CN210041625U - 一种基于运放构成的负载均流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于运放构成的负载均流电路，电流放大电路A1采集单模块输出电流并转换成电压信号，其输出电压信号，传送至电压跟随电路A3，其输出电压信号分别接入均流母线CS‑BUS端和电流误差调整电路A4的“+”输入端，同时偏置电压电路A2产生的偏置电压接入的电流误差调整电路A2“‑”输入端；电流误差调整电路A4输出电压信号端接入电压误差放大电路A5。本实用新型能克服现有技术（集成电路方案）中无法通过外围元器件调整内部电路其工作点，在一些特定的应用场合中能实现电气参数的最优化配置，实现各个模块负载电流均衡。

Description

一种基于运放构成的负载均流电路

技术领域

本实用新型涉及一种负载均流电路，具体涉及一种基于运放构成的负载均流电路。

背景技术

单台直流电源输出功率受制于半导体器件、磁性材料、体积、散热条件等因素的约制，其最大输出功率通常也只有几千瓦。但在实际应用中，直流远供电源局端设备往往需要提供高达数十千瓦的功率供区间用电设备使用。因此，在大功率供电应用场合常使用模块化的构造方案，采用多个同规格的模块式电源并联运行，以满足大功率负荷要求。

但是电源输出功率的扩展，仅通过简单的并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。在电源并联扩流过程中，为了提高整个系统工作稳定性还需要采以下措施：（1）电源模块采用N＋1冗余的方案设计（局端框架图，见图1）；（2）采用自动均流技术方案，它通过取样、电子控制调节环路来保证整个系统的输出电流按每个单元的输出能力均摊，以达到既充分发挥每个单元的输出能力，又保证每个单元可靠工作（局端功率模块电路框图，见图2）。

目前应用较为广泛的负载均流方案为最大电流均流法，控制方案市面常见有TI公司UCX907，UCCX9002系列芯片可供选择，但是由于该系列芯片内部集成一个固定倍率的电流采样放大器，无法通过外围电阻调整其输出电压增益，在一些特定的应用场合电气参数配置欠乏灵活性。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于运放构成的负载均流电路，解决现有技术中存在的问题，以实现各个模块负载电流均衡。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

所述电路包括电流放大电路A1、偏置电压电路A2、电压跟随电路A3、电流误差调整电路A4、电压误差放大电路A5；

电流放大电路A1采集单模块输出电流并转换成电压信号，其输出电压信号，传送至电压跟随电路A3，其输出电压信号分别接入均流母线CS-BUS端和电流误差调整电路A4的“+”输入端，同时偏置电压电路A2产生的偏置电压接入的电流误差调整电路A4“-”输入端；电流误差调整电路A4输出电压信号端接入电压误差放大电路A5。

电流放大电路A1包括电阻R1、R2、R3、R4、运放U1A；

电阻R1的一端与电流采样端CSB相连接,另一端与电阻R2串联，形成第一节点P1；电阻R2另一端与运放U1A的引脚1相连接，形成第四节点P4；电阻R3的一端与电流采样端CSA相连接,另一端与电阻R4串联，形成第二节点P2；电阻R4另一端接地；运放U1A的引脚2、3分别与节点P1、P2相连接；运放U1A的引脚4接地，引脚8与电压源VCC相连接。

偏置电压电路A2包括电阻R5，R6；

电阻R6的一端与端电压源2.5VREF相连接,另一端与电阻R5串联，形成第三节点P3；电阻R5的另一端与第四节点P4相连接。

电压跟随电路A3包括二极管D1、运放U1B；

二极管D1的正极、负极分别与运放U1B的引脚7、引脚6相连接；运放U1B的引脚5与节点P4相连接；运放U1B的引脚6与端点CS-BUS相连接，形成第十节点P10。

电流误差调整电路A4包括电阻R7、R8、运放U2A；

电阻R7一端与节点P3相连接，另一端与电阻R8串联，形成第五节点P5；电阻R8的另一端与运放U2A引脚1相连接，形成第六节点P6；运放U2A引脚3、引脚2分别与节点P10、P3相连接；运放U2A引脚4接地，引脚8与电压源VCC相连接。

电压误差放大电路A5包括电阻R9、R10、R11、R12、R13、C1、运放U2B；

电阻R9一端与节点P6相连接，另一端与电阻R10、R11串联，形成第七节点P7；电阻R10另一端接地；电阻R11另一端与电压源VREF相连接；电阻R12一端与端点VFB相连接,另一端与电阻R13串联，形成第八节点P8；电阻R13另一端与电容C1串联，电容C1另一端与运放U2B引脚7相连接，形成第九节点P9；运放U2B引脚5、引脚6分别与节点P7、P8相连接。

本实用新型具有以下优点：

（1）采样电流放大电路的电压增益，可以根据模块输出电流、采样电阻功耗灵活配置，实现电路参数配置最优化；

（2）各模块最小均流域值，可以通过偏压电路设置，减少设备在空载、轻载发生振荡的现象。

附图说明

图1为局端电源系统框架图。

图2为局端功率模块内部电路框图。

图3为最大电流均流法内部电路框图。

图4为最大电流均流法内部电路图。

主要符号说明：

（1）CSA—电流信号采样端；

（2）CSB—电流信号采样端；

（3）CS-BUS—系统均流母线端；

（4）2.5VREF—电压源1；

（5）VCC—电压源2；

（6）VREF—电压源3；

（7）VFB—模块主功率反馈电压；

（8）EA-OUT—误差放大电路输出的控制电压；

（9）GND—参考地。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及一种基于运放构成的负载均流电路，电路包括电流放大电路A1、偏置电压电路A2、电压跟随电路A3、电流误差调整电路A4、电压误差放大电路A5；电流放大电路A1采集单模块输出电流并转换成电压信号，其输出电压信号，传送至电压跟随电路A3，其输出电压信号分别接入均流母线CS-BUS端和电流误差调整电路A4的“+”输入端，同时偏置电压电路A2产生的偏置电压接入的电流误差调整电路A4“-”输入端；电流误差调整电路A4输出电压信号端接入电压误差放大电路A5。

请参考图4，A1部分，所述电流放大电路A1包括电阻R1、R2、R3、R4、运放U1A。所述电阻R1的一端与所述电流采样端“CSB”相连接,另一端与所述电阻R2串联，形成第一节点“P1”。所述电阻R2另一端与所述的运放U1A，引脚1相连接，形成第四节点“P4”。所述电阻R3的一端与所述电流采样端“CSA”相连接,另一端与所述电阻R4串联，形成第二节点“P2”。所述电阻R4另一端接地（GND）。所述运放U1A,引脚2，3分别与所述的节点“P1”、“P2”相连接。所述运放U1A,引脚4接地（GND），引脚8与所述的电压源“VCC”相连接。

电流采样信号从所述CSA、CSB端口输入，经所述运放U1A内部进行差分放大，电流放大信号从第四节点“P4”输出，输送至所述运放U1B。

请参考图4，A2部分，所述偏置电压电路A2包括电阻R5、R6。所述电阻R6的一端与所述端电压源“2.5VREF”相连接,另一端与所述电阻R5串联，形成第三节点“P3”，所述电阻R5的另一端与所述第四节点“P4”相连接。

电压源“2.5VREF”，经过所述电阻R5,R6串联分压，偏置电压从节点“P3”输出。

请参考图4，A3部分，所述电压跟随电路A3包括二极管D1、运放U1B。所述二极管D1的正极、负极分别与所述运放U1B，引脚7、引脚6相连接。所述运放U1B的引脚5，与所述节点“P4”相连接。所述运放U1B的引脚6与所述端点“CS-BUS”相连接，形成第十节点“P10”。

电流放大信号从节点“P4”输入，一路经所述运放U1B跟随缓冲，从节点“P10”输出，分别输送至所述运放U2A引脚3，所述端点“CS-BUS”。

请参考图4，A4部分，所述电流误差调整电路A4包括电阻R7、R8、运放U2A。所述电阻R7一端与所述节点“P3”相连接，另一端与所述电阻R8串联，形成第五节点“P5”。所述电阻R8的另一端与所述运放U2A引脚1相连接，形成第六节点“P6”。所述运放U2A引脚3、引脚2分别与所述的节点“P10”，“P3”相连接。所述运放U2A引脚4、接地（GND），引脚8与电压源“VCC”相连接。

电流信号分两路传输，单模块电流信号从所述节点“P3”输入，均流母线电流信号（CS-BUS）从所述节点“P10”输入。经所述运放U2A内部运算，电流误调整差信号从节点“P6”输出，传送至所述运放U2B。

请参考图4，A5部分，所述电压误差放大电路A5包括电阻R9、R10、R11、R12、R13、C1、运放U2B。所述电阻R9一端与所述节点“P6”相连接，另一端与所述电阻R10、R11串联，形成第七节点“P7”。所述电阻R10另一端接地（GND），所述电阻R11另一端与所述电压源“VREF”相连接。所述电阻R12一端与所述端点“VFB”相连接,另一端与所述电阻R13串联，形成第八节点“P8”。所述电阻R13另一端与所述电容C1串联，所述C1电容另一端与所述运放U2B引脚7相连接，形成第九节点“P9”。所述运放U2B引脚5，引脚6分别与所述节点“P7”、“P8”相连接。

模块的电流误差调整信号从节点“P7”输入，主功率电压反馈信号从端点“VFB”输入，经所述运放U2B内部运算，误差电压放大电路控制电压信号从节点“P9”输出。

在正常工作时，各个电源模块都通过电流采样放大电路A1，将输出电流信号转化为电压信号,从所述节点“P4”输出，分两路传输。另一路经A3电压跟随电路运放U1B内部缓冲，从所述节点“P10”输出，并CS-BUS传送至系统均流母线上。一路经电阻R5,从节点“P3”输出，节点“P3”的电压幅值代表单个模块输出电流的大小，而“CS-BUS”电压幅值则代表整系统中输出电流输出最大的模块。“P3”与“CS-BUS”两值通过A4电流误差调整电路比较，从所述节点“P6”输出电流误差电压。调整所述A5电压误差放大电路内部运放U2B引脚5正端的参考电压，即可改变节点“P9”输出控制电压，从而调节输出电压达到电流输出均衡的目。当P3＜CS-BUS时，系统中输出电流最大的模块会主动成为主模块，剩余的为从模块。从模块所述节点电压“P6”输出电压升高，所述A5电压误差放大电路内部运放U2B引脚5基准参考电压被提高，控制电压升高，模块的输出电压升高，输出电流增加。输出电流较小的模块，增加输出电流直至与系统中输出电流最大的模块相接近，从而实现各个模块负载电流均衡。

如果电源模块在空载或负载很轻的状态，A4电流误差调整电路运放U2A引脚5、引脚6输入端的电压近似相等，U2A运放引脚1输出的电压持续波动，影响系稳定工作。为了避免类似情况发生，需要在运放U2A引脚2输入端注入一个微小的静态偏置电压（由偏置电压电路A2实现，通常设定在数十mV值），确保运放U2A在空载、轻载状态,引脚1端口均被锁定在低电平的状态，均流电路不参与工作，扰动消除。只有当CS-BUS与“P3”两值相比较，其误差值大于“P3”偏置电压，均流电路才开始工作。

通过上述的分析该电路结构有以下三个特点：

（1）模块参考电压往只往上调整（输出电压只上调，不下调）；

（2）当系统中有电源模块损坏或不工作时，均流母线电压CS-BUS不会被拉低（二极管D1隔离故障的作用），不影响其他模块的正常工作；

（3）系统中，模块输出电流最大的会主动成为主模块，其他从模块输出电流均以它作参考。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

所述电路包括电流放大电路A1、偏置电压电路A2、电压跟随电路A3、电流误差调整电路A4、电压误差放大电路A5；

电流放大电路A1采集单模块输出电流并转换成电压信号，其输出电压信号，传送至电压跟随电路A3，其输出电压信号分别接入均流母线CS-BUS端和电流误差调整电路A4的“+”输入端，同时偏置电压电路A2产生的偏置电压接入的电流误差调整电路A4“-”输入端；电流误差调整电路A4输出电压信号端接入电压误差放大电路A5。

2.根据权利要求1所述的一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

电流放大电路A1包括电阻R1、R2、R3、R4、运放U1A；

电阻R1的一端与电流采样端CSB相连接,另一端与电阻R2串联，形成第一节点P1；电阻R2另一端与运放U1A的引脚1相连接，形成第四节点P4；电阻R3的一端与电流采样端CSA相连接,另一端与电阻R4串联，形成第二节点P2；电阻R4另一端接地；运放U1A的引脚2、3分别与节点P1、P2相连接；运放U1A的引脚4接地，引脚8与电压源VCC相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

偏置电压电路A2包括电阻R5，R6；

电阻R6的一端与端电压源2.5VREF相连接,另一端与电阻R5串联，形成第三节点P3；电阻R5的另一端与第四节点P4相连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

电压跟随电路A3包括二极 管D1、运放U1B；

二极管D1的正极、负极分别与运放U1B的引脚7、引脚6相连接；运放U1B的引脚5与节点P4相连接；运放U1B的引脚6与端点CS-BUS相连接，形成第十节点P10。

5.根据权利要求4所述的一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

电流误差调整电路A4包括电阻R7、R8、运放U2A；

电阻R7一端与节点P3相连接，另一端与电阻R8串联，形成第五节点P5；电阻R8的另一端与运放U2A引脚1相连接，形成第六节点P6；运放U2A引脚3、引脚2分别与节点P10、P3相连接；运放U2A引脚4接地，引脚8与电压源VCC相连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于运放构成的负载均流电路，其特征在于：

电压误差放大电路A5包括电阻R9、R10、R11、R12、R13、C1、运放U2B；

电阻R9一端与节点P6相连接，另一端与电阻R10、R11串联，形成第七节点P7；电阻R10另一端接地；电阻R11另一端与电压源VREF相连接；电阻R12一端与端点VFB相连接,另一端与电阻R13串联，形成第八节点P8；电阻R13另一端与电容C1串联，电容C1另一端与运放U2B引脚7相连接，形成第九节点P9；运放U2B引脚5、引脚6分别与节点P7、P8相连接。

Images