• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    一種電流平衡電路，用於平衡流經複數支路的電流，包括並聯的第一及第二支路、電流迴授比較電路、正反相三角波產生器、第一多工器、第二多工器及閘極訊號控制電路。第一及第二支路分別包括第一開關與第二開關。閘極訊號控制電路將正反相三角波分別與第一開關的控制極電壓及第二開關的控制極電壓進行比較，並根據流經該等第一及第二支路的電流，控制第一多工器與第二多工器的輸入切換，從而調整第一開關與第二開關的阻抗，以使流經該等第一及第二支路的電流平衡。
    公开号:TW201301710A
    申请号:TW100123019
    申请日:2011-06-30
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Yi-Guo Chiu
    申请人:Hon Hai Prec Ind Co Ltd；
    IPC主号:H02J1-00
    专利说明:
    電流平衡電路
    本發明涉及電源電路，特別涉及一種電流平衡電路。
    大功率電源系統中，為提供較大的電流，通常利用多電源並聯或單一電源多重電流路徑的方法進行供電，這兩種架構均需進行均流。多電源並聯架構的均流方法通常為採用獨立的脈衝寬度調變控制器，經由電流取樣迴授至脈衝寬度調變控制器進行輸出電壓的調節，以達到均流的目的。然而，電流取樣若採用電阻取樣，電流放大後的訊號易受共模雜訊干擾，而採用電流霍爾元件取樣電流，則成本將提高且增加設計所需之面積。
    單一電源多電流路徑架構雖可將少開關損失，卻必需客服不同電流路徑間阻抗不匹配的問題。雖然透過銅箔阻抗之計算可達到均流之目的，但銅箔阻抗卻容易受到溫度及電流密度之影響而失去均流之準確性。
    有鑑於此，需提供一種簡單且精確的電流平衡電路。
    一種電流平衡電路，用於平衡流經複數支路的電流，包括第一支路、第二支路、電流迴授比較電路、正反相三角波產生器、第一多工器、第二多工器及閘極訊號控制電路。第一支路連接於輸入電源與負載之間，包括第一開關及第一電阻。第一開關包括控制極、第一電極及第二電極，該第一電極連接該輸入電源，該第二電極經由該第一電阻連接該負載。第二支路與該第一支路並聯連接於該輸入電源與該負載之間，包括第二開關及第二電阻。第二開關包括控制極、第一電極及第二電極，該第二開關的第一電極連接該輸入電源，該第二電極經由該第二電阻連接該負載。電流迴授比較電路連接該第一電阻與該第二電阻，用於偵測並比較流經該等第一及第二支路的電流。正反相三角波產生器用於產生正相三角波及反相三角波。第一多工器包括第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端，該第一多工器的第一輸入端接收該正相三角波，該第二輸入端懸空，該輸出端連接該第一開關的控制極並經由第一電容接地。第二多工器包括第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端，該第二多工器的第一輸入端接收該反相三角波，該第二輸入端懸空，該輸出端連接該第二開關的控制極並經由第二電容接地。閘極訊號控制電路連接該電流迴授比較電路、該第一開關及第二開關的控制極、該正反相三角波產生器、該第一多工器及該第二多工器的控制端，用於將該正反相三角波分別與該第一開關的控制極電壓及該第二開關的控制極電壓進行比較，並根據流經該等第一及第二支路的電流，控制該第一多工器與該第二多工器的輸入切換，從而調整該第一開關與該第二開關的阻抗，以使流經該等第一及第二支路的電流平衡。
    優選地，該電流迴授比較電路包括第一放大器、第二放大器及第一比較器。第一放大器包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一放大器的第一輸入端連接該第一電阻的一端，該第一放大器的第二輸入端連接該第一電阻的另一端。第二放大器包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第二放大器的第一輸入端連接該第二電阻的一端，該第二放大器的第二輸入端連接該第二電阻的另一端。第一比較器包括正輸入端、負輸入端及輸出端，該第一比較器的正輸入端連接該第一放大器的輸出端，該第二比較器的負輸入端連接該第二比較器的輸出端，該第二比較器的輸出端輸出比較訊號。
    優選地，該閘極訊號控制電路包括第二比較器、第三比較器、反互斥或閘及互斥或閘。第二比較器包括正輸入端、負輸入端及輸出端，該第二比較器的正輸入端連接該第一開關的控制極，該第二比較器的負輸入端接收該正相三角波。第三比較器包括正輸入端、負輸入端及輸出端，該第三比較器的正輸入端連接該第二開關的控制極，該第三比較器的負輸入端接收該反相三角波。反互斥或閘包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該反互斥或閘的第一輸入端連接該第一比較器的輸出端，該反互斥或閘的第二輸入端連接該第二比較器的輸出端，反互斥或閘的輸出端連接該第一多工器的控制端。互斥或閘包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該互斥或閘的第一輸入端連接該第一比較器的輸出端，該互斥或閘的第二輸入端連接該第三比較器的輸出端，該互斥或閘的輸出端連接該第二多工器的控制端。
    優選地，该第一開關與該第二開關均為P型金屬氧化物半導體場效應管，該第一開關與該第二開關的控制極為該P型金屬氧化物半導體場效應管的閘極，該第一開關與該第二開關的第一電極為該P型金屬氧化物半導體場效應管的源極，該第一開關與該第二開關的第二電極為該P型金屬氧化物半導體場效應管的汲極。
    優選地，該閘極訊號控制電路在該等第一及第二支路之一的電流大於另一支路的電流時，在該大電流支路對應的三角波處於上升沿時，控制該第一多工器及第二多工器均切換至第一輸入端，在該大電流支路對應的三角波處於下降沿時，控制該第一多工器及該第二多工器均切換至第二輸入端。
    上述電流平衡電路的電路簡單，根據支路電流的比較結果及第一開關與第二開關的控制極電壓與正反相三角波的比較結果，調節第一開關與第二開關的控制極電壓以調整阻抗，從而進行精確的電流平衡，且避免受到溫度與電流密度影響。
    圖1為本發明一實施方式中電流平衡電路40的示意圖。在本實施方式中，電流平衡電路40連接電源供應單元20與負載30，用於平衡電源供應單元20經由複數支路流向負載30的電流。在本實施方式中，電源供應單元20為電源或電源轉換單元，負載30為工作電路或受電設備等。電流平衡電路40包括第一支路B1、第二支路B2、電流迴授比較電路400、正反相三角波產生器410、閘極訊號控制電路420、第一多工器M1、第二多工器M2、第一電容C1及第二電容C2。第一支路B1與第二支路B2並聯連接於電源供應單元20與負載30之間。第一支路B1包括串聯的第一開關Q1與第一電阻R1，第二支路B2包括串聯的第二開關Q2與第二電阻R2。
    第一開關Q1與第二開關Q2均包括控制極、第一電極及第二電極。第一開關Q1的第一電極連接電源供應單元20，接收輸入電源，第二電極經由第一電阻R1連接負載30。第二開關Q2的第一電極連接電源供應單元20，接收輸入電源，第二電極經由第二電阻R2與第一電阻R1共同連接負載30。在本實施方式中，第一開關Q1與第二開關Q2均為P型金屬氧化物半導體場效應管，第一開關Q1與第二開關Q2的第一電極均為P型金屬氧化物半導體場效應管的源極，第一開關Q1與第二開關Q2的控制極均為P型金屬氧化物半導體場效應管的閘極，第一開關Q1與第二開關Q2的第二電極均為P型金屬氧化物半導體場效應管的汲極。第一開關Q1與第二開關Q2的阻抗隨閘極電壓升高而變大。第一電阻R1與第二電阻R2分別用於取樣第一支路B1與第二支路B2的電流。
    電流迴授比較電路400連接第一電阻R1與第二電阻R2，用於偵測並比較流經該等第一及第二支路B1、B2的電流。正反相三角波產生器410用於產生正相三角波及反相三角波。在本實施方式中，正相三角波與反相三角波的相位相差180度，正反相三角波產生器410包括三角波產生器及180度相移器。
    第一多工器M1與第二多工器M2均包括第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端。第一多工器M1的第一輸入端接收正相三角波，第二輸入端懸空，輸出端連接第一開關Q1的控制極並經由第一電容C1接地。第二多工器M2的第一輸入端接收反相三角波，第二輸入端懸空，輸出端連接第二開關Q2的控制極並經由第二電容C2接地。
    閘極訊號控制電路420連接電流迴授比較電路400、第一開關Q1及第二開關Q2的控制極、正反向三角波產生器410及第一多工器M1及第二多工器M2的控制端，用於將正反相三角波分別與第一開關Q1的控制極電壓及該第二開關Q2的控制極電壓進行比較，並根據流經該等第一及第二支路B1、B2的電流，控制第一多工器M1與第二多工器M2的輸入切換，從而調整第一開關Q1與第二開關Q2的阻抗，以使流經該等第一及第二支路B1、B2的電流平衡。
    在本實施方式中，正相三角波可經由第一多工器M1輸入第一開關Q1的控制極，反相三角波可經由第二多工器M2輸入第二開關Q2的控制極。當某個支路的電流大於另一個支路的電流時，為均流，則需使該大電流支路的開關的阻抗變大，以減少該大電流支路的電流。而開關的阻抗變大，需要開關的控制極電壓變大，也就是說該大電流支路的開關對應的三角波處於上升沿時，被輸入至該開關的控制極。因而，閘極訊號控制器420在某個支路的電流大於另一個支路的電流時，在該大電流支路對應的三角波處於上升沿時，控制該第一多工器M1及第二多工器M2均切換至第一輸入端，在該支路對應的三角波處於下降沿時，控制該第一多工器M1及第二多工器M2均切換至第二輸入端。
    圖2所示為本發明一實施方式中電流平衡電路40的電路圖。在本實施方式中，電流迴授比較電路包括第一放大器A1、第二放大器A2及第一比較器4000。第一放大器A1與第二放大器A2均包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，第一比較器4000包括正輸入端、負輸入端及輸出端。第一放大器A1的第一輸入端連接第一電阻R1的一端，第二輸入端連接第一電阻R1的另一端，輸出端連接第一比較器4000的正輸入端。第二比較器A2的第一輸入端連接第二電阻R2的一端，第二輸入端連接第二電阻R2的另一端，輸出端連接第一比較器4000的負輸入端。第一比較器4000的輸出端輸出比較訊號。在本實施方式中，第一放大器A1與第二放大器A2分別用於放大第一電阻R1與第二電阻R2所偵測的電流訊號。第一比較器4000在流經第一電阻R1的電流大於流經第二電阻R2的電流時，輸出高電平的比較訊號，在流經第一電阻R1的電流小於流經第二電阻R2的電流時，輸出低電平的比較訊號。
    閘極訊號控制電路420包括第二比較器4200、第三比較器4210、反互斥或閘G1及互斥或閘G2。第二比較器4200與第三比較器4210均包括正輸入端、負輸入端及輸出端。第二比較器4200的正輸入端連接第一開關Q1的控制極，負輸入端接收該正相三角波。第三比較器4210的正輸入端連接第二開關Q2的控制極，負輸入端接收反相三角波。反互斥或閘G1包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，其第一輸入端連接第一比較器4000的輸出端，第二輸入端連接第二比較器4200的輸出端，輸出端連接第一多工器M1的控制端。互斥或閘G2包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，其第一輸入端連接第一比較器4000的輸出端，第二輸入端連接第三比較器4210的輸出端，輸出端連接第二多工器M2的控制端。
    在本實施方式中，若流經第一開關Q1與第一電阻R1的電流大於流經第二開關Q2與第二電阻R2的電流時，第一比較器4000輸出高電平的比較訊號。若此時，正相三角波處於下降沿，而反相三角波處於上升沿，因第一電容C1與第二電容C2的緩沖，正相三角波的電壓小於第一開關Q1的控制極電壓，反相三角波的電壓大於第二開關Q2的控制極電壓。因而，第二比較器4200輸出低電平訊號，第三比較器4210輸出高電平訊號。反互斥或閘G1輸出低電平訊號，互斥或閘G2輸出低電平訊號。因而，第一多工器M1與第二多工器M2均切換至第二輸入端，即沒有正反相三角波輸入至第一開關Q1及第二開關Q2的控制極。此時，流經第一開關Q1與第一電阻R1的電流，即第一支路B1的電流仍大於流經第二開關Q2與第二電阻R2的電流，即第二支路B2的電流。
    當正相三角波處於上升沿，而反相三角波處於下降沿，正相三角波的電壓大於第一開關Q1的控制極電壓，反相三角波的電壓小於第二開關Q2的控制極電壓。因而，第二比較器4200輸出高電平訊號，第三比較器4210輸出低電平訊號。反互斥或閘G1輸出高電平訊號至第一多工器M1的控制端，互斥或閘G2輸出高電平訊號至第二多工器M2的控制端。因而，第一多工器M1與第二多工器M2均切換至第一輸入端，即處於上升沿的正相三角波輸入至第一開關Q1的控制極，處於下降沿的反相三角波輸入至第二開關Q2的控制極。此時，第一開關Q1的阻抗隨著控制極電壓上升而增大，第二開關Q2的阻抗隨著控制極電壓下降而減小，從而使得流經第一支路B1的電流與流經第二支路B2的電流平衡。
    同理，當流經第一開關Q1與第一電阻R1的電流小於流經第二開關Q2與第二電阻R2的電流時，若反相三角波處於上升沿時，閘極訊號控制電路420控制第一多工器M1與第二多工器M2切換至第一輸入端，使得第一開關Q1的阻抗變小，第二開關Q2的阻抗變大，從而平衡流經這兩個支路B1、B2的電流。
    電流平衡電路40的電路簡單，根據支路電流的比較結果及第一開關Q1與第二開關Q2的控制極電壓與正反相三角波的比較結果，調節第一開關Q1與第二開關Q2的控制極電壓以調整阻抗，從而進行精確的電流平衡，且避免受到溫度與電流密度影響。此外，電流迴授比較電路400能有效消除電流迴授過程中所接收的共模雜訊，避免共模雜訊的干擾。
    綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。
    20．．．電源供應單元
    30．．．負載
    40．．．電流平衡電路
    400．．．電流迴授比較電路
    410．．．正反相三角波產生器
    420．．．閘極訊號控制電路
    B1、B2．．．第一至第二支路
    Q1、Q2．．．第一至第二開關
    R1、R2．．．第一至第二電阻
    C1、C2．．．第一至第二電容
    M1、M2．．．第一至第二多工器
    A1、A2．．．第一至第二放大器
    4000、4200、4210．．．第一至第三比較器
    G1．．．反互斥或閘
    G2．．．互斥或閘
    圖1為本發明一實施方式中電流平衡電路的示意圖；及
    圖2所示為本發明一實施方式中電流平衡電路的電路圖。
    20．．．電源供應單元
    30．．．負載
    40．．．電流平衡電路
    400．．．電流迴授比較電路
    410．．．正反相三角波產生器
    420．．．閘極訊號控制電路
    B1、B2．．．第一至第二支路
    Q1、Q2．．．第一至第二開關
    R1、R2．．．第一至第二電阻
    C1、C2．．．第一至第二電容
    M1、M2．．．第一至第二多工器
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種電流平衡電路，用於平衡流經複數支路的電流，包括：第一支路，連接於輸入電源與負載之間，該第一支路包括第一開關及第一電阻，該第一開關包括控制極、第一電極及第二電極，該第一電極連接該輸入電源，該第二電極經由該第一電阻連接該負載；第二支路，與該第一支路並聯連接於該輸入電源與該負載之間，該第二支路包括第二開關及第二電阻，該第二開關包括控制極、第一電極及第二電極，該第二開關的第一電極連接該輸入電源，該第二電極經由該第二電阻連接該負載；電流迴授比較電路，連接該第一電阻與該第二電阻，用於偵測並比較流經該等第一及第二支路的電流；正反相三角波產生器，用於產生正相三角波及反相三角波；第一多工器，包括第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端，該第一多工器的第一輸入端接收該正相三角波，該第二輸入端懸空，該輸出端連接該第一開關的控制極並經由第一電容接地；第二多工器，包括第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端，該第二多工器的第一輸入端接收該反相三角波，該第二輸入端懸空，該輸出端連接該第二開關的控制極並經由第二電容接地；及閘極訊號控制電路，連接該電流迴授比較電路、該第一開關及第二開關的控制極、該正反相三角波產生器、該第一多工器及該第二多工器的控制端，用於將該正反相三角波分別與該第一開關的控制極電壓及該第二開關的控制極電壓進行比較，並根據流經該等第一及第二支路的電流，控制該第一多工器與該第二多工器的輸入切換，從而調整該第一開關與該第二開關的阻抗，以使流經該等第一及第二支路的電流平衡。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述的電流平衡電路，其改良在於，該電流迴授比較電路包括：第一放大器，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第一放大器的第一輸入端連接該第一電阻的一端，該第一放大器的第二輸入端連接該第一電阻的另一端；第二放大器，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該第二放大器的第一輸入端連接該第二電阻的一端，該第二放大器的第二輸入端連接該第二電阻的另一端；及第一比較器，包括正輸入端、負輸入端及輸出端，該第一比較器的正輸入端連接該第一放大器的輸出端，該第二比較器的負輸入端連接該第二比較器的輸出端，該第二比較器的輸出端輸出比較訊號。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述的電流平衡電路，其改良在於，該閘極訊號控制電路包括：第二比較器，包括正輸入端、負輸入端及輸出端，該第二比較器的正輸入端連接該第一開關的控制極，該第二比較器的負輸入端接收該正相三角波；第三比較器，包括正輸入端、負輸入端及輸出端，該第三比較器的正輸入端連接該第二開關的控制極，該第三比較器的負輸入端接收該反相三角波；反互斥或閘，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該反互斥或閘的第一輸入端連接該第一比較器的輸出端，該反互斥或閘的第二輸入端連接該第二比較器的輸出端，反互斥或閘的輸出端連接該第一多工器的控制端；及互斥或閘，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端，該互斥或閘的第一輸入端連接該第一比較器的輸出端，該互斥或閘的第二輸入端連接該第三比較器的輸出端，該互斥或閘的輸出端連接該第二多工器的控制端。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述的電流平衡電路，其改良在於，该第一開關與該第二開關均為P型金屬氧化物半導體場效應管，該第一開關與該第二開關的控制極為該P型金屬氧化物半導體場效應管的閘極，該第一開關與該第二開關的第一電極為該P型金屬氧化物半導體場效應管的源極，該第一開關與該第二開關的第二電極為該P型金屬氧化物半導體場效應管的汲極。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述的電流平衡電路，其改良在於，該閘極訊號控制電路在該等第一及第二支路之一的電流大於另一支路的電流時，在該大電流支路對應的三角波處於上升沿時，控制該第一多工器及第二多工器均切換至第一輸入端，在該大電流支路對應的三角波處於下降沿時，控制該第一多工器及該第二多工器均切換至第二輸入端。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    TWI427888B|2014-02-21|電流平衡電路
    TWI519037B|2016-01-21|控制流經分支之分支電流的電流控制電路以及電流控制方法
    JP5664536B2|2015-02-04|電流検出回路および半導体集積回路装置
    CN101217263B|2010-12-15|放大器直流失调电压的补偿方法与装置
    JP6089599B2|2017-03-08|絶縁ゲート型半導体素子の駆動装置
    JP6286899B2|2018-03-07|絶縁ゲート型半導体素子の駆動装置および電力変換装置
    WO2021027768A1|2021-02-18|电源通道的电流检测电路与电子设备
    TW201036326A|2010-10-01|Constant switch Vgs circuit for minimizing rflatness and improving audio performance
    KR20200091398A|2020-07-30|복수의 독립된 출력 스테이지들을 가진 클래스-d 증폭기
    JP2015084617A5|2015-07-02|
    US9130569B2|2015-09-08|Controller for load circuit
    CN102857099B|2014-12-31|电流平衡电路
    JP2018082332A|2018-05-24|駆動回路およびインピーダンス整合装置
    TWI527341B|2016-03-21|電池管理系統、電流平衡方法以及電路
    JP2019530278A5|2020-11-12|
    JP2012178670A|2012-09-13|バッファ回路
    JP5839319B2|2016-01-06|電流／電圧変換回路
    JP2013257811A|2013-12-26|シャント装置
    JP2018029259A|2018-02-22|トランジスタ駆動回路
    US8823442B1|2014-09-02|System and method of reducing magnitudes of kick-back voltages in a circuit that alternates a direction of current flow through a load
    US10439421B2|2019-10-08|Linear charger circuit and method of operating linear charger circuit
    TWI607427B|2017-12-01|Source driver circuit
    TWI716763B|2021-01-21|G類放大器及用於g類放大器的控制方法
    JP5268286B2|2013-08-21|アンプ回路
    US9667243B2|2017-05-30|High speed tracking current sense system
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US8482265B2|2013-07-09|
    US20130002214A1|2013-01-03|
    TWI427888B|2014-02-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US4150424A|1978-04-04|1979-04-17|International Telephone And Telegraph Corporation|Dynamic current balancing for power converters|
    US7583146B2|2007-06-15|2009-09-01|Analog Devices, Inc.|Balanced differential cross-coupled transconductance amplifier for a multiplexor|
    US8085015B2|2008-11-05|2011-12-27|Semiconductor Components Industries, Llc|Current balancing circuit and method|
    TWI410171B|2008-12-12|2013-09-21|Chunghwa Picture Tubes Ltd|電流平衡電路及具此電路之背光模組|
    TWI372506B|2009-03-19|2012-09-11|Richtek Technology Corp|Hybrid control circuit and method for a multi-phase dc to dc converter|
    TWI501697B|2009-11-12|2015-09-21|Green Solution Tech Co Ltd|發光二極體電流控制電路、均流器及驅動裝置|JP2014187203A|2013-03-22|2014-10-02|Toshiba Corp|整流装置及びその制御方法|
    TWI521870B|2013-11-14|2016-02-11|瑞昱半導體股份有限公司|電流平衡裝置與方法|
    CN104656734B|2013-11-21|2017-02-15|瑞昱半导体股份有限公司|电流平衡装置与方法|
    US9787215B2|2014-05-30|2017-10-10|Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd.|Power source device|
    EP3353883A1|2015-09-22|2018-08-01|OSRAM GmbH|Electronic converter and related method of operating an electronic converter|
    JP6020752B1|2016-03-16|2016-11-02|富士電機株式会社|診断装置|
    CN109861522A|2019-02-19|2019-06-07|普华基础软件股份有限公司|一种汽车电子控制单元降压电源电路|
    法律状态:
    2019-11-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    TW100123019A|TWI427888B|2011-06-30|2011-06-30|電流平衡電路|TW100123019A| TWI427888B|2011-06-30|2011-06-30|電流平衡電路|
    US13/244,712| US8482265B2|2011-06-30|2011-09-26|Current balance circuit utilizing multiplexers and triangular wave generators|
    [返回顶部]