CN110212898B - 多通道开关控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多通道开关控制***及方法，该***包括：多个并联的通道，各通道分别包括控制单元，以及与该控制单元相连的场效应管；各控制单元包括：电源管理单元；与所述电源管理单元相连的电流监测单元；以及与所述电流监测单元和电源管理单元相连的门电压控制单元；所述电流监测单元与所述场效应管的输入端和输出端分别相连以监测所述输入端与所述输出端之间的压差，所述电源管理单元基于所述电流监测单元监测到的所述压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各控制单元计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果通过门电压控制单元控制各场效应管的导通。本发明能够实现电流平均，并且抑制瞬态电流对功率器件的损坏。

Description

多通道开关控制***及方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体地，涉及一种多通道开关控制***及方法。
背景技术
目前多通道开关控制***已有采用多通道并联的技术。现有的多通道开关控制***，可用于多路冗余（Oring）和热插拔（Hot Swap），通常包括多通道负载开关场效应管（MOSFET）。如图1和图2所示，现有的多通道开关控制***主要包含：数字控制单元，与该数字控制单元通信的地址设定单元、电源管理总线（PMBUS）通信单元。
但是，现有的多通道开关控制***不具备电流实时侦测功能，无法实现电流平均，某些情况下有可能会导致单个通道烧毁；另一方面，也无法抑制瞬时电流对某个功率管（即场效应管）的损坏，无瞬态电流抑制措施。
发明内容
鉴于以上所述，本发明所要解决的技术问题在于提供一种多通道开关控制***及方法，能够实现电流平均，并且抑制瞬态电流对功率器件的损坏。
为此，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的多通道开关控制***包括：
多个并联的通道，各通道分别包括控制单元，以及与该控制单元相连的场效应管；
各控制单元包括：电源管理单元；与所述电源管理单元相连的电流监测单元；以及与所述电流监测单元和电源管理单元相连的门电压控制单元；
所述电流监测单元与所述场效应管的输入端和输出端分别相连以监测所述输入端与所述输出端之间的压差，所述电源管理单元基于所述电流监测单元监测到的所述压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各控制单元计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果通过门电压控制单元控制各场效应管的导通。
根据本发明，可以实时侦测多通道开关控制***中不同通道的电流，并计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，进而将各差异值与阈值进行比较，基于比较结果控制各场效应管的导通，以此实现电流平均，避免导致单个通道烧毁，同时抑制瞬时电流对某个功率管（即场效应管）的损坏。
本发明中，也可以是，还包括设于所述电源管理单元与所述门电压控制单元之间以对***进行过流保护、过压保护和/或过温保护的保护单元。
借助于此，可以实现***的过流保护，过压保护，过温保护等等。
本发明中，也可以是，所述电源管理单元包括用于设定多个通道中的主/从单元的主/从设定部。
借助于此，可通过主/从设定部设定多个通道中的哪个通道的PMU为“主”（master）单元。设定为 “主”的单元可通过通信部对其他单元发送控制命令。
本发明中，也可以是，所述电源管理单元与电源管理总线相连。
借助于此，可通过电源管理总线连接至上位机（即***控制单元），从而可以远程访问的其他master单元。
本发明中，也可以是，还包括与各控制单元的所述电源管理单元分别相连的控制信号。
本发明中，也可以是，各控制单元的所述电源管理单元与一控制信号相连。
另一方面，本发明还提供一种多通道开关控制方法，包括：
监测多个并联的通道中各自的场效应管的输入端与输出端之间的压差，基于监测到的所述压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果控制各场效应管的导通。
本发明中，也可以是，当所述差异值大于阈值时，控制各场效应管的导通。
本发明中，也可以是，通过调整所述场效应管的门电压的高低来控制各场效应管的导通。
本发明中，也可以是，在多个通道中设定一个通道作为主单元进行所述比较并对其他单元发送控制命令。
附图说明
图1和图2示出了现有多通道开关控制***的结构框图；
图3示出了本发明一实施形态的多通道开关控制***的结构框图；
图4示出了图3所示多通道开关控制***中的电源管理单元的结构框图；
图5示出了本发明多通道开关控制***所执行的控制的示意流程图；
图6示出了本发明多通道开关控制***应用于热插拔的示例；
图7示出了本发明多通道开关控制***应用于Oring的示例。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
针对现有的多通道开关控制***中存在的电流不平均，并且瞬态电流易对功率器件造成损坏等问题。本发明提供了一种能够实现电流平均，并且抑制瞬态电流对功率器件的损坏的多通道开关控制***，包括：多个并联的通道，各通道分别包括控制单元，以及与该控制单元相连的场效应管；各控制单元包括：电源管理单元；与所述电源管理单元相连的电流监测单元；以及与所述电流监测单元和电源管理单元相连的门电压控制单元；所述电流监测单元与所述场效应管的输入端和输出端分别相连以监测所述输入端与所述输出端之间的压差，所述电源管理单元基于所述电流监测单元监测到的所述压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各控制单元计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果通过门电压控制单元控制各场效应管的导通，以此实现电流平衡。本发明的多通道开关控制***可应用于多路冗余（Oring）和热插拔（Hot Swap）。
具体地，图3示出了本发明一实施形态的多通道开关控制***的结构框图。图4示出了图3所示多通道开关控制***中的电源管理单元的结构框图。
如图3-图4所示，本实施形态多通道开关控制***，包括：多个并联的通道（即开关回路）1…n。各通道分别包括控制单元（controller U1…controller Un），以及与该控制单元相连的场效应管（Q1…Qn）。
各控制单元包括：电源管理单元（PMU）；与电源管理单元相连的电流监测单元（current monitor）；以及与电流监测单元和电源管理单元相连的门电压控制单元（gatecontrol）。
电流监测单元与场效应管的输入端和输出端分别相连以监测输入端a与输出端b之间的压差（Va-Vb），电源管理单元（PMU）基于电流监测单元监测到的压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各控制单元计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果通过门电压控制单元控制各场效应管的导通，以此实现电流平衡。上述阈值是提供多个选项，可以由用户自行设定，依赖于用户的使用习惯。
具体地，电源管理单元比较各个开关回路的电流，比较它们之间的差异（即前述计算到的差异值与阈值的比较结果），电流过大就削弱场效应管的开关程度，电流过小就增加场效应管的开关程度，以此来实现电流平衡。电源管理单元通过门电压控制单元控制场效应管的门电压，即门（Gate）电压的高低来控制各场效应管的导通。
此外，本发明中，电流监测单元可由任何可以实现电流监测功能的电路结构/芯片构成，只要能够监测到场效应管的输入端a与输出端b之间的压差即可。
进一步地，如图4所示，各电源管理单元包括用于设定多个通道中的主/从单元的主/从设定部（master/slave setting）和通信部。主/从设定部用于设定哪个通道中的电源管理单元为“主”（master）单元。设定为 “主”的单元具备对其他单元发送控制命令的作用，譬如说需要关闭/或打开某个通道，可通过通信部发送相关控制命令。
另外，如图3和图4所示，各电源管理单元与电源管理总线（PMBUS）相连，进而通过电源管理总线连接至上位机（即***控制单元），从而可以远程访问的其他master单元。告知上位机的同时，作为master的单元可以对比所有通道的功率，如果功率差额大于阈值，则调整功率管导通程度，以此来达到电流平衡。
另外，本实施形态中，各控制单元还包括设于电源管理单元与门电压控制单元之间以对***进行过流保护、过压保护和/或过温保护的保护单元。保护单元可以采用常规的过流保护，过压保护，过温保护等等，可由任何可以实现这些保护功能的电路结构/芯片构成。
还如图3所示，本实施形态中，各控制单元的电源管理单元分别与控制信号（Enable 1…Enable n）相连，控制信号来源于外部，作为输入信号，用以使能芯片开始动作的一条命令。
以下进一步详细说明本发明多通道开关控制***的控制过程。图5示出了本发明多通道开关控制***所执行的控制的示意流程图。如图5所示，在***开始运行之后，首先，通过电流监测单元检测各场效应管输入端a与输出端b之间的压差（Va-Vb）。随后，PWU基于监测到的压差（Va-Vb）计算电流差，并将计算出的电流差与阈值进行比较。若电流差大于阈值，则进行电流平衡，即控制各场效应管的导通。若电流差小于等于阈值，则回到压差监测的步骤。
具体地，如前所述设定了 master单元后，master单元就是负责进行各通道功率比较，然后通过PMBUS 这个总线告诉各个通道的PMU命令，PMU执行命令进行控制场效应管的开关程度控制。
如前所述，本实施形态中，各控制单元的电源管理单元分别与控制信号（Enable1…Enable n）相连。但在本发明的其他实施形态中，各控制单元的电源管理单元也可与一控制信号En相连。该实施形态可适用于单输入，单输出，大功率开关控制线路，可以实现热插拔保护的同时，具备电流平衡的功能。在工作过程中，电流监测单元实时进行电流检测，然后通过PMU 将信息反馈到Master单元的PMU，Master单元会根据所有通道的电流信息进行电流平衡的计算，然后将命令通过PMBUS，传送到各个通道的PMU，各个通道的PMU按照命令来控制通道中的场效应管的开关程度，确保每一个通道的电流值相等。Enable 信号也可叫做使能信号，是一个输入信号给芯片，相当于一个开关打开的命令。用一个命令来控制所有通道，也可以分开使用不同命令来控制不同通道开关。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
图6示出了本发明多通道开关控制***应用于热插拔的示例。如图6所示，本发明的多通道开关控制***可用于同输入单路同输出的多通道热插拔保护线路。此线路能够实现多通道同时工作，满足用户大功耗的要求。同时，各通道电流侦测单元实现电流侦测，作为主控制单元可以通过收集各从控制单元的电流温度信息，经通信单元实现交互通信，一旦发现某个通道由于PCB电路板差异造成电流或者温度过高，可以降低其开通程度，将部分电流分配到其他通道，以此达到电流平衡或温度平衡。
图7示出了本发明多通道开关控制***应用于Oring的示例。如图7所示，本发明的多通道开关控制***可用于不同输入同一输出的Oring控制。此示例中使能控制信号Enable 为单独控制，用户可根据需求输入信号的状态来设定使能信号的状态。譬如在某一时间内输出供电由INPUT1提供，可以设定第一通道开启，其他通道关闭，供电到输出。同理也可设定任意一个时间内任意一个通道开启或关闭。
在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种多通道开关控制***，其特征在于，包括：
多个并联的通道，各通道分别包括控制单元，以及与该控制单元相连的场效应管；
各控制单元包括：电源管理单元；与所述电源管理单元相连的电流监测单元；以及与所述电流监测单元和电源管理单元相连的门电压控制单元；
所述电流监测单元与所述场效应管的输入端和输出端分别相连以监测所述输入端与所述输出端之间的压差，所述电源管理单元基于所述电流监测单元监测到的所述压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各控制单元计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果通过门电压控制单元控制各场效应管的导通。
2.根据权利要求1所述的多通道开关控制***，其特征在于，还包括设于所述电源管理单元与所述门电压控制单元之间以对***进行过流保护、过压保护和/或过温保护的保护单元。
3.根据权利要求1或2所述的多通道开关控制***，其特征在于，所述电源管理单元包括用于设定多个通道中的主/从单元的主/从设定部。
4.根据权利要求1所述的多通道开关控制***，其特征在于，所述电源管理单元与电源管理总线相连。
5.根据权利要求1所述的多通道开关控制***，其特征在于，还包括与各控制单元的所述电源管理单元分别相连的控制信号。
6.根据权利要求1所述的多通道开关控制***，其特征在于，各控制单元的所述电源管理单元与一控制信号相连。
7.一种多通道开关控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至6中任一项所述的多通道开关控制***，包括：
监测多个并联的通道中各自的场效应管的输入端与输出端之间的压差，基于监测到的所述压差计算多个通道之间的电流/功耗的差异值，并将各计算到的差异值与阈值进行比较，基于比较结果控制各场效应管的导通。
8.根据权利要求7所述的多通道开关控制方法，其特征在于，当所述差异值大于阈值时，控制各场效应管的导通。
9.根据权利要求7或8所述的多通道开关控制方法，其特征在于，通过调整所述场效应管的门电压的高低来控制各场效应管的导通。
10.根据权利要求7所述的多通道开关控制方法，其特征在于，在多个通道中设定一个通道作为主单元进行所述比较并对其他单元发送控制命令。
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