CN107976641A - 一种测试验证开关电源多相均流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于开关电源领域，特别涉及一种测试开关电源多相均流的方法和电路。本发明是利用三极管作为温度传感器测量各电感周围的温升，来验证是否实现均流。具有测温精度比较高，响应快，体积小并且价格便宜的优点。

Description

一种测试验证开关电源多相均流的方法
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种测试验证开关电源多相均流的方法和电路。
背景技术
电流均衡技术已经出现了很多年，并且发展出了输入阻抗法、主从法、按电流大小自动均流法、按热应力自动均流法、外加均流控制器法等多种均流方法。如图1所示为包括多相的开关电源，多相之间实现电流均衡是实现大功率电源***的关键。均流可以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止某一相在VR(Voltage Regulator，电压调节器，实现直流电压的变换)控制打开后，出现过载或者轻载(甚至空载)的情况。这样势必造成分担电流多的模块热应力大从而影响真个电源***的可靠性。因此，测试验证电源***真正实现均流就变的非常重要。
目前采用的验证均流方法是通过DMM(Digital Multimeter，数字万用表)测量输出电感两端的电压，记录并比较各个电压值，来判断多相之间是否均流。可以这样做，是因为电感的导线、管脚、铜线阻抗带来的DCR(Direct Current Resistor)，电流流经电感时会产生压降。在目前这个方法中，如果各颗电感两端的压降一致，则说明各相之间实现了均流。电感等效电路及测量方法示意图如图2所示。DCR对于电感本身是一个“有害”参数。随着电感线圈中的负载电流的增大，因DCR造成的温升也越明显，整个电源***的能量转换效率也将受到影响。所以电感厂商都是设法减小DCR的值。现在电感的DCR已经减小到几毫欧。所以利用DCR来测量电感两端的压降来判断是否均流的方法，将很难再去实现并且误差也会变得很大。
发明内容
本发明提出一种测试验证开关电源多相均流的方法，是利用三极管作为温度传感器测量各颗电感周围的温升，来验证是否实现均流。由于三极管的结电压UBE与温度(<200℃)具有良好的线性关系，测量精度也能够得到一定的保证。
本发明是通过如下技术方案实现的，一种测试验证多相均流的电路，包括了温度传感器，用于检测每一相电感的温度，所述温度传感器包括三极管，所述温度传感器可单独形成一板卡。所述温度传感器还包括了EMI防护线路。所述温度传感器包括了显示屏。所述电路还包括了数字万用表。本发明还提供一种利用前述电路测试验证多相均流的方法，包括以下步骤：负载为0时，测量每一相电感的温度并记录；满载一段时间后，再次测量该温度并记录，得出两次温度的变化量，如果各相温度变化量一致，则判断实现了多相均流，反之，未实现均流。
进一步的，测量温度具体为测量每一相的三极管的结电压UBE。
本发明相对于现有技术的有益效果是，利用三极管作为温度传感器来测量电感温升的方法，在原理上和线路上都非常方便地实现了均流验证。首先三极管结电压与温度之间存在一个负温度系数，其中温度系数为-2.5mV/℃，并且在一定温度范围内具有良好的线性关系，使得电压——温度的关系在数学逻辑上变得非常简单。其次，三极管线路设计简单，基极——集电极短接后，即可构成基本电路。所以本发明所提方法几乎不加任何成本的完成了均流的准确验证。即具有测温精度比较高，响应快，体积小并且价格便宜的优点。
附图说明
图1现有技术中包括多相的电源***框图
图2现有技术中检测多相均流的电路示意图
图3本发明一实施例提供的测试验证开关电源多相均流的框图
图4本发明一实施例中三极管温度传感器原理图
图5本发明另一实施例提供的三极管温度传感器原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
开关电源的多相均流是实现电源***高可靠性的关键，能够准备验证均流的实现也非常重要。本发明提出的验证均流的方法，将涉及到三极管及其温度特性。
目前很多种温度传感器，用三极管当做温度传感器，是利用了半导体材料的性质易受温度影响的特点，温度的变化将会影响三极管的结电压UBE的值。利用三极管发射极——基极PN结温度特性实现温度——电压的转换。
实施例一
如图3所示，本发明实施例中，以服务器主板上的CPU_VCCIN这组电为例进行说明，CPU_VCCIN有六相输出，TDC为115A，Imax为228A。具体如下。
在PCB layout阶段，将三极管靠近输出电感摆放，使其一一对应，为避免临近电感散热对相邻三极管的影响，建议将三极管摆放在每颗电感的后端。利用三极管作为温度传感器，通过测量电感温升来判断是否均流的方法，从原理和实际线路上都非常方便并且几乎不增加成本的实现了准确的均流验证。
因为在服务器主板上，布局空间非常紧张，这里如果单纯的为了测试验证而设计复杂的线路的话，将会对其他更重要的线路造成挤压，影响到其他线路的性能。所以这里将三极管线路设计的非常简单，如图4所示。将三极管的基极与集电极短接，如果是NPN型，则E级接地，B-C接VCC；如果是PNP型，E级接VCC，B-C接地。在这里需要说明的是，虽然基极、集电极短接后相当于一个二极管，但是这样方式比二极管的通流能力强，并且导通压降也就是结电压UBE仍为0.7V左右。
进一步的，可通过DMM测量结电压的方式来验证多相之间是否均流。需要说明的是，因为各个元器件的不能做到一模一样，所以这里只能通过测量结电压的变化ΔUBE来验证每颗输出电感的温升是否一致。具体的，测试验证过程为，负载为0时，测量各个三极管的结电压UBE1*并记录。输出端满载一段时间后，再次测量各个三极管结电压UBE2*并记录，得出ΔUBE *。如果ΔUBE *一致，则说明电感因DCR导致的温升一致，也就说明多相通过的电流一致，电源***也就实现了均流。如果测得的ΔUBE *不一致，则说明未实现均流，这时候就需要电源工程师去分析原因并做出调试。
在实施例中，是通过测量结电压的变化来验证电感温升是否一致，从而再进一步判断是否均流的，所以在这对于三极管的选型有一些要求，因为选型将影响到结电压的值：在最高环境温度下，结电压应保证大于0.25V，在最低环境温度下，结电压应保证小于0.95V；基区电阻应小于100Ω。例如三极管2N3904，2N3906是合适的。
实施例二
实施例一所述验证均流的方法，可能存在一些缺点。如在EVT阶段线路设计里预留了安置三极管的空间，在之后的DVT、PVT阶段需要删掉以节省板上空间。
本实施例中，将三极管温度传感器单独做成一个板卡。三极管在板卡上外露，相当于温度传感器的探头，使其能够与电感接触。如果做成单独的板卡，那么三极管的***线路可以做的很复杂。比如可以增加EMI防护线路以防电感带来的对三极管的电磁干扰，当然也可以加上ADC模块再加上液晶屏使其电压信号变成可读的温度信号。
例如，在单独测试验证板卡上就有足够空间去设计***线路。如图5所示为三极管的滤波线路，滤波线路包括了两个100欧姆的电阻，和1nF的电容，可以帮助三极管避免高频噪声干扰，获得更稳定和准确的结电压，使得均流判断更加准确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测试验证多相均流的电路，其特征在于：包括了温度传感器，用于检测每一相电感的温度。
2.根据权利要求1所述的测试验证多相均流的电路，其特征在于：所述温度传感器包括三极管。
3.根据权利要求1所述的测试验证多相均流的电路，其特征在于：所述温度传感器单独形成一板卡。
4.根据权利要求1所述的测试验证多相均流的电路，其特征在于：所述温度传感器还包括了EMI防护线路。
5.根据权利要求1所述的测试验证多相均流的电路，其特征在于：所述温度传感器包括了显示屏。
6.根据权利要求1所述的测试验证多相均流的电路，其特征在于：所述电路还包括了数字万用表。
7.一种利用权利要求1-6任一项电路测试验证多相均流的方法，其特征在于：包括以下步骤：负载为0时，测量每一相电感的温度并记录；满载一段时间后，再次测量该温度并记录，得出两次温度的变化量，如果各相温度变化量一致，则判断实现了多相均流，反之，未实现均流。
8.根据权利要求7所述的测试验证多相均流的方法，其特征在于：测量温度具体为测量每一相的三极管的结电压UBE。
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