[发明专利]一种实现开关电源输入串联、输出并联的供电装置

说明书

技术领域

本发明涉及DC-DC变换器电路，特别涉及一种实现开关电源输入串联、输出并联的供电装置。

背景技术

近几年来，开关电源以其小巧的体积、较高的功率密度和高效率越来越得到广泛的应用。工业与民用都经常需要把开关电源并联使用，以获得更大的输出功率。图1示出了这种应用，图1电路中，一般情况下，数字1所指的DC-DC变换器1和数字2所指的DC-DC变换器2为同型号的变换器，输入端Vin+和Vin-分别对应并联，其输出端Vout+和Vout-也分别并联。图1这种组合后的开关电源对DC-DC变换器1和DC-DC变换器2的要求极为苛刻，要求并联使用的变换器1和2，其特性要非常的接近，否则输出电压高的电源有可能会提供全部负载电流，导致各个变换器之间负载电流不平衡，没有达到预期的并联效果。这种方法往往带来一规律性的频率冲击，产生较强的干扰，使其纹波远大于其两个变换器1或2的纹波。这是因为DC-DC变换器1和DC-DC变换器2的工作频率存在差异。即使是采用相同的电路，同一条生产线生产出来的变换器，由于同一生产批号的PWM控制芯片的工作频率也存在偏差，DC-DC变换器1和DC-DC变换器2的工作频率存在差异，其差频就会产生一规律性的频率冲击，产生较强的干扰，这时还需外接电容来减小纹波。解决这一问题的方法目前有很多，比如，采用均流技术，如让DC-DC变换器1和DC-DC变换器2的工作频率保持高度一致，且交错式工作，这样，输出纹波会更小。但这种方式的成本很高，而且DC-DC变换器1和2在设计时，都要预留并联时的协同接口。

图2示出了另一种并联方法，这种电路是利用冗余技术的一种开关电源方案，两台电源输出端通过二极管并联，二极管的存在，允许其中一台失效时不影响另一台电源继续给负载供电，这种方式常用于不允许电源出现故障的重要场合，而不是为了获得更大的输出功率。这是因为二极管在这里无助于均流。

图1这种组合后的开关电源使用方法，没有提高输入电压Vin的上限，这种应用方式等同于其中一只DC-DC变换器的最高工作电压。图3示出了能提高工作电压上限的潜在的连接方式，把DC-DC变换器1和DC-DC变换器2的输入端串联，而输出端并联。

事实上，图3这种方式并不能正常工作。数字1所指的DC-DC变换器1和数字2所指的DC-DC变换器2为同型号的变换器，但DC-DC变换器1和DC-DC变换器2的变换效率很难做到完成相等，其输出电压也无法做到绝对相等。设DC-DC变换器1的输出电压略高一点，那么，实际工作时，DC-DC变换器2的输出电压被DC-DC变换器1强制抬高，DC-DC变换器2会通过自己的电压反馈环，降低了自身输入端的主功率开关管的占空比，使得本身电路工作在轻载状态，其输入电流会很小，其等效输入阻抗很大，而DC-DC变换器1的输入电流会很大，等效其输入阻抗很小，这时就会出现两个变换器的输入电压无法均压，DC-DC变换器2的输入电压很高，而DC-DC变换器1的输入电压却很低，实测低至1.5V至4.5V之间，它们的输入电压之和为Vin+到Vin-之间的电压。由于它们的输入端为串联关系，其输入电流一定是相等的，这种牵制式工作方式最终使得图3电路无法工作，会因其中一只变换器工作在轻载状态下而最终关闭输出，造成图3这种串联电源方式反复重启。另一种情况是，DC-DC变换器1的输入电压却很低，会越来越低，直到DC-DC变换器1的主功率开关管处于常导通状态，这时输入电压Vin的电压几乎全部加到DC-DC变换器2上，只有DC-DC变换器2正常工作，无法增加输出功率，无法实现输入端串联、输出端并联的有益效果。

虽然很容易想到图3的方案，但是DC-DC变换器1和DC-DC变换器2很难保证高度的一致性，无法正常工作，因此该方案并没有被公开，所以说是一种“潜在的连接方式”。

现有技术中，使用两只开关电源输入端串联，而输出端并联，还找不到一种方式让这种串联方式的电源正常工作。

发明内容

有鉴如此，本发明要解决现有技术中两只开关电源输入端串联，而输出端并联却不能工作，提供一种能实现的供电装置，使得两只开关电源输入端串联、输出端并联能够正常工作，电路拓扑简单，容易实现与实用化，并且输入工作电压上限得到提高。