一种功率扩展模块的制作方法

本实用新型涉及电源设计领域，尤其涉及一种功率扩展模块。

背景技术：

并联电源系统的设计具有很多难点，双重调压回路的同步，内阻小，由于工艺水平的限制和误差的不可避免性，导致电压不一致，实际系统中参与并联的各个模块直接并联，不能保证模块电流的均匀，严重影响系统的稳定性和可靠性。为了解决上述问题，传统做法采用a模块b模块根据工作状态不同作来回切换，每个模块都有相应的电流电压控制以及保护电路，控制电路复杂而重复。再者现在负载情况的多样性，要求电源系统有多个输出电压档位，要实现电源模块的电压同步调节又是一个难点。

因此，需要设计一种功率扩展模块，以针对两个电源并联的控制问题提供解决方案。

技术实现要素：

本实用新型通过提供一种功率扩展模块，解决了并联电源系统中的参与并联的各个模块直接并联，不能保证模块电流的均匀，严重影响系统的稳定性和可靠性的技术问题，提供了一种稳定性和可靠性强的功率扩展模块。

本实用新型提供了一种功率扩展模块，包括电流采样模块和电压跟随电流控制模块，所述电压跟随电流控制模块设有：第一控制单元和第二控制单元；

所述电流采样模块与外部主电源模块连接，用于实时采样主电源模块的输入或输出电流；所述第一控制单元与电流采样模块相连，用于对采样电流进行初步处理；所述第一控制单元与第二控制单元相连，用于根据初步处理后的电流控制对应连接的外部辅电源模块的输出电压和电流以进一步建立负反馈使外部主电源模块按照固定阈值输出电流，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源；

其中，所述电流采样模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第十电阻、第二电容、第三电容、第一电池以及第一集成电路，所述第一集成电路为电流感应放大器，所述第一电池负极接地sgnd、正极通过第一电阻连接所述主电源模块，所述第一集成电路1脚与所述第一集成电路2脚连接并接地sgnd、所述第一集成电路3脚连接输出端口并通过所述第二电容接地、所述第一集成电路4脚通过所述第二电阻连接第一电池正极、所述第一集成电路5脚通过所述第三电阻连接主电源模块、第一集成电路6脚通过所述串联的第十电阻和第三电容连接所述第一集成电路5脚，并且第一集成电路6脚直接连接后级电路；所述第一集成电路用于实时采样主电源模块输入或输出电流，再将采样电流放大比较传递至第一控制单元；

其中，所述第一控制单元包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第十二电阻、第十三电阻、第二集成电路、第一三极管以及第四电容，所述第二集成电路为可控精密稳压源，所述第十二、十三电阻并联并接地，其连接点接入所述电流采样模块中第一集成电路6脚，所述第二集成电路r极连接所述第六电阻和第十二电阻、所述第二集成电路k极连接所述第四电阻和第四电容一端、所述第二集成电路a极连接所述第四电容另一端并接地sgnd，所述第一三极管b极连接所述第五电阻和第六电阻、所述第一三极管e极连接所述第四电容、所述第一三极管c极连接后级电路，所述第四电阻与第五电阻连接并连接后级电路；所述第十二电阻、第十三电阻与所述采样模块的6脚来连接构成采样电流接收网络，所述第一三极管用于根据采样电流控制第二控制单元；

其中，所述第二控制单元包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十一电阻、第一电容以及第三集成电路，所述第八、第九电阻并联并接地sgnd，所述第三集成电路为可控精密稳压源，所述第八电阻连接前级电路中所述第四电阻，所述第三集成电路r极连接所述第八、第九电阻连接点，并通过所述第七电阻、第一电容连接自身c极，所述第三集成电路k极连接所述辅电源模块，所述第三集成电路a极连接前级电路中所述第一三极管c极并通过所述第十一电阻接地sgnd；所述第三集成电路用于控制外部辅电源模块的输出电压和电流；

其中，所述第三集成电路控制的外部辅电源模块与所述电流采样模块所采样的外部主电源模块输出端直接或通过开关并联为负载供电，形成负反馈网络；

其中，所述功率扩展模块预设有固定电流输出比例，用于限定外部主电源模块和负电源模块按照固定比例进行电流输出。

本实用新型中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在本实用新型中，功率扩展模块，包括：电流采样模块和电压跟随电流控制模块，设置在所述第一控制单元和第二控制单元；所述电流采样模块与外部主电源模块连接，用于实时采样主电源模块的输入或输出电流；所述第一控制单元与电流采样模块相连，用于对采样电流进行初步处理；所述第一控制单元与第二控制单元相连，用于根据初步处理后的电流控制对应连接的外部辅电源模块的输出电压和电流以进一步建立负反馈使外部主电源模块按照固定阈值输出电流，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源。也就是说，通过在功率扩展模块设置电流采样和电压跟随控制功能，监控到主电源的输出电压并将辅电源的输出电压调控至略低于主电源的电压，并对外部主电源模块的输入端电流进行采样，根据所述采样电流控制外部负电源模块输出电压、电流跟随变化，并进一步根据负反馈使用辅电源模块的输出电流调节主电源的电流按照固定阈值输出，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源；有效地解决了现有技术中并联电源系统中的参与并联的各个模块直接并联，不能保证模块电流的均匀，严重影响系统的稳定性和可靠性的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种功率扩展模块的电路结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种功率扩展模块的电路原理图；

图3为本申请实施例提供的一种功率扩展模块中的电流采样模块放大原理图；

图4为本申请实施例提供的一种功率扩展模块中的电压跟随电流控制模块放大原理图；

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种功率扩展模块，解决了现有技术中并联电源系统中的参与并联的各个模块直接并联，不能保证模块电流的均匀，严重影响系统的稳定性和可靠性的技术问题，该功率扩展模块能够实时采样外部主电源模块的电流，根据外部主电源模块电流分配外部辅电源模块输出电流，并进一步建立负反馈使外部主电源模块按照固定阈值输出电流，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供了一种功率扩展模块，包括电流采样模块和电压跟随电流控制模块，所述电压跟随电流控制模块设有：第一控制单元和第二控制单元；所述电流采样模块与外部主电源模块连接，用于实时采样主电源模块的输入或输出电流；所述第一控制单元与电流采样模块相连，用于对采样电流进行初步处理；所述第一控制单元与第二控制单元相连，用于根据初步处理后的电流控制对应连接的外部辅电源模块的输出电压和电流以进一步建立负反馈使外部主电源模块按照固定阈值输出电流，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源。

可见，在本申请实施例中，通过在功率扩展模块中设置的电流采样模块，实时采样外部主电源模块的电流，获知其电流值及其变化；以及通过将第一控制单元作为中间控制，以控制对应连接的第二控制单元，再通过第二控制单元、直接控制对应连接外部辅电源模块的输出电压、电流，使得外部辅电源模块的输出电流跟随外部主电源模块的电流变化，最后通过外部主电源、辅电源构成的反馈网络，由外部辅电源模块的输出电流调节外部主电源模块按照固定阈值输出电流，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源。使得并联电源系统中的参与并联的各个模块电流稳定、均匀，具有高可靠性，且能够根据不同场景设定不同的固定比例，满足各种应用情景，适用性强，并且本实用新型使用纯模拟电路，具有很高的实时性和确定性。有效地解决了现有技术中并联电源系统中的参与并联的各个模块直接并联，不能保证模块电流的均匀，严重影响系统的稳定性和可靠性的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

请参考图1,本申请实施例提供一种功率扩展模块，可应用在并联电源装置上以进行功率扩展，所述功率扩展模块包括：电流采样模块和电压跟随电流控制模块，所述电压跟随电流控制模块设有：第一控制单元和第二控制单元；

所述电流采样模块与外部主电源模块连接，用于实时采样主电源模块的输入或输出电流；所述第一控制单元与电流采样模块相连，用于对采样电流进行初步处理；所述第一控制单元与第二控制单元相连，用于根据初步处理后的电流控制对应连接的外部辅电源模块的输出电压和电流以进一步建立负反馈使外部主电源模块按照固定阈值输出电流，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源。

在本实施例中，请参考图1,控制原理为：首先电流采样模块1对外部主电源模块进行电流采样，获得主电源的实时电流，并放大比较采样电流再传递给第一控制单元2，第一控制单元2根据采样电流做出响应，第二控制单元3根据第一控制单元2的响应调整自身输出至外部辅电源模块的电流，从而控制辅电源模块输出电压、电流跟随主电源模块电流变化，进而通过负反馈机制使用外部辅电源的输出电流反过来调节作为控制端的外部主电源的输出电流，使得外部主电源按照固定阈值输出，实现限定主电源输出电流上限，并在超过上限时自动并联辅电源。由于其内部使用纯模拟电路，无任何单片机或处理器，响应迅速，具有很强的实时性和确定性。

具体的，请参考图2，并结合图3，所述电流采样模块包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第十电阻r10、第二电容c2、第三电容c3、第一电池bt1以及第一集成电路ic1，所述第一集成电路ic1为电流感应放大器，所述第一电池bt1负极接地sgnd、正极通过第一电阻r1连接所述主电源模块，所述第一集成电路ic1的1脚与所述第一集成电路ic1的2脚连接并接地sgnd、所述第一集成电路3脚连接输出端口并通过所述第二电容c2接地、所述第一集成电路4脚通过所述第二电阻r2连接第一电池bt1正极、所述第一集成电路5脚通过所述第三电阻r3连接主电源模块、第一集成电路6脚通过所述串联的第十电阻r10和第三电容c3连接所述第一集成电路5脚，并且第一集成电路6脚直接连接后级电路；所述第一集成电路ic1用于实时采样主电源模块输入或输出电流，再将采样电流放大比较传递至第一控制单元。

在本实施例中，所述电流采样模块组成包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第十电阻r10、第二电容c2、第三电容c3、第一电池bt1以及第一集成电路ic1，所述第一集成电路ic1为电流感应放大器，其连接方式为：所述第一电池bt1负极接地sgnd、正极通过第一电阻r1连接所述主电源模块，所述第一集成电路ic1的1脚与所述第一集成电路ic1的2脚连接并接地sgnd、所述第一集成电路ic1的3脚连接输出端口并通过所述第二电容c2接地、所述第一集成电路4脚通过所述第二电阻r2连接第一电池bt1正极、所述第一集成电路5脚通过所述第三电阻r3连接主电源模块、第一集成电路6脚通过所述串联的第十电阻r10和第三电容c3连接所述第一集成电路5脚，并且第一集成电路6脚直接连接后级电路；所述电流采样模块对外部主电源进行电流采样，当主电源电流i1增大时，第一集成电路ic1的4脚的电压uin增大，经过放大比较后，其输出端6脚的电压uout增大，当主电源电流i1减小时，第一集成电路ic1的4脚的电压uin减小，经过放大比较后，其输出端6脚的电压uout减小，所述第一集成电路ic1通过电流采样使自身的输出电压跟随采样电流同向变化，并由此控制后级电路进行相应操作。电流采样具有实时性，能够根据主电源的电流变化快速响应，高效地控制后续操作进行。

所述第一控制单元包括：第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第十二电阻r10、第十三电阻r13、第二集成电路ic2、第一三极管ic1以及第四电容c4，所述第二集成电路ic2为可控精密稳压源，所述第十二、十三电阻并联并接地，其连接点接入所述电流采样模块中第一集成电路ic1的6脚，所述第二集成电路ic2的r极连接所述第六电阻r6和第十二电阻r10、所述第二集成电路k极连接所述第四电阻r4和第四电容c4一端、所述第二集成电路a极连接所述第四电容c4另一端并接地sgnd，所述第一三极管ic1的b极连接所述第五电阻r5和第六电阻r6、所述第一三极管e极连接所述第四电容c4、所述第一三极管c极连接后级电路，所述第四电阻r4与第五电阻r5连接并连接后级电路；所述第十二电阻r10、第十三电阻r13与所述采样模块的6脚来连接构成采样电流接收网络，所述第一三极管ic1用于根据采样电流控制第二控制单元。

在本实施例中，请参考图2，并结合图4，所述第一控制单元组成包括：第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第十二电阻r10、第十三电阻r13、第二集成电路ic2、第一三极管ic1以及第四电容c4，其中所属第二集成电路ic2为可控精密稳压源，其连接方式为：所述第十二、十三电阻串联并接地，其连接点接入所述电流采样模块中第一集成电路ic1的6脚，所述第二集成电路ic2的r极连接所述第六电阻r6和第十二电阻r10、所述第二集成电路k极连接所述第四电阻r4和第四电容c4一端、所述第二集成电路a极连接所述第四电容c4另一端并接地sgnd，所述第一三极管ic1的b极连接所述第五电阻r5和第六电阻r6、所述第一三极管e极连接所述第四电容c4、所述第一三极管c极连接后级电路，所述第四电阻r4与第五电阻r5连接并连接后级电路；当所述第一集成电路ic1的6脚输出电压uout变大时，所述第十二电阻r10、第十三电阻r13连接点电压变大，传递至第二集成电路ic2的r极的电压变大，第二集成电路ic2的电流变大，第一三极管ic1的电流变大；当所述第一集成电路ic1的6脚输出电压uout变小时，所述第十二电阻r10、第十三电阻r13连接点电压变小，传递至第二集成电路ic2的r极的电压变小，第二集成电路ic2的电流变小，第一三极管ic1的电流变小；所述电路结构能够根据前级电路中第一集成电路ic1的输出电压变化控制第一三极管ic1的c极和第四电阻r4输出至后级电路的电压变化，以实现进一步控制。

所述第二控制单元包括：第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十一电阻r11、第一电容c1以及第三集成电路ic3，所述第八、第九电阻r9并联并接地sgnd，所述第三集成电路ic3为可控精密稳压源，所述第八电阻r8连接前级电路中所述第四电阻r4，所述第三集成电路ic3的r极连接所述第八、第九电阻r9连接点，并通过所述第七电阻r7、第一电容c1连接自身c极，所述第三集成电路ic3的k极连接所述辅电源模块，所述第三集成电路ic3的a极连接前级电路中所述第一三极管ic1的c极并通过所述第十一电阻r11接地sgnd；所述第三集成电路ic3用于控制外部辅电源模块的输出电压和电流。

在本实施例中，请参考图2，并结合图4，第二控制单元的组成包括：第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十一电阻r11、第一电容c1以及第三集成电路ic3，其连接方式为：所述第八、第九电阻r9并联并接地sgnd，所述第三集成电路ic3为可控精密稳压源，所述第八电阻r8连接前级电路中所述第四电阻r4，所述第三集成电路ic3的r极连接所述第八、第九电阻r9连接点，并通过所述第七电阻r7、第一电容c1连接自身c极，所述第三集成电路ic3的k极连接所述辅电源模块，所述第三集成电路ic3的a极连接前级电路中所述第一三极管ic1的c极并通过所述第十一电阻r11接地sgnd；当前级电路第一三极管ic1的c极输出至第十一电阻r11的电压升高时，第三集成电路ic3的电流变小，控制辅电源模块输出电压、电流变大，当前级电路第一三极管ic1的c极输出至第十一电阻r11的电压降低时，第三集成电路ic3的电流变大，控制辅电源模块输出电压、电流减小。所述电路结构实现了根据前级电路的输出电压变化控制辅电源模块输出电压、电流跟随变化，进一步地，从整体电路来看，实现了辅电源模块输出电压、电流跟随主电源电流同向变化，再通过负反馈机制，辅电源模块的电流变化使得主电源电流变化受到调整，最终使主电源和辅电源输出电流达到预设的固定比例。这一设计避免了并联电源系统中各个模块电流不均匀，以及为了解决这一问题常用的a-b的电源来回切换的控制电复杂性及重复性的问题。

所述第三集成电路ic3控制的外部辅电源模块与所述电流采样模块所采样的外部主电源模块输出端直接或通过开关并联为负载供电，形成负反馈网络。

在本实施例中，请参考图2，所述第三集成电路ic3控制的外部辅电源模块与所述电流采样模块所采样的外部主电源模块输出端直接或通过开关并联，形成负反馈网络。负载所需电流一定时，当外部辅电源模块输出电流变化，会使外部主电源电流模块输出电流反向变化，最终达到平衡。

所述功率扩展模块预设有固定电流输出比例，用于限定外部主电源模块和负电源模块按照固定比例进行电流输出。

在本实施例中，请参考图2，并结合图3，电压跟随模块预设辅电源电压低于主电源电源一个电压值，当负载电流增大，主电源电流增大，经电流采样电路放大比较后控制电压跟随电路让辅电源电压升高，当电压升高到跟主电源一样或大于主电源电压时，主电源为负载提供电流，当负载电流继续增大时，辅电源电压继续增加，辅电源为负载提供更大电流。通过设定辅电源电压与主电源电源相差的电压值及采样电路电放大倍数就可以设定电流比例了。

综上所述，通过采用本实用新型中的功率扩展模块至少具有以下技术效果：

1)通过在功率扩展模块设置电流采样、电压跟随控制功能，实现了监控到主电源的输出电压并将辅电源的输出电压调控至略低于主电源的电压，且主电源提供导向电压,根据外部主电源模块电流分配外部辅电源模块输出电流；

2)通过控制外部辅电源模块进行负反馈调节，实现了控制外部主电源模块按照固定阈值输出电流，以及限定主电源输出上限并在超过上限时自动并联辅电源；

3)该功率扩展模块采用纯模拟电路，无任何单片机或处理器，具有很高的实时性和确定性；

4)该功率扩展模块能够根据不同的实际需求，设置内部元件参数，以获得不同的电流输出固定比例，满足各种应用场景，具有很高的可扩展性。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。