一種直流電源的並聯均流控制系統的製作方法
2024-04-13 14:46:05 4
1.本發明涉及電子設計技術領域，特別是涉及一種直流電源的並聯均流控制系統。
背景技術：
2.電源是電子設備的心臟，其質量好壞直接影響著電子設備的可靠性能，而且設備故障的60％都與電源有著直接的關係。直流穩壓源電源以其精度高，電路簡單，動態性能優良，紋波小，成本低等特點而被廣泛應用。在電子電路設計中，隨著產品功能不斷豐富，要求直流電源的輸出電流也不斷增大。直流穩壓源電源晶片具有體積小、引腳少、配置簡單、性能穩定、噪聲紋波小、成本低等優勢，所以被廣泛應用在電子電路中。
3.但直流穩壓源電源晶片採用線性調整方式，在使用過程中存在供電效率低、可持續輸出電流小等問題，且輸出電壓和內阻存在偏差。在要求持續大電流輸出的電路應用中，直流穩壓源電源晶片很難勝任。為了解決這個問題，現有技術一般把兩個直流穩壓晶片並聯輸入和並聯輸出，使其增大輸出電流。但是兩個直流穩壓源電源晶片因輸出能力差異，實際供電過程中，兩個晶片並聯後的輸出電流很難一致，最終供電電流只是一個晶片的供電能力，無法達到兩個晶片供電能力的總和。
技術實現要素：
4.本技術提供了一種直流電源的並聯均流控制系統，用於實現兩個並聯直流電源模塊輸出等效電壓值。
5.第一方面，本技術提供了一種直流電源的並聯均流控制系統，包括：穩壓源模塊、控制模塊，結構相同的第一直流電源模塊和第二直流電源模塊，具體為：
6.所述穩壓源模塊與所述第二直流電源模塊的輸入端連接；
7.所述控制模塊分別與所述第一直流電源模塊、所述第二直流電源模塊和所述穩壓源模塊連接；其中，所述第一直流電源模塊和所述第二直流電源模塊並聯連接；
8.所述穩壓源模塊用於調整所述第二直流電源模塊的輸出電壓，以使所述第二直流電源模塊輸出穩定電壓；
9.所述控制模塊用於獲取所述第一直流電源模塊和所述第二直流電源模塊之間的輸入電流差值和輸出電壓差值並根據預設公式調整所述第二直流電源的輸出電壓，以使所述第一直流電源模塊和所述第二直流電源模塊輸出等效電壓值。
10.這樣，通過設置穩壓源模塊和控制模塊，獲取第一直流電源模塊和第二直流電源模塊的輸出電壓，並通過穩壓源模塊調整第二直流電源模塊的輸出電壓，以使第二直流電源模塊輸出穩定的輸出電壓。進一步，控制模塊根據第一直流電源模塊和第二直流電源模塊之間的輸入電流差值和輸出電壓差值，採用預設公式調整所述第二直流電源模塊的輸出電壓，從而使第一直流電源模塊和第二直流電源模塊的輸出電壓相等，克服因兩個直流電源模塊間的輸出能力差異帶來的供電無法均流的困難，提高整個電源系統的供電能力。
11.在一種實現方式中，所述結構相同的第一直流電源模塊和第二直流電源模塊，具
體為：
12.所述第一直流電源模塊包括第一穩壓晶片、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第六電阻、第十一電容和第十二電容；
13.所述第二直流電源模塊包括第二穩壓晶片、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第九電容和第十電容；
14.所述第一電阻的第一端與第一信號輸入端和第十七電阻的第一端連接；
15.所述第十七電阻的第二端與所述第十一電阻的第一端連接；
16.所述第一電阻的第二端與所述第十一電容的第一端、所述第十二電容的第一端和所述第一穩壓晶片的輸入端連接；
17.所述第十一電容的第二端與所述第十二電容的第二端接地；
18.所述第一穩壓晶片的輸出端與所述第二電阻的第一端和所述第三電阻的第一端連接；
19.所述第一穩壓晶片的adj引腳與所述第三電阻的第二端和所述第六電阻的第二端連接；
20.所述第六電阻的第二端接地；
21.所述第十一電阻的第二端與所述第十電容的第一端、所述第九電容的第二端和所述第二穩壓晶片的輸入端連接；
22.所述第十電容的第二端與所述第九電容的第二端接地；
23.所述第二穩壓晶片的輸出端與所述第十二電阻的第一端和所述第十電阻的第一端連接；
24.所述第二穩壓晶片的adj引腳與所述第十二電阻的第二端和所述第十三電阻的第一端連接；
25.所述第十三電阻的第二端接地。
26.在一種實現方式中，所述穩壓源模塊包括第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻和第一三極體，具體為：
27.所述第十四電阻的第一端與所述第十六電阻的第一端和所述第一三極體的集電極連接；
28.所述第十六電阻的第二端與第二信號輸入端連接；
29.所述第十四電阻的第二端與所述第十五電阻的第二端和所述第一三極體的基極連接；
30.所述第十五電阻的第二端與所述第一三極體的發射極接地。
31.在一種實現方式中，所述穩壓源模塊用於調整所述第二直流電源模塊的輸出電壓，以使所述第二直流電源模塊輸出穩定電壓，具體為：
32.獲取所述第二穩壓晶片adj引腳的輸出電壓和所述第一三極體的驅動電壓；
33.將所述第十五電阻設定為固定阻值電阻；
34.將所述第十六電阻和所述第一三極體發射極間的節點電壓設置為所述輸出電壓；
35.將所述節點電壓發送至所述第二直流電源模塊；
36.根據預設公式確定所述第十四電阻的阻值。
37.在一種實現方式中，所述根據預設公式確定所述第十四電阻的阻值，具體為：
38.預設公式具體為：
39.其中，r14為所述第十四電阻的阻值，vref為所述第十六電阻和所述第一三極體發射極間的節點電壓，vbe為所述第一三極體的驅動電壓，r15為所述第十五電阻的阻值。
40.在一種實現方式中，所述控制模塊包括第四電阻、第五電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻和運算放大器，具體為：
41.所述第四電阻的第一端與所述第一電阻的第二端、所述第十一電容的第一端、所述第十二電容的第一端、所述第一穩壓晶片的輸入端和所述第五電阻的第一端連接；
42.所述第四電阻的第二端與所述運算放大器的負極輸入端連接；
43.所述第五電阻的第二端與所述運算放大器的輸出端和所述第七電阻的第一端連接；
44.所述第七電阻的第二端與所述第二穩壓晶片的adj引腳連接；
45.所述第八電阻的第一端與所述第一三極體的集電極連接；
46.所述第八電阻的第二端與所述運算放大器的正極輸入端和所述第九電阻的第一端連接；
47.所述第九電阻的第二端與所述第十一電阻的第二端、所述第十電容的第一端、所述第九電容的第一端和所述第二穩壓晶片的輸入端連接。
48.在一種實現方式中，所述控制模塊用於獲取所述第一直流電源模塊和所述第二直流電源模塊之間的輸入電流差值和輸出電壓差值並根據預設公式調整所述第二直流電源模塊的輸出電壓，以使所述第一直流電源模塊和所述第二直流電源模塊輸出等效電壓值，具體為：
49.將所述輸入電流差值作為所述控制模塊的輸入信號；
50.根據傳遞函數確定所述控制模塊中各元器件的數值，以使所述控制模塊輸出所述輸出電壓差值並發送至所述第二直流電源模塊。
51.在一種實現方式中，所述傳遞函數為y＝kf(x)；其中，x為輸入電流差值，y為輸出電壓差值，即所述第二直流電源模塊的電壓增加量；k為正整數，表示所述第一直流電源模塊和所述第二直流電源模塊的輸出電壓接近速度。
附圖說明
52.圖1是本發明實施例提供的一種直流電源的並聯均流控制系統的電路連接關係示意圖。
具體實施方式
53.下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
54.本技術的說明書和權利要求書及所述附圖中的術語「第一」和「第二」等是用於區別不同對象，而不是用於描述特定順序。此外，術語「包括」和「具有」以及它們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備沒有限定於已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還
包括對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
55.在本文中提及「實施例」意味著，結合實施例描述的特定特徵、結構或特性可以包含在本技術的至少一個實施例中。在說明書中的各個位置出現該短語並不一定均是指相同的實施例，也不是與其它實施例互斥的獨立的或備選的實施例。本領域技術人員顯式地和隱式地理解的是，本文所描述的實施例可以與其它實施例相結合。
56.首先，對本技術中的部分用語進行解釋說明，以便於本領域技術人員理解。
57.(1)直流電源：是一種能量轉換裝置，它把其他形式的能量轉換為電能供給電路，以維持電流的穩恆流動，是維持電路中形成穩恆電壓電流的裝置。如乾電池、蓄電池、直流發電機等。
58.(2)穩壓晶片：穩壓晶片可以保護電路，使電路不會因為脈衝而受到破壞。也起到一個調整、變壓的作用，防止過大的電壓燒斷電路或造成一些危險性的破壞作用。
59.(3)adj引腳：adj是可調整電壓引腳，用來接入一個可調電阻，或根據計算好的電阻分壓法版來匹配出固定電阻，產生需要的輸出電壓。
60.實施例1
61.參見圖1，圖1是本發明實施例提供的一種直流電源的並聯均流控制系統的電路連接關係示意圖。本發明實施例提供一種直流電源的並聯均流控制系統，包括：穩壓源模塊203、控制模塊204，結構相同的第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202，具體為：
62.穩壓源模塊203與第二直流電源模塊202的輸入端連接；
63.控制模塊204分別與第一直流電源模塊201、第二直流電源模塊202和穩壓源模塊203連接；其中，第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202並聯連接；
64.穩壓源模塊203用於調整第二直流電源模塊202的輸出電壓，以使第二直流電源模塊202輸出穩定電壓；
65.控制模塊204用於獲取第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202之間的輸入電流差值和輸出電壓差值並根據預設公式調整第二直流電源模塊202的輸出電壓，以使第一直流電源模塊和第二直流電源模塊輸出等效電壓值。
66.在本發明實施例中，第一直流電源模塊201包括第一穩壓晶片u1、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第六電阻r6、第十一電容c11和第十二電容c12；第二直流電源模塊202包括第二穩壓晶片u2、第十電阻r10、第十一電阻r11、第十二電阻r12、第十三電阻r13、第九電容c9和第十電容c10。
67.具體的，第一電阻r1的第一端與第一信號輸入端vcc 1、第十七電阻r17的第一端連接；第十七電阻r17的第二端與第十一電阻r11的第一端連接；第一電阻r1的第二端與第十一電容c11的第一端、第十二電容c12的第一端和第一穩壓晶片u1的輸入端vin連接；第十一電容c11的第二端與第十二電容c12的第二端接地；第一穩壓晶片u1的輸出端vout與第二電阻r2的第一端和第三電阻r3的第一端連接；第一穩壓晶片u1的adj引腳與第三電阻r3的第二端和第六電阻r6的第二端連接；第六電阻r6的第二端接地；第十一電阻r11的第二端與第十電容c10的第一端、第九電容c9的第二端和第二穩壓晶片u2的輸入端vin連接；第十電容c10的第二端與第九電容c9的第二端接地；第二穩壓晶片u2的輸出端vout與第十二電阻r12的第一端和第十電阻r10的第一端連接；第二穩壓晶片u2的adj引腳與第十二電阻r12的第二端和第十三電r13的第一端連接；第十三電阻r13的第二端接地。
68.在本發明實施例中，穩壓源模塊203包括第十四電阻r14、第十五電阻r15、第十六電阻r16和第一三極體t1。具體的，第十四電阻r14的第一端與第十六電阻r16的第一端和第一三極體t1的集電極連接；第十六電阻r16的第二端與第二信號輸入端vcc 2連接；第十四電阻r14的第二端與第十五r15的第二端和第一三極體t1的基極連接；第十五電阻r15的第二端與第一三極體t1的發射極接地。
69.穩壓源模塊203用於調整所述第二直流電源模塊的輸出電壓，以使所述第二直流電源模塊輸出穩定電壓，具體包括：獲取第二穩壓晶片u2中adj引腳的輸出電壓v＿ctl和所述第一三極體t1的驅動電壓vbe；將第十五電阻r15設定為固定阻值電阻；將第十六電阻r16和所述第一三極體t1發射極間的節點電壓vref設置為輸出電壓v＿ctl；將節點電壓vref發送至第二直流電源模塊202。
70.具體的，將該節點電壓vref通過第八電阻r8和第九電阻r9與第二穩壓晶片u2的輸入端進行連接。根據預設公式確定所述第十四電阻的阻值；其中，預設公式為，當穩壓源模塊203中其餘元器件的參數確定時，可根據該公式確定第十四電阻r14電阻。
71.作為本發明實施例的一個優選方案，穩壓源模塊203可採用一個穩壓源二極體代替。具體的，將第一三極體t1用一穩壓源二極體代替，相應的預設公式中第一三極體t1的驅動電壓vbe調整為穩壓源二極體的驅動電壓。
72.在本發明實施例中，控制模塊204包括第四電阻r4、第五電阻r5、第七電阻r7、第八電阻r8、第九電阻r9和運算放大器a。
73.具體的，第四電阻r4的第一端與第一電阻r1的第二端、第十一電容c11的第一端、第十二電容c12的第一端、第一穩壓晶片u1的輸入端vin和第五電阻r5的第一端連接；第四電阻r4的第二端與運算放大器a的負極輸入端連接；第五電阻的第二端與運算放大器a的輸出端和第七電阻r7的第一端連接；第七電阻r7的第二端與第二穩壓晶片u2的adj引腳連接；第八電阻r8的第一端與第一三極體t1的集電極連接；第八電阻r8的第二端與運算放大器a的正極輸入端和第九電阻r9的第一端連接；第九電阻r9的第二端與第十一電阻r11的第二端、第十電容c10的第一端、第九電容c9的第一端和第二穩壓晶片u2的輸入端vin連接。
74.在本發明實施例中，控制模塊204用於獲取第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202之間的輸入電流差值和輸出電壓差值並根據預設公式調整第二直流電源模塊202的輸出電壓，以使第一直流電源201模塊和第二直流電源模塊202輸出等效電壓值，具體為：將所述輸入電流差值作為控制模塊204的輸入信號；根據傳遞函數確定控制模塊204中各元器件的數值，以使控制模塊204輸出電壓差值並發送至第二直流電源模塊202。
75.具體的，在本發明實施例中，第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202結構相等，第二直流電源模塊指輸出電壓較小的直流電源模塊。根據第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202的連接關係，可得到第二穩壓晶片和第二穩壓晶片的供電電流，為了方便計算，在本發明實施例中將第一電阻r1、第十一電阻r11、第二電阻r2和第十電阻r10設計為四個阻值一致的電阻，且第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202的供電電壓和輸出電壓相等。第一穩壓晶片u1的輸入電流可用以下公式表示：
[0076][0077]
其中，ia為第一穩壓晶片u1的輸入電流；vin＿a為第一直流電源模塊201的供電電壓；va為第一穩壓晶片u1的輸入電壓；vout_a為第一直流電源模塊201的輸出電壓。
[0078]
第二穩壓晶片u2的輸入電流可用以下公式表示：
[0079][0080]
其中，ib為第二穩壓晶片u2的輸入電流；vin_b為第二直流電源模塊202的輸入電壓；vb為第二穩壓晶片u2的輸入電壓；vout_b為第二直流電源模塊202的輸出電壓。
[0081]
根據上述穩壓晶片的輸入電流公式，第一穩壓晶片和第二穩壓晶片間的輸入電流差值可用以下公式表示：
[0082][0083]
其中，δi＿in為第一穩壓晶片u1和第二穩壓晶片u2之間的輸入電流差值。又因為第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202的輸入電壓值相等。即vin_a＝vin_b，所以輸入電流差值可用以下公式表示：
[0084]
進一步的，由於第一直流電源模塊201和第二直流電源模塊202的輸出電壓相等，將vout_a和vout_b統一用vcc_out表示。第一穩壓晶片u1和第二穩壓晶片u2的輸出電流差值可用以下公式表示：
[0085][0086]
其中，δi_out為第一穩壓晶片u1和第二穩壓晶片u2的輸出電流差值，va_out為第一穩壓晶片u1的輸出端電壓；vb_out為第二穩壓晶片u2的輸出端電壓。
[0087]
根據輸入電流差值公式和輸出電流差值公式可得第一穩壓晶片u1和第二穩壓晶片u2的輸出電壓差值，可用以下公式表示：
[0088][0089]
根據穩壓晶片的輸出電壓公式其中，v_adj為adj引腳的輸出電壓。第二穩壓晶片u2的輸出電壓可用以下公式表示：
[0090]
根據控制模塊204的連接關係可知，運算放大器的負極輸入端電壓為第一直流電源模塊的輸入電壓va，正極輸入端電壓為第二直流電源模塊的輸入電壓vb。根據運算放大器的輸出電壓公式，器的輸出電壓公式，本技術中運算放大器的輸出電壓可用以下公式表示：
[0091]
[0092]
由於第二電阻r2和第十電阻r10的阻值相等，為了使第一直流電源模塊201的輸出電壓vout_a和第二直流電源的輸出電壓vout_b相等，實際上要確保第二穩壓晶片u2的輸出電壓vb_out和第一穩壓晶片u1的輸出電壓va＿out相等。要使第二穩壓晶片u2的輸出電壓和第一穩壓晶片的輸出電壓相等，則第二穩壓晶片u2的輸出電壓vb＿out需要增加第一穩壓晶片和第二穩壓晶片的輸出電壓差值δv。根據穩壓晶片輸出電壓公式第二穩壓晶片u2的adj引腳輸出電壓v＿ctl可用以下公式表示：第二穩壓晶片需要增加的電壓量為輸出電壓差值δv，即第二穩壓晶片u2的adj引腳輸出電壓v＿ctl增加量可用以下公式表示：該電壓增加量δv_ctl由控制模塊204提供，根據傳遞函數y＝kf(x)，將輸入電流差值δi＿in作為運算放大器的輸入信號，得到輸出信號y。其中，x＝δi＿in，根據輸入電流差值公式、輸出電壓差值公式可得，即，最終運算放大器的輸出電壓具體應用中，一般第四電阻r4和第八電阻r8的阻值相等，第五電阻r5和第九電阻r9的阻值相等。將第四電阻設定為固定阻值電阻，則根據上述控制模塊204的輸出電壓公式可確定第五電阻r5，用以下公式表示：進一步的，可將第五電阻r5的阻值用以下公式表示：其中，k為正整數，接近速度，k越大，則第二穩壓晶片u2的輸出電壓越快速接近第一穩壓晶片u1的輸出電壓。
[0093]
本發明實施例提供一種直流電源的並聯均流控制系統，通過設置穩壓源模塊和控制模塊，獲取第一直流電源模塊和第二直流電源模塊的輸出電壓，並通過穩壓源模塊調整第二直流電源模塊的輸出電壓，以使第二直流電源模塊輸出穩定的輸出電壓。進一步，控制模塊根據第一直流電源模塊和第二直流電源模塊之間的輸入電流差值和輸出電壓差值，採用預設公式調整所述第二直流電源模塊的輸出電壓，從而使第一直流電源模塊和第二直流電源模塊的輸出電壓相等，克服因兩個直流電源模塊間的輸出能力差異帶來的供電無法均流的困難，提高整個電源系統的供電能力。
[0094]
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。