一种电源输出用均流电路及其应用的制作方法
【专利摘要】一种电源输出用均流电路及其应用，在输入输出电路的输入端并联的各个输出电源的电路上分别串联一可控功率元件后再与输出端连接；可控功率元件的金氧半场效晶体管串联在各个输出电源的电路上，而二极管则与金氧半场效晶体管并联，驱动控制电路则与金氧半场效晶体管电路连接。本发明的输出均流度可控，非但可以消除因温度等因素带来的误差和漂移，而且输出均流度更高，有利于提高工作寿命和可靠性，另外，当金氧半场效晶体管处于饱和导通或者接近饱和导通状态，其产生的导通压降比二极管的导通压降Vf小很多，故功耗也小很多，有利于降低温升和提高效率。本发明适用于各种具有相互一致电气特性的电源的并联输出领域。
【专利说明】一种电源输出用均流电路及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电路，尤其涉及一种应用于具有相互一致电气特性的电源的输出电路中的均流电路。
【背景技术】
[0002]目前，在具有相互一致电气特性的电源，当其输出直接并联时，由于各个电源的输出电压不可能完全一致，输出电压相对高的电源，可以稳定输出，但输出电压低的电源，由于反馈环的缘故，输出端的电压高于设定电压而使得电源输出不能建立，故该电源不能工作。所以这种具有相互一致电气特性的电源是不能直接并联的，而是需要增加一些并联均流电路，简称均流电路，而现有技术下的均流方法有如下两种:
[0003]1.增加均流反馈电路；
[0004]2.加载二极管的简单均流。
[0005]然而，经过长时间的现场使用，工作人发现，这两种办法都存在有不小的问题:
[0006]1.增加均流反馈电路的不足之处为:均流反馈电路相对较为复杂，同时该均流反馈电路在控制运行的过程中，必须将反馈信号返回到原边去，所以需要对电源原边的功率控制电路进行调节，故运行速度相对较慢；
[0007]2.加载二极管的简单均流法则存在额外损耗的问题，尤其是当输出端存在电流较大时，此时的损耗将很明显，需要加装一定尺寸的散热器将产生的热给耗散掉，这对于效率、尺寸和成本都不利，故加载二极管的简单均流法只能用在小电流场合，同时，由于二极管和电源的均流效果不可调，所以当电源和二极管的温升增加时，由于二极管的前向导通压降Vf和电源输出电压的非线性和不一致性，各电源的均流度会变差，影响了电源的使用寿命。
[0008]另外，还能采用通过采样各个电源的输出电压，将各输出电压进行比较后输出到相应电源的电压反馈端，使得相应电源的电压进行一定的调整并尽量一致，该方法虽然较好但非常繁琐，而且调试时需要各个比较，导致调笑效率极低，且由于该控制过程涉及到环路，导致反应较慢。
[0009]综上所述，现有技术下的对同型号的电源并联所采用的上述几种办法要么存在控制复杂的问题，要么存在发热损耗太大、电源寿命降低，要么非常繁琐、调试麻烦且反应较慢的问题。
【发明内容】
[0010]为了解决现有技术下的电源均流方法所存在的控制复杂、发热损耗太大、各电源的均流度差，影响电源使用寿命且非常繁琐、调试麻烦且反应较慢的问题，本发明提供了一种新型的电源输出用均流电路及其应用，经过重新设计的电路结构，使其获得了输出均流度可控、消除了消除因温度等因素带来的误差和漂移，另外输出均流度更高，有利于提高工作寿命和可靠性，同时功耗较小，有利于降低升温速率和提高效率。本发明的具体结构如下所述:
[0011]一种电源输出用均流电路及其应用，包括输入输出电路，其特征在于:
[0012]所述的输入输出电路的输入端并联的各个输出电源的电路上分别串联一可控功率元件后再与输出端连接；
[0013]根据本发明的一种电源输出用均流电路及其应用，其特征在于，所述的可控功率元件包括二极管，金氧半场效晶体管和驱动控制电路，其中金氧半场效晶体管串联在各个输出电源的电路上，而二极管则与金氧半场效晶体管并联，驱动控制电路则与金氧半场效晶体管电路连接。
[0014]本发明的关键所在-金氧半场效晶体管(全称金属-氧化层半导体场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,以下均米用缩写 M0SFET),加载该MOSFET的作用在于，代替了不可控元器件二极管进行均流，可以实现对输出均流电路的控制和调节。由于MOSFET为可控功率元器件，其可以工作在线性区、饱和区、截止区，具体为:
[0015]1.当其驱动电压较高时，MOSFET可以视为阻值很小的电阻；
[0016]2.当其驱动电压在驱动门槛电压Vgs (th)到完全开通电压值之间时，MOSFET的导通阻抗与驱动电压呈一定的比例关系，此时MOSFET可以视为可变电阻。
[0017]3.由于电路工作时，MOSFET的导通电阻上产生的压降远小于二极管的前向压降Vf (即二极管的导通压降)，故电流基本上全部从MOSFET上流过。
[0018]与MOSFET并联的二极管，其作用是防止电流反向导通，在设计上，与MOSFET并联的这个二极管的防止电流反向导通的功能也可由MOSFET内部寄生的二极管来实现，但为了防止大电流的情况下，采用额外并联的二极管为一种稳妥的做法。
[0019]而与MOSFET电路连接的驱动控制电路其作用就是用于控制与调节输出电流，即通过控制各MOSFET的驱动控制电路的驱动电压就可以控制其导通阻抗Ron，使得各个电源的输出电压电流相等，达到电流均衡的效果，此时各电源的输出均相等，达到预期的均流精度要求和效果。
[0020]一种电源输出用均流电路的应用，基于上述的电源输出用均流电路，其具体应用过程如下:
[0021]1.确认外部需求的电流值1ut ;
[0022]2.单片机内部根据输出电源数量该电流值均分，并将该均分值输出到各路作为其电流基准1 ；
[0023]3.将各个输出电源的连接到本发明的MOSFET的基极进行驱动，使其处于饱和状态。然后检测出电流最小的输出端，将其设置为基准路，且将该基准路的MOSFET始终设置到饱和区；
[0024]4.上述步骤3的执行时需提前对各路输出电压进行手工校准；
[0025]5.通过调整驱动控制电路来调整其他几路的输出电源的MOSFET的导通阻抗Ron，使其输出电流等于基准路的电流；
[0026]6.当各路的电流均等于基准路的电流时，各路的电流值就可以达到均衡。
[0027]使用本发明的一种电源输出用均流电路及其应用获得了如下有益效果:
[0028]1.本发明的一种电源输出用均流电路及其应用，将MOSFET替代了原有的二极管并增加相应的驱动控制电路，既可以达到二极管并联时简单易用的优点，同时可以降低电源的损耗，减小散热器和电路板板面的使用；
[0029]2.本发明的一种电源输出用均流电路及其应用，利用MOSFET的寄生二极管特性可以使各电源能稳定输出，当输出电流增加时，可以控制MOSFET的驱动电流，使得前向阻抗大幅减小，达到降低损耗的目的，同时也达到不影响均压和均流的效果；
[0030]3.本发明的一种电源输出用均流电路及其应用，其输出均流度可控，非但可以消除因温度等因素带来的误差和漂移，而且输出均流度更高，有利于提高工作寿命和可靠性，另外，当MOSFET处于饱和导通或者接近饱和导通状态，其产生的导通压降比二极管的导通压降Vf小很多，故功耗也小很多，有利于降低温升和提高效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明的一种电源输出用均流电路及其应用的具体结构示意图；
[0032]图2为本发明的一种电源输出用均流电路及其应用的均流时的等效电路图；
[0033]图3为本发明的一种电源输出用均流电路及其应用的工作原理图；
[0034]图4为本发明的一种电源输出用均流电路及其应用的输出特性图；
[0035]图5为本发明的一种电源输出用均流电路及其应用的导通阻抗图。
[0036]图中:1_输入输出电路,Ia-输入端，Ib-输出电源，Ic-输出端,2-可控功率兀件，2a- 二极管，2b-金氧半场效晶体管，2c-驱动控制电路。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例对本发明的一种电源输出用均流电路及其应用做进一步的描述。
[0038]如图1所不,一种电源输出用均流电路及其应用，包括输入输出电路I，在输入输出电路的输入端Ia并联的各个输出电源Ib的电路上分别串联一可控功率元件2后再与输出端Ic连接；
[0039]可控功率元件2包括二极管2a，金氧半场效晶体管2b和驱动控制电路2c，其中金氧半场效晶体管2b串联在各个输出电源Ia的电路上，而二极管2a则与金氧半场效晶体管并联，驱动控制电路2c则与金氧半场效晶体管电路连接。
[0040]实施例
[0041]金氧半场效晶体管2b (以下均采用缩写MOSFET)，加载该MOSFET的作用在于，代替了不可控元器件二极管进行均流，可以实现对输出均流电路的控制和调节。由于MOSFET为可控功率元器件，其可以工作在线性区、饱和区、截止区，具体为:
[0042]1.当其驱动电压较高时，MOSFET可以视为阻值很小的电阻；
[0043]2.当其驱动电压在驱动门槛电压Vgs (th)到完全开通电压值之间时，MOSFET的导通阻抗与驱动电压呈一定的比例关系，此时MOSFET可以视为可变电阻。
[0044]3.如图2所示的，由于电路工作时，MOSFET的导通电阻上产生的压降远小于二极管的前向压降Vf (即二极管的导通压降)，故电流基本上全部从MOSFET上流过，故图2可视为图1的等效电路图。
[0045]由图2可以得到:[0046]Uout=Uol -1ol*Rol
[0047]Uout=Uo2 - 1〇2抑02
[0048]Uout=Uo3 -1o3*Ro3
[0049]......[0050]Uout=Uox -1ox*Rox
[0051]其中，Uox为各路电源的输出电压；
[0052]1x为该电源的相应输出电流；
[0053]Rox为该路电源相应输出MOSFET的等效电阻。
[0054]如图3所示，由电压电流曲线可以得出，各路电源的电压和电流的等效曲线。从图3可以得到，图中各条曲线的斜率即为MOSFET的等效阻抗。通过控制各MOSFET的驱动电压即可以控制其导通阻抗Ron，通过一定的电流检测和控制方法可以使得各曲线可像上图那样多条曲线交汇到一点，即各个电源的输出电压电流相等，达到电流均衡的效果。
[0055]即，1l=12=13......[0056]1ut=11+12+13......[0057]故，此时各电源的输出均相等，达到预期的均流精度要求和效果。
[0058]与MOSFET并联的二极管2a，其作用是防止电流反向导通，在设计上，与MOSFET并联的这个二极管的防止电流反向导通的功能也可由MOSFET内部寄生的二极管来实现，但为了防止大电流的情况下，采用额外并联的二极管为一种稳妥的做法。
[0059]而与MOSFET电路连接的驱动控制电路2c其作用就是用于控制与调节输出电流，即通过控制各MOSFET的驱动控制电路的驱动电压就可以控制其导通阻抗Ron，使得各个电源的输出电压电流相等，达到电流均衡的效果，此时各电源的输出均相等，达到预期的均流精度要求和效果。`
[0060]本实施例中，MOSFET的输出特性和导通阻抗图如图4和图5所示，可以看出，当驱动电压变化时，MOSET的导通阻抗也会变化，由此可以通过调整MOSFET的驱动来改变电源输出线路上的阻抗。
[0061 ] 本发明的一种电源输出用均流电路及其应用，其各电源的输出电流通过电流采样电路输入到控制电路或者数字电路上进行比较和控制后得到MOSFET的驱动控制信号。这些电路在充电机电源上均会存在，本发明的一种电源输出用均流电路及其应用其整体工作流程如下所述(结合图1和图2):
[0062]1.确认外部需求的电流值1ut ;
[0063]2.单片机内部根据输出电源Ib数量该电流值均分，并将该均分值输出到各路作为其电流基准1 ；
[0064]3.将各个输出电源Ib的连接到本发明的MOSFET的基极进行驱动，使其处于饱和状态。然后检测出电流最小的输出端，将其设置为基准路，且将该基准路的MOSFET始终设置到饱和区；
[0065]4.上述步骤3的执行时需提前对各路输出电压进行手工校准；
[0066]5.通过调整驱动控制电路2c来调整其他几路的输出电源Ib的MOSFET的导通阻抗Ron，使其输出电流等于基准路的电流；
[0067]6.当各路的电流均等于基准路的电流时，各路的电流值就可以达到均衡。[0068]本发明的一种电源输出用均流电路及其应用，将MOSFET替代了原有的二极管并增加相应的驱动控制电路，既可以达到二极管并联时简单易用的优点，同时可以降低电源的损耗，减小散热器和电路板板面的使用；利用MOSFET的寄生二极管特性可以使各电源能稳定输出，当输出电流增加时，可以控制MOSFET的驱动电流，使得前向阻抗大幅减小，达到降低损耗的目的，同时也达到不影响均压和均流的效果；本发明其输出均流度可控，非但可以消除因温度等因素带来的误差和漂移，而且输出均流度更高，有利于提高工作寿命和可靠性，另外，当MOSFET处于饱和导通或者接近饱和导通状态，其产生的导通压降比二极管的导通压降Vf小很多，故功耗也小很多，有利于降低温升和提高效率。本发明适用于各种具有相互一致电气特性的电源的并联输出领域。
【权利要求】
1.一种电源输出用均流电路,包括输入输出电路(I),其特征在于: 所述的输入输出电路(I)的输入端(Ia)并联的各个输出电源(Ib)的电路上分别串联一可控功率元件(2)后再与输出端(Ic)连接。
2.如权利要求1所述的一种电源输出用均流电路，其特征在于，所述的可控功率元件(2)包括二极管(2a)，金氧半场效晶体管(2b)和驱动控制电路(2c)，其中金氧半场效晶体管(2b)串联在各个输出电源(Ia)的电路上，而二极管(2a)则与金氧半场效晶体管并联，驱动控制电路(2c)则与金氧半场效晶体管电路连接。
3.一种电源输出用均流电路的应用，基于上述权利要求1和权利要求2所述的电源输出用均流电路，其具体应用过程如下: 1).确认外部需求的电流值1ut； 2).单片机内部根据输出电源(Ib)数量该电流值均分，并将该均分值输出到各路作为其电流基准1 ； 3).将各个输出电源(Ib)的连接到金氧半场效晶体管(2b)的基极进行驱动，使其处于饱和状态。然后检测出电流最小的输出端，将其设置为基准路，且将该基准路的金氧半场效晶体管始终设置到饱和区； 4).上述步骤3的执行时需提前对各路输出电压进行手工校准； 5).通过调整驱动控制电路(2c)来调整其他几路的输出电源(Ib)的金氧半场效晶体管(2b)的导通阻抗Ron，使其输出电流等于基准路的电流； 6).当各路的电流均等于基准路的电流时，各路的电流值就可以达到均衡。
【文档编号】H02M1/32GK103731016SQ201310699847
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】范烨, 杨帆, 杨小村, 皇利杰, 陈漫青, 邓彦彦, 董钦 申请人:国网上海市电力公司