端，同同相端的基准电压Vref做比较，当高于基准电压Vref时，减少PWM波，低于基准电压Vref时，增加PWM波，从而实现输出电压的调整。

根据本发明的一个实施例，故障处理描述：整个均流过程，实时采样LS的信号送至由U5和U6构成的窗口比较器进行判断，只有LS信号介于(GND+0.5，VDD-0.5)之间，此时Fault为0，S1闭合，主动均流环才会参与均流，当出现LS被短接到地或者上拉到电源轨等异常工况，Fault输出1，S1断开，主动均流环和电压环的连接被断开，不参与均流，此时参与均流的只有被动均流环。

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于电源模块的均流控制方法流程图。

如图3所示，在步骤S301中，采集采样电阻上的信号，经过信号处理后得到第一信号。在步骤S302中，采集采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号。在均流控制过程中，如果均流母线没有出现异常工况，则步骤S301与步骤S302同时进行，即被动均流模块与主动均流模块同时工作。如果均流母线出现异常工况，则断开主动均流模块部分的连接，主动均流模块不参与均流，只有被动均流模块参与均流。

在步骤S303中，根据第一信号、第二信号以及电源模块的反馈信号，输出调整信号。在本步骤中，电压环接收第一信号、第二信号以及电源模块的反馈信号，经过处理后输出调整信号。

最后，在步骤S304中，根据均流母线信号判断均流控制装置是否需要进入故障保护模式，在需要进入故障保护模式时，采取故障保护模式。故障保护模式包含窗口比较器以及与非门，窗口比较器的预设电压范围是(GND+0.5，VDD-0.5)。只有当均流母线信号(LS)介于(GND+0.5，VDD-0.5)之间时，主动均流模块才会参与均流。当均流母线(LS)被短接到地或者上拉到电源轨等异常工况，主动均流模块不参与均流。

需要说明的是，预设电压范围(GND+0.5，VDD-0.5)不唯一，在实际应用中可以根据实际情况进行调整，本发明不对此做出限制。

综上，本发明提供的用于电源模块的均流控制装置及方法同时具备被动均流方式以及主动均流方式，在正常运行时被动均流方式以及主动均流方式同时参与均流控制，能够提升均流控制的精度。并且，本发明还具备故障保护模式在异常工况下，采取故障保护措施，主动均流环断开，在只有被动均流环起作用的情况下仍然可以进行均流，提升了整个均流控制装置的可靠性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种用于电源模块的均流控制装置，其特征在于，所述装置包含：

被动均流模块，其与采样电阻连接，用于采集所述采样电阻上的信号，经过信号处理后得到第一信号；

主动均流模块，其与所述采样电阻连接，用于采集所述采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号；

电压环模块，其与所述被动均流模块、所述主动均流模块以及电源模块连接，接收所述第一信号、所述第二信号以及电源模块的反馈信号，输出调整信号；

故障保护模块，其与所述主动均流模块连接，用于根据均流母线信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式，在需要进入故障保护模式时，采取故障保护措施；

所述主动均流模块包含：

第二运放，其同相端以及反相端分别连接在所述采样电阻的两端，用于进行信号处理；

第三运放，其反相端与所述第二运放的输出端连接，同相端输入所述均流母线信号；

第四运放，其同相端与所述第三运放的输出端连接；

第四电阻，其第一端与所述第四运放的反相端连接，第二端与地连接；

第二三极管，其基极与所述第四运放的输出端连接，集电极与所述被动均流模块连接，发射极与所述第四电阻的第一端连接；

所述被动均流模块包含：

第一运放，其反相端采集所述采样电阻上的信号与同相端的基准信号做比较，用于进行信号处理；

第一电阻，其第一端与所述第一运放的输出端连接；

第二电阻，其第一端与所述第一电阻的第二端连接，第二端与地连接；

第三电阻，其第一端与外部电源连接，第二端与所述第二三极管的集电极连接；

第一三极管，其基极与所述第二电阻的第一端连接，集电极与所述第三电阻的第二端连接，发射极与地连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均流控制装置还包含：

开关，其第一端与所述均流母线信号连接，第二端与所述第三运放的同相端连接，用于在所述均流控制装置需要进入故障保护模式时断开。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压环模块包含：

第五运放，其同相端输入基准信号，反相端与所述被动均流模块以及所述主动均流模块连接，用于输出所述调整信号。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述故障保护模块包含：

窗口比较器，其输入端输入所述均流母线信号以及预设电压信号；

与非门，其与所述窗口比较器的输出端连接，用于根据与非门输出结果信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述窗口比较器包含：

第六运放，其同相端输入所述预设电压信号，反相端输入所述均流母线信号，输出端与所述与非门连接；

第七运放，其同相端输入所述均流母线信号，反相端输入所述预设电压信号，输出端与所述与非门连接。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述均流控制装置还包含：

电容，其第一端与所述电源模块连接，第二端与所述被动均流模块连接；

第五电阻，其第一端与所述电源模块连接，第二端与所述被动均流模块、所述主动均流模块以及所述电压环模块连接；

第六电阻，其第一端与所述第五电阻的第二端连接，第二端与地连接。

7.一种用于电源模块的均流控制方法，其特征在于，通过如权利要求1-6中任一项所述的用于电源模块的均流控制装置进行电源模块的均流控制，所述方法包含以下步骤：

采集采样电阻上的信号，经过信号处理后得到第一信号；

采集所述采样电阻两端的信号，经过信号处理后得到第二信号；

根据所述第一信号、所述第二信号以及所述电源模块的反馈信号，输出调整信号；

根据均流母线信号判断所述均流控制装置是否需要进入故障保护模式，在需要进入故障保护模式时，采取故障保护措施。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述均流控制装置需要进入故障保护模式时断开连接在主动均流模块与电压环模块之间的开关。

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