一種實現並聯電源模塊自主均流的電路的製作方法

2023-07-11 05:18:51 1

專利名稱：一種實現並聯電源模塊自主均流的電路的製作方法
專利說明一種實現並聯電源模塊自主均流的電路 本發明涉及一種實現並聯電源模塊自主均流的電路，特別適用於輸出電壓比較高、輸出電壓允許有一定範圍的變化量、電源的輸出精度要求比較高、各電源的一致性要求比較好的並聯通信模塊電源。目前，通信模塊電源經常並聯使用，以增大帶載能力。常用的並聯均流方法，是在模塊內部採用用於均流的晶片或者在模塊外部使用均流電路實現，成本高，電路複雜，產品可靠性降低，功耗比較大。本發明的目的在於提供一種不需要專用的均流晶片或均流電路的、可實現並聯電源模塊自主均流的電路。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種實現並聯電源模塊自主均流的電路，包括電壓控制環路，用於將電源模塊的輸出電壓反饋至電源模塊控制電路；還包括電流採樣單元，串聯連接在電源模塊輸出迴路上，用於對電源模塊的輸出電流進行採樣；所述電壓控制環路還用於將所述模塊輸出電流轉換成一電壓信號，反饋至電源模塊控制電路，以控制電源模塊的輸出電壓隨著其輸出電流的變化而變化。
所述電流採樣單元串聯連接在電源模塊負相輸出端，位於輸出濾波電容之前或之後。
本發明中，所述電流採樣單元是電流採樣電阻、電流互感器或霍爾元件中的一種，位於輸出濾波電容之前。
所述電流採樣單元是電流採樣電阻，位於輸出濾波電容之間或之後。
作為本發明的一種實現方案，所述電壓控制環路包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和基準穩壓管；所述第一分壓電阻和第二分壓電阻串聯後一端與電源模塊的正相輸出端相連，另一端與模塊負相輸出端相連；所述第一運算放大器的正相輸入端通過第二電阻與第二運算放大器的輸出端和負相輸入端相連，其反相輸入端通過第一電阻與第一分壓電阻和第二分壓電阻的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源相連，其正電源端與基準穩壓管的陽極相連；第二運算放大器的正相輸入端分別通過第三電阻和第四電阻基準穩壓管的陰極和陽極相連，其負電源端與輔助電源相連，其正電源端與基準穩壓管的陽極相連；基準穩壓管的陰極還通過第五電阻與輔助電源相連，其陽極與電流採樣電阻的高電壓端相連。
作為本發明的另一種實現方案，所述電壓控制環路包括第一運算放大器、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第一電阻、第五電阻、第六電阻和基準穩壓管；所述第一分壓電阻和第二分壓電阻串聯後一端與電源模塊的正相輸出端相連，另一端與模塊負相輸出端相連；所述第一運算放大器的正相輸入端通過第六電阻與基準穩壓管的陰極相連，其反相輸入端通過第一電阻與第一分壓電阻和第二分壓電阻的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源相連，其正電源端與基準穩壓管的陽極以及電流採樣電阻的高電壓端相連；基準穩壓管還通過第五電阻與輔助電源相連。
作為本發明的另一種實現方案，所述電壓控制環路包括第一運算放大器、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻和基準穩壓管；所述第一分壓電阻和第二分壓電阻串聯後一端與電源模塊的正相輸出端相連，另一端與模塊負相輸出端相連；所述第一運算放大器的正相輸入端通過第六電阻與基準穩壓管的負極相連，其反相輸入端通過第一電阻與第一分壓電阻和第二分壓電阻的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源相連，其正電源端與基準穩壓管的正極相連；第七電阻並聯連接在基準穩壓管的負極和參考電壓端之間；第八電阻並聯連接在基準穩壓管的正極和參考電壓端之間；基準穩壓管的負極還通過第五電阻與輔助電源相連，其正極與電流採樣電阻的高電壓端相連。
本發明電路中，電流採樣電阻的低電壓端與電源模塊負相輸出端相連。
本發明在現有技術的基礎上，通過在主電路中取電流信號反饋至電壓控制環路，再將所述電流信號轉換成一電壓信號，反饋至模塊電源控制電路，以控制各電源模塊的輸出電壓隨著其輸出電流的變化而變化，從而實現電源輸出的軟特性，獲得自主均流的能力，這樣整個並聯電源模塊不再需要專用的均流晶片或均流電路，降低了系統的成本，電路簡單、功耗小，均流效果較好，能夠保證電源的可靠性，尤其對於高壓輸出模塊，效果很好。

圖1是本發明一種電路結構框圖。
圖2是本發明一種實施例的電路結構原理圖。
圖3是本發明另一種電路結構框圖。
圖4是本發明第三種電路結構框圖。
圖5是本發明第一個實施例的電路結構圖。
圖6是本發明第二個實施例的電路結構圖。
圖7是本發明第三個實施例的電路結構圖。下面根據附圖和具體實施例對本發明作進一步闡述。
本發明所述電源模塊系統主要包括電源模塊主電路1、電流採樣單元2和電壓控制環路3。其中，電流採樣單元2串聯連接在電源模塊輸出迴路上，用於對電源模塊的輸出電流進行採樣。電壓控制環路3，用於將電源模塊輸出電壓反饋至電源模塊主電路1中的控制電路，同時將所述模塊輸出電流轉換成一電壓信號後反饋至所述控制電路，以控制電源模塊的輸出電壓隨著其輸出電流的變化而變化。
電流採樣單元2可加在輸出迴路中輸出濾波電容之間或之後，也可加在輸出濾波電容前。如果加在濾波電容之前，可以用電流採樣電阻Rs、電流互感器或者霍爾元件等器件，用於將電流信號轉換成電壓信號，如圖1所示。本領域內技術人員知道，如果加在濾波電容之前需要經過濾波電路4濾波才可轉換為平均值。以電流採樣電阻Rs為例，需要在其兩端並聯一個電容濾波，如圖2所示。如果加在濾波電容之間或之後、電源模塊負相輸出端Vo-之前，採用電流採樣電阻Rs就可直接將電流信號轉換成電壓信號，如圖3和圖4所示，電路結構非常簡單。因此，我們只以加在濾波電容之間或之後的電流採樣電阻Rs作為電流採樣單元2為例對本發明做進一步闡述。
實施例一如圖5所示，電流採樣電阻Rs串聯連接在電源模塊負相輸出端Vo-，位於輸出濾波電容C1之後，其低電壓端與電源模塊負相輸出端Vo-相連。電壓控制環路3包括第一運算放大器U1、第二運算放大器U2、第一分壓電阻Ra、第二分壓電阻Rb、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和基準穩壓管UZ。第一分壓電阻Ra和第二分壓電阻Rb串聯後一端與電源模塊的正相輸出端Vo+相連，另一端與電源模塊負相輸出端Vo-相連。第一運算放大器U1的正相輸入端通過第二電阻R2與第二運算放大器U2的輸出端和負相輸入端相連，其反相輸入端通過第一電阻R1與第一分壓電阻Ra和第二分壓電阻Rb的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源VCC相連，其正電源端與基準穩壓管UZ的陽極相連。第二運算放大器U2的正相輸入端分別通過第三電阻R3和第四電阻R4基準穩壓管UZ的陰極和陽極相連，其負電源端與輔助電源VCC相連，其正電源端與基準穩壓管UZ的陽極相連。基準穩壓管UZ的陰極還通過第五電阻R5與輔助電源VCC相連，其陽極與電流採樣電阻Rs的高電壓端相連。按照本領域內的一般做法，系統內各電源模塊的負相輸出端Vo-相連。
其中，L2為輸出濾波電感，第二運算放大器U2連接為一個射級跟隨電路，起電壓跟隨器的作用，Vcc為副邊的輔助電源。第一運算放大器U1的輸出端最終將信號反饋至電源模塊主電路1中的控制電路，一般反饋至電源副邊基準的負端，這樣，電源模塊的輸出電壓就能夠隨著輸出電流的變化而變化，選擇合適的參數，就可以實現需要的負載特性。
根據運算放大器虛短虛斷原理，第二運算放大器U2正相輸入端的電壓等於第一運算放大器U1正相輸入端的電壓，都等於第一運算放大器U1反相輸入端的電壓Va。又因為Va＝R3*Vz/(R3+R4)，可以得出圖5電路的輸出負載特性方程為Vo＝(1+Ra/Rb)Va-Ra*Rs*Io/Rb＝(1+Ra/Rb)R3*Vz/(R3+R4)-Ra*Rs*Io/Rb其中，Vz是基準穩壓管電壓，Io是電源模塊接負載時的輸出電流。
對於上述的負載特性方程，只要電阻取合適的參數就可得到需要的負載特性，由於輸出電壓隨輸出電流的增大而減小，所以，將這種電源多個並聯是可以利用這種負載特性實現自主均流的。
實施例二如圖6所示，電流採樣電阻Rs串聯連接在電源模塊負相輸出端Vo-，位於輸出濾波電容C1和C2之間，其低電壓端與電源模塊負相輸出端Vo-相連。電壓控制環路3包括第一運算放大器U1、第一分壓電阻Ra、第二分壓電阻Rb、第一電阻R1、第五電阻R5、第六電阻R6和基準穩壓管UZ。第一分壓電阻Ra和第二分壓電阻Rb串聯後一端與電源模塊的正相輸出端Vo+相連，另一端與電源模塊負相輸出端Vo-相連。第一運算放大器U1的正相輸入端通過第六電阻R6與基準穩壓管UZ的陰極相連，其反相輸入端通過第一電阻R1與第一分壓電阻Ra和第二分壓電阻Rb的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源VCC相連，其正電源端與基準穩壓管UZ的陽極以及電流採樣電阻Rs的高電壓端相連。基準穩壓管UZ還通過第五電阻R5與輔助電源VCC相連。按照本領域內的一般做法，系統內各電源模塊的負相輸出端Vo-相連。
該電路的輸出負載特性和實施例一中的計算類似，根據運放的虛短虛斷原理，Vz等於Va，可以得出輸出負載特性方程為
Vo＝(1+Ra/Rb)Vz-Ra*Rs*Io/RbVz基準穩壓管電壓，Io電源接負載時的輸出電流。
只要以上各電阻取合適的參數就可得到需要的負載特性。
實施例三如圖7所示，電流採樣電阻Rs串聯連接在電源模塊負相輸出端Vo-，位於輸出濾波電容C1和C2之間，其低電壓端與電源模塊負相輸出端Vo-相連。電壓控制環路3包括第一運算放大器U1、第一分壓電阻Ra、第二分壓電阻Rb、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8和基準穩壓管Uz。第一分壓電阻Ra和第二分壓電阻Rb串聯後一端與電源模塊的正相輸出端Vo+相連，另一端與模塊負相輸出端Vo-相連。第一運算放大器U1的正相輸入端通過第六電阻R6與基準穩壓管Uz的負極相連，其反相輸入端通過第一電阻R1與第一分壓電阻Ra和第二分壓電阻Rb的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源VCC相連，其正電源端與基準穩壓管Uz的正極相連。第七電阻R7並聯連接在基準穩壓管Uz的負極和參考電壓端之間。第八電阻R8並聯連接在基準穩壓管Uz的正極和參考電壓端之間。基準穩壓管Uz的負極還通過第五電阻R5與輔助電源VCC相連，其正極與電流採樣電阻Rs的高電壓端相連。按照本領域內的一般做法，系統內各電源模塊的負相輸出端Vo-相連。
該電路的輸出負載特性和實施例一中的計算類似，根據運放的虛短虛斷原理，Vz等於Va，可以得出輸出負載特性方程為Vo＝(1+Ra/Rb)Vb-Ra*Rs*Io/Rb其中Vb＝(1+R3/R4)VzVz基準穩壓管電壓，Io電源接負載時的輸出電流。
只要以上各電阻取合適的參數就可得到需要的負載特性。
綜上所述，本發明是利用一個串聯連接在電源模塊輸出迴路上電流採樣單元，對電源模塊的輸出電流進行採樣。再利用電壓控制環路將所述電源模塊輸出電流轉換成一電壓信號，反饋至模塊電源控制電路，以控制電源模塊的輸出電壓隨著其輸出電流的變化而變化。只要改變本發明電路中幾個電阻的的參數就可得到需要的負載特性，電路有自主均流的能力，這樣整個並聯電源模塊不再需要專用的均流晶片或均流電路，降低了系統的成本，電路簡單、功耗小，均流效果較好，能夠保證電源的可靠性，尤其對於高壓輸出模塊，效果很好。
權利要求
1.一種實現並聯電源模塊自主均流的電路，包括電壓控制環路，用於將電源模塊的輸出電壓反饋至電源模塊控制電路；其特徵在於還包括電流採樣單元，串聯連接在電源模塊輸出迴路上，用於對電源模塊的輸出電流進行採樣；所述電壓控制環路還用於將所述模塊輸出電流轉換成一電壓信號，反饋至電源模塊控制電路，以控制電源模塊的輸出電壓隨著其輸出電流的變化而變化。
2.根據權利要求1所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於所述電流採樣單元串聯連接在電源模塊負相輸出端(Vo-)，位於輸出濾波電容之前或之後。
3.根據權利要求1或2所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於所述電流採樣單元是電流採樣電阻(Rs)、電流互感器或霍爾元件中的一種，位於輸出濾波電容之前。
4.根據權利要求1或2所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於所述電流採樣單元是電流採樣電阻(Rs)，位於輸出濾波電容之間或之後。
5.根據權利要求4所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於所述電壓控制環路包括第一運算放大器(U1)、第二運算放大器(U2)、第一分壓電阻(Ra)、第二分壓電阻(Rb)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)和基準穩壓管(UZ)；所述第一分壓電阻(Ra)和第二分壓電阻(Rb)串聯後一端與電源模塊的正相輸出端(Vo+)相連，另一端與模塊負相輸出端(Vo-)相連；所述第一運算放大器(U1)的正相輸入端通過第二電阻(R2)與第二運算放大器(U2)的輸出端和負相輸入端相連，其反相輸入端通過第一電阻(R1)與第一分壓電阻(Ra)和第二分壓電阻(Rb)的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源(VCC)相連，其正電源端與基準穩壓管(UZ)的陽極相連；第二運算放大器(U2)的正相輸入端分別通過第三電阻(R3)和第四電阻(R4)基準穩壓管(UZ)的陰極和陽極相連，其負電源端與輔助電源(VCC)相連，其正電源端與基準穩壓管(UZ)的陽極相連；基準穩壓管(UZ)的陰極還通過第五電阻(R5)與輔助電源(VCC)相連，其陽極與電流採樣電阻(Rs)的高電壓端相連。
6.根據權利要求4所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於所述電壓控制環路包括第一運算放大器(U1)、第一分壓電阻(Ra)、第二分壓電阻(Rb)、第一電阻(R1)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)和基準穩壓管(UZ)；所述第一分壓電阻(Ra)和第二分壓電阻(Rb)串聯後一端與電源模塊的正相輸出端(Vo+)相連，另一端與模塊負相輸出端(Vo-)相連；所述第一運算放大器(U1)的正相輸入端通過第六電阻(R6)與基準穩壓管(UZ)的陰極相連，其反相輸入端通過第一電阻(R1)與第一分壓電阻(Ra)和第二分壓電阻(Rb)的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源(VCC)相連，其正電源端與基準穩壓管(UZ)的陽極以及電流採樣電阻(Rs)的高電壓端相連；基準穩壓管(UZ)還通過第五電阻(R5)與輔助電源(VCC)相連。
7.根據權利要求4所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於所述電壓控制環路包括第一運算放大器(U1)、第一分壓電阻(Ra)、第二分壓電阻(Rb)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)、第八電阻(R8)和基準穩壓管(Uz)；所述第一分壓電阻(Ra)和第二分壓電阻(Rb)串聯後一端與電源模塊的正相輸出端(Vo+)相連，另一端與模塊負相輸出端(Vo-)相連；所述第一運算放大器(U1)的正相輸入端通過第六電阻(R6)與基準穩壓管(Uz)的負極相連，其反相輸入端通過第一電阻(R1)與第一分壓電阻(Ra)和第二分壓電阻(Rb)的連接點相連，其輸出端與電源模塊的控制電路相連，其負電源端與輔助電源(VCC)相連，其正電源端與基準穩壓管(Uz)的正極相連；第七電阻(R7)並聯連接在基準穩壓管(Uz)的負極和參考電壓端之間；第八電阻(R8)並聯連接在基準穩壓管(Uz)的正極和參考電壓端之間；基準穩壓管(Uz)的負極還通過第五電阻(R5)與輔助電源(VCC)相連，其正極與電流採樣電阻(Rs)的高電壓端相連。
8.根據權利要求5、6或7所述的實現並聯電源模塊自主均流的電路，其特徵在於電流採樣電阻(Rs)的低電壓端與電源模塊負相輸出端(Vo-)相連。
全文摘要
本發明涉及一種實現並聯電源模塊自主均流的電路，包括電壓控制環路，用於將電源模塊的輸出電壓反饋至電源模塊控制電路；還包括電流採樣單元，串聯連接在電源模塊輸出迴路上，用於對電源模塊的輸出電流進行採樣；所述電壓控制環路還用於將所述模塊輸出電流轉換成一電壓信號，反饋至電源模塊控制電路，以控制電源模塊的輸出電壓隨著其輸出電流的變化而變化。本發明電路可以實現電源輸出的軟特性，獲得自主均流的能力，這樣整個並聯電源模塊不再需要專用的均流晶片或均流電路，降低了系統的成本，電路簡單、功耗小，均流效果較好，能夠保證電源的可靠性，尤其對於高壓輸出模塊，效果很好。
文檔編號G05F1/10GK1786861SQ20051010127
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月9日 優先權日2005年11月9日
發明者向志強, 丁峰 申請人:艾默生網絡能源有限公司