CN201994662U - 一种用于低压输出开关电源负载共享和热插拔的应用电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型主要提供了一种将电源并联的方法电路，可以提供分配负载、故障隔离和电源带电插拔。电源电流能被准确测量，然后与负载分配总线比较。电源输出电压被调整直到负载电流与负载分配总线匹配，即实现负载共享。利用负载和电源间的功率FET，可以快速隔离故障电源，并在背板上无干扰的移除和更换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于低压输出开关电源负载共享和热插拔的应用电路。
背景技术
传统的方法是负载共享（并联均流）功能是要求每个并联在总线上的电源输出电流大致相当。
热插拔功能是要求电源在系统电源不断电的情况下可直接插拔更换。
这两种功能用传统的方法是分开实现的，其线路框图如图1。热插拔技术必须通过特殊的连接器实现，要求控制引脚比其他引脚短，只有在其他引脚紧密接触后才接通控制引脚。负载共享电路如图2所示，该图是UC3902的应用电路图，在电源模块负线串联采样电阻，检测电流大小，电阻上的压降通过运放放大后控制三极管的通断，调整＋SENSE上的电压，进而调整电源模块输出电压，与SHARE＋上的电压一致，达到负载共享的目的；该方式对单体开关电源要求必须为同步整流电路。
由于传统的热插拔功能及并联均流功能对电路及接插件有特殊要求，用传统的开关电源设计实现较为复杂，同时由于对单体开关电源的整流方式有严格规定，不能满足大部分对传统领域旧有电源系统的简单升级（扩容）要求。
发明内容
本实用新型通过一种应用电路，同时实现负载共享、电压监视、输出电压调整、故障报警和热插拔等功能。不仅可方便现行的设计，还可方便实现对大部分对传统领域旧有电源系统的简单升级（扩容）要求。本实用新型功能框图如图3所示。本实用新型通过一种集成设计电路，提供了一种将输出电源并联的方法，可以提供分配负载、故障隔离和电源带电插拔。该实用新型对单体开关电源电路形式无特殊要求，对接插件也无特殊要求。该实用新型通过对电源电流的准确测量，然后与电流分配总线比较，调整电源输出电压直到负载电流与电流分配总线匹配，即实现负载共享；同时利用负载和电源间的功率FET，可以快速隔离故障电源，并在背板上无干扰的移除和更换。。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是传统的负载共享和热插拔线路框图。
图2是传统的负载共享基本电路图。
图3是本实用新型功能框图。
图4是本实用新型工作电路简图。
图5是本实用新型设计案例。
图6是tR测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
负载共享：ISENSE功能块是通过放大单体电源输出检测电阻上的压降来测量电源电流，外部电阻器RSENSE决定了ISENSE功能块的增益，经过检测电阻的压降除以精确1k电阻产生一个电流。RSENSE电压通过使用E/A2功能块与电流分配总线比较。E/A2的输出通过IOUT功能块检测各并联电源输出电压并反馈至前极变换调整功率电源输出电压，当系统中所有检测电压等于总线分配电压时，负载电流被平均分配。
电压监视：E/A1放大器通过反馈分压器监视输出电压，反馈分压与E/A1放大器内部基准比较，如果反馈分压小于或等于基准电压，E/A1输出则驱动或分配总线，如果反馈分压高于基准电压，COMP引脚接地通过串联二极管与COMP1断接。通过上述方式实现对输出电压的时事监控。
输出电压调整：为了具有远程检测特点的电源而设计。每个电源的输出电压需要调整到公共负载的最后输出电压之下。在大多数电源中，检测电压与输出电压直接连接，如果电源检测线路上串联一个小阻值的电阻器ROUT，通过ROUT的电压降表明更低的检测电压，这需要电源提高它的输出电压来补偿，用此方式实现完整的最终输出电压控制。
热插拔：通过控制外部功率FET，允许电源在不干扰电源总线的前提下在电源系统中进行热插拔。功率FET的栅极电压慢慢上升，这种缓慢使电源输入和输出电容器充电，避免了热插入电源总线时引起的大幅度浪涌电流。
本实用新型的设计案例如图5所示，当电源首先作用到VCC引脚，功率FET的栅极被拉低，一旦VCC升高并大于欠压锁定阈值，芯片的UV引脚发挥作用。VCC引脚处需要一个0.1μF的旁路电容器，如果VCC引脚与同样被调整的电源连接，需要一个51Ω的去耦电阻器从而在电源输出对地短路时保持供电状态。
如果UV引脚大于1.244V，外部FET的栅极由10μA的电流源充电。分配总线电压开始以斜率10μA/CG上升，CG是分配总线与GND之间连接的外部电容器。这个缓慢的充电过程允许电源输出在不受干扰的方式下开始负载分配。
本实用新型案例的外围电路参数设计具体步骤如下：
第一步是确定最后输出电压和输出电压调整量。负载分配前的电源电压需要比最后输出电压低，如果负载期望看到5V输出，全部分配电源则需要微调到4.90V或更低，这允许元件和基准公差有2%的变化，于是输出的起始电压经常低于5V。
第二步是确定每个电源的最大正调整量，包括在电源通道中位于电源和负载直接的任何检测电阻、功率FET、配线盒连接器的I·R压降。例如，如果最大电流是10A，电源与负载直接的寄生电阻是0.01Ω，则I·R压降的正调整范围是0.1V。由于起始电压是4.9V±0.1V，则最低起始电压可以是4.8V，该电压值低于目标电压0.2V，本例的总调整范围是0.1V＋0.2V=0.3V。
电阻ROUT和RSET设置调整范围。RSET电压通过ROUT/RSET的比率传递到ROUT的电压，于是，输出电压的调整将跟踪RSET引脚电压，这也是在COMP2引脚的电压减去二极管电压，表达式是VADJ=(VRSET)·ROUT/RSET=(VCOMP2－VDIODE)·ROUT/RSET，VRSET的最大电压被限制在1V，输出最大调整表示为VADJMAX=ROUT/RSET，RSET的正常值是在50Ω至100Ω之间。
如果我们将RSET设置为100Ω，则阻值为100Ω的ROUT允许输出电压在1V内满量程调节。在本例的0.3V电压范围，ROUT是30Ω。在某些电源模块中，在SENSE＋线与电源输出之间已经有一个电阻器的并联组合，其中一个在模块中，另一个在SENSE＋与模块的输出终端之间。
增益设置电阻RGAIN与通过检测电阻和芯片电源电压VCC的最大压降有关，在GAIN引脚的最大可能电压是从VCC而来的1.5V电压。GAIN引脚的最大电压被表示为VGAINMAX=RSENSE·IMAX·RGAIN/1k=VCC－1.5V，RGAIN的表达式为RGAIN=(VCC－1.5V)·1k/(RSENSE·IMAX)。在本例中，VCC是5V，Imax是20A，而RSENSE是0.002Ω，所以，RGAIN是87.5kΩ，但当采用1%的值结果就是86.6kΩ。
定时器周期为61ms时，定时器电容CT被设定在0.1μF，该表达式为t=CT·1.22V/2μA。栅极电容CG被设定为0.1μF，这设定了10μA/CG或每10ms为1V的斜率。在这案例中，GATE引脚必须在输出升到5V（90ms）之前充电到9V，这种情况下，当栅极电压升到9V，输出调整软启动接通。软启动电路使COMP2引脚解锁，允许负载分配环路工作。100Ω的电阻器RG防止功率FET在它们的接通阈值处出现高频振荡。在VCC引脚处需要一个0.1μF的旁路电容，如果VCC引脚与被调整的相同电源输出连接，则当电源输出短接到地时，需要一个51Ω去耦电阻器以保持电源电压。
设置补偿电容CP1、CP2：对于多数应用，200kHz的交叉频率足够了，即设置CP1=1000pF。设置CP2需要测量电源带宽。首先使用存储示波器监测电源输出电压，然后放置一个1A固定电阻负载，并开启第二个电阻负载以增加总负载电流接近最大额定值，将第二个电阻（以正确的电源速率）抽头至电源输出产生了一个负载台阶。当输出电压下降超过100mV，在输出电压的下降沿触发示波器。测量台阶的恢复时间tR，其定义是10%至90%时间测量值（如图6）。补偿电容CP2能够通过tR在表1中查阅。零点设置电阻值为RP1为150Ω。该值保证了零点处于或高于交叉频率。
表1 CP2与tR对照表
| tR | fC=0.35/tR | CP2 |
| 20μs | 17.5kHz | 0.47μF |
| 40μs | 8.8kHz | 1μF |
| 60μs | 5.8kHz | 1.5μF |
| 80μs | 4.4kHz | 2.2μF |
| 100μs | 3.5kHz | 2.7μF |
| 150μs | 2.3kHz | 3.3μF |
| 200μs | 1.8kHz | 4.7μF |
| 300μs | 1.2kHz | 6.8μF |
| 400μs | 0.9kHz | 10μF |
| 500μs | 0.7kHz | 12μF |
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于低压输出开关电源负载共享和热插拔的应用电路，其特征在于包括：负载共享模块、电压监视模块、输出电压调整模块、故障报警模块和热插拔模块；所述负载共享模块包括RSENSE功能块、单体电源、输出检测电阻、ISENSE功能块、E/A2功能块、IOUT功能块，其结构用于当系统中所有检测电压等于总线分配电压时，负载电流被平均分配。
2.根据权利要求1所述的用于低压输出开关电源负载共享和热插拔的应用电路，其特征在于：所述电压监视模块是用于E/A1放大器通过反馈分压器监视输出电压。
3.根据权利要求1所述的用于低压输出开关电源负载共享和热插拔的应用电路，其特征在于：VCC引脚处设置一个0.1μF的旁路电容器。
Priority Applications (1)
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| CN2010206153493U CN201994662U (zh) | 2010-11-19 | 2010-11-19 | 一种用于低压输出开关电源负载共享和热插拔的应用电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN102710135A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-03 | 北京机械设备研究所 | 一种用于多模块并联电源的均流电路 |
| CN107562175A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-09 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种降低热插拔功能模块中mosfet损耗的方法及装置 |
| CN107728695A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-02-23 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种实现热插拔线路电流均衡的方法及系统 |
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- 2010-11-19 CN CN2010206153493U patent/CN201994662U/zh not_active Expired - Fee Related
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