多路电源并联电流输出装置、方法及电子设备与流程

1.本发明涉及电子设备领域，具体涉及一种多路电源并联电流输出装置、方法及电子设备。


背景技术：

2.现有市场上对大功率负载电源需求越来越多，对于大功率负载电源的需求，一种方案为多个电源模块并联在一起，通过对输出电流进行放大和负反馈信号叠加到一起后送入电压环，从而实现控制电流在多个模块之间均匀分配。该方案受器件参数精度、工作环境影响较大，导致电压调整率差。在实际应用中存在多个并联电源输出电压/参考电压存在偏差，导致输出电压高的电源模块分担更大的电流，造成器件过载，输出电压低的模块输出不足，降低了大功率负载电源的可靠性。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种多路电源并联电流输出装置、方法及电子设备，可以降低多个并联电源输出电压的偏差，降低器件过载不足的问题，提高大功率负载电源的可靠性。
4.第一方面，本发明实施例提供一种多路电源并联电流输出装置，所述装置包括：多个并联连接的多个电源模块，每个电源模块与电压输出端vout连接，每个电源模块分别连接各个电压输入端，该多路电源并联电流任意比例输出装置还可以包括：负载和多个检测电阻，多个检测电阻的两端分别连接多个电源模块的两个检测端口，多个检测电阻的一端还均与负载的一端连接，多个检测电阻的另一端均接地，负载的另一端连接电压输出端vout；其中，每个电源模块均包括：电压控制器、电流检测电路、电流源生成电路和比较电路，其中，电流检测电路具有两个检测端口和结果输出端口，两个检测端口分别连接检测电路的两端，结果输出端口连接电流源生成电路的输入端，电流源生成电路的两个输出端分别连接比较电路的两个输入端，比较电路的两个输出端分别连接电压控制器的两个输入端，电压控制器的第三输入端与电压输入端连接，电压控制器的输出端连接电压输出端vout；其中，电流检测电路，用于通过测量检测电阻两端压降获取本电源模块的输出电流is，并将is输出给电流源生成电路；电流源生成电路，用于依据收到is电流会按一定比例转换并生成两个电流的第一电流源sia和第二电流源sib；比较电路，用于比较第一电流源sia和第二电流源sib的输出电压得到第一比较结果，比较第二电流源sib的输出电压与电源模块限流值对应的等效电压iset得到第二比较结果，将第一比较结果和第二比较结果输出给电压控制器；电压控制器：用于将电源输入vin电压转换为需要的电压vo，同时根据第一比较结果和第二比较结果来微调电源模块的输出电压vo。
5.第二方面，提供一种多路电源并联电流输出方法，所述方法应用于第一方面提供的装置。
6.第三方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括第一方面所述的装置。
7.实施本发明实施例，具有如下有益效果：可以看出，本技术实施例的能够实现并联电流任意比例的输出，并且结构简单，成本低，降低多个并联电源输出电压的偏差，降低器件过载不足，进而提高装置的可靠性。
附图说明
8.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1是一种多路电源并联电流输出装置的结构示意图；图2是本技术提供的一种多路电源并联电流输出装置的结构示意图。
具体实施方式
10.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
11.本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
12.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结果或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
13.参阅图1，图1为一种多电源并联开环电路的示意图，如图1所示，多个结构相同的电源模块u1，u2
…
un的输出电压vo1，vo2
…
von连接在一起，每个模块有单独的电流采样电阻rs1，rs2
…
rsn，模块内部是电流电压负反馈闭环控制：通过采样电阻两端的压差获取电流反馈信息送到电压控制电路，当检测到电流增加时，电压会因为负反馈而降低，从而实现电流均匀分配。
14.如图1所示的多电源并联开环电路的模块内部是电流反馈和电压闭环控制，模块之间属于电压和电流开环控制系统，系统的输出电压有赖于各个模块内部电流自行各自的调整，导致系统电压调整率差，电路模块之间受影响因素很多：器件的容差、老化等，要电流分配偏差较大。
15.如图2所示，本技术提出的多路电源并联电流任意比例输出的电路图，如图2所示，
该多路电源并联电流任意比例输出装置可以包括：多个并联连接的多个电源模块，每个电源模块与电压输出端vout连接，每个电源模块分别连接各个电压输入端，该多路电源并联电流任意比例输出装置还可以包括：负载和多个检测电阻，多个检测电阻的两端分别连接多个电源模块的两个检测端口，多个检测电阻的一端还均与负载的一端连接，多个检测电阻的另一端均接地，负载的另一端连接电压输出端vout；其中，每个电源模块均包括：电压控制器、电流检测电路、电流源生成电路和比较电路，其中，电流检测电路具有两个检测端口和结果输出端口，两个检测端口分别连接检测电路的两端，结果输出端口连接电流源生成电路的输入端，电流源生成电路的两个输出端分别连接比较电路的两个输入端，比较电路的两个输出端分别连接电压控制器的两个输入端，电压控制器的第三输入端与电压输入端连接，电压控制器的输出端连接电压输出端vout；其中，电流检测电路，用于通过测量检测电阻两端压降获取本电源模块的输出电流is，并将is输出给电流源生成电路；电流源生成电路，用于依据收到is电流会按一定比例转换并生成两个电流的第一电流源sia和第二电流源sib；比较电路，用于比较第一电流源sia和第二电流源sib的输出电压得到第一比较结果，比较第二电流源sib的输出电压与电源模块限流值对应的等效电压iset得到第二比较结果，将第一比较结果和第二比较结果输出给电压控制器；电压控制器：用于将电源输入vin电压转换为需要的电压vo，同时根据第一比较结果和第二比较结果来微调电源模块的输出电压vo。
16.具体的，比较电路包括：第一比较器cma、第二比较器cmb、第一接地电阻ra、第二接地电阻rb、第一电流源sia和第二电流源sib；其中，第一电流源sia和第二电流源sib分别与电流源生成电路的两个输出端连接，第一电流源sia的输出端通过第一接地电阻ra接地，第一接地电阻ra的输入端还与第一比较器cma的同相输入端连接，第一比较器cma的反向输入端连接第二电流源sib的输出端，第一比较器cma为比较电路的一个输出端，第二电流源sib的输出端通过第二接地电阻rb接地，第二电流源sib的输出端还与第二比较器cmb的反向输入端连接，第二比较器cmb的正向输入端连接电源模块限流值对应的等效电压iset；第二比较器cmb的输出端为比较电路的另一输出端；可选的，上述第一电流源sia和第二电流源sib的输出电压相等。
17.可选的，上述第一电流源sia和第二电流源sib为完全相等的电流源。
18.可选的，上述第一接地电阻ra与第二接地电阻rb的阻值相等。
19.上述电路中的每个电源模块有一个电源输入端vin，有一个电源输出端vo。所有并联电源模块的vo输出都连接到总输出vout口，以三个电源模块并联为例，三个电源模块输出vo1,vo2,vo3并联可以实现总输出vout大于任何一个独立电源模块单独输出的电流。总输出vout连接到输出负载rl后通过每个模块各自的电流采样电阻rs连接到地。多电源模块并联时，所有电源模块的vb端是连在一起的。
20.每个电源模块内部包括了以下部分：电流检测电路：通过测量rs电阻两端压降获取本电源模块的输出电流is，并将is输出给电流源生成电路。
21.电流源生成电路：电流源生成电路收到is电流会按一定比例转换并生成两个电流完全相等的电流源sia和sib，分别施加到两个完全相等的接地电阻ra和rb上，分别产生va和vb电压，当系统处于稳定状态时，每个电源模块内部va=vb。
22.比较器cma：同相输入端为va，反向输入端为vb，比较器cma用于比较va和vb的电压，并将比较器输出的结果cmao送给电压控制器。
23.比较器cmb：反向输入端为vb，同相输入端为本电源模块限流值对应的等效电压iset，比较器cmb用于比较vb和和iset的电压，并将比较器的结果cmbo送给电压控制器。当vb》iset时，cmbo=0表示当前电源模块发生了过流；当vb《iset时，cmbo=1表示当前电源模块没有发生过流；电压控制器：该子模块将电源输入vin电压转换为需要的cv电压vset。并联的每个电源模块输出相同的电压vset，是每个模块正常工作在cv模式下的电压，同时电压控制器根据cma和cmb两个比较器的输出cmao和cmbo来微调电源模块的输出电压；本技术的多电源并联电流任意比例输出电路的电流、电压、电阻之间的比例关系如下：参阅图2，以三个电源模块并联为例，三个电源模块的输入电压vin1,vin2,vin3之间是没有特定比例关系的，要求每个电源模块输出可以产生对应的vset电压，每个电源模块理论cv输出电压相等为vset，即vset1=vset2=vset3=vset。三个电源模块的限流值iset1,iset2,iset3之间没有特定的比例关系，根据本模块的电流能力或系统要求设定为大于本电源模块的额定电流能力。任意时刻三个电源模块的实际输出电压vo1,vo2,vo3是相等的。所有电源模块连接的rs电流采样电阻值是相等的，即rs1=rs2=rs3。所有模块将si转换为sai和sib的比例关系是相同的，比如sia=sib=y*is(y为常量)。同一个电源模块内部的ra=rb，电源模块1，电源模块2，电源模块3之间的电阻定义为ra1=rb1=r1, ra2=rb2=r2和ra3=rb3=r3，r1,r2,r3均为常量。
24.本发明提出的多电源并联输出系统，支持电流任意比例输出，是通过改变电源模块之间r1,r2,r3之间的阻值的比例实现的，三个电源模块的电阻值比例关系为r1:r2:r3。多电源模块并联时，由于所有电源模块的vb端是连在一起的，所以在任何时刻所有并联的电源模块的vb电压是相等的，即vb1=vb2=vb3。vb=r*sib,则sib1,sib2,sib3之间的比例关系为(1/r1):(1/r2):(1/r3)。而sib=y*is(y为常量),所以可得，三个电源模块的输出电流is1,is2和is3的比例关系为(1/r1):(1/r2):(1/r3)。
25.上述关系均为系统处于稳态，电流按比例均衡输出的情况下推导的，实际工作过程中会因为器件之间的差异、工作环境的变化、负载的变化等诸多因素导致某一路或多路电流出现波动或比例异常时，各电压、电流会在上述比例范围内小幅波动，此时每个电源模块会根据本模块cma和cmb的输出对输出vo电压值进行调节。以三个电源模块并联为例，本发明的多电源并联任意比例输出电路的电压控制模块调控电压的流程如下：当任意一个电源模块，假如是电源模块1的电压发生波动电源模块2和电源模块3保持不变，会进行以下动作实现电流恢复预定的比例(1/r1):(1/r2):(1/r3)输出：如果电源模块1电压变大电源模块1的电流is1也会变大从而vb1跟着变大，假设is1变大x倍（x为常量），对应的电流im1和ia1和ib1跟着就会变大x倍，导致va1和vb1变大x倍。但是由于vb1和其他模块的vb2,和vb3相连，vb1上叠加了vb2和vb3稳态电平，所以vb1的
变大幅度是小于va1的，即va1》vb1；而其他模块的vb2和vb3由于叠加了变大的vb1，所以vb2,vb3跟着变大，从而导致vb2》va2，vb3》va3。
26.如果va1》vb1且vb1《iset1即is1电流没有超过电源模块1的限流值，则此时，电源模块1, 电源模块2、电源模块3都保持原设定的cv电压vo1,vo2,vo3不变；如果va1》vb1且vb1》iset1(cmbo1=0)即is1电流超过了电源模块1的限流值,从而触发了过流保护，此时电源模块1的电压控制器会下调设定输出电压vo1,直到is1电流小于iset1，使得vset1《vset。
27.如果电源模块1电压变小电源模块1的电流is1也会变小从而vb1也变小，假设is1变小x倍，对应的电流im1和ia1和ib1跟着就会变小x倍，导致va1和vb1变小x倍。但是由于vb1和其他模块的vb2,和vb3相连，vb1上叠加了vb2和vb3稳态电平，所以vb1的变小幅度是小于va1的，即va1《vb1；当电压控制器11检测到va1《vb1并且此时电源模块1设定的输出电压就是cv电压vset，则电压控制器11的输出电压保持不变；当电压控制器11检测到va1《vb1并且此时电压控制器11设定的输出电压曾因为过流保护下调过而低于设定的cv电压vset即vset1《vset，则电源模块1的电压控制器会上调输出电压vset1为vset；而其他模块的vb2和vb3由于叠加了变小的vb1，所以vb2,vb3跟着变小，从而导致vb2《va2，vb3《va3。电源模块2和电源模块3不需要调整其输出电压。
28.结合上述两条，当并联的多个模块任意一个或多个模块的电压发生波动时，任意电源模块内部如果检测到va》vb同时当前电源模块输出电流is大于本电源模块设定的限流值即vb》iset，就会将当前电源模块的输出电压下调，直到is小于iset；任意电源模块内部如果检测到va《vb同时当前电源模块设定的输出电压低于cv电压vset，就会将当前模块的输出电压上调恢复到设定的cv电压vset；最终系统重新回到稳定状态。
29.本发明提出的电源并联输出系统的每个电源模块支持电源模块过流保护，过流保护是通过将vb电压和本电源模块限流值对应的等效电压iset进行比较实现的。以电源模块1为例，当电源模块1的vb1电压大于iset1时，比较器cmb1的输出会发生变化并将输出cmbo1传送给电压控制器11，当电压控制器11检测到cmbo1=0即vb1大于iset1时，判断为过流，电压控制器11会将输出电压vo1下调，直到vb《va。从而保证电源模块1不会出现过流状态。所有并联的电源模块都按该机制进行运行，从而保证了整个系统的过流保护。同时，该机制保证了模块电压不会因为系统模块之间的电流波动在调整过程中出现电压无限上调的情况。
30.本技术提出的电源并联输出系统的每个电源模块之间的过流保护和电流按比例均衡输出功能是同时运行的，只要条件满足即进行调整，模块之间没有先后顺序或优先级。
31.为了更好的说明上述机制，下表列出任意一个电源模块n调整输出电压vsetn或保持不变的条件：
条件比较器输出工作状态电压调节动作van》vbnvbn《isetnvsetn《=vsetcmao=1cmbo=1电源模块n电流变大但没有过流保持van《vbnvbn《isetnvsetn《vsetcmao=0cmbo=1电源模块n电流变小且设定的输出电压vsetn小于cv电压vsetvsetn上调恢复到设定的cv电压vsetvan《vbnvbn《isetnvsetn=vsetcmao=0cmbo=1电源模块n电流变小且设定的输出电压vsetn等于cv电压vset保持van》vbnvbn》isetnvsetn《=vsetcmao=1cmbo=0电源模块n电流变大并且发生过流下调电压vsetn直到vbn《isetnvan《vbnvbn》isetnvsetn《=vsetcmao=0cmbo=0电源模块n电流变小且仍为过流状态下调电压vsetn直到vbn《isetn
其中，vset为理论cv电压，所有并联电源模块的理论cv电压是相等的；vsetn为电源模块n的实际设定电压，该实际设定电压可能会根据状态调整，可能等于vset也可能小于vset；von为电源模块n的实际输出电压，由于电源模块输出vo接在一起，所以所有并联的电源模块的von是相等的，理想情况下von和vset是相等的，实际上不一定相等。
32.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以接收其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
33.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
34.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
35.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器（英文：read-only memory ，简称：rom）、随机存取器（英文：random access memory，简称：ram）、磁盘或光盘等。
36.以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。