CN114268215A - 一种基于dcr电流采样的并联均流电源系统 - Google Patents

一种基于dcr电流采样的并联均流电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统，属于电源管理领域，包括两个电源系统模块、均流电阻、频率设置电阻、输入输出电容、可调反馈电阻以及外围电阻电容等。两个电源系统模块的Is输出端分别连接阻值相同的均流电阻，均流电阻的另一端接到一起，构成均值母线；两个电源系统模块的VFB引脚均连接到由RFB1、RFB2构成的反馈分压网络。两个电源系统模块其他对应引脚分别连接。两个电源系统模块频率设置电阻的阻值相同。本发明实现了两个电源系统模块的并联均流，提高了电源系统的带载能力，具有较高的可靠性、冗余性。

Description

一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，特别涉及一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统。
背景技术
随着电子技术的持续发展，处理器的性能、集成度和复杂度越来越高，电子设备需要的电流也随之增大。大电流的需求使得电源模块内功率管承受应力过大以及发热过高，增加级联的功率管又会增大电源模块体积。
大电流的需求使得供电系统的并联技术应运而生，并得以快速发展。供电系统并联使用，电源模块内功率管承受应力大幅减小、发热大幅降低，同时可以减小电源模块的体积。
电源系统并联使用时，如果电流分配不均，导致电源系统热应力分配不均，系统不稳定，甚至电源模块之间出现环流而损坏电源系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统，可实现两个或多个电源系统模块的并联均流，提高系统的稳定性、可靠性、冗余性以及带载能力。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统，包括两个电源系统模块、均流电阻R1和R2、频率设置电阻RSET、可调反馈电阻RFB1和RFB2、外围辅助电阻R3和R4、外围辅助电容C1和C2；
所述两个电源系统模块的输入端并联作为系统的电源输入端口VIN，用于接入外部电源；两个电源系统模块的输出端并联作为系统的供电输出端口VOUT，用于接入负载；
所述两个电源系统模块的VFB引脚均连接到由可调反馈电阻RFB1、RFB2构成的反馈分压网络，通过改变所述可调反馈电阻RFB1、RFB2的大小实现对应电源系统模块输出电压的设置，以适应负载对电源电压的需求；
所述两个电源系统模块的Is输出端分别连接均流电阻R1、R2的一端；均流电阻R1、R2的另一端接到一起，通过电容接地，构成均流模块；
一个电源系统模块的PFOOD引脚通过外围辅助电阻R3与自身的INTVcc引脚相连，并且该INTVcc引脚通过开关K接地；另一个电源系统模块的PFOOD引脚通过外围辅助电阻R4与自身的INTVcc引脚相连；两个电源系统模块的RUN/SS引脚互连并接至所述开关K；
所述两个电源系统模块的FSET引脚分别通过一个频率设置电阻RSET接地；所述两个电源系统模块的TRACK引脚互连并共同通过外围辅助电容C1接地；所述两个电源系统模块的VOUTs引脚互连；所述两个电源系统模块的COMP引脚互连；所述两个电源系统模块的Vsense引脚均连接至供电输出端口VOUT。
可选的，所述两个电源系统模块结构相同，分别包括输入单元、输出单元、驱动单元、功率变换单元、电压电流采样单元、逻辑控制单元、输出电压编程单元、软启动单元、内部补偿单元以及保护单元；
所述输入单元用于连接外部电源；所述输出单元用于向负载供电；
所述驱动单元一端与逻辑控制单元相连，另一端与功率变换单元相连，实现逻辑控制信号驱动功率变换单元；
所述功率变换单元的一端与驱动单元相连，另一端与输出单元相连，实现两种不同电压之间的变换以匹配负载需求；
所述电压电流采样单元检测电源系统模块的输出电压和输出电流，将采样得到的输出电压和输出电流信息反馈给逻辑控制单元；
所述逻辑控制单元根据电压电流采样单元反馈的输出电压和输出电流信息，控制电路输出电压、电流以匹配负载需求；
所述软启动单元用于设置输出电压爬升时间；
所述输出电压编程单元用于设置输出电压；
所述内部补偿单元用于内部实现环路补偿；
所述保护单元包括过压、过流保护，用于过压、过流状态时，对电源模块系统实施保护。
可选的，所述电源输入端口VIN处并联有输入电容CIN，所述供电输出端口VOUT处并联有输出电容COUT。
可选的，所述并联均流电源系统中的两个电源系统模块的频率设置相同。
可选的，所述电源系统模块的输出电流比参考电流IL大时，输出电压略降低；所述电源系统模块的输出电流比参考电流IL小时，输出电压略升高。
可选的，所述输出电压通过I/V转换为采样电流，所述均流模块通过调整母线电流和采样电流的比较信号，控制PWM控制信号，实现均流。
可选的，所述电压电流采样单元和与其相连的电感L、及与所述电感L并联的阻容共同构成DCR电流采样单元，所述DCR电流采样单元通过一个低通RC网络对电感L上的压降进行采样，检测流过电感的电流，得到单个电源系统模块输出电流信号；根据DCR上的压降大小，通过电平检测模块，判断是否进行电平位移，然后送入反流比较器和PWM比较器，再送入逻辑控制单元，形成控制信号，经过驱动单元控制开关管，实现电源系统模块之间的并联均流。
可选的，均流电阻R1和均流电阻R2的阻值相同。
可选的，两个电源系统模块的GND引脚、SGND引脚和PHASEMD引脚均接地。
在本发明提供的基于DCR电流采样的并联均流电源系统中，包括两个电源系统模块、均流电阻、频率设置电阻、输入输出电容、可调反馈电阻以及外围电阻电容等。两个电源系统模块的Is输出端分别连接阻值相同的均流电阻，均流电阻的另一端接到一起，构成均值母线；两个电源系统模块的VFB引脚均连接到由RFB1、RFB2构成的反馈分压网络。两个电源系统模块其他对应引脚分别连接。两个电源系统模块频率设置电阻的阻值相同。本发明实现了两个电源系统模块的并联均流，提高了电源系统的带载能力，具有较高的可靠性、冗余性。
附图说明
图1为本发明提供的基于DCR电流采样的并联均流电源系统的结构框图；
图2为本发明提供的基于DCR电流采样的并联均流电源系统原理框图；
图3为电源系统模块逻辑控制原理框图；
图4为DCR电流采样单元的原理结构图；
图5为本发明中并联均流的原理示意图；
图6为本发明并联均流曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供了一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其结构如图1所示，包括第一电源系统模块、第二电源系统模块、均流电阻R1和R2、频率设置电阻RSET、可调反馈电阻RFB1和RFB2、外围辅助电阻R3和R4、外围辅助电容C1和C2。
请继续参阅图1，两个电源系统模块的输入端并联作为系统的电源输入端口VIN，用于接入外部电源；两个电源系统模块的输出端并联作为系统的供电输出端口VOUT，用于接入负载；所述电源输入端口VIN处并联有输入电容CIN，所述供电输出端口VOUT处并联有输出电容COUT。
所述两个电源系统模块的Is输出端分别连接均流电阻R1、R2的一端；均流电阻R1、R2的另一端接到一起，通过电容接地，构成均流模块；
第一电源系统模块的PFOOD1引脚通过外围辅助电阻R3与自身的INTVcc引脚相连，并且该INTVcc引脚通过开关K接地；第二电源系统模块的PFOOD2引脚通过外围辅助电阻R4与自身的INTVcc引脚相连；第一电源系统模块的RUN/SS1引脚和第二电源系统模块的RUN/SS2引脚互连并接至所述开关K。
所述两个电源系统模块的FSET引脚分别通过一个频率设置电阻RSET接地；第一电源系统模块的TRACK1引脚和第二电源系统模块的TRACK2引脚互连并共同通过外围辅助电容C1接地。第一电源系统模块的VOUTs1引脚和第二电源系统模块的VOUTs2引脚互连；第一电源系统模块的COMP1引脚和第二电源系统模块的COMP2引脚互连；所述两个电源系统模块的Vsense引脚均连接至供电输出端口VOUT。
如图2所示和图3所示，第一电源系统模块100和第二电源系统模块200结构相同，均流模块300包括均流电阻R1、R2和电容C2。电源系统模块包括输入单元、输出单元、驱动单元、功率变换单元、电压电流采样单元、逻辑控制单元、输出电压编程单元、软启动单元、内部补偿单元以及保护单元。所述输入单元具有用于接入外部电源的输入端和与电源系统模块连接的输出端，其输入电容具有滤波、去耦的作用；所述输出单元用于向负载供电，输出功率，其输出电容具有滤波、储能的作用；所述驱动单元一端与逻辑控制单元相连，另一端与功率变换单元相连，用于实现逻辑控制信号驱动功率变换单元；所述功率变换单元的一端与驱动单元相连，另一端与输出单元相连，用于实现两种不同电压之间的变换以匹配负载需求；所述电压电流采样单元用于检测电源系统模块的输出电压和输出电流，将采样得到的输出电压和输出电流信息反馈给逻辑控制单元；所述逻辑控制单元根据电压电流采样单元反馈的输出电压和输出电流信息，控制电路输出电压、电流以匹配负载需求；所述软启动单元用于设置输出电压爬升时间；所述输出电压编程单元用于设置输出电压；所述补偿单元用于内部实现环路补偿；所述保护单元包括过压、过流保护，用于过压、过流状态时，对电源模块系统实施保护。
本实施例中，所述两个电源系统模块的VFB引脚(VFB1引脚和VFB2引脚)连接到由可调反馈电阻RFB1、RFB2构成的反馈分压网络，使各电源系统模块输出电压一致，避免内部环流；通过改变所述可调反馈电阻RFB1、RFB2的大小实现对应电源系统模块输出电压的设置，以适应负载对电源电压的需求；计算公式如下：
VOUT＝Vref·(1+RFB2/RFB1)
其中Vref为输入比较单元的参考电压，即图2中的Vref1和Vref2。本实施例中，所述并联均流电源系统中两个电源系统模块的频率设置相同，其他对应引脚并联。
所述并联均流电源系统中，某个电源系统模块的输出电流比参考电流IL大时，输出电压略降低；某个电源系统模块的输出电流比参考电流IL小时，输出电压略升高；采样输出电压通过I/V转换为采样电流，所述均流模块通过调整母线电流和采样电流的比较信号，控制PWM控制信号，实现均流。
本实施例中，所述电压电流采样单元和与其相连的电感L、及与所述电感L并联的阻容共同构成DCR电流采样单元，所述DCR电流采样单元如图4所示，是通过一个低通RC网络对电感L上的压降进行采样，检测流过电感的电流，得到单个电源系统模块输出电流信号；所述的DCR电流采样技术是根据DCR上的压降大小，通过电平检测技术，判断是否进行电平位移，然后送入反流比较器和PWM比较器，再送入逻辑控制单元，形成控制信号，经过驱动单元控制开关管，实现电源系统模块之间的并联均流。
所述基于DCR电流采样的并联均流电源系统具有过压、过流保护功能。如图3所示，本实施例中，在每个内部电源模块逻辑控制中加入过压、过流保护单元，对并联均流电源系统起到保护作用。
本实施例中，本发明提出了一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统原理框图如图2所示，基本工作原理如下所述：
所述并联均流电源系统中，第一电源系统模块100的输出电流变化，使得电压电流采样感应输出变化，电压电流采样感应输出端口输出信号与负载电流成比例增大；如图5所示，所述并联均流电源系统中，从第一电源系统模块100和第二电源系统模块200的电压电流采样单元得到电流信息，与母线信息进行比较，使得所有电源系统模块电流均向母线靠近；电流信息与母线电流信息进行比较后，经过均值电阻，进一步平均控制信号，使得PWN控制器产生相同或相近的控制信号，实现电源系统模块之间的并联均流。
在本实施例中，VOUT＝1.5V，ILOAD＝10A，初始时间T＝0～5ms：I1＝10A，I2＝0A，其中I1为第一电源系统模块100的输出电流，I2为第二电源系统模块200的输出电流；当T＝5ms时，第二电源系统模块接入供电系统，第一电源系统模块和第二电源系统模块并联为负载供电。如图6所示，为已验证的本实施例所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统的并联均流曲线，随时间变化，两个电源系统模块的输出电流趋于负载电流的1/2，实现了两个电源系统模块并联运行时的均流，增强了供电系统带载能力，提高了供电系统的可靠性。
本发明中，“连”、“连接”、“接”、“相连”等均表示电气相连接的词语，如无特殊说明，均表示直接或者间接的电气连接。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，包括两个电源系统模块、均流电阻R1和R2、频率设置电阻RSET、可调反馈电阻RFB1和RFB2、外围辅助电阻R3和R4、外围辅助电容C1和C2；
所述两个电源系统模块的输入端并联作为系统的电源输入端口VIN，用于接入外部电源；两个电源系统模块的输出端并联作为系统的供电输出端口VOUT，用于接入负载；
所述两个电源系统模块的VFB引脚均连接到由可调反馈电阻RFB1、RFB2构成的反馈分压网络，通过改变所述可调反馈电阻RFB1、RFB2的大小实现对应电源系统模块输出电压的设置，以适应负载对电源电压的需求；
所述两个电源系统模块的Is输出端分别连接均流电阻R1、R2的一端；均流电阻R1、R2的另一端接到一起，通过电容接地，构成均流模块；
一个电源系统模块的PFOOD引脚通过外围辅助电阻R3与自身的INTVcc引脚相连，并且该INTVcc引脚通过开关K接地；另一个电源系统模块的PFOOD引脚通过外围辅助电阻R4与自身的INTVcc引脚相连；两个电源系统模块的RUN/SS引脚互连并接至所述开关K；
所述两个电源系统模块的FSET引脚分别通过一个频率设置电阻RSET接地；所述两个电源系统模块的TRACK引脚互连并共同通过外围辅助电容C1接地；所述两个电源系统模块的VOUTs引脚互连；所述两个电源系统模块的COMP引脚互连；所述两个电源系统模块的Vsense引脚均连接至供电输出端口VOUT。
2.如权利要求1所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，所述两个电源系统模块结构相同，分别包括输入单元、输出单元、驱动单元、功率变换单元、电压电流采样单元、逻辑控制单元、输出电压编程单元、软启动单元、内部补偿单元以及保护单元；
所述输入单元用于连接外部电源；所述输出单元用于向负载供电；
所述驱动单元一端与逻辑控制单元相连，另一端与功率变换单元相连，实现逻辑控制信号驱动功率变换单元；
所述功率变换单元的一端与驱动单元相连，另一端与输出单元相连，实现两种不同电压之间的变换以匹配负载需求；
所述电压电流采样单元检测电源系统模块的输出电压和输出电流，将采样得到的输出电压和输出电流信息反馈给逻辑控制单元；
所述逻辑控制单元根据电压电流采样单元反馈的输出电压和输出电流信息，控制电路输出电压、电流以匹配负载需求；
所述软启动单元用于设置输出电压爬升时间；
所述输出电压编程单元用于设置输出电压；
所述内部补偿单元用于内部实现环路补偿；
所述保护单元包括过压、过流保护，用于过压、过流状态时，对电源模块系统实施保护。
3.如权利要求1所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，所述电源输入端口VIN处并联有输入电容CIN，所述供电输出端口VOUT处并联有输出电容COUT。
4.如权利要求3所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，所述并联均流电源系统中的两个电源系统模块的频率设置相同。
5.如权利要求4所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，所述电源系统模块的输出电流比参考电流大时，输出电压略降低；所述电源系统模块的输出电流比参考电流小时，输出电压略升高。
6.如权利要求5所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，所述输出电压通过I/V转换为采样电流，所述均流模块通过调整母线电流和采样电流的比较信号，控制PWM控制信号，实现均流。
7.如权利要求1所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，所述电压电流采样单元和与其相连的电感L、及与所述电感L并联的阻容共同构成DCR电流采样单元，所述DCR电流采样单元通过一个低通RC网络对电感L上的压降进行采样，检测流过电感的电流，得到单个电源系统模块输出电流信号；根据DCR上的压降大小，通过电平检测模块，判断是否进行电平位移，然后送入反流比较器和PWM比较器，再送入逻辑控制单元，形成控制信号，经过驱动单元控制开关管，实现电源系统模块之间的并联均流。
8.如权利要求1所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，均流电阻R1和均流电阻R2的阻值相同。
9.如权利要求1所述的基于DCR电流采样的并联均流电源系统，其特征在于，两个电源系统模块的GND引脚、SGND引脚和PHASEMD引脚均接地。
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