CN209881755U - ORing FET电路、电源、多路输出电源及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于电路技术领域，提供了一种ORing FET电路、电源、多路输出电源及用电设备，其中，上述ORing FET电路包括：电流采样电阻、ORing控制器和第一场效应管；电流采样电阻的正向端与ORing控制器的输入管脚连接；ORing控制器的输出管脚与第一场效应管的漏极连接。由于ORing控制器的输入管脚与输出管脚采集电流采样电阻和第一场效应管串联的电压，相当于变相增大了场效应管的内阻，避免第一场效应管在轻载时由于驱动电压过低而无法正常启动或出现交替开关的现象。
Description
技术领域
本申请属于电路技术领域，尤其涉及一种ORing FET电路、电源、多路输出电源及用电设备。
背景技术
许多现代设备和系统都要求带有电源冗余设计，即多个电源并联输出，同时为系统提供供电电流。当一个电源出现故障的时候，另外一个电源正常工作，系统也能够正常运行，不会出现当机的现象。在多个电源并联供电的过程中，有一种特殊情况也会造成系统当机，那就是某一电源出现输出短路。由于多个电源并联，造成其输出侧也并联在一起，若其中一个电源短路，则整体都短路，系统还是不能正常工作，失去了冗余备份的意义，反而由于并联电源的数量增加而降低了系统可靠性。针对这个问题，ORing FET电路应运而生。
普通的ORing FET电路能够在满载的情况下正常工作，但在轻载及小电流情况下，会出现开通不良或交替开关的现象，从而影响供电的可靠性和稳定性。
实用新型内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种ORing FET电路、电源、多路输出电源及用电设备，以解决目前ORing FET电路在轻载及小电流情况下出现的开通不良或交替开关的问题。
根据第一方面，本申请实施例提供了一种ORing FET电路，包括：电流采样电阻、ORing控制器，以及第一场效应管；所述电流采样电阻的正向端与所述ORing控制器的输入管脚连接；所述电流采样电阻的正向端还用于采集受所述ORing FET电路控制的电源的高压输出信号；所述电流采样电阻的反向端与所述第一场效应管的源极连接；所述ORing控制器的输出管脚与所述第一场效应管的漏极连接。
结合第一方面，在本申请的一些实施例中，使用场效应管组代替所述第一场效应管；所述场效应管组包括至少两个并联的第二场效应管，所述至少两个并联的第二场效应管的漏极均连接并构成所述场效应管组的漏极，所述至少两个并联的第二场效应管的源极均连接并构成所述场效应管组的源极；相应的，所述电流采样电阻的反向端与所述场效应管组的源极连接，所述ORing控制器的输出管脚与所述场效应管组的漏极连接。
结合第一方面，在本申请的一些实施例中，所述ORing控制器为LM5050-1 型ORing控制器。
根据第二方面，本申请实施例提供了一种电源，所述电源包括如第一方面或第一方面任一实施方式所述的ORing FET电路。
结合第二方面，在本申请的一些实施例中，所述电源还包括电源本体，所述电源本体的高压输出端与所述ORing FET电路中所述电流采样电阻的正向端连接。
根据第三方面，本申请实施例提供了一种多路输出电源，所述多路输出电源包括至少两路如第一方面或第一方面任一实施方式所述的ORing FET电路。
结合第三方面，在本申请的一些实施例中，所述多路输出电源还包括至少两个电源本体，所述多路输出电源中电源本体的数量与所述ORing FET电路的数量一致。
结合第三方面，在本申请的一些实施例中，所述多路输出电源中的任一电源本体的高压输出端与对应的所述ORing FET电路中所述电流采样电阻的正向端连接。
根据第四方面，本申请实施例提供了一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如第二方面或第二方面任一实施方式所述的电源。
根据第五方面，本申请实施例提供了一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如第三方面或第三方面任一实施方式所述的多路输出电源。
本申请实施例提供的ORing FET电路，由于将电流采样电阻移动到了电源的输出高压侧，从而使电源输出的地线能够直接并接在一起，避免现有的ORing FET电路将电流采样电阻设置在地线上所造成的交叉互调串扰。此外，ORing 控制器的输入管脚(IN)与输出管脚(OUT)采集电流采样电阻和场效应管串联的电压，相当于变相增大了场效应管的内阻，使得轻载时ORing控制器输出的用于驱动场效应管的驱动电压得到提高，从而避免场效应管在轻载时由于驱动电压过低而无法正常启动或出现交替开关的现象；还能够避免场效应管在轻载时由于驱动电压过低而进入放大区工作，从而增大场效应管的损耗，并造成高温下过热损坏的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的ORing FET电路的应用示意图；
图2是现有的ORing控制器的电路原理图；
图3是现有的ORing FET电路的电路原理图；
图4是MOSFET的导通电压曲线；
图5是本申请实施例提供的ORing FET电路的电路原理图；
图6是MOSFET体阻随温度的变化曲线；
图7是本申请实施例提供的电源的电路原理图；
图8是本申请实施例提供的多路输出电源的电路原理图；
图9是本申请实施例提供的一个用电设备的结构示例图；
图10是本申请实施例提供的另一个用电设备的结构示例图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1是现有的ORing FET电路的应用示意图。如图1所示，通过控制芯片 LM5050和对应的MOSFET之间的相互配合，实现了电源PS1或电源PS2短路故障发生后断开相应的MOSFET，保证后端用电设备的正常工作。控制芯片打开或关闭MOSFET的依据为开关管漏极和源极之间的压差，在满载情况下， MOSFET能够正常工作；但在轻载或小电流的情况下，由于漏极和源极之间的压差非常小，会导致开关管的开通不良或者交替开关，从而进一步出现输出振荡问题。本申请提出的ORing FET电路就是重点解决轻载小电流情况下的上述问题。
图2是现有的ORing控制器的电路原理图。ORing控制器通过检查IN、 OUT两个管脚的电压，控制内部的比较器输出高低电平，进而控制泵升电路在 GATE引脚发出高低电平。正常工作的时候，负载电流先流经体二极管，当压差超过Vsd之后，30uA的电流源开始给GATE引脚充电。当电源输出短路的时候，ORing控制器的OUT引脚电压远远高于IN管脚电压，比较器输出翻转变为高电平，内部的2A开关管导通，GATE引脚输出低，关断外部的ORingFET 电路，将短路故障的电源从系统中隔离出来，保证后端用电设备的正常工作。实际的应用电路如图3所示。
如图3所示，在传统的多路输出电源中，都是将电流采样电阻放置在地线上面，这么做方便后级的电流差分放大电路的设计，但是在负载的动态变化中第一路负载产生的纹波噪声容易通过地线串联到第二路输出，导致第二路输出的纹波变大；同理，第二路也会影响第一路，产生了多路输出电源中交叉影响的问题。除此之外，还有一个问题，在轻载下面，流经ORing FET的电流非常小，MOSFET上漏极和源极之间的压降也同样减小，导致芯片LM5050发出的驱动电压Vgs非常低；在实际测试中会低于1.5V，不利于MOSFET的正常工作。以英飞凌的MOSFET为例，该MOSFET正常的开启电压一般在2V左右，太低了容易使管子进入放大区，损耗变大，存在高温下过热损耗的风险。图4展示了该MOSFET的驱动电压和漏极电流曲线，常温下2.2V才能达到正常开启，低温下变得更高。
为了保证MOSFET的正常工作，一般会牺牲效率从而选取体电阻大的器件。例如，将2mR改为5mR；或者，减小MOSFET的并联数量，例如，将 MOSFET的并联数量由六个减小到三个。这样做能有效的保证轻载下MOSFET 的正常工作，但是会引入另外的发热问题，尤其在高温满载工作的时候更加明显。以一路输出12V50A为例，电路中采用了四个2mR开关管并联，满载下损耗W＝I*I*R＝50*50*(2/4)＝1.25W，压降V＝I*R＝25mV。为了保证轻载正常开通，在一个具体示例中，可以将并联的MOSFET数量由四个减小到两个，从而损耗 W＝2.5W，压降V＝50mV。这样做不单引起了效率的降低，开关管发热严重，需要重点进行散热设计；同时，在120mV的负载调整率中仅MOSFET就占去了50mV，再加上连接器、PCB走线、输出滤波电路等等，很容易超出120mV 的压降范围。
针对上面出现的问题，本申请实施例提供了一种ORing FET改进电路，既能够保证轻载下MOSFET的正常工作，又不增加额外的损耗并满足负载调整率的要求。图5是本申请实施例提供的ORing FET电路的电路原理图，该ORing FET电路100可以包括电流采样电阻R6、ORing控制器IC2和第一场效应管 Q2。在图5所示的ORing FET电路100中，所述电流采样电阻R6的正向端与所述ORing控制器IC2的第一电压采集端连接；所述电流采样电阻R6的正向端还用于采集受所述ORing FET电路100控制的电源M2的高压输出信号；所述电流采样电阻R6的反向端与所述第一场效应管Q2的源极连接；所述ORing 控制器IC2的第二电压采集端与所述第一场效应管Q2的漏极连接。具体的， ORing控制器IC2可以是LM5050型号的芯片，其第一电压采集端即LM5050 芯片的输入管脚(端口IN)，其第二电压采集端即LM5050芯片的输出管脚(端口OUT)。
对比图3和图5所示的两个ORing FET电路，主要有两点区别，第一是将电流采样电阻由地线移动到了输出高压侧；第二是将芯片LM5050的4脚电压采样IN由开关管的S极移动到采样电阻的正级。移动电流采样电阻，直接将每路输出的地并接在一起，能够有效降低交叉互调产生的串扰，使得地线变得非常干净提高了整个电源系统的抗扰度和可靠性。改变芯片LM5050的4脚的电压采样位置，相当于变相增大了开关管的内阻，达到了与减小并联管子数量、更换体阻大的器件相同的电气效果。由于取样电阻外置，并且取样电阻的阻值几乎不随温度变化，在高低温实验中可以实现很好的参数一致性。对比MOSFET 内部的体阻，随着温度变化阻值幅度也产生很大波动，不利于整机参数的调节，变化曲线见图6。
在一具体实时方式中，还可以使用场效应管组代替图5中的场效应管。具体的，场效应管组包括至少两个并联的第二场效应管，所述至少两个并联的第二场效应管的漏极均连接并构成所述场效应管组的漏极，所述至少两个并联的第二场效应管的源极均连接并构成所述场效应管组的源极。
相应的，所述电流采样电阻R6的反向端与所述场效应管组的源极连接，所述ORing控制器IC2的第二电压采集端与所述场效应管组的漏极连接。
在一具体实时方式中，ORing控制器可以为LM5050-1型ORing控制器。
图7是本申请实施例提供的电源的电路原理图。如图7所示，该电源200 包括电源本体101和如图5所示的ORing FET电路100。具体的，所述电源本体101的高压输出端与所述ORing FET电路100中所述电流采样电阻R6的正向端连接。
图8是本申请实施例提供的多路输出电源的电路原理图。如图8所示，该多路输出电源300包括至少两个电源本体101和如图5所示的ORing FET电路 100。具体的，在多路输出电源300中，ORing FET电路100的数量与其中的电源本体101的数量相同。在多路输出电源300中的任一电源本体101的高压输出端与对应的ORing FET电路100中电流采样电阻R6的正向端连接。在图8 中，以包括两个电源本体101和两路ORing FET电路100的多路输出电源300 为例，对多路输出电源300的组成进行了示意。在实际应用中，用户可以根据需要选择具体的多路输出电源300中电源本体101和ORing FET电路100的数量，本申请实施例对此不作限制。
图9是本申请实施例提供的一个用电设备的结构示例图。如图9所示，该用电设备400包括如图7所示的电源200。
图10是本申请实施例提供的另一个用电设备的结构示例图。如图10所示，该用电设备500包括如图8所示的多路输出电源300。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种ORing FET电路，其特征在于，包括：电流采样电阻、ORing控制器，以及第一场效应管；
所述电流采样电阻的正向端与所述ORing控制器的输入管脚连接；所述电流采样电阻的正向端还用于采集受所述ORing FET电路控制的电源的高压输出信号；
所述电流采样电阻的反向端与所述第一场效应管的源极连接；
所述ORing控制器的输出管脚与所述第一场效应管的漏极连接。
2.如权利要求1所述的ORing FET电路，其特征在于，使用场效应管组代替所述第一场效应管；
所述场效应管组包括至少两个并联的第二场效应管，所述至少两个并联的第二场效应管的漏极均连接并构成所述场效应管组的漏极，所述至少两个并联的第二场效应管的源极均连接并构成所述场效应管组的源极；
相应的，所述电流采样电阻的反向端与所述场效应管组的源极连接，所述ORing控制器的输出管脚与所述场效应管组的漏极连接。
3.如权利要求1或2所述的ORing FET电路，其特征在于，所述ORing控制器为LM5050-1型ORing控制器。
4.一种电源，其特征在于，所述电源包括如权利要求1至3中任一项所述的ORing FET电路。
5.如权利要求4所述的电源，其特征在于，所述电源还包括电源本体，所述电源本体的高压输出端与所述ORing FET电路中所述电流采样电阻的正向端连接。
6.一种多路输出电源，其特征在于，所述多路输出电源包括至少两路如权利要求1至3中任一项所述的ORing FET电路。
7.如权利要求6所述的多路输出电源，其特征在于，所述多路输出电源还包括至少两个电源本体，所述多路输出电源中电源本体的数量与所述ORing FET电路的数量一致。
8.如权利要求7所述的多路输出电源，其特征在于，所述多路输出电源中的任一电源本体的高压输出端与对应的所述ORing FET电路中所述电流采样电阻的正向端连接。
9.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求4或5所述的电源。
10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求6至8中任一项所述的多路输出电源。
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| CN110022140A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-16 | 石家庄高能电子科技有限公司 | ORing FET电路及电源和多路输出电源 |
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