一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，在輸入輸出電路的輸入端并聯(lián)的各個(gè)輸出電源的電路上分別串聯(lián)一可控功率元件后再與輸出端連接；可控功率元件的金氧半場(chǎng)效晶體管串聯(lián)在各個(gè)輸出電源的電路上，而二極管則與金氧半場(chǎng)效晶體管并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)控制電路則與金氧半場(chǎng)效晶體管電路連接。本發(fā)明的輸出均流度可控，非但可以消除因溫度等因素帶來的誤差和漂移，而且輸出均流度更高，有利于提高工作壽命和可靠性，另外，當(dāng)金氧半場(chǎng)效晶體管處于飽和導(dǎo)通或者接近飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其產(chǎn)生的導(dǎo)通壓降比二極管的導(dǎo)通壓降Vf小很多，故功耗也小很多，有利于降低溫升和提高效率。本發(fā)明適用于各種具有相互一致電氣特性的電源的并聯(lián)輸出領(lǐng)域。
【專利說明】一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電路，尤其涉及一種應(yīng)用于具有相互一致電氣特性的電源的輸出電路中的均流電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在具有相互一致電氣特性的電源，當(dāng)其輸出直接并聯(lián)時(shí)，由于各個(gè)電源的輸出電壓不可能完全一致，輸出電壓相對(duì)高的電源，可以穩(wěn)定輸出，但輸出電壓低的電源，由于反饋環(huán)的緣故，輸出端的電壓高于設(shè)定電壓而使得電源輸出不能建立，故該電源不能工作。所以這種具有相互一致電氣特性的電源是不能直接并聯(lián)的，而是需要增加一些并聯(lián)均流電路，簡稱均流電路，而現(xiàn)有技術(shù)下的均流方法有如下兩種:
[0003]1.增加均流反饋電路；
[0004]2.加載二極管的簡單均流。
[0005]然而，經(jīng)過長時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)使用，工作人發(fā)現(xiàn)，這兩種辦法都存在有不小的問題:
[0006]1.增加均流反饋電路的不足之處為:均流反饋電路相對(duì)較為復(fù)雜，同時(shí)該均流反饋電路在控制運(yùn)行的過程中，必須將反饋信號(hào)返回到原邊去，所以需要對(duì)電源原邊的功率控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，故運(yùn)行速度相對(duì)較慢；
[0007]2.加載二極管的簡單均流法則存在額外損耗的問題，尤其是當(dāng)輸出端存在電流較大時(shí)，此時(shí)的損耗將很明顯，需要加裝一定尺寸的散熱器將產(chǎn)生的熱給耗散掉，這對(duì)于效率、尺寸和成本都不利，故加載二極管的簡單均流法只能用在小電流場(chǎng)合，同時(shí)，由于二極管和電源的均流效果不可調(diào)，所以當(dāng)電源和二極管的溫升增加時(shí)，由于二極管的前向?qū)▔航礦f和電源輸出電壓的非線性和不一致性，各電源的均流度會(huì)變差，影響了電源的使用壽命。
[0008]另外，還能采用通過采樣各個(gè)電源的輸出電壓，將各輸出電壓進(jìn)行比較后輸出到相應(yīng)電源的電壓反饋端，使得相應(yīng)電源的電壓進(jìn)行一定的調(diào)整并盡量一致，該方法雖然較好但非常繁瑣，而且調(diào)試時(shí)需要各個(gè)比較，導(dǎo)致調(diào)笑效率極低，且由于該控制過程涉及到環(huán)路，導(dǎo)致反應(yīng)較慢。
[0009]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)下的對(duì)同型號(hào)的電源并聯(lián)所采用的上述幾種辦法要么存在控制復(fù)雜的問題，要么存在發(fā)熱損耗太大、電源壽命降低，要么非常繁瑣、調(diào)試麻煩且反應(yīng)較慢的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)下的電源均流方法所存在的控制復(fù)雜、發(fā)熱損耗太大、各電源的均流度差，影響電源使用壽命且非常繁瑣、調(diào)試麻煩且反應(yīng)較慢的問題，本發(fā)明提供了一種新型的電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)，使其獲得了輸出均流度可控、消除了消除因溫度等因素帶來的誤差和漂移，另外輸出均流度更高，有利于提高工作壽命和可靠性，同時(shí)功耗較小，有利于降低升溫速率和提高效率。本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)如下所述:
[0011]一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，包括輸入輸出電路，其特征在于:
[0012]所述的輸入輸出電路的輸入端并聯(lián)的各個(gè)輸出電源的電路上分別串聯(lián)一可控功率元件后再與輸出端連接；
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，其特征在于，所述的可控功率元件包括二極管，金氧半場(chǎng)效晶體管和驅(qū)動(dòng)控制電路，其中金氧半場(chǎng)效晶體管串聯(lián)在各個(gè)輸出電源的電路上，而二極管則與金氧半場(chǎng)效晶體管并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)控制電路則與金氧半場(chǎng)效晶體管電路連接。
[0014]本發(fā)明的關(guān)鍵所在-金氧半場(chǎng)效晶體管(全稱金屬-氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,以下均米用縮寫 M0SFET),加載該MOSFET的作用在于，代替了不可控元器件二極管進(jìn)行均流，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出均流電路的控制和調(diào)節(jié)。由于MOSFET為可控功率元器件，其可以工作在線性區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)，具體為:
[0015]1.當(dāng)其驅(qū)動(dòng)電壓較高時(shí)，MOSFET可以視為阻值很小的電阻；
[0016]2.當(dāng)其驅(qū)動(dòng)電壓在驅(qū)動(dòng)門檻電壓Vgs (th)到完全開通電壓值之間時(shí)，MOSFET的導(dǎo)通阻抗與驅(qū)動(dòng)電壓呈一定的比例關(guān)系，此時(shí)MOSFET可以視為可變電阻。
[0017]3.由于電路工作時(shí)，MOSFET的導(dǎo)通電阻上產(chǎn)生的壓降遠(yuǎn)小于二極管的前向壓降Vf (即二極管的導(dǎo)通壓降)，故電流基本上全部從MOSFET上流過。
[0018]與MOSFET并聯(lián)的二極管，其作用是防止電流反向?qū)ǎ谠O(shè)計(jì)上，與MOSFET并聯(lián)的這個(gè)二極管的防止電流反向?qū)ǖ墓δ芤部捎蒑OSFET內(nèi)部寄生的二極管來實(shí)現(xiàn)，但為了防止大電流的情況下，采用額外并聯(lián)的二極管為一種穩(wěn)妥的做法。
[0019]而與MOSFET電路連接的驅(qū)動(dòng)控制電路其作用就是用于控制與調(diào)節(jié)輸出電流，即通過控制各MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制電路的驅(qū)動(dòng)電壓就可以控制其導(dǎo)通阻抗Ron，使得各個(gè)電源的輸出電壓電流相等，達(dá)到電流均衡的效果，此時(shí)各電源的輸出均相等，達(dá)到預(yù)期的均流精度要求和效果。
[0020]一種電源輸出用均流電路的應(yīng)用，基于上述的電源輸出用均流電路，其具體應(yīng)用過程如下:
[0021]1.確認(rèn)外部需求的電流值1ut ;
[0022]2.單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)輸出電源數(shù)量該電流值均分，并將該均分值輸出到各路作為其電流基準(zhǔn)1 ；
[0023]3.將各個(gè)輸出電源的連接到本發(fā)明的MOSFET的基極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其處于飽和狀態(tài)。然后檢測(cè)出電流最小的輸出端，將其設(shè)置為基準(zhǔn)路，且將該基準(zhǔn)路的MOSFET始終設(shè)置到飽和區(qū)；
[0024]4.上述步驟3的執(zhí)行時(shí)需提前對(duì)各路輸出電壓進(jìn)行手工校準(zhǔn)；
[0025]5.通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)控制電路來調(diào)整其他幾路的輸出電源的MOSFET的導(dǎo)通阻抗Ron，使其輸出電流等于基準(zhǔn)路的電流；
[0026]6.當(dāng)各路的電流均等于基準(zhǔn)路的電流時(shí)，各路的電流值就可以達(dá)到均衡。
[0027]使用本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用獲得了如下有益效果:
[0028]1.本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，將MOSFET替代了原有的二極管并增加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制電路，既可以達(dá)到二極管并聯(lián)時(shí)簡單易用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以降低電源的損耗，減小散熱器和電路板板面的使用；
[0029]2.本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，利用MOSFET的寄生二極管特性可以使各電源能穩(wěn)定輸出，當(dāng)輸出電流增加時(shí)，可以控制MOSFET的驅(qū)動(dòng)電流，使得前向阻抗大幅減小，達(dá)到降低損耗的目的，同時(shí)也達(dá)到不影響均壓和均流的效果；
[0030]3.本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，其輸出均流度可控，非但可以消除因溫度等因素帶來的誤差和漂移，而且輸出均流度更高，有利于提高工作壽命和可靠性，另外，當(dāng)MOSFET處于飽和導(dǎo)通或者接近飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其產(chǎn)生的導(dǎo)通壓降比二極管的導(dǎo)通壓降Vf小很多，故功耗也小很多，有利于降低溫升和提高效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用的均流時(shí)的等效電路圖；
[0033]圖3為本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用的工作原理圖；
[0034]圖4為本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用的輸出特性圖；
[0035]圖5為本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用的導(dǎo)通阻抗圖。
[0036]圖中:1_輸入輸出電路,Ia-輸入端，Ib-輸出電源，Ic-輸出端,2-可控功率兀件，2a- 二極管，2b-金氧半場(chǎng)效晶體管，2c-驅(qū)動(dòng)控制電路。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用做進(jìn)一步的描述。
[0038]如圖1所不,一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，包括輸入輸出電路I，在輸入輸出電路的輸入端Ia并聯(lián)的各個(gè)輸出電源Ib的電路上分別串聯(lián)一可控功率元件2后再與輸出端Ic連接；
[0039]可控功率元件2包括二極管2a，金氧半場(chǎng)效晶體管2b和驅(qū)動(dòng)控制電路2c，其中金氧半場(chǎng)效晶體管2b串聯(lián)在各個(gè)輸出電源Ia的電路上，而二極管2a則與金氧半場(chǎng)效晶體管并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)控制電路2c則與金氧半場(chǎng)效晶體管電路連接。
[0040]實(shí)施例
[0041]金氧半場(chǎng)效晶體管2b (以下均采用縮寫MOSFET)，加載該MOSFET的作用在于，代替了不可控元器件二極管進(jìn)行均流，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出均流電路的控制和調(diào)節(jié)。由于MOSFET為可控功率元器件，其可以工作在線性區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)，具體為:
[0042]1.當(dāng)其驅(qū)動(dòng)電壓較高時(shí)，MOSFET可以視為阻值很小的電阻；
[0043]2.當(dāng)其驅(qū)動(dòng)電壓在驅(qū)動(dòng)門檻電壓Vgs (th)到完全開通電壓值之間時(shí)，MOSFET的導(dǎo)通阻抗與驅(qū)動(dòng)電壓呈一定的比例關(guān)系，此時(shí)MOSFET可以視為可變電阻。
[0044]3.如圖2所示的，由于電路工作時(shí)，MOSFET的導(dǎo)通電阻上產(chǎn)生的壓降遠(yuǎn)小于二極管的前向壓降Vf (即二極管的導(dǎo)通壓降)，故電流基本上全部從MOSFET上流過，故圖2可視為圖1的等效電路圖。
[0045]由圖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為各路電源的輸出電壓；
[0052]1x為該電源的相應(yīng)輸出電流；
[0053]Rox為該路電源相應(yīng)輸出MOSFET的等效電阻。
[0054]如圖3所示，由電壓電流曲線可以得出，各路電源的電壓和電流的等效曲線。從圖3可以得到，圖中各條曲線的斜率即為MOSFET的等效阻抗。通過控制各MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓即可以控制其導(dǎo)通阻抗Ron，通過一定的電流檢測(cè)和控制方法可以使得各曲線可像上圖那樣多條曲線交匯到一點(diǎn)，即各個(gè)電源的輸出電壓電流相等，達(dá)到電流均衡的效果。
[0055]即，1l=12=13......[0056]1ut=11+12+13......[0057]故，此時(shí)各電源的輸出均相等，達(dá)到預(yù)期的均流精度要求和效果。
[0058]與MOSFET并聯(lián)的二極管2a，其作用是防止電流反向?qū)ǎ谠O(shè)計(jì)上，與MOSFET并聯(lián)的這個(gè)二極管的防止電流反向?qū)ǖ墓δ芤部捎蒑OSFET內(nèi)部寄生的二極管來實(shí)現(xiàn)，但為了防止大電流的情況下，采用額外并聯(lián)的二極管為一種穩(wěn)妥的做法。
[0059]而與MOSFET電路連接的驅(qū)動(dòng)控制電路2c其作用就是用于控制與調(diào)節(jié)輸出電流，即通過控制各MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制電路的驅(qū)動(dòng)電壓就可以控制其導(dǎo)通阻抗Ron，使得各個(gè)電源的輸出電壓電流相等，達(dá)到電流均衡的效果，此時(shí)各電源的輸出均相等，達(dá)到預(yù)期的均流精度要求和效果。`
[0060]本實(shí)施例中，MOSFET的輸出特性和導(dǎo)通阻抗圖如圖4和圖5所示，可以看出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓變化時(shí)，MOSET的導(dǎo)通阻抗也會(huì)變化，由此可以通過調(diào)整MOSFET的驅(qū)動(dòng)來改變電源輸出線路上的阻抗。
[0061 ] 本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，其各電源的輸出電流通過電流采樣電路輸入到控制電路或者數(shù)字電路上進(jìn)行比較和控制后得到MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。這些電路在充電機(jī)電源上均會(huì)存在，本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用其整體工作流程如下所述(結(jié)合圖1和圖2):
[0062]1.確認(rèn)外部需求的電流值1ut ;
[0063]2.單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)輸出電源Ib數(shù)量該電流值均分，并將該均分值輸出到各路作為其電流基準(zhǔn)1 ；
[0064]3.將各個(gè)輸出電源Ib的連接到本發(fā)明的MOSFET的基極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其處于飽和狀態(tài)。然后檢測(cè)出電流最小的輸出端，將其設(shè)置為基準(zhǔn)路，且將該基準(zhǔn)路的MOSFET始終設(shè)置到飽和區(qū)；
[0065]4.上述步驟3的執(zhí)行時(shí)需提前對(duì)各路輸出電壓進(jìn)行手工校準(zhǔn)；
[0066]5.通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)控制電路2c來調(diào)整其他幾路的輸出電源Ib的MOSFET的導(dǎo)通阻抗Ron，使其輸出電流等于基準(zhǔn)路的電流；
[0067]6.當(dāng)各路的電流均等于基準(zhǔn)路的電流時(shí)，各路的電流值就可以達(dá)到均衡。[0068]本發(fā)明的一種電源輸出用均流電路及其應(yīng)用，將MOSFET替代了原有的二極管并增加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制電路，既可以達(dá)到二極管并聯(lián)時(shí)簡單易用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以降低電源的損耗，減小散熱器和電路板板面的使用；利用MOSFET的寄生二極管特性可以使各電源能穩(wěn)定輸出，當(dāng)輸出電流增加時(shí)，可以控制MOSFET的驅(qū)動(dòng)電流，使得前向阻抗大幅減小，達(dá)到降低損耗的目的，同時(shí)也達(dá)到不影響均壓和均流的效果；本發(fā)明其輸出均流度可控，非但可以消除因溫度等因素帶來的誤差和漂移，而且輸出均流度更高，有利于提高工作壽命和可靠性，另外，當(dāng)MOSFET處于飽和導(dǎo)通或者接近飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其產(chǎn)生的導(dǎo)通壓降比二極管的導(dǎo)通壓降Vf小很多，故功耗也小很多，有利于降低溫升和提高效率。本發(fā)明適用于各種具有相互一致電氣特性的電源的并聯(lián)輸出領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種電源輸出用均流電路,包括輸入輸出電路(I),其特征在于: 所述的輸入輸出電路(I)的輸入端(Ia)并聯(lián)的各個(gè)輸出電源(Ib)的電路上分別串聯(lián)一可控功率元件(2)后再與輸出端(Ic)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電源輸出用均流電路，其特征在于，所述的可控功率元件(2)包括二極管(2a)，金氧半場(chǎng)效晶體管(2b)和驅(qū)動(dòng)控制電路(2c)，其中金氧半場(chǎng)效晶體管(2b)串聯(lián)在各個(gè)輸出電源(Ia)的電路上，而二極管(2a)則與金氧半場(chǎng)效晶體管并聯(lián)，驅(qū)動(dòng)控制電路(2c)則與金氧半場(chǎng)效晶體管電路連接。
3.一種電源輸出用均流電路的應(yīng)用，基于上述權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的電源輸出用均流電路，其具體應(yīng)用過程如下: 1).確認(rèn)外部需求的電流值1ut； 2).單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)輸出電源(Ib)數(shù)量該電流值均分，并將該均分值輸出到各路作為其電流基準(zhǔn)1 ； 3).將各個(gè)輸出電源(Ib)的連接到金氧半場(chǎng)效晶體管(2b)的基極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其處于飽和狀態(tài)。然后檢測(cè)出電流最小的輸出端，將其設(shè)置為基準(zhǔn)路，且將該基準(zhǔn)路的金氧半場(chǎng)效晶體管始終設(shè)置到飽和區(qū)； 4).上述步驟3的執(zhí)行時(shí)需提前對(duì)各路輸出電壓進(jìn)行手工校準(zhǔn)； 5).通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)控制電路(2c)來調(diào)整其他幾路的輸出電源(Ib)的金氧半場(chǎng)效晶體管(2b)的導(dǎo)通阻抗Ron，使其輸出電流等于基準(zhǔn)路的電流； 6).當(dāng)各路的電流均等于基準(zhǔn)路的電流時(shí)，各路的電流值就可以達(dá)到均衡。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK103731016SQ201310699847
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】范燁, 楊帆, 楊小村, 皇利杰, 陳漫青, 鄧彥彥, 董欽 申請(qǐng)人:國網(wǎng)上海市電力公司