CN110389611B - 电流平衡电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流平衡电路，其包含电流感测单元、参考单元和调整单元。电流感测单元用以接收流经具有不同阻抗的多个通道的多个输入电流，并依据多个输入电流产生对应的多个输入电压。参考单元耦接至电流感测单元，并用以依据关联于多个输出端的输出电流比例以及多个输入电压，分配对应于多个输出端的多个设定电压。调整单元耦接至电流感测单元以及参考单元，并用以依据多个设定电压以及多个输入电压，调整多个输入电流，并产生输出至所述多个输出端的多个输出电流，以有效防止通道负载过大的情形。

Description

电流平衡电路

技术领域

本发明是关于一种电流平衡电路，且特别是有关于一种控制每路输入电流的电流平衡电路。

背景技术

在很多应用中，同一个输入电压会连接至分别流经多个输入电流的多个输入接口，而每一个通道的输入电流具有不同的最大允许电流规格，当流经通道的输入电流大于此通道对应的最大允许电流规格时，很可能会造成此通道烧毁。

然而，若要让每一个通道的输入电流不超过其最大允许电流规格，则需要对每一个通道的输入电流分别设置，进而造成电流分配的复杂度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以有效防止通道负载过大情形的电流平衡电路。

本发明的一方面是在于提供一种电流平衡电路。电流平衡电路包含电流感测单元、参考单元和调整单元。电流感测单元用以接收流经具有不同阻抗的多个通道的多个输入电流，并依据多个输入电流产生对应的多个输入电压。参考单元耦接至电流感测单元，并用以依据关联于多个输出端的输出电流比例以及多个输入电压，分配对应于多个输出端的多个设定电压。调整单元耦接至电流感测单元以及参考单元，并用以依据多个设定电压以及多个输入电压，调整多个输入电流，并产生输出至多个输出端的多个输出电流。

在一些实施例中，调整单元还用以依据多个设定电压以及多个输入电压控制多个线性开关的开启程度，并用以依据多个线性开关的开启程度调整多个输入电流以产生多个输出电流。

在一些实施例中，电流感测单元包含第一电阻、第一放大器电路、第二电阻以及第二放大器电路。第一电阻的第一端接收多个输入电流的第一输入电流。第一放大器电路放大第一电阻两端的电压差，以产生多个输入电压的第一输入电压。第二电阻的第一端接收多个输入电流的第二输入电流。第二放大器电路放大第二电阻两端的电压差，以产生多个输入电压的第二输入电压。

在一些实施例中，参考单元包含加法器电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻。加法器电路将多个输入电压相加。第一电阻的第一端耦接至加法器电路。第二电阻的第一端耦接至第一电阻的第二端以及多个设定电压的第一设定电压，第二电阻的第二端接地。第三电阻的第一端耦接至加法器电路。第四电阻的第一端耦接至第三电阻的第二端以及多个设定电压的第二设定电压，第四电阻的第二端接地。

在一些实施例中，第一电阻和第二电阻的电阻值的比例，以及第三电阻和第四电阻的电阻值的比例是关联于输出电流比例。

在一些实施例中，调整单元包含第一放大器电路、第一晶体管、第二放大器电路以及第二晶体管。第一放大器电路的正相输入端耦接至多个输入电压的第一输入电压，第一放大器电路的反相输入端耦接至多个设定电压的第一设定电压。第一晶体管的源极接收多个输入电流的第一输入电流，第一晶体管的栅极耦接至第一放大器电路的输出端，第一晶体管的漏极输出多个输出电流的第一输出电流。第二放大器电路的正相输入端耦接至多个输入电压的第二输入电压，第二放大器电路的反相输入端耦接至多个设定电压的第二设定电压。第二晶体管的源极接收多个输入电流的第二输入电流，第二晶体管的栅极耦接至第二放大器电路的输出端，第二晶体管的漏极输出多个输出电流的第二输出电流。

在一些实施例中，第一输入电压会在第一放大器电路的正相输入端和反相输入端达到平衡时趋近于第一设定电压，且第二输入电压会在第二放大器电路的正相输入端和反相输入端达到平衡时趋近于第二设定电压。

在一些实施例中，电流平衡电路还包含电压侦测单元。电压侦测单元耦接至调整单元和电流感测单元，并用以控制来自电流感测单元的多个输入电压，以避免多个输入电压超过临界值。

在一些实施例中，电压侦测单元包含放大器电路、第一晶体管、第一开关、第二晶体管以及第二开关。放大器电路的正相输入端接收多个输入电流的第一输入电流，放大器电路的反相输入端接收多个输入电流的第二输入电流。第一晶体管的源极接地，第一晶体管的栅极耦接至放大器电路的输出端，第一晶体管的漏极耦接至操作电压。第一开关的第一端耦接至多个输入电压的第一输入电压，第一开关的第二端耦接至第一晶体管的漏极。第二晶体管的源极接地，第二晶体管的栅极耦接至第一晶体管的漏极和第一开关的第二端。第二开关的第一端耦接至多个输入电压的第二输入电压，第二开关的第二端耦接至第二晶体管的漏极。

在一些实施例中，第二开关用以在第一输入电流大于第二输入电流时导通以拉降第二输入电压，且第一开关用以在第一输入电流小于第二输入电流时导通以拉降第一输入电压。

经由所述设置方式，本发明可以依据每一路电流的输出电流比例以及多个输入电压，分配对应输入至每一个输入接口，并且不超过自身对应的最大允许电流的输入电流。

本发明旨在提供本发明的简化摘要，以使阅读者对本发明具备基本的理解，并非在指出本发明实施例的重要组件或界定本发明的范围。

附图说明

为让本发明的所述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，结合附图说明如下：

图1是根据本发明的一实施例所绘示的一种电流分配装置的示意图；

图2是根据本发明的一实施例所绘示图1中的电流平衡电路的示意图；

图3是根据本发明的一实施例所绘示图2中的电流感测单元的电路图；

图4是根据本发明的一实施例所绘示图2中的参考单元的电路图；

图5是根据本发明的一实施例所绘示图2中的调整单元的电路图；以及

图6是根据本发明的一实施例所绘示图2中的电压侦测单元的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例。另一方面，众所周知的组件并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二个或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“耦接”或“连接”还可指二个或多个组件相互操作或动作。

本发明应用于控制具有不同阻抗的不同通道上的电流，以使得每条通道上的电流不会超过其所能承载的电流大小，并且能依据每条通道所需的电流大小比例分配每条通道中的电流大小。

图1是根据本发明的一些实施例所绘示的一种电流分配装置100的示意图。在一实施例中，如图1所示，电流分配装置100包含多个输入端110、多个输出端120以及电流平衡电路200，其中多个输入端110耦接至电流平衡电路200的一端，电流平衡电路200的另一端耦接至多个输出端120。

在一实施例中，多个输入端110用以接收来自同一电压源的多个电压，并传送等效于此多个电压的多个电流至电流平衡电路200。电流平衡电路200依据接收到的多个电流，分配对应的多个输出电流至多个输出端120。在一实施例中，电流平衡电路200设置于具有不同阻抗的多个通道上，并用以调节通道上经过的电流大小。

图2是根据本发明的一些实施例所绘示图1中的电流平衡电路200的示意图。

在一实施例中，电流平衡电路200包含电流感测单元210、参考单元220以及调整单元230，其中电流感测单元210耦接至参考单元220以及调整单元230，参考单元220还耦接至调整单元230。

在另一实施例中，为了防止电路(例如：晶体管)过热的情形，如图2所示，电流平衡电路200除了包含电流感测单元210、参考单元220以及调整单元230外，还包含电压侦测单元240，其中电流感测单元210耦接至参考单元220、调整单元230以及电压侦测单元240，参考单元220还耦接至调整单元230，且电压侦测单元240还耦接至调整单元230。

在一实施例中，电流感测单元210用以接收来自多个输入端110，流经具有不同阻抗的多个通道的多个输入电流，并产生对应于多个输入电流的多个输入电压。电流感测单元210用以感测输入至电流平衡电路200的多个输入电流的电流大小，并以对应的多个输入电压来表示。在一实施例中，电流感测单元210的电路如图3所示配置，且此电路将以图3为例详细说明。

在一实施例中，参考单元220用以依据电流感测单元210计算出的多个输入电压以及多个输出端120的输出电流比例，分配对应于多个输出端120的多个设定电压，详细来说，设定电压是依据每个通道不同的最大允许电流规格以及输出电流比例而计算出来的。在一实施例中，参考单元220的电路如图4所示配置，且此电路将以图4为例详细说明。

在一实施例中，调整单元230用以依据来自参考单元220的多个设定电压以及来自电流感测单元210的多个输入电压，调整来自多个输入端110的多个输入电流，并产生输出至多个输出端120的多个输出电流。在一实施例中，调整单元230包含多个线性开关，调整单元230用以依据来自参考单元220的多个设定电压以及多个输入电压，控制多个线性开关的开启程度，并依据多个线性开关的开启程度调整多个输入电流以产生多个输出电流。在一实施例中，调整单元230的电路如图5所示配置，且此电路将以图5为例详细说明。

在一实施例中，电压侦测单元240用以控制来自电流感测单元210的多个输入电压，以避免多个输入电压超过临界值，进而造成调整单元230的温度过高，其中临界值根据调整单元230中的多个线性开关的温度系数而调整。在一实施例中，电压侦测单元240的电路如图6所示配置，且此电路将以图6为例详细说明。

整体而言，将来自多个输入端110的多个输入电流输入至电流感测单元210以判断多个输入电流的大小，并等效为多个输入电压，接着参考单元220依据此多个输入电压以及对应于多个输出端120已知的输出电流比例产生多个想要的设定电压，调整单元230依据多个输入电压和多个设定电压调整调整单元230中的多个线性开关，以调整输入电流并据以产生输出电流至多个输出端120，于此同时，电压侦测单元240控制调整单元230中的线性开关不会超过负载。

在一实施例中，图3、图4、图5、图6是以电流分配装置100具有两个输入端110和两个输出端120为例示说明，但不限于此，电流平衡电路200可以根据电流分配装置100中不同数量的输入端110和输出端120重新配置，以达到电流分配的效果。为清楚说明起见，下述以输入端111(未绘示)和输入端112(未绘示)分别代表两个输入端110，以输出端121(未绘示)和输出端122(未绘示)分别代表两个输出端120。

图3是根据本发明的一些实施例所绘示图2中的电流感测单元210的电路图。在一实施例中，如图3所示，电流感测单元210包含电阻R1、电阻R6、放大器电路213以及放大器电路214，其中电阻R1的第一端耦接至放大器电路213的正相输入端，电阻R1的第二端耦接至放大器电路213的反相输入端，电阻R6的第一端耦接至放大器电路214的正相输入端，电阻R6的第二端耦接至放大器电路214的反相输入端。如图3所示，电阻R1的第一端接收来自输入端111(未绘示)的电压VIN1，电阻R1的第二端接收电压VIN11，电阻R6的第一端接收来自输入端112(未绘示)的电压VIN2，电阻R6的第二端接收电压VIN21，其中流经电阻R1的电流值为电压VIN1的电压值和电压VIN11的电压值的差除以电阻R1的电阻值，流经电阻R6的电流值为电压VIN2的电压值和电压VIN21的电压值的差除以电阻R6的电阻值。

在一实施例中，放大器电路213包含放大器211、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，其中电阻R2的第一端耦接至电阻R1的第一端，电阻R2的第二端耦接至电阻R3的第二端以及放大器211的正相输入端，电阻R3的第一端接地，电阻R3的第二端耦接至放大器211的正相输入端，电阻R4的第一端耦接至电阻R1的第二端，电阻R4的第二端耦接至电阻R5的第一端以及放大器211的反相输入端，电阻R5的第一端耦接至放大器211的反相输入端，电阻R5的第二端耦接至放大器211的输出端。在一实施例中，放大器电路214和放大器电路213的功能与组件雷同，并且电阻R1和电阻R6的电阻值相同，电阻R2和电阻R7的电阻值相同，电阻R3和电阻R8的电阻值相同，电阻R4和电阻R9的电阻值相同，电阻R5和电阻R10的电阻值相同。

在一实施例中，放大器电路213、214为差分放大器，但不限于此，任何其他可以用以放大输入电流的电子组件皆在本发明所保护的范围内。

在一实施例中，电流感测单元210通过配置不同电阻值的多个电阻R1～R10，以使得输入电压V1的等效电流为来自输入端111的输入电流的100倍，且输入电压V2的等效电流为来自输入端112的输入电流的100倍，但不限于此，任何可以使得输入电压V1、V2的等效电流足够大以致于容易计算及容易区别输入电压V1、V2的放大倍率皆在本发明所保护的范围内。

在一实施例中，将输入电流放大100倍的原因在于，一般线路中使用的精密电阻(例如电阻R1、R6)的电阻值太小，所以需要将输入电流放大100倍才能得到容易区别两个输入端111、112的等效输入电压V1、V2。

图4是根据本发明的一些实施例所绘示图2中的参考单元220的电路图。在一实施例中，如图4所示，参考单元220包含加法器电路223、电阻R16、R17、R18、R19，其中电阻R16的第一端耦接至加法器电路223，电阻R16的第二端耦接至电阻R17的第一端，电阻R17的第二端接地，电阻R18的第一端耦接至加法器电路223，电阻R18的第二端耦接至电阻R19的第一端，电阻R19的第二端接地。

在一实施例中，参考单元220是利用加法器电路223将来自电流感测单元210的输入电压V1和V2相加，以得到输入电流总和的等效电压V1+V2(即设定电压VRef)，并利用输出端120的输出电流比例配置电阻R16、R17、R18、R19的电阻值，以得到想要输出的电流(可以等效为设定电压VRef1、VRef2)。举例来说，若输出端121和122所欲得到的输出电流比例为1:1，则将电阻R16的电阻值和电阻R17的电阻值设定为相同，将电阻R18的电阻值和电阻R19的电阻值设定为相同，以使得设定电压VRef1、VRef2相同。

在一实施例中，加法器电路223包含放大器221、电阻R11、R12、R13、R14、R15，其中电阻R11的第二端耦接至电阻R12的第二端、电阻R13的第一端、电阻R11的第二端以及电阻R12的第二端耦接至放大器221的正相输入端，电阻R13的第二端接地，电阻R14的第一端接地，电阻R14的第二端耦接至电阻R15的第一端以及放大器221的反相输入端，电阻R15的第二端耦接至放大器221的输出端。

图5是根据本发明的一些实施例所绘示图2中的调整单元230的电路图。在一实施例中，如图5所示，调整单元230包含放大器电路233、放大器电路234、晶体管231、晶体管232，其中放大器电路233的输出端耦接至晶体管231的栅极，放大器电路234的输出端耦接至晶体管232的栅极。

在一实施例中，如图5所示，放大器电路233的正相输入端接收设定电压VRef1，放大器电路233的反相输入端接收输入电压V1，放大器电路233的输出端输出设定电压VRef1和输入电压V1的差。放大器电路234的正相输入端接收设定电压VRef2，放大器电路234的反相输入端接收输入电压V2，放大器电路234的输出端输出设定电压VRef2和输入电压V2的差。晶体管231的源极接收电压VIN11，晶体管231的漏极输出电压VINC，晶体管232的源极接收电压VIN21，晶体管232的漏极输出电压VINC，其中电压VINC等效为输出至输出端120的输出电流和。

在一实施例中，由于放大器电路233的正相输入端和反相输入端为虚接地(virtual ground)，放大器电路233的反相输入端的电压(即输入电压V1)会一直接近正相输入端的电压(即设定电压VRef1)，同样地，放大器电路234的反相输入端的电压(即输入电压V2)会一直接近正相输入端的电压(即设定电压VRef2)，借此控制输出电流接近输出端120想要的电压，即设定电压VRef1、VRef2。

在一实施例中，调整单元230利用放大器电路233和放大器电路234的输出电压调整晶体管231和晶体管232的导通程度，以改变路径上的等效阻抗，并进一步控制输出电流的大小。在一实施例中，晶体管231和晶体管232可以由N型金属氧化物半导体场效晶体管(NMOSFET)所实现，但不限于此，任何线性开关皆在本发明所保护的范围内。

图6是根据本发明的一些实施例所绘示图2中的电压侦测单元240的电路图。在一实施例中，如图6所示，电压侦测单元240包含放大器电路243、晶体管241、晶体管242、开关D1、开关D2、电阻R20、R21、R22，其中放大器电路243的输出端耦接至晶体管241的栅极，晶体管241的源极接地，晶体管241的漏极耦接至节点A，电阻R20的第二端耦接至节点A，开关D2的第二端耦接至节点A以及晶体管242的栅极，开关D2的第一端耦接至电阻R21的第一端，晶体管242的源极接地，晶体管242的漏极耦接至开关D1的第二端，开关D1的第一端耦接至电阻R22的第一端。

在一实施例中，开关D1、D2可以由二极管所实现，但不限于此，任何可以控制线路导通或关断的电子组件皆在本发明所保护的范围内。

在一实施例中，如图6所示，放大器电路243的正相输入端接收电压VIN11，放大器电路243的反相输入端接收电压VIN21，放大器电路243的输出端输出电压VIN11和电压VIN21的差，并馈入晶体管241的栅极。电阻R20的第一端接收控制电压Vcc，以使得晶体管241为导通时让节点A位于高电压值。电压侦测单元240经由电阻R21的第二端输出输入电压V2，且经由电阻R22的第二端输出输入电压V1。

在一实施例中，当电压VIN11大于电压VIN21时，晶体管241导通，造成节点A的电压拉降至0V，开关D2导通并借此拉降输入电压V2的电压值；当电压VIN11小于电压VIN21时，晶体管241关断，控制电压Vcc导通晶体管242，开关D1导通并借此拉降输入电压V1的电压值。在一实施例中，控制电压Vcc的电压值为12V，但不限于此，任何可以用以导通晶体管242的电压值皆在本发明所保护的范围内。

综上所述，本发明可以依据多个输出端120的输出电流比例以及每一个路径的最大电流负载，分配每一个路径上的电流大小，以避免其中一个路径上的电流负载过大。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种电流平衡电路，其特征在于，包含：

电流感测单元，用以接收流经具有不同阻抗的多个通道的多个输入电流，并依据所述多个输入电流产生对应的多个输入电压；

参考单元，耦接至所述电流感测单元，并用以依据关联于多个输出端的输出电流比例以及所述多个输入电压，分配对应于所述多个输出端的多个设定电压；以及

调整单元，耦接至所述电流感测单元以及所述参考单元，所述调整单元用以依据所述多个设定电压以及所述多个输入电压控制多个线性开关的开启程度，并用以依据所述多个线性开关的开启程度调整所述多个输入电流以产生所述多个输出电流。

2.根据权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电流感测单元包含：

第一电阻，所述第一电阻的第一端接收所述多个输入电流的第一输入电流；

第一放大器电路，放大所述第一电阻两端的电压差，以产生所述多个输入电压的第一输入电压；

第二电阻，所述第二电阻的第一端接收所述多个输入电流的第二输入电流；以及

第二放大器电路，放大所述第二电阻两端的电压差，以产生所述多个输入电压的第二输入电压。

3.根据权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述参考单元包含：

加法器电路，将所述多个输入电压相加；

第一电阻，所述第一电阻的第一端耦接至所述加法器电路；

第二电阻，所述第二电阻的第一端耦接至所述第一电阻的第二端以及所述多个设定电压的第一设定电压，所述第二电阻的第二端接地；

第三电阻，所述第三电阻的第一端耦接至所述加法器电路；以及

第四电阻，所述第四电阻的第一端耦接至所述第三电阻的第二端以及所述多个设定电压的第二设定电压，所述第四电阻的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻的电阻值的比例，以及所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值的比例是关联于所述输出电流比例。

5.根据权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，所述调整单元包含：

第一放大器电路，所述第一放大器电路的正相输入端耦接至所述多个输入电压的第一输入电压，所述第一放大器电路的反相输入端耦接至所述多个设定电压的第一设定电压；

第一晶体管，所述第一晶体管的源极接收所述多个输入电流的第一输入电流，所述第一晶体管的栅极耦接至所述第一放大器电路的输出端，所述第一晶体管的漏极输出所述多个输出电流的第一输出电流；

第二放大器电路，所述第二放大器电路的正相输入端耦接至所述多个输入电压的第二输入电压，所述第二放大器电路的反相输入端耦接至所述多个设定电压的第二设定电压；以及

第二晶体管，所述第二晶体管的源极接收所述多个输入电流的一第二输入电流，所述第二晶体管的栅极耦接至所述第二放大器电路的输出端，所述第二晶体管的漏极输出所述多个输出电流的第二输出电流。

6.根据权利要求5所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第一输入电压会在所述第一放大器电路的正相输入端和反相输入端达到平衡时趋近于所述第一设定电压，且所述第二输入电压会在所述第二放大器电路的正相输入端和反相输入端达到平衡时趋近于所述第二设定电压。

7.根据权利要求1所述的电流平衡电路，其特征在于，还包含：

电压侦测单元，耦接至所述调整单元和所述电流感测单元，并用以控制来自所述电流感测单元的所述多个输入电压，以避免所述多个输入电压超过临界值。

8.根据权利要求7所述的电流平衡电路，其特征在于，所述电压侦测单元包含：

放大器电路，所述放大器电路的正相输入端接收所述多个输入电流的第一输入电流，所述放大器电路的反相输入端接收所述多个输入电流的第二输入电流；

第一晶体管，所述第一晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极耦接至所述放大器电路的输出端，所述第一晶体管的漏极耦接至操作电压；

第一开关，所述第一开关的第一端耦接至所述多个输入电压的第一输入电压，所述第一开关的第二端耦接至所述第一晶体管的漏极；

第二晶体管，所述第二晶体管的源极接地，所述第二晶体管的栅极耦接至所述第一晶体管的漏极和所述第一开关的第二端；以及

第二开关，所述第二开关的第一端耦接至所述多个输入电压的第二输入电压，所述第二开关的第二端耦接至所述第二晶体管的漏极。

9.根据权利要求8所述的电流平衡电路，其特征在于，所述第二开关用以在所述第一输入电流大于所述第二输入电流时导通以拉降所述第二输入电压，且所述第一开关用以在所述第一输入电流小于所述第二输入电流时导通以拉降所述第一输入电压。

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