专利名称：均流系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及电子电路，尤其涉及一种电压调节器并联均流系统。
背景技术：
如今，伴随新一代CPU和GPU的发展，对其中电压调节器的电流要求越来越高，而对电压调节器尺寸要求越来越小。电压调节器尺寸限制了电压调节器的最大输出电流。因此常将多个电压调节器并联使用以满足大电流的需求，同时减小每个电压调节器上的压力并增加系统的可靠性。但是，多个电压调节器并联使用时很难达到输出电流分配均匀，因此并联的电压调节器模块间需要采取均流措施，它是实现大功率电源和冗余电源的关键。现有技术中，常在多个并联的电压调节器的输出端增加一个电阻或二极管以解决均流的问题，但是在大电流情况下，增加电阻或二极管会降低电压调节器的效率。现有技术中另一种更精确的均流方法是采样多路并联电压调节器的每一路电流，再对每一路电流进行反馈控制。例如，如图1所示的两路电压调节器并联均流系统100。电路100包含功率开关模块11、功率开关模块21、控制电路13、控制电路23、误差放大电路12、误差放大电路22、米样电阻Rs1、米样电阻RS2、输出电容Cioad和负载电感LI 一端电耦接至功率开关模块11，另一端电耦接至采样电阻Rsi —端，采样电阻Rsi另一端与输出电容Cujad的一端以及误差放大电路12的反相输入端电稱接,误差放大电路12的正相输入端接收参考电压Vsi，并输出信号至控制电路13，控制电路13输出脉宽调制信号PWM_a控制功率开关模块11中的上开关管Tl和下开关管T2的导通和关断。电感L2—端电耦接至功率开关模块21,另一端电稱接至米样电阻Rs2 —端，米样电阻Rs2另一端与输出电容Cum的一端以及误差放大电路22的反相输入端电耦接，误差放大电路22的正相输入端接收参考电压VS2，并输出信号至控制电路23，控制电路23输出脉宽调制信号PWM_b控制功率开关模块21中的上开关管T3和下开关管T4的导通和关断。误差放大电路12正相输入端所接参考电压Vsi与误差放大电路22正相输入端所接参考电压Vs2相等，通过各自电流环路的控制，使第一路输出电流Itu与第二路输出电流I"相等，达到均流的效果。这样虽可精确控制每一路电流，但是会增加控制电路的复杂度和成本。
发明内容
考虑到现有技术的一个或多个问题，本发明的实施例提供了一种均流系统。根据一些实施例，提供了一种均流系统，包括:N个相同的功率开关集成的集成电路模块，每个所述集成电路模块包括至少一个功率开关，并且具有:输入电压接收管脚，用于接收输入电压；矩形波信号输出管脚，用于输出矩形波信号，脉宽调制信号输入/输出管脚，用于输入/输出脉宽调制信号；反馈电压信号接收管脚，和第一参考电压信号接收管脚，用于接收第一参考电压信号，其中，N为大于等于2的正整数；滤波电路，电耦接至所述矩形波信号输出管脚，基于所述矩形波信号产生输出电压信号；以及反馈电路，电耦接至所述滤波电路的输出端，产生代表所述输出电压信号的反馈电压信号；其中，所述N个相同的集成电路模块包括一个主集成电路模块和N-1个从集成电路模块，所述N-1个从集成电路模块的脉宽调制信号输入/输出管脚与所述主集成电路模块的脉宽调制信号输入/输出管脚电耦接。根据一些实施例，所述主集成电路模块在脉宽调制信号输入/输出管脚输出脉宽调制信号，所述N-1个从集成电路模块在脉宽调制信号输入/输出管脚接收所述脉宽调制信号。根据一些实施例，所述N个相同的功率开关集成的集成电路模块中的每一个包括功率开关模块、误差放大电路、第一比较电路、选择开关和控制电路，其中，所述功率开关模块包括至少一个功率开关，并且电耦接至所述输入电压接收管脚和所述矩形波信号输出管脚；所述误差放大电路的反相输入端电耦接至所述反馈电压信号接收管脚，其正相输入端电耦接至所述第一参考电压信号接收管脚，并基于所述反馈电压信号接收管脚接收的信号和所述第一参考电压信号在其输出端提供误差放大信号；所述第一比较电路的正相输入端电耦接至所述反馈电压信号接收管脚，其反相输入端接收第二参考电压信号，并基于所述反馈电压信号接收管脚接收的信号和所述第二参考电压信号在其输出端提供高/低信号；所述控制电路的第一输入端接收所述误差放大信号，第二输入端耦接所述选择开关，其输出端也耦接所述选择开关，并在其输出端提供脉冲宽度调制信号至所述功率开关模块；所述选择开关电耦接在所述脉宽调制信号输入/输出管脚和所述控制电路之间，根据所述高/低信号选择所述脉宽调制信号输入/输出管脚耦接至所述控制电路第二输入端或者耦接至所述控制电路的输出端。根据一些实施例，所述选择开关具有控制端、第一端子、第二端子和第三端子，其中，所述控制端接收所述高/低信号，所述第一端子电耦接至所述脉宽调制信号输入/输出管脚，所述第二端子电耦接至所述控制电路的第二输入端，所述第三端子电耦接至所述控制电路的输出端；当所述高/低信号为高信号时，所述第一端子和所述第二端子电耦接，使所述脉宽调制信号输入/输出管脚耦接至所述控制电路第二输入端；当所述高/低信号为低信号时，所述第一端子和所述第三端子电耦接，使述脉宽调制信号输入/输出管脚耦接至所述控制电路的输出端。根据一些实施例，所述主集成电路模块的反馈电压信号接收管脚接收所述反馈电压信号，并基于所述反馈电压信号和所述第一参考电压信号在其脉宽调制信号输入/输出管脚输出脉冲宽度调制信号；所述N-1个从集成电路模块的反馈电压信号接收管脚接收固定电压信号，并基于所述固定电压信号和第二参考电压信号在其脉宽调制信号输入/输出管脚接收所述脉冲宽度调制信号；其中，所述固定电压信号大于所述第一参考电压信号，小于所述第二参考电压信号。根据一些实施例，所述功率开关模块包括串联连接的第一功率开关管和第二功率开关管，其中所述第一功率开关管和第二功率开关管之间的节点连接到所述矩形波输出管脚。根据一些实施例，所述N个集成电路模块的反馈电压信号接收管脚均接收所述反馈电压信号，并且所述N个集成电路模块的脉宽调制信号输入/输出管脚不使能。 根据一些实施例，所述滤波电路包括N个并联的电感器和一个电容器，所述N个电感器的一端分别和所述N个相同的功率开关集成的集成电路模块的矩形波信号输出管脚相连，所述N个电感器的另一端耦接在一起，形成公共端，所述电容器电耦接在所述公共端和地之间。根据一些实施例，所述N个相同集成电路模块还包括过零比较器，所述过零比较器一端与所述第二功率开关管的漏极电耦接，另一端电耦接第三参考电压信号，并输出信号至所述控制电路的第三输入端。根据一些实施例，所述N个相同集成电路模块为降压电源管理模块。利用上述实施例的方案，能够以较为简单的结构来实现电流均衡。
图1所示为现有的电压调节器并联均流电路示意图。图2所示为本发明所示电压调节器并联均流系统的一实施例示意图。图3所示为BUCK变换器直流信号示意图。图4所示为本发明所示电压调节器并联均流系统的另一实施例示意图。图5所示为本发明所示电压调节器并联均流系统的又一实施例示意图。在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。图2为本发明所示两路电压调节器并联均流系统的一实施例200示意图。在如图2所示实施例中，电路200包含集成电路模块10、集成电路模块20、滤波电路以及反馈电路110。其中滤波电路包括电感器L1、电感器L2以及输出电容CL0AD。在一个实施例中，集成电路模块10与20是两个相同的功率开关集成的降压(buck)电源管理模块，每个集成电路模块包括至少一个功率开关。图2的实施例仅为示意性的，并不用于对本发明的其它方面进行限定。例如，在其它实施例中，集成电路模块10与20还可以是两个相同的功率开关集成的升压(boost)型、降压-升压(buck-boost)型等具有其它类型拓扑结构的电源管理模块。集成电路模块10和集成电路模块20均包括管脚101、102、103、104、105。管脚101为输入电压接收管脚，用于接收输入电压信号Vin ;管脚102为矩形波信号输出管脚,输出矩形波信号至滤波电路；管脚103为脉宽调制信号输入/输出管脚，用于输入/输出脉宽调制信号；管脚104为反馈电压信号接收管脚；管脚105为第一参考电压信号接收管脚，接收第一参考电压信号Vkefi。在图2所示实施例中，集成电路模块10的管脚104电耦接至反馈电路110，接收反馈电压信号Vfb，而集成电路模块20的管脚104接收值为Vd的固定电压信号，
其中 Vd > Veefio在图2的示例中，滤波电路包括两个并联的电感器L1、L2和一个电容器CMAD。电感器LI的一端和电感器L2的一端分别和集成电路模块10和20的矩形波信号输出管脚102相连；电感器LI的另一端和电感器L2的另一端电稱接,形成公共端；输出电容器C_电率禹接在电感器LI和电感器L2的公共端与地之间。反馈电路110接收输出电压信号VOT，并产生表征该输出电压信号Vtm反馈电压信号VFB。在如图2所示实施例中，反馈电路110包括由电阻器Rl和电阻器R2组成的分压器。电阻器Rl的一端连接至输出电压信号Vqut，电阻器R2的一端连接至电阻器Rl的另一端，电阻器R2的另一端连接至地。电阻器Rl和R2的公共端形成反馈电路输出端FB，电耦接至集成电路模块10的管脚104，为电路模块10的管脚104提供所述反馈电压信号VFB。在一个实施例中，集成电路模块10和集成电路模块20内部均包括:功率开关模块120、误差放大电路130、比较电路140、选择开关150以及控制电路160。功率开关模块120包括串联连接的上开关管Tl和下开关管T2，上开关管Tl的源极电耦接至管脚101，上开关管Tl的漏极与下开关管T2的漏极电耦接，并电耦接至管脚102，下开关管T2的源极接地。误差放大电路130的正相输入端电耦接至管脚105，反相输入端电耦接至管脚104，并基于管脚104接收的信号和管脚105接收的第一参考电压信号Veefi输出差值放大信号至控制电路160的第一输入端。比较电路140的正相输入端电I禹接至反馈电压信号接收管脚104，比较电路140的反相输入端接收第二参考电压信号VKEF2，并基于管脚104接收的信号和第二参考电压信号Vkef2输出高/低信号至选择开关150,控制选择开关150的切换动作，例如导通或关断切换。其中，Vd > Vkef2 > Vkefi。在一个实施例中，选择开关150是一个单刀双掷开关，具有控制端和a、b、c三个端子。选择开关150的控制端接收比较电路140输出的高/低信号，其端子a电耦接至管脚103，端子b电耦接至控制电路160的第二输入端，端子c电耦接至控制电路160的输出端。当比较电路140输出高信号时，使选择开关150的端子a和端子b电耦接，当比较电路140输出低信号时，使选择开关150的端子a和端子c电耦接。在图2所示实施例中，集成电路模块10的管脚104接收来自反馈电路110的反馈电压信号VFB。在集成电路模块10中,误差放大电路130将反馈电压信号Vfb和第一参考电压信号Vkefi的差值放大信号送至控制电路160的第一输入端。控制电路160则基于该差值放大信号在其输出端提供第一路脉宽调制信号PWMl分别至上开关管Tl和下开关管T2的栅极，以控制上开关管Tl和下开关管T2的开关切换。比较电路140将反馈电压信号Vfb和第二参考电压信号Vkef2比较，由于反馈电压信号Vfb是表征输出电压Vtot的值，其值限定在第一参考电压VKEn左右，因为第二参考电压Vkef2大于第一参考电压Vkefi,因此Vkef2 > VFB。进而比较电路140输出低信号，使选择开关150的端子a和c连接，控制电路160输出的脉宽调制信号PWMl被耦接至管脚103作为另一路脉宽调制信号PWMtm输出。由于集成电路模块10的管脚103与集成电路模块20的管脚103电耦接，则集成电路模块20的管脚103接收集成电路模块10的管脚103的输出脉宽调制信号PWMqut。集成电路模块20的管脚104接收固定电压信号VD。在集成电路模块20中，误差放大电路130将固定电压信号Vd和第一参考电压信号VKEn进行差值运算，由于Vd > Veefi,则送至控制电路160第一输入端的差值放大信号恒定，控制电路160不基于该恒定的差值放大信号提供脉冲宽度调制信号。比较电路140将固定电压信号Vd和第二参考电压信号Veef2比较，由于Vkef2 < Vd,贝U比较电路140输出高信号，使选择开关150的端子a和b连接。从而在集成电路模块20中，控制电路160的第二输入端接收由管脚103接收的来自集成电路模块10的脉宽调制信号PWMot,并将该脉宽调制信号PWMtot作为第二路脉宽调制信号PWM2送至上开关管Tl和下开关管T2的栅极，以控制上开关管Tl和下开关管T2的开关切换。在图2所示实施例中，两路脉宽调制信号PWMl和PWM2的占空比相等，相位相同或相差180 度。图3所示为降压型(buck)电压调节器的直流信号模型。根据模型可推导出输出电压表达式如下:Vout = (Vin-Rhs X Iq+Rls x I。)x D- (RHS+RSWL0SS+RL) XI。 (I)10为输出电流，Vin为输入电流，Rhs为上开关管Tl的导通电阻，Rls为下开关管T2的导通电阻，D为占空比，R_SS为开关导通和关断时的损耗电阻，&为电感器的等效串联电阻。由等式(I)可推导出输出电流为:
权利要求
1.一种均流系统,包括: N个相同的功率开关集成的集成电路模块,每个所述集成电路模块包括至少一个功率开关，并且具有:输入电压接收管脚，用于接收输入电压；矩形波信号输出管脚，用于输出矩形波信号，脉宽调制信号输入/输出管脚，用于输入/输出脉宽调制信号；反馈电压信号接收管脚，和第一参考电压信号接收管脚，用于接收第一参考电压信号，其中，N为大于等于2的正整数； 滤波电路，电耦接至所述矩形 波信号输出管脚，基于所述矩形波信号产生输出电压信号；以及 反馈电路，电耦接至所述滤波电路的输出端，产生代表所述输出电压信号的反馈电压信号; 其中，所述N个相同的集成电路模块包括一个主集成电路模块和N-1个从集成电路模块，所述N-1个从集成电路模块的脉宽调制信号输入/输出管脚与所述主集成电路模块的脉宽调制信号输入/输出管脚电耦接。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述主集成电路模块在脉宽调制信号输入/输出管脚输出脉宽调制信号，所述N-1个从集成电路模块在脉宽调制信号输入/输出管脚接收所述脉宽调制信号。
3.如权利要求1所述的系统，所述N个相同的功率开关集成的集成电路模块中的每一个包括功率开关模块、误差放大电路、第一比较电路、选择开关和控制电路，其中， 所述功率开关模块包括至少一个功率开关，并且电耦接至所述输入电压接收管脚和所述矩形波信号输出管脚； 所述误差放大电路的反相输入端电耦接至所述反馈电压信号接收管脚，其正相输入端电耦接至所述第一参考电压信号接收管脚，并基于所述反馈电压信号接收管脚接收的信号和所述第一参考电压信号在其输出端提供误差放大信号； 所述第一比较电路的正相输入端电耦接至所述反馈电压信号接收管脚，其反相输入端接收第二参考电压信号，并基于所述反馈电压信号接收管脚接收的信号和所述第二参考电压信号在其输出端提供高/低信号； 所述控制电路的第一输入端接收所述误差放大信号，第二输入端耦接所述选择开关，其输出端也耦接所述选择开关，并在其输出端提供脉冲宽度调制信号至所述功率开关模块； 所述选择开关电耦接在所述脉宽调制信号输入/输出管脚和所述控制电路之间，根据所述高/低信号选择所述脉宽调制信号输入/输出管脚耦接至所述控制电路第二输入端或者耦接至所述控制电路的输出端。
4.如权利要求3所述的系统，所述选择开关具有控制端、第一端子、第二端子和第三端子， 其中，所述控制端接收所述高/低信号，所述第一端子电耦接至所述脉宽调制信号输入/输出管脚，所述第二端子电耦接至所述控制电路的第二输入端，所述第三端子电耦接至所述控制电路的输出端； 当所述高/低信号为高信号时，所述第一端子和所述第二端子电耦接，使所述脉宽调制信号输入/输出管脚耦接至所述控制电路第二输入端；当所述高/低信号为低信号时，所述第一端子和所述第三端子电耦接，使述脉宽调制信号输入/输出管脚耦接至所述控制电路的输出端。
5.如权利要求1至4其中之一的系统，其中，所述主集成电路模块的反馈电压信号接收管脚接收所述反馈电压信号，并基于所述反馈电压信号和所述第一参考电压信号在其脉宽调制信号输入/输出管脚输出脉冲宽度调制信号；所述N-1个从集成电路模块的反馈电压信号接收管脚接收固定电压信号，并基于所述固定电压信号和第二参考电压信号在其脉宽调制信号输入/输出管脚接收所述脉冲宽度调制信号；其中，所述固定电压信号大于所述第一参考电压信号，小于所述第二参考电压信号。
6.如权利要求3所述的系统，所述功率开关模块包括串联连接的第一功率开关管和第二功率开关管，其中所述第一功率开关管和第二功率开关管之间的节点连接到所述矩形波输出管脚。
7.如 权利要求1所述的系统，其中，所述N个集成电路模块的反馈电压信号接收管脚均接收所述反馈电压信号，并且所述N个集成电路模块的脉宽调制信号输入/输出管脚不使倉泛。
8.如权利要求1所述的系统，所述滤波电路包括N个并联的电感器和一个电容器，所述N个电感器的一端分别和所述N个相同的功率开关集成的集成电路模块的矩形波信号输出管脚相连，所述N个电感器的另一端耦接在一起，形成公共端，所述电容器电耦接在所述公共端和地之间。
9.如权利要求6所述的系统，其中，所述N个相同集成电路模块还包括过零比较器，所述过零比较器一端与所述第二功率开关管的漏极电耦接，另一端电耦接第三参考电压信号，并输出信号至所述控制电路的第三输入端。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述N个相同集成电路模块为降压电源管理模块。
全文摘要
公开了一种均流系统。通过主从控制功率开关管集成的电源管理集成电路模块，使得电压调节器并联均流电路的每一路电流基本一致，到达均流效果。
文档编号H02M3/156GK103138574SQ20131008942
公开日2013年6月5日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者龚军勇 申请人:成都芯源系统有限公司