申请/专利权人：北京比特大陆科技有限公司

申请日：2018-03-13

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN108183612B

主分类号：H02M3/158

分类号：H02M3/158;G06F1/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2018.07.27#著录事项变更;2018.07.13#实质审查的生效;2018.06.19#公开

摘要：本发明实施例公开了一种可扩展的并联供电DC‑DC电源装置，该装置通过多个第一DC‑DC转换模块并联输出第一直流电压，多个第二DC‑DC转换模块并联输出第二直流电压，并通过PWM相位控制模块接收所述多个第一DC‑DC转换模块输出的第一直流电压的第一反馈电压以及所述多个第二DC‑DC转换模块输出的第二直流电压的第二反馈电压，并对所述多个第一DC‑DC转换模块和多个第二DC‑DC转换模块进行PWM控制。本发明实施例实现对不同输出电压的多个DC‑DC电源模块的可扩展并联供电和均流控制，具有较好的功率适配性和灵活性，并且提高了电源装置的集成度，减小了电源装置的体积，降低了元器件成本。

主权项：1.一种可扩展的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，包括：PWM相位控制模块、多个第一DC-DC转换模块以及多个第二DC-DC转换模块；其中，所述多个第一DC-DC转换模块并联输出第一直流电压，所述多个第二DC-DC转换模块并联输出第二直流电压；所述PWM相位控制模块用于接收所述多个第一DC-DC转换模块输出的第一直流电压的第一反馈电压以及所述多个第二DC-DC转换模块输出的第二直流电压的第二反馈电压，并对所述多个第一DC-DC转换模块和多个第二DC-DC转换模块进行PWM控制，其中，所述PWM相位控制模块通过参考电压信号来检测所述第一反馈电压和所述第二反馈电压，并通过可编程方式输出PWM控制信号，来调节负载电流的变化，从而并联输出稳定的所述第一直流电压和所述第二直流电压，所述参考电压信号取决于所述第一反馈电压和第二反馈电压。

全文数据：可扩展的并联供电DC-DC电源装置技术领域[0001]本发明涉及计算设备的电源供电技术，特别是涉及一种可扩展的并联供电DC-DC电源装置。背景技术[0002]DC-DC电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，有降压和升压两种，其特点是可为专用集成电路ASIC、数字信号处理器DSP、微处理器、存储器、现场可编程门阵列FPGA及其他数字或模拟负载进行供电。[0003]实际使用中，对于大功率计算设备，往往单个的DC-DC电源模块无法满足功率和电流需求，因此通常采取多个独立的DC-DC电源模块并联供电的方式，这种并联供电的方式可以降低单个DC-DC电源模块中M0S管开关器件的电流应力和热应力，一定程度上提高了电源供电系统的稳定性和可靠性。但是，并联的DC-DC电源模块供电存在各电源模块之间均流控制和功率分配的问题，并且多个独立的DC-DC电源模块以及辅助器件的使用也导致供电元器件增多、体积增大、成本增加、可靠性降低等问题。[0004]现有技术中存在一些并联DC-DC电源供电的技术方案。例如，公开号CN105024375A的中国专利申请公开了一种DC-DC并联供电系统的功率分配装置，其采用并联的双路DC-DC电源模块供电，并且可通过可视化界面调节双DC-DC电源模块功率分配。公开号CN105846518A的中国专利申请公开了一种无限级高压充放电串并联均衡电路，它包括若干个DC-DC电源模块及对应数量的PWM芯片，每个DC-DC电源模块均连接有所述PWM芯片，通过无限级并联满足输出电流的需求。[0005]然而，这些现有的技术方案无法在保证各并联的DC-DC电源模块均流、稳定的基础上，同时降低元器件的数量，降低电源装置的体积，并且提高DC-DC电源装置的可配置性和灵活性。发明内容[0006]为了解决上述问题，本发明提出一种可扩展的并联供电DC-DC电源装置，包括：[0007]PWM相位控制模块、多个第一DC-DC转换模块以及多个第二DC—DC转换模块；[0005]其中，所述多个第一DC-DC转换模块并联输出第一直流电压，所述多个第’二DC_DC转换模块并联输出第二直流电压;所述PWM相位控制模块用于接收所述多个第—DC_DC转换模块输出的第一直流电压的第一反馈电压以及所述多个第二DC—Dc转换模块输出的第二直流电压的第二反馈电压，并对所述多个第一DC-DC转换模块和多个第二DC—DC转换模块进行PWM控制。[0009]在一些实施方式中，所述PWM相位控制模块根据所述多个第一DC_DC转换模块和多个第二DC-DC转换模块的数量来生成相同数量的不同相位的P控制信号。[0010]在一些实施方式中，所述不同相位的PWM控制信号在一个周^内生成，用于分别掉制不同的DC-DC转换模块。"[0011]在一些实施方式中，所述PWM控制信号通过可编程方式产生。[0012]在一些实施方式中，所述PffM相位控制模块根据负载电流的大小来确定使能所述多个第一DC-DC转换模块和多个第二DC-DC转换模块的数量。[0013]在一些实施方式中，所述第一DC-DC转换模块和第二DC-DC转换模块包括输入电路、开关电路、输出电路和控制电路。[0014]在一些实施方式中，所述控制电路根据所述PWM相位控制模块输出的PWM控制信号和参考电压信号，来控制所述开关电路调节输出电路输出的直流电压。[0015]在一些实施方式中，所述参考电压信号取决于所述第一反馈电压和第二反馈电压。[0016]在一些实施方式中，所述控制电路还用于向所述HVM相位控制模块输出温度检测信号，所述温度检测信号用于检测所述第一DC-DC转换模块或第二DC-DC转换模块的内部封装电路的温度是否过大。[0017]在一些实施方式中，当检测到所述第一DC-DC转换模块或第二DC-DC转换模块的内部封装电路的温度过大时，所述控制电路向所述PWM相位控制模块输出高电平信号。[0018]在一些实施方式中，所述PWM相位控制模块还用于禁用输出所述高电平信号的DC-DC转换模块。[0019]在一些实施方式中，所述控制电路还用于向所述相位控制模块输出电流检测信号，所述电流检测信号用于检测所述第一DC-DC转换模块或第二DC-DC转换模块的开关电路是否存在短路或电流过大。[0020]在一些实施方式中，当检测到所述第一DC-DC转换模块或第二DC-DC转换模块的开关电路存在短路或电流过大时，所述控制电路向所述PWM相位控制模块输出高电平信号。[0021]在一些实施方式中，所述PWM相位控制模块还用于禁用输出所述高电平信号的DC-DC转换模块。[0022]本发明实施例通过集成的PWM相位控制模块实现对不同输出电压的多个DC-DC电源模块的可扩展并联供电和均流控制，相比现有的并联DC-DC电源供电系统而言，其具有较好的功率适配性和灵活性，并且提高了电源装置的集成度，减小了电源装置的体积，降低了元器件成本。附图说明[0023]图1为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置的结构示意图；[0024]图2为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置中DC-DC转换模块20的电路示意图；[0025]图3为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置中DC-DC转换模块30的电路示意图；[0026]图4为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置中P丽相位控制模块10的电路示意图。具体实施方式[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。[0028]图1为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置的结构示意图。如图1所示，本发明的可扩展的并联供电DC-DC电源装置包括PWM相位控制模块1〇、多个并联输出的DC-DC转换模块20以及多个并联输出的DC-DC转换模块30。[0029]多个并联输出的DC-DC转换模块20以输出电压端并联连接的方式输出第一直流电压DC_0UT1，多个并联输出的DC-DC转换模块30以输出电压端并联连接的方式输出第二直流电压DCJWTLPWM相位控制模块10用于连接各并联的DC-DC转换模块2〇和3〇,对各DC-DC转换模块进行脉冲宽度调制PWM控制，控制各DC-DC转换模块中的开关电路的导通和关断，从而使得各DC-DC转换模块输出转换后的直流电压。[0030]同时，PWM相位控制模块10接收多个并联的DC-DC转换模块20输出的第一直流电压DC_0UT1的反馈电压，以及多个并联的DC-DC转换模块3〇输出的第二直流电压DC_0UT2的反馈电压。P丽相位控制模块10分别基于第一直流电压DC_0UT1的反馈电压和第二直流电压DC_0UT2的反馈电压，控制向各DC-DC转换模块20和30输出PWM控制信号。[0031]在一些实施方式中，PWM相位控制模块10会根据DC-DC转换模块20和30的数量来产生相同数量的不同相位的控制信号，在一个周期内，来分别控制不同的DC-DC转换模块20和30，相对于电源输出来说，一个周期内完成了充电、放电的过程。在具体的电路应用中，可以根据负载电流的大小来决定使能DC-DC转换模块20和30的数量，负载电流小的应用，使能DC-DC转换模块的数量较少，负载电流大的应用，使能DC-DC转换模块的数量则较多。[0032]本发明实施例中，将不同输出电压的各DC-DC转换模块分别进行并联输出，通过集成的多通道PWM相位控制模块进行PWM控制，保证了各并联DC-DC转换模块的均流控制，实现了支持不同输出电压下大功率、大电流的直流电源。并且，各并联的DC-DC转换模块可以方便根据待供电设备的功率和电流需求进行扩展，具有较好的功率适配性、灵活性和可扩展性，同时提高了电源装置的集成度，减小了电源装置的体积，降低了元器件成本。[0033]图2为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置中DC-DC转换模块2〇的电路示意图。如图2所示，DC-DC转换模块2〇包括输入电路201、开关电路202、输出电路203以及控制电路204。输入电路2〇1包括在输入电压DC_IN端和地GND之间并联连接的一组电容C1-C2，对输入电压DC_IN进行稳压滤波。[0034]开关电路202包括上M0S管M0S1和下M0S管M0S2，M0S1的源极和M0S2的漏极通过开关节点（图中未示出）相连，输入电压DC_IN输入M0S1的漏极。M0S1的源极和M0S3的漏极之间的开关节点连接到输出电路203的电感UM0S1的栅极连接上M0S管驱动控制信号DRVH，上M0S管驱动控制信号DRVH用于控制M0S1的导通和关断;M0S2的栅极连接下MOS管驱动控制信号DRVL，下M0S管驱动控制信号DRVL用于控制MOS2的导通和关断。MOS1的源极连接MOS2的漏极的开关节点连接开关信号SW，开关信号SW用于控制上下MOS管之间的开关节点的导通回路。[0035]输出电路203包括一端连接到MOS1的源极和MOS2的漏极之间开关节点的电感L，以及在电感L的另一端和地GND之间并联连接的一组电容C3-C4,电容C3-C4连接电感L的一端同时输出第一直流电压DC_OUT1。当开关电路2〇2中上MOS管MOS1在上M0S管驱动控制信号DRVH的控制下导通，下M0S管M0S2在下M0S管驱动控制信号DRVL的控制下关断时，输入电压DC_IN对电感L和电容C3-C4进行充电储能，使得第一直流电压DC_0UT1升压；当开关电路202中上MOS管M0S1在上MOS管驱动控制信号DRVH的控制下关断，下MOS管M0S2在下MOS管驱动控制信号DRVL的控制下导通时，电容C3-C4和电感L形成对地的放电回路，使得第一直流电压DC_0UT1降压。[0036]控制电路204接收PWM相位控制模块1〇发送的P丽控制信号、参考电压REFIN，并基于所述PWM控制信号、参考电压REFIN输出上M0S管驱动控制信号DRVH、下M0S管驱动控制信号DRVL和开关信号SW，从而控制开关电路202的导通和关断来使得第一直流电压达到稳定的电压值。控制电路204同时还向PWM相位控制模块1〇返回TM0N和CS信号。其中，TM0N信号为温度检测信号，可以检测DC-DC转换模块内部封装电路的温度是否过大，当超过芯片结温的时候，会输出高电平信号来判断DC-DC转换模块的温度过高，可以禁用该DC-DC转换模块的工作。CS信号为电流检测信号，可以检测M0S1是否短路或者电流过大，如果M0S1发生短路或者电流过大，会输出一个高电平信号来判断DC-DC转换模块发生短路或者电流过大，可以禁用该DC-DC转换模块的工作。[0037]图3为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置中DC-DC转换模块30的电路示意图。如图3所示，DC-DC转换模块30与DC-DC转换模块20的电路结构类似，同样也包括输入电路301、开关电路3〇2、输出电路303以及控制电路304,各组成电路的功能和连接与DC-DC转换模块20—致，在此不再赘述。不同的是，DC-DC转换模块30的输出电路303输出第二直流电压DCJ3UT2。[0038]本发明一些实施例中，作为示例，C1和C2可以采用22uF25V的贴片电容，C3-C4可以采用680uF16V的大容量电解电容，输入电压DC_IN可以为12V，第一直流电压DC_0UT1可以为0.9V，第一直流电压DC_0UT2可以为1.5V，实际应用中可以根据需求选取电容组合，以及对输出电压进行组合配置。[0039]图4为根据本发明一实施例的可扩展的并联供电DC-DC电源装置中PWM相位控制模块10的电路示意图。图4以PWM相位控制模块10分别连接3个DC-DC转换模块20和3个DC-DC转换模块30为例进行示意性描述。如图4所示，3个DC-DC转换模块20输出电压端并联连接，3个DC-DC转换模块3〇输出电压端并联连接;P丽相位控制模块10包括多组PWM控制管脚，图中仅示意性标示出PWM0-Pmi5，每组PWM控制管脚分别与DC-DC转换模块20-1、20-2、20-3、30-1、30-2、30_3的控制电路连接;还包括与各DC-DC转换模块对应的CS管脚CS0-CS5,用于接收各DC-DC转换模块发送的CS信号；还包括与DC-DC转换模块2〇对应的TM0N0管脚和与DC-DC转换模块30对应的TM0N1管脚，TMON0管脚用于接收DC-DC转换模块20-1、20-2、20-3输入的111^信号，TM0N1管脚用于接收DC-DC转换模块30-1、30-2、3〇-3输入的TM0N信号;还包括反馈电压管脚FB0和FB1JB0用于接收DC-DC转换模块2〇-1、2〇-2、2〇-3并联输出的第一直流电压DC_0UT1的反馈电压，FBI用于接收DC-DC转换模块3〇-1、3〇-2、3〇-3并联输出的第二直流电压DC_0UT2的反馈电压。[0040]在一些实施方式中，PWM相位控制模块10会根据DC-DC转换模块20和30的数量来产生相同数量的不同相位的控制信号，在一个周期内，来分别控制不同的DC-DC转换模块20和30,相对于电源输出来说，一个周期内完成了充电、放电的过程。PWM相位控制模块1〇通过参考电压REFIN来检测DC_0UT1和DC_0UT2的电压反馈，并通过可编程方式输出PWM控制信号，来调节负载电流的变化，从而确保并联输出稳定的DC_0UT1和DC_0UT2,并使得各DC-DC转换模块电流均衡。此外，PWM相位控制模块1〇还可以增加RC滤波来去除高频噪声，使电路更稳定。[0041]本发明一些实施例中，可以通过扩展PWM相位控制模块的管脚配置来适配多组不同输出电压的DC-DC转换模块的并联供电，并且通过PWM的优化控制保证了并联DC-DC转换模块的电流均衡和稳压供电，具有较好的可扩展性、灵活性和功率适配性。[0042]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：I.一种可扩展的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，包括：PWM相位控制模块、多个第一DC-DC转换模块以及多个第二DC-DC转换模块；其中，所述多个第一DC-DC转换模块并联输出第一直流电压，所述多个第二DC-DC转换模块并联输出第二直流电压;所述PWM相位控制模块用于接收所述多个第一DC-DC转换模块输出的第一直流电压的第一反馈电压以及所述多个第二DC-DC转换模块输出的第二直流电压的第二反馈电压，并对所述多个第一DC-DC转换模块和多个第二DC-DC转换模块进行PWM控制。2.根据权利要求1所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述HVM相位控制模块根据所述多个第一DC_DC转换模块和多个第二DC-DC转换模块的数量来生成相同数量的不同相位的PWM控制信号。3.根据权利要求2所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述不同相位的PWM控制信号在一个周期内生成，用于分别控制不同的DC-DC转换模块。4.根据权利要求3所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述PWM控制信号通过可编程方式产生。5.根据权利要求2所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述PWM相位控制模块根据负载电流的大小来确定使能所述多个第一DC-DC转换模块和多个第二DC-DC转换模块的数量。6.根据权利要求5所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述第一DC-DC转换模块和第二DC-DC转换模块包括输入电路、开关电路、输出电路和控制电路。7.根据权利要求6所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述控制电路根据所述PWM相位控制模块输出的PWM控制信号和参考电压信号，来控制所述开关电路调节输出电路输出的直流电压。8.根据权利要求7所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述参考电压信号取决于所述第一反馈电压和第二反馈电压。9.根据权利要求6所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述控制电路还用于向所述PWM相位控制模块输出温度检测信号，所述温度检测信号用于检测所述第一DC-DC转换模块或第二DC-DC转换模块的内部封装电路的温度是否过大。10.根据权利要求9所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，当检测到所述第一DC-DC转换模块或第二DC-DC转换模块的内部封装电路的温度过大时，所述控制电路向所述PWM相位控制模块输出高电平信号。II.根据权利要求10所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述PWM相位控制模块还用于禁用输出所述高电平信号的DC-DC转换模块。12.根据权利要求6所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述控制电路还用于向所述PWM相位控制模块输出电流检测信号，所述电流检测信号用于检测所述第一DC-DC转换模块或第二DC_DC转换模块的开关电路是否存在短路或电流过大。13.根据权利要求12所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，当检测到所述第一Dodc转换模块或第二DC-DC转换模块的开关电路存在短路或电流过大时，所述控制电路向所述PWM相位控制模块输出高电平信号。14.根据权利要求13所述的并联供电DC-DC电源装置，其特征在于，所述P丽相位控制模块还用于禁用输出所述高电平信号的DC-DC转换模块。

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