CN100511076C

CN100511076C - 用于在多个电源模块中实现电流共享的方法和系统

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Publication number: CN100511076C
Application number: CNB2004800000059A
Authority: CN
Inventors: 约翰·费迪南德·米拉维克; 阿兰·沙皮伊
Original assignee: Power One Ltd; Power One Inc
Current assignee: Pai Capital Co ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: CN1774682A; WO2004095670A3; WO2004095670A2; KR100768926B1; EP1618442A4; ATE539394T1; EP1618442A2; KR20050026914A; US6788036B1; EP1618442B1

Abstract

本发明提供一种用于在多个电源模块中实现电流共享的方法和系统。该方法包括：检测多个电源模块中至少一个的输出功率信号的特征；并且，提供具有与所检测特征相应的脉冲宽度的第一信号。如果第一信号具有比耦合到电流共享总线的其它电源模块的相应第一信号更大的脉冲宽度，第一信号就传递给耦合到多个电源模块中每一个上的电流共享总线，于是，将多个电源模块的第一信号中具有最大脉冲宽度的信号传递给电流共享总线，作为第二信号。检测第一信号和第二信号之间的相位差，并且响应检测的相位差而向至少一个电源模块提供反馈信号。由此，反馈信号控制至少一个电源模块，以调节输出功率信号。

Description

用于在多个电源模块中实现电流共享的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及电源，并更具体地涉及在多个DC-DC和AC-DC电源模块中的电流共享和均衡技术。

背景技术

实现利用多个并联的单独DC-DC或AC-DC电源的电源系统往往是有利的。DC电源可以是独立的电源或是设计成集成为更大电源或电源库容的电源模块。(在本文中，“电源”通常指电压/电流变换器，而不是最终的电流源，如电池或发电机)。与单一模块电源不同，在多模块电源系统中，如果一个模块停止工作，该系统就可提供故障排除。进而，用附加电源或电源模块简单地补充该设计就可增加多模块电源系统的总电流容量。此电源系统经常用于需要可靠电源的电信设备和其它设备，如矩阵开关和工业控制器。

根据基尔霍夫(Kirchhoff)电压定律，从具有多个并联配置电源模块的电源系统向负载传送的总电流等于每个单独电源模块传送的电流的总和。换句话说，每个电源模块提供的电流都贡献给电源系统提供的总负载电流。如果一个模块传送更大量的电流，该模块就消耗更多的功率，从而变得比其它电源模块更热。工作温度越高，通常导致整个电源系统的可靠性降低。从而，目标是在并联的电源或电源模块之间平均地分配产生总负载电流的任务。

图1A和1B示出两种不同的电源系统配置，每一种都使用多个电源。图1A示出具有多个并联配置的电源模块100、101、102、103的电源系统10，所述模块向负载40提供功率。每个模块接收输入电压VDD20并向电源系统输出节点30提供输出电流I₀、I₁、I₂、I₃。各个模块输出电流的总和提供给负载40。总负载电流I_LOAD＝I₀+I₁+I₂+I₃导致负载上的电压V_LoAD定位在电源系统10的输出节点30和接地50之间。如果没有一些形式的反馈控制，电源系统10就不能控制和均衡各个模块100、101、102、103提供的电流I₀、I₁、I₂、I₃。

如果电源系统提供的电流在电源模块之间均匀地分配，每个电源模块就传送相同量的功率。通过均匀地分配在电源模块之间提供功率的任务，没有一个电源模块会被驱动到可导致功率变换失效、电源模块降质或过早电源模块故障的极限。为了在多个电源模块之间均匀地分配功率负荷，可使用外部控制器来检测和调节每个模块的电流输出。可替换地，电源模块可设计为互相之间通信，并自我调节其输出功率。例如，电源系统可设计为：每个模块把它的电流输出通知给其它电源模块，并且每个模块基于接收到的信号而调节其输出。

一些电源系统利用配置为共享总线的单线或双绞线来传达任一个并联电源模块提供的最大电流。在这些配置中，多个电源模块中的每一个都连接到共享总线。每个电源模块都试图把共享总线上的电压升高到由该电源模块提供的电流所指示的值。向负载提供最大电流的电源模块超越其它电源模块提供的电压。从而，共享总线上的电压电平与表示提供最多电流的电源模块所提供的电流的电平相对应。

图1B示出具有此电流共享总线的电源系统。电源系统的输入节点20和输出节点30等效于先前结合图1A所述的节点。与图1A不同，图1B的电源系统10中的每个模块100、101、102、103通过电流共享总线200与其它模块通信。电流共享总线200可以是提供相对于电源系统10公共接地的信号的单线。

象提供代表电源模块输出电流电平的电压一样，每个电源模块还监视共享总线，以确定任一个电源模块提供的最大电流。如果每个电源模块向负载提供相同量的电流，由每个模块设定的作用到电流共享总线上的电压就等于每个模块从共享总线监视到的电压。提供低于电流共享总线上所指示水平的电流水平的任何电源模块将检测到：至少一个模块正比该模块本来要提供的电流更多的电流并因而提供更多的功率。提供的电流低于共享总线上所指示电流的模块逐渐增加其输出电压，这又增加提供给负载的电流，直到该电源模块提供的电流等于共享总线上所指示的电流为止。以此方式，多个并联电源模块中的每一个在试图追踪提供最多电流的模块所提供的输出电流时增加其输出电流。

每个电源模块还监视多模块电源系统提供的输出电压。当一些电源模块增加它们的电流输出时，电源系统提供给负载的总输出电压可超过负载所需的电压。每个提供的电流等于电流共享总线上所指示电流的电源模块将减少其输出电流，直到电源系统提供给负载的电压等于期望电压为止。随着时间的流逝，电源模块协力地工作，以便均匀地分配电源模块所提供的电流并向负载提供调节过的输出电压。如果负载的功率需求随时间而改变，电源模块就通过调节每个模块提供的电流而追踪变化的需求。如果电流共享正确地工作，各个模块100、101、102、103所得到的稳态输出电流I₀、I₁、I₂、I₃就互相大致相等。

图2A和2B示出包括允许模块通过共享总线通信的电路的电源模块实例。图2A示出与单线电流共享总线接口的电源模块100A，该总线承载代表平均信号的共享模拟信号。如图2A中所示，多个并联的电源模块在电流共享总线200上导致代表所有模块平均电流的电压电平。

电源模块100A包括功率调节器110和反馈电路，其中，反馈电路包括电流传感器120、电流-电压变换器130、电流共享总线200的接口电路140、电压误差放大器150A和功率调节器110的接口电路160。功率调节器110产生输出电流I_OUTPUT。功率调节器110可以是大量功率变换器类型中的一种，例如包括本领域中众所周知的降压、升压、降压-升压或其它电流供应电源模块。电源模块中的反馈电路与功率调节器110内的任何反馈电路分离，向功率调节器110提供反馈电压V_FEEDBACK。功率调节器110包含它自己的反馈电路(未示出)，以控制功率调节器的输出电压。反馈电压V_FEEDBACK改变功率调节器110的内部反馈电路，以提供电流共享，这在后面描述。

电流传感器120监视功率调节器110的输出，并向电流-电压变换器130提供代表输出电流I_OUTPUT的信号。电流-电压变换器130把代表输出电流的信号转换为模拟电压电平。此电压电平耦合到电压误差放大器150A的一个输入。此电压电平还通过电阻器140，其中，电阻器140连接到电流共享总线200。电阻器140与其它电源模块(未示出)相似布置的电阻器一起对每个电源模块提供的电压电平取平均。电流共享总线200上的平均电压代表所有连接到电流共享总线200的电源模块所提供的平均电流。电流共享总线200上驻留的电压提供给电压误差放大器150A，作为第二输入。

电压误差放大器150A确定变换器130的输出电压与电流共享总线200提供的平均电压电平之差。如果该差值是正的，输出电流I_OUTPUT就大于电源模块的平均电流。为了均衡每个电源模块的输出电流，电压误差放大器150A和电阻器160产生反馈电压V_FEEDBACK，该电压指导功率调节器110调节输出电流。功率调节器110使用此反馈电压V_FEEDBACK来减小调节器的输出电压。

可替换地，如果输入电压之差是负的，输出电流I_OUTPUT就小于电源模块的平均电流。为了均衡每个模块提供的输出电流，电压误差放大器150A就增加通过电阻器160提供的反馈电压V_FEEDBACK。作为响应，功率调节器110增加输出电压，这又增加输出电流I_OUTPUT。此设计的一个缺陷是如果电流共享总线200与接地短路，每个电源模块就驱动其输出电压为零伏。

图2B示出与单线电流共享总线接口的另一电源模块100B，该总线也承载共享模拟信号。连接到公共电流共享总线200的多个并联电源模块，如图2B所示的电源模块100B，在电流共享总线200上导致代表任一电源模块提供的最大电流的电压电平。电源模块100B设计的功能基本上与以上结合图2A中电源模块100A所述的相似，不同的是，例如改变电流共享总线200的接口电路及相关电路。电流-电压变换器130提供的电压电平通过二极管170，该电压电平把电流共享总线200至少拉起到变换器130的输出电压电平，假设二极管170的电压降忽略不计。如果其它电源模块中的任一个把电流共享总线200拉起到比模块100B的变换器130提供的电压电平更高的值，二极管170就被加反偏压，并且，电流共享总线200不受此电源模块的影响。结果，电流共享总线200保持为产生最大输出电流的电源模块所产生的最高值。

误差放大器150B具有两个输入信号：(1)提供电压电平偏移V_OFFSET的负输入；以及(2)提供所有电源模块发送给电流共享总线200的最大电压电平的正输入。第一输入信号等于变换器130的输出电压电平加上偏移电压V_OFFSET。电压偏移通过帮助设置清零主模块而有助于稳定反馈环路，主模块即为比其它模块产生稍微更大电流的电源模块。如果在负输入端得到的偏移电压电平比在电流共享总线200上驻留的最大电压电平更大，电压误差放大器150B就提供更低的反馈信号V_FEEDBACK。在此情况下，二极管190防止此反馈信号传递到功率调节器110，并且，调节器110的输出电压保持不变。可替换地，如果在负输入端得到的电压电平小于电流共享总线200上的最大电压电平，电压误差放大器150B就通过串联的二极管190和电阻器160而提供更高的反馈信号V_FEEDBACK，由此增加输出电压，并增加功率调节器110的输出电流I_OUTPUT。

此种已知的系统具有其它的缺点。首先，使用模拟共享总线传递振幅信号的系统容易受总线上线路噪声的影响。噪声由电源系统本身中的电源产生，或由负载或相邻电子电路辐射的能量产生。电流共享总线上的噪声错误地驱动电源模块输出不准确和不可预测的电流。第二，每个电源模块具有稍稍不同的接地基准点。如果第一电源模块具有比其它电源模块更低的接地基准，第二电源模块提供给共享总线的电压对第一电源模块而言，就表现为提供的电流比实际存在的电流更大。第三，电源模块电路中的寄生电阻可减少提供给电流共享总线的实际电压。因而，电源模块提供给电流共享总线的电压不准确地表示电源模块所提供的输出电流。

因而，希望提供一种与多个DC-DC和AC-DC电源模块一起使用的克服现有技术这些和其它缺点的电流共享和均衡技术。

发明内容

根据本发明的实施例，提供用于在电源系统中在多个并联配置的电源模块之间实现电流共享和均衡的方法和装置。

更具体地，提供在多个电源模块中共享电流的方法。该方法包括：检测多个电源模块中至少一个的输出功率信号的特征；并且，提供具有与所检测特征相应的脉冲宽度的第一信号。如果第一信号具有比耦合到电流共享总线的其它电源模块的相应第一信号更大的脉冲宽度，第一信号就传递给耦合到多个电源模块中每一个上的电流共享总线，于是，将多个电源模块的第一信号中具有最大脉冲宽度的信号传递给电流共享总线，作为第二信号。检测第一信号和第二信号之间的相位差，并且响应检测的相位差而向至少一个电源模块提供反馈信号。由此，反馈信号控制至少一个电源模块，以调节输出功率信号。

在另一实施例中，提供与连接在一起的多个相似电源模块一起工作以提供公共输出的电源模块。所述电源模块包括：在相应的输出端提供输出功率信号的功率调节器；以及，适合与电流共享总线通信的总线接口，其中，电流共享总线以相似的方式连接到其它的每个电源模块。所述电源模块进一步包括反馈环路，该反馈环路适合检测输出功率信号的电流电平，并且据此向功率调节器提供反馈信号。由此，反馈信号控制功率调节器，以调节输出功率信号。反馈环路进一步包括：变换器，该变换器适合提供具有与所检测电流电平相应的脉冲宽度的第一信号；以及适合检测第一信号和第二信号之间相位差的误差控制器，其中，通过总线接口从电流共享总线接收第二信号。如果第一信号具有比其它电源模块的相应第一信号更大的脉冲宽度，反馈环路就向电流共享总线传递第一信号，于是第一信号就变为第二信号，其中，其它电源模块与电流共享总线通信。

通过以下优选实施例的详细描述，本领域中技术人员将对电流共享方法和系统有更完整的理解，并可实现本发明其它的优点和目的。首先，简要描述后面作为参考的附图。

附图说明

图1A和1B以框图形式示出向负载供电的具有多个并联配置电源模块的已知电源系统。

图2A和2B以框图形式示出通过总线通信的已知电源模块。

图3A和3B以图形示出已知电源模块的电流信号-振幅信号转换。

图3C和3D示出根据本发明一些实施例的电流信号-时基脉冲信号转换。

图4A示出根据本发明一些实施例的具有接口电路的电源模块的框图，其中，该接口电路连接到二进制级电流共享总线。

图4B示意性地示出根据本发明一些实施例的多电源模块的二进制级电流共享总线接口电路。

图4C示出根据本发明一些实施例的连接到二进制级电流共享总线的多电源模块的输入和输出的时序图的实例。

图5A示出根据本发明一些实施例的电流-脉宽变换器的实施例的框图。

图5B示意性地示出根据本发明一些实施例的信号发生器的实施例。

图5C示出根据本发明一些实施例的电流-脉宽变换器的内部、输入和输出信号的时序图。

图6示出根据本发明一些实施例的相位差误差控制器的框图。

图7A和7B示意性地示出根据本发明一些实施例的相位检测器的两个实施例。

图7C和7D示出根据本发明一些实施例的相位检测器的时序图。

图8示意性地示出根据本发明一些实施例的环路滤波器。

具体实施方式

本发明满足用于多DC-DC和AC-DC电源模块的电流共享-均衡技术的需求。通过参照图1-图8，将更好地理解本发明的实施例和它们的优点，在附图中，相同的编号用于各图中相似和相应的部件。这些附图包括电源设计领域中技术人员所用的符号表示，它们在向本领域中其它技术人员讲述发现时是最有效的。

图3A和3B以图形示出图2A和2B中已知电源模块所利用的电流信号-振幅信号转换。对于给定的输出电流I_OUTPUT，电流-电压变换器130(图2A和2B)把电流I_OUTPUT转换为输出电压电平V₁。图3A示出电流值与电压值的一对一映射。图3B示出变换器130的输出电压V₁随时间的变化，这里，对变换器130的输入是恒定的输出电流值I_OUTPUT的结果。如果输出电流随着时间改变，变换器130的输出也改变，以追踪电流变化。

图3C和3D以图形示出根据本发明一些实施例的电流信号-时间脉冲信号转换。对于给定的输出电流I_OUTPUT，电流-脉宽变换器330(图4A)把输出I_OUTPUT转换为具有周期T₁的输出脉冲。图3C示出电源模块所提供的电流值与具有脉宽值T₁的脉冲的一对一映射。图3D示出变换器330的输出，该输出是在可变周期T₁中具有固定振幅V_P而在周期T₁之外具有零伏振幅的脉冲。变换器130的输出代表瞬间电源模块输出电流I_OUTPUT并且可随每个时刻而改变，变换器330的输出与该输出不同，它代表在系统同步周期(如T_SYNC)中的单个电流值。同步信号的每次发生都导致产生新的脉冲。如果输出电流不变，脉冲序列就表现为矩形波。变换器330的输出代表在系统周期的一个点上的瞬间电流值。所得到的脉冲可用于引起二进制级电流共享总线200上的时基脉冲信号。二进制级电流共享总线200以两个值工作，如V_P伏或零伏。结果，二进制电流共享总线200上低-高和高-低转变之间的时间段代表电源模块的输出电流电平。

图4A示出根据本发明实施例的具有接口电路的电源模块的框图，其中，该接口电路连接到二进制级电流共享总线200。在其它不同之处中，用电流-脉宽变换器330取代图2B的电流-电压变换器130。基于电流传感器120提供的检测电流，变换器330产生具有以下脉宽的脉冲V_P(t)，该脉宽表示功率调节器110产生的输出电流I_OUTPUT。该脉冲用作对开关S1 340的选通控制和用作对延迟和反转电路360的输入。当V_P(t)为高时，脉冲电压V_P(t)作用到开关S1 340，作为V_GATE，它使开关S1 340导通。当V_P(t)为低时，电压V_GATE禁止开关S1 340导通。当被启用或闭合时，开关S1 340使电流共享总线200旁路到公共接地500，从而，至少在脉冲V_P(t)的宽度时期内把电流共享总线200拉到低电平。如果所有电源模块的开关S1 340打开，就没有到接地500的电路径。从而，连接到高电压的电阻器345把总线200拉到高电压，因为没有到接地500的电路径。开关S1 340是本领域中已知的任何合适的开关。图4A示出开关S1的增强模式MOSFET，其漏极耦合到总线200和上拉电阻器345，其源极耦合到公共接地500，其基板区域(主体)耦合到电源，并且其栅极耦合到变换器330的输出。可替换地，上拉电阻345可用电流源取代。

变换器330的输出还提供给延迟和反转电路(反相器)360。延迟电路360有助于稳定反馈控制回路。然而，脉冲的前沿不必延迟，延迟电路使脉冲的后沿延迟预定的量τ，从而潜在地使总的脉冲宽度增加量τ。电路360还反转脉冲，以使延迟和反转的脉冲可与从电流共享总线200接收的脉冲相比较。可替换地，总线200的信号可反转以提供比较信号。

电路360的输出提供给相位差误差控制器350，作为输入P1。相位差误差控制器350还接收代表电流共享总线200所提供信号的第二输入P2。通过比较延迟和反转电路360产生的输入P1的内部脉冲和从总线200接收的输入P2的外部脉冲的后沿，控制器350判断反馈电压V_FEEDBACK是否应该调高或调低。接着，控制器350调节提供给功率调节器110的反馈电压V_FEEDBACK。功率调节器110参照反馈电压V_FEEDBACK而增加输出电压。后面结合图6-图8进一步描述相位差误差控制器350的一些实施例的操作。

图4B示意性地示出根据本发明一些实施例的多个电源模块300-303的二进制级电流共享总线接口电路。所述实施例示出线“或”配置。如果每个电源模块300-303的开关S1 340的栅极电压禁用开关S1，上拉电阻器345就把电流共享总线200拉升到高值。如果任一个开关S1 340被合上，电流共享总线200就具有到公共接地500的直接路径，由此在电流共享总线200上设定低值。总而言之，如果任一个开关S1接通，总线200就为低，并且只有在所有开关为断开时总线200才为高。尽管图4B示出四个电源模块，但能以图示的线“或”(并联)方式连接任意数量的电源模块。另外，只有一个模块需要包括上拉电阻器345。

可替换地，接口电路可被颠倒，从而，电流共享总线200把反转的脉冲传送到上述接口电路。在此配置中，当开关被启用时，该开关把总线连接到高值。当某个开关被禁用时，如果没有其它电源模块具有启用的开关，被禁用开关就允许下拉电阻器使总线200保持为低。

图4C示出根据本发明一些实施例的连接到二进制级电流共享总线的多个电源模块的输出的一个实例的时序图。波形(A)示出周期性同步脉冲SYNC。电源模块可使用同步脉冲来初始化变换器330产生的脉冲。可替换地，SYNC信号可以是电流共享总线上信号的前沿负斜坡。在此情况下，以最高内部时钟工作的控制器控制共享总线频率，并且可取消用于产生同步信号的其它外部电路。

如果本发明用单线共享总线来实施，就不需要用于产生同步信号的其它外部电路。在此情况下，一个电源模块变为主模块，如具有最高自激频率的电源模块，或具有内部有效期的第一模块。主模块使所有连接到单线共享总线的模块同步。主模块向总线提供信号，每一个模块都从总线获得计时。共享总线上信号的下降沿可认为是同步标记。在允许每个连接电源模块有机会检测下降沿转变的最短时间内，主模块保持共享总线为低。在检测共享总线信号的下降沿时，每个模块使共享总线在预定时间长度内保持为低。在模块保持总线为低的同时，总线向所有模块提供低信号。即使在只有一个模块保持总线为低时，所有模块也都检测总线上的低信号。一旦最后一个模块释放总线，总线上的信号就从低值转变为高值。接着，此上升沿用于实现电流共享功能。每个模块检测此低-高转变，并且可使用此转变相对于总线释放时刻的时刻来调整模块自身调节的内部参数。

以下波形称作SYNC脉冲的负边沿。波形(B)示出电源模块0的变换器330产生的电压V_P，并且电压V_P作用到开关S1 340的栅极。随着时间的过去，信号V_P(t)表现为具有脉冲宽度T₀的脉冲序列。当输出电流改变时，脉冲宽度T₀可一个一个脉冲地改变。波形(C)示出在栅电压V_GATE通过延迟和反转电路360之后得到的信号。脉冲的后沿延迟预定的量τ并且反转整个信号。如果得到的脉冲的后沿被延迟并且前沿不延迟，该脉冲就具有T₀+τ的脉冲宽度。

相似地，波形(D)、(F)和(H)分别示出电源模块1、2和3的变换器330产生的典型电压V_P。随着时间的过去，电压V_P(t)表现为具有脉冲宽度T₁、T₂和T₃的脉冲序列。波形(E)、(G)和(I)示出在电压V_P通过延迟和反转电路360之后得到的信号。同样，脉冲的后沿延迟预定的量τ并且每个信号被反转。得到的负脉冲分别具有脉冲宽度T₁+τ、T₂+τ和T₃+τ。

波形(J)示出通过组合电源模块产生的实例脉冲而作用到电流共享总线200上的信号的实例。电流共享总线200上脉冲的持续时间TMAX具有等于T₀、T₁、T₂和T₃中最大值的持续时间。在此实例中，电源模块1产生的脉冲比其余电源模块产生的其它每一个脉冲都更长。在脉冲宽度T₁的持续时间内，电压V_P(t)使电源模块1的开关340启用。因而，在T_MAX＝T₁的时间内，电源模块1使电流共享总线200保持为低。

图5A示出根据本发明一些实施例的图4A中电流-脉宽变换器330的实施例的框图。电流-脉宽变换器330包括信号发生器332、放大器334和比较器336。变换器330具有同步脉冲SYNC 331的输入、来自电流传感器120的信号输入、以及输出V_P(t)。信号发生器332接收SYNC信号331，SYNC信号331用于使多个电源模块中脉冲的产生同步。信号发生器332提供周期性的一对一信号V_S(t)。例如，可使用锯齿状信号。尽管锯齿状信号在一个周期的时间内提供线性的一对一信号，但线性信号不是必要的。

信号发生器332的输出耦合到比较器336的第一输入。与信号发生器332并联连接的放大器334接收电势V_R(t)，其中，电势V_R(t)是电流传感器120的电阻器R上的电势并且表示功率调节器110提供的电流。放大器334的输出V_A(t)是输出电流I_OUTPUT的成比例表示，并且向比较器336提供第二输入。比较器336产生信号V_P(t)，当V_S(t)比V_A(t)更低时，信号V_P(t)为低，并且，当V_S(t)比V_A(t)更高时，信号V_P(t)为高。

图5B示出根据本发明一些实施例的信号发生器332的实施例。信号发生器332具有耦合到低电压电势如公共接地500的充电电容器C_S，其中，充电电容器C_S与上拉电阻器R_S串联耦合，与开关S2并联耦合。上拉电阻器R_S的一端耦合到电容器C_S，另一端耦合到高电压20，如V_DD。如图所示，开关S2可以是任何适当的开关，如双极晶体管。在开关S2断开时，信号发生器332对电容器C_S充电，由此向输出V_S(t)提供增加的电压。当开关S2合上时，电容器C_S中的电荷被迅速放尽，因而向输出V_S(t)提供低电压。得到的增加和迅速下降的信号以SYNC信号331的频率重复，由此产生周期性的锯齿状信号。电阻器用作提供电流I_C的廉价电流源。电压V_S(t)由以下方程式得到，电压V_S(t)从零开始：

V_{s} (t) = \frac{I_{C} t}{C_{S}}

这里，t代表时间。

图5C示出与图5A和5B中所示典型电路有关的各种波形。波形(A)和(B)分别示出SYNC脉冲及其反转。波形(C)示出图5B的信号发生器电路332产生的V_S(t)。当开关S2打开并且电容器CS充电时，锯齿状图案逐渐增加。接着，当开关S2因SYNC信号变低而合上时，信号下降到零。波形(D)示出信号V_A(t)，V_A(t)是电流传感器信号V_R(t)的比例形式，并且它的振幅代表瞬间输出电流I_OUTPUT。

波形(E)重叠波形(C)和(D)，以示出波形(C)的V_S(t)与V_A(t)波形(D)的交叉点。波形(F)示出V_P(t)，V_P(t)作用到图4A的开关S1 340的栅极。当V_S(t)比V_A(t)更低时，信号V_P(t)为高，并且，当V_S(t)比V_A(t)更大时，信号V_P(t)为低。得到的脉冲V_P(t)具有代表此时期内输出电流I_OUTPUT的脉冲宽度。

电流-脉宽变换器330的输出V_P(t)通过延迟和反转电路360，延迟和反转电路360又向相位差误差控制器350提供第一输入P1。控制器350的第二输入P2由电流共享总线200提供。控制器350产生反馈电压V_FEEDBACK，功率调节器110使用反馈电压V_FEEDBACK来调节电源模块300的总体输出电压。

图6示出根据本发明一些实施例的相位差误差控制器350的框图。相位差误差控制器350具有：耦合到两个输入P1和P2的相位比较器400；从相位比较器400接收输出的环路滤波器450、以及从环路滤波器450接收输出的电流吸收器480。在比较P1和P2的后沿之后，相位比较器400产生UP(上升)信号或DOWN(下降)信号。UP信号表示输出电流I_OUTPUT低于所需水平。相似地，DOWN信号表示输出电流I_OUTPUT高于所需水平。

环路滤波器450可用于变换UP或DOWN信号，以形成电流共享反馈环路的环路增益并提供控制电压V_LF OUT。环路滤波器输出电压V_LF OUT用于控制电流吸收器480。基于环路滤波器输出电压V_LF OUT，电流吸收器480从具有功率调节器110的分压器网络吸收一定量的电流I_SINK。包括电阻器R_FB1和R_FB2的分压器可包含在功率调节器110内，或可置于控制器350和调节器110之间。电阻器R_FB1和R_FB2检测功率调节器110的输出电压V_LOAD，从而，反馈电压V_FEEDBACK对应于输出电压V_LOAD。

当电流I_SINK增加到零安培以上时，R_FB1的电压降减小反馈电压V_FEEDBACK，反馈电压V_FEEDBACK又使功率系中的输出电压反馈控制器增加其输出电压。由于电流源480只吸收电流，因此可只增加输出电压。总而言之，通过比较输入P1和P2之间相位差，相位差误差控制器350提供反馈电压V_FEEDBACK，反馈电压V_FEEDBACK用于驱动电源模块300的输出电流为总线200上指示的值。

图7A和7B示意性地示出根据本发明一些实施例的相位比较器的两个实施例。相位比较器400A的两个输入P1和P2是异门(XOR)402的输入。XOR门402的输出提供给两个“与”门404和406。输入信号P1也是对“与”门404的输入，“与”门404提供相位比较器400A的UP信号输出。相似地，输入信号P2也是对“与”门406的输入，“与”门406提供相位比较器400A的DOWN信号输出。假设输入P1和P2的前沿不一致，在P1为高且P2为低时，XOR和“与”门提供UP信号。相似地，在P2为高且P1为低时，所述门提供DOWN信号。

图7B示出相位比较器400的另一实施例。相位比较器400B接收输入P1和P2，其中，输入P1和P2具有不必一致的前沿。第一输入P1用于对其D输入设定为逻辑1的第一D触发器410计时。在5伏系统中，逻辑1由5伏的电压电平代表。触发器410的Q输出用作对“与”门414和“与非”门412的输入。410的负Q输出用作对“与”门416的输入。第二输入P2用于对其D输入设定为逻辑1的第二D触发器420计时。触发器420的Q输出用作对“与”门416和“与非”门412的输入。触发器420的负Q输出用作对“与”门414的输入。当P1的正斜坡领先于P2的正斜坡时，“与”门414提供UP脉冲。相似地，当P2的正斜坡领先于P1的正斜坡时，“与”门416提供DOWN脉冲。UP和DOWN信号都由“与非”门412重置，其中，“与非”门412向触发器410和420提供清除信号。

图7C和7D示出根据本发明一些实施例的与相位检测器有关的时序图。图7C示出其提供的电流低于总线20上所示由另一电源模块提供的电流的电源模块。波形(A)示出代表传送输出电流I_OUTPUT的电源模块的信号V_p(t)。波形(B)示出对相位比较器400的第一输入P1。P1是电路360提供的延迟和反转信号。P1具有T₀+τ的持续时间。波形(C)示出对相位比较器400的第二输入P2。P2具有T_MAX的持续时间。波形(D)和(E)示出相位比较器400的UP和DOWN输出。由于该实例示出T<T_MAX，相位比较器400就只产生具有周期T_CORR0＝T_MAX-(T₀+τ)的UP信号。

图7D示出确定总线200上脉冲宽度的电源模块(即主模块)的计时。波形(A)示出代表传送输出电流I_OUTPUT的电源模块的信号V_p(t)。波形(B)示出对相位比较器400的第一输入P1。P1是电路360提供的延迟和反转信号。P1具有T₁+τ的持续时间。波形(C)示出对相位比较器400的第二输入P2。P2具有T₁＝T_MAX的持续时间。波形(D)和(E)示出相位比较器400的UP和DOWN输出。由于该实例示出T₁＝T_MAX，延迟信号P1具有在总线200上信号转变之后转变的后沿。因而，相位比较器400产生短的DOWN脉冲，该脉冲提供给环路滤波器450。

图8示意性地示出根据本发明一些实施例的环路滤波器。环路滤波器450包括耦合到电源(如V_DD)以及中央节点的可切换电流源S3。环路滤波器450还包括耦合在中央节点和公共接地之间的第二可切换电流源S4。环路滤波器电阻器R_LF和环路滤波器电容器C_LF串联耦合在中央节点和公共接地之间，并与S4并联，而且，齐纳二极管DZ也耦合在中央节点和接地之间。设置中央节点，作为环路滤波器450的输出V_LF OUT。环路滤波器电容器C_LF保留电荷，以指示正确的反馈信号。当环路滤波器450接收UP脉冲时，可切换电流源S3临时向中央节点注入电流，对C_LF充电并且增加输出电压V_LF OUT。另一方面，当环路滤波器450接收DOWN脉冲时，可切换电流源S4临时从中央节点抽出电流，由此从C_LF放电并降低输出电压V_LF OUT。齐纳二极管DZ用于限制最大的输出电压V_LF OUT。通常，以此限制输出电压V_LF _OUT，从而把功率调节器110提供的输出电压的最大升幅限制在5-10％的范围内。

当电容器C_LF完全放电时，输出电压V_LF OUT为零并且电流吸收器480不抽取电流。如果电流吸收器480不抽取电流，功率调节器110(如图6所示)的分压器就不受反馈环路的影响。当电荷存在于电容器C_LF上时，就只有反馈信号。

因而，已经描述电流共享方法和装置的优选实施例，本领域中技术人员应该清楚，已经实现本发明的一些优点。还应该理解，可在本发明的范围和精神之内对本发明作出各种变化、改变和替代实施例。本发明由以下权利要求进一步定义。

Claims

1.一种电源模块，包括：

在相应的输出端上提供输出信号的功率调节器；

适合与电流共享总线通信的总线接口，以及

反馈环路，该反馈环路适合检测所述输出信号的电流电平，并且据此向所述功率调节器提供反馈信号，由此，所述反馈信号控制所述功率调节器，以调节所述输出信号，所述反馈环路包括适合提供具有与所述检测电流电平相应的脉冲宽度的第一信号的变换器，所述反馈环路进一步包括适合检测所述第一信号和第二信号之间相位差的误差控制器，其中，通过所述总线接口从所述电流共享总线接收第二信号；

其中，如果所述第一信号具有比其它电源模块的相应第一信号更大的脉冲宽度，所述反馈环路就向所述电流共享总线传递所述第一信号，其中，所述其它电源模块与所述电流共享总线通信。

2.如权利要求1所述的电源模块，其中，所述反馈环路进一步包括电流传感器，所述电流传感器提供具有表示输出信号电流特征的振幅的检测信号。

3.如权利要求1所述的电源模块，其中，所述变换器进一步包括振幅-脉宽变换器。

4.如权利要求2所述的电源模块，其中，所述变换器包括：

提供周期性信号的信号发生器；

耦合到电流传感器的放大器，该放大器接收检测信号并产生放大的检测信号；以及

比较器，该比较器比较周期性信号和放大的检测信号，并据此产生第一信号。

5.如权利要求4所述的电源模块，其中，信号发生器包括锯齿发生器。

6.如权利要求1所述的电源模块，其中，总线接口包括耦合到所述变换器的开关，其中，在所述第一信号的所述脉冲宽度内，所述开关把电流共享总线耦合到第一基准电压，而另外在所述第一信号的连续脉冲之间，电流共享总线耦合到第二基准电压。

7.如权利要求6所述的电源模块，其中，所述开关包括晶体管：该晶体管具有耦合到所述变换器的栅极端子、耦合到接地的源极端子、以及耦合到所述电流共享总线的漏极端子。

8.如权利要求6所述的电源模块，其中，所述第一基准电压进一步包括接地，并且所述第二基准电压进一步包括正电压。

9.如权利要求1所述的电源模块，其中，误差控制器包括：

相位比较器，该相位比较器耦合到变换器和总线接口，以便分别接收第一和第二信号，所述相位比较器比较第一和第二信号以产生上升信号和下降信号；

环路滤波器，该环路滤波器耦合到相位比较器以接收上升和下降信号，所述环路滤波器响应上升和下降信号而调节电压电平；以及

耦合到环路滤波器的电流吸收器，所述电流吸收器响应环路滤波器的电压电平而向功率调节器提供所述反馈信号。

10.如权利要求1所述的电源模块，进一步包括耦合在变换器和误差控制器之间的延迟电路，所述延迟电路使变换器的所述第一信号的至少一个转变沿延迟，并且向误差控制器提供延迟的第一信号。

11.如权利要求2所述的电源模块，其中，电流传感器耦合到功率调节器的输出端。

12.如权利要求1所述的电源模块，其中，所述第一信号的前沿向与所述电流共享总线通信的所述其它电源模块提供同步信号。

13.如权利要求1所述的电源模块，其中，所述反馈环路把同步信号传递到所述电流共享总线上。

14.一种电源系统，包括：

电流共享总线；以及

多个电源模块，每一个电源模块具有耦合在一起的各个输出端，以提供公共输出，多个电源模块中的每一个包括：

在相应的输出端上提供输出信号的功率调节器；

适合与所述电流共享总线通信的总线接口；以及

其中，如果所述第一信号具有比其它电源模块的相应第一信号更大的脉冲宽度，所述反馈环路就向所述电流共享总线传递所述第一信号，其中，其它电源模块与所述电流共享总线通信。

15.如权利要求14所述的电源系统，其中，所述反馈环路进一步包括电流传感器，所述电流传感器提供具有表示输出信号电流特征的振幅的检测信号。

16.如权利要求14所述的电源系统，其中，所述变换器进一步包括振幅-脉宽变换器。

17.如权利要求15所述的电源系统，其中，所述变换器包括：

提供周期性信号的信号发生器；

18.如权利要求17所述的电源系统，其中，信号发生器包括锯齿发生器。

19.如权利要求14所述的电源系统，其中，总线接口包括耦合到所述变换器的开关，其中，在所述第一信号的所述脉冲宽度内，所述开关把电流共享总线耦合到第一基准电压，而另外在所述第一信号的连续脉冲之间，电流共享总线耦合到第二基准电压。

20.如权利要求19所述的电源系统，其中，所述开关包括晶体管，该晶体管具有耦合到所述变换器的栅极端子、耦合到接地的源极端子、以及耦合到所述电流共享总线的漏极端子。

21.如权利要求19所述的电源系统，其中，所述第一基准电压进一步包括接地，并且所述第二基准电压进一步包括正电压。

22.如权利要求14所述的电源系统，进一步包括耦合在变换器和误差控制器之间的延迟电路，所述延迟电路使变换器的所述第一信号的至少一个转变沿延迟，并且向误差控制器提供延迟的第一信号。

23.如权利要求15所述的电源系统，其中，电流传感器耦合到功率调节器的输出端。

24.如权利要求14所述的电源系统，其中，误差控制器包括：

25.如权利要求14所述的电源系统，其中，所述第一信号的前沿向所述多个电源模块中的其它电源模块提供同步信号。

26.如权利要求14所述的电源系统，其中，所述多个电源模块中的一个把同步信号传递到所述电流共享总线上。

27.一种在多个电源模块中共享电流的方法，包括：

检测所述多个电源模块中至少一个的输出信号的特征；

提供具有与所述检测特征相应的脉冲宽度的第一信号；

如果所述第一信号具有比耦合到电流共享总线的其它电源模块的相应第一信号更大的脉冲宽度，所述第一信号就传递给耦合到所述多个电源模块中每一个上的所述电流共享总线；

检测所述第一信号和第二信号之间的相位差，其中，从所述电流共享总线接收第二信号；以及

响应所述检测的相位差而向所述至少一个电源模块提供反馈信号，由此，所述反馈信号控制所述至少一个电源模块，以在所述多个电源模块中实现电流共享。

28.如权利要求27所述的方法，其中，检测输出信号特征的步骤包括检测输出信号的电流。

29.如权利要求27所述的方法，其中，提供第一信号的步骤进一步包括使所述第一信号的至少一个转变沿延迟。

30.如权利要求27所述的方法，其中，检测相位差的步骤包括：

比较第一信号结束和第二信号结束之间的持续时间；以及

如果在第二信号结束之前发生第一信号的结束，就调节所述反馈信号，以增加所述输出信号。

31.如权利要求27所述的方法，进一步包括在所述提供具有与所述检测特征相应的脉冲宽度的第一信号的步骤之前向所述多个电源模块提供同步信号，以开始所述提供第一信号的步骤。

32.如权利要求31所述的方法，其中，所述提供同步信号的步骤进一步包括从所述第一信号和所述第二信号之一的前沿得到所述电流共享总线的所述同步信号。

33.如权利要求27所述的方法，进一步包括在所述提供具有与所述检测特征相应的脉冲宽度的第一信号的步骤之后把同步信号传递到所述电流共享总线上。

34.如权利要求33所述的方法，其中，所述同步信号进一步包括所述第一信号的前沿。