一種開關電源的控制方法及裝置的製作方法

2023-11-05 16:57:12 1

專利名稱：一種開關電源的控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及開關電源技術領域，更具體地說，涉及一種開關電源的控制方法和裝置。
背景技術：
開關電源電路是一種電壓轉換電路，主要用於升壓和降壓，並廣泛應用於現代電 子產品中。開關電源一般包括主電路和控制電路。其中控制電路採樣主電路的信號，採用 某種控制方法及裝置，將該主電路的信號轉換成控制信號，控制主電路的運行。現有技術中開關電源的控制電路如圖1和圖2所示。圖1是現有技術的開關電源控制電路原理圖。其採用的控制方法是將輸出電壓基 準與輸出電壓採樣信號之差經電壓補償器生成第一採樣信號基準；第一採樣信號基準與第 一採樣信號的差經過第一採樣信號補償器生成調製信號；調製信號經過信號發生器生成控 制主電路開關的控制信號。圖2是現有技術的AC/DC開關電源控制電路原理圖。其與圖1示出的開關電源控 制電路原理基本相同。其區別在於，將輸出電壓基準與輸出電壓採樣信號之差經電壓補償 器生成電壓補償信號；經第二乘法器，電壓補償信號與輸入電壓採樣信號相乘，再與輸入電 壓有效值採樣信號的平方相除以生成第一採樣信號基準。上述控制方法的缺陷在於，當負載發生跳變時，電壓補償器調節速度較慢，導致第 一採樣信號基準在負載跳變時偏大或偏小，需要較長時間才能達到新的穩定值。在該第一 採樣信號基準達到新的穩定值之前，由於其偏大或偏小，導致輸入功率過大或過小，從而導 致輸出電壓上衝或下跌。對於輸出電壓上衝或下跌，在現有技術中一般普遍採用的方法是檢測輸出電壓， 當上衝或下跌到一定值時，採用某種控制方法，(採用另一套參數的電壓補償器，直接對第 一採樣信號基準進行處理，或直接對調製信號進行處理)，從而控制輸出電壓上衝或下跌在 一定的範圍內，但是此時輸出電壓已經上衝或下跌到一定值了，其輸出電壓和電流變化如 圖3所示。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種能夠保證在 負載突變的時候，能夠迅速做出反映，並控制輸出電壓保持不變的開關電源控制方法，其中 所述方法包括A、判定負載是否發生跳變；B、獲取第一採樣信號，並根據判定結果生成第一採樣信號基準；C、基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號；D、基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。在本發明所述的開關電源的控制方法中，所述步驟B進一步包括
Bi、當負載未跳變時，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電 壓採樣信號的差值生成第一採樣信號基準；B2、當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸入電流採樣信號時，獲取負載功率採 樣信號、輸入電壓採樣信號，採用除法器將所述負載功率採樣信號、輸入電壓採樣信號相除 生成第一採樣信號基準；B3、當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸出電流採樣信號時，獲取負載電流採 樣信號作為第一採樣信號基準；B4、當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸入功率採樣信號或輸出功率採樣信 號時，獲取負載功率採樣信號作為第一採樣信號基準。在本發明所述的開關電源的控制方法中，當主電路為AC/DC電路時，所述步驟B包 括B11、當負載未跳變時，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出 電壓採樣信號的差值生成電壓補償信號，並獲取第一採樣信號；B21、當負載跳變時，選擇第一採樣信號為輸入電流採樣信號，並獲取負載功率採 樣信號作為電壓補償信號；B31、採用乘法器將所述電壓補償信號與輸入電壓採樣信號相乘，再與輸入電壓有 效值採樣信號的平方的倒數相乘以生成第一採樣信號基準。在本發明所述的開關電源的控制方法中，所述負載功率採樣信號為輸出電壓採樣 信號與負載電流採樣信號相乘，輸入功率採樣信號為輸入電壓採樣信號與輸入電流採樣信 號相乘，輸出功率採樣信號為輸出電壓採樣信號與輸出電流採樣信號相乘。本發明解決其技術問題採用的又一技術方案是，構造一種開關電源的控制裝置， 包括負載跳變檢測電路，用於判斷負載是否跳變；第一採樣電路，用於獲取輸出電壓採樣信號和第一採樣信號；電壓補償器，用於在所述負載跳變檢測電路判定負載沒有跳變時基於輸出電壓基 準與輸出電壓採樣信號的差值生成第一採樣信號基準；第一採樣信號生成單元，用於在所述負載跳變檢測電路判定負載跳變時，基於第 一採樣信號生成所述第一採樣信號基準；第一採樣信號補償器，用於基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差 生成調製信號；信號發生器，用於基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。在本發明所述的開關電源的控制裝置中，當負載跳變時，並且當第一採樣信號為 輸入電流採樣信號時，所述第一採樣信號生成單元是除法器，用於將所述負載功率採樣信 號、輸入電壓採樣信號相除生成第一採樣信號基準。在本發明所述的開關電源的控制裝置中，當負載跳變時，並且當第一採樣信號為 輸出電流採樣信號時，所述第一採樣信號生成單元是負載電流採樣電路，用於獲取負載電 流採樣信號作為第一採樣信號基準。在本發明所述的開關電源的控制裝置中，當負載跳變時，並且當第一採樣信號為 輸入功率採樣信號或輸出功率採樣信號時，所述第一採樣信號生成單元是負載功率採樣電路，用於獲取負載功率採樣信號作為第一採樣信號基準。在本發明所述的開關電源的控制裝置中，當主電路為AC/DC電路時，所述控制裝 置還包括第二採樣電路，用於獲取輸入電壓有效值採樣信號；乘法器，用於基於所述輸入電壓採樣信號、輸入電壓有效值採樣信號、和所述電壓 補償器或所述第一採樣信號生成單元的輸出生成所述第一採樣信號基準。在本發明所述的開關電源的控制裝置中，所述負載功率採樣信號為輸出電壓採樣 信號與負載電流採樣信號相乘，輸入功率採樣信號為輸入電壓採樣信號與輸入電流採樣信 號相乘，輸出功率採樣信號為輸出電壓採樣信號與輸出電流採樣信號相乘。實施本發明的開關電源的控制方法和裝置，可以保證在負載突變的時候，根據負 載跳變生成第一採樣信號基準，從而生成控制信號，因而能夠針對負載突變迅速做出反映， 並控制輸出電壓保持不變。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是現有技術的開關電源控制電路原理圖；圖2是現有技術的AC/DC開關電源控制電路原理圖；圖3是採用現有技術的AC/DC開關電源控制電路的負載跳變仿真波形圖；圖4是本發明的開關電源控制方法的第一實施例流程圖；圖fe是本發明的開關電源控制方法的第二實施例的流程圖；圖恥是本發明的開關電源控制方法的第三實施例的流程圖；圖5c是本發明的開關電源控制方法的第四實施例的流程圖；圖5d是本發明的AC/DC開關電源控制方法的第一實施例的流程圖；圖6a是負載未跳變時本發明的開關電源控制裝置的原理圖；圖6b是負載跳變時本發明的開關電源控制裝置的第一狀態的原理圖；圖6c是負載跳變時本發明的開關電源控制裝置的第二狀態的原理圖；圖6d是負載跳變時本發明的開關電源控制裝置的第三狀態的原理圖；圖7a是負載未跳變時，本發明的AC/DC開關電源控制電路的原理圖；圖7b是負載跳變時，本發明的AC/DC開關電源控制電路的原理圖。
具體實施例方式如圖4所示，本發明的開關電源控制方法包括S1、判定負載是否發生跳變；S2、根 據判定結果生成第一採樣信號基準，並獲取第一採樣信號；S3、基於所述第一採樣信號基準 與所述第一採樣信號之差生成調製信號；S4、基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。在步驟Sl中，可優選通過獲取負載電流、負載功率或其他負載電信號的方式來判 定負載是否發生跳變。本領域技術人員熟悉並能夠使用各種方法來判斷負載的跳變。在步驟S2中，可基於所述負載跳變信號生成第一採樣信號基準，並獲取第一採樣 信號。在本發明的一個實施例中，當負載沒有發生跳變時，可以像現有技術一樣，獲取輸出
6電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓採樣信號的差值生成第一採樣信號基 準。而在檢測到負載發生跳變時，可採用某一設定值來作為第一採樣信號基準。從而避免 了負載跳變導致的輸出電壓上衝和下跌，保證在負載跳變的時候，能夠迅速做出反映，並控 制輸出電壓保持不變。在本發明的一個實施例中，所述第一採樣信號可以是輸入電流採樣 信號、輸出電流採樣信號、輸入功率採樣信號或輸出功率採樣信號。在步驟S3中，基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信 號。在步驟S4中，基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。實施本發明的開關電源的控制方法，在負載突變的時候，根據負載跳變生成第一 採樣信號基準，從而生成控制信號，因而能夠針對負載突變迅速做出反映，並控制輸出電壓 保持不變圖fe是本發明的開關電源控制方法的第二實施例的流程圖。如圖fe所示，在步驟S501中，可通過獲取負載電流、負載功率或其他負載電信號 的方式來判定負載是否發生跳變。本領域技術人員熟悉並能夠使用各種方法來判斷負載的 跳變。若判定負載沒有發生跳變，則執行步驟S502，否則執行步驟S503。在步驟S502中，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓採 樣信號的差值生成第一採樣信號基準，並獲取第一採樣信號。也就是說，負載沒有跳變時， 本發明的方法與現有技術中的處理方法基本相同。此時，所述第一採樣信號是輸入電流採 樣信號。在步驟S503中，獲取第一採樣信號為輸入電流採樣信號，這一獲取過程可以是通 過軟體或是硬體設定的。在步驟S504中，也就是當負載跳變時並且第一採樣信號為輸入電流採樣信號時， 獲取負載功率採樣信號、輸入電壓採樣信號，採用除法器將所述負載功率採樣信號除以輸 入電壓採樣信號以生成第一採樣信號基準。在步驟S505中，基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號。在步驟S506中，基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。圖恥是本發明的開關電源控制方法的第二實施例的流程圖。如圖恥所示，在步驟S511中，可通過獲取負載電流、負載功率或其他負載電信號的方式來判定 負載是否發生跳變。本領域技術人員熟悉並能夠使用各種方法來判斷負載的跳變。若判定 負載沒有發生跳變，則執行步驟S512，否則執行步驟S513。在步驟S512中，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓採 樣信號的差值生成第一採樣信號基準，並獲取第一採樣信號。也就是說，負載沒有跳變時， 本發明的方法與現有技術中的處理方法基本相同。此時，所述第一採樣信號是輸出電流採 樣信號。在步驟S513中，獲取輸出電流採樣信號作為第一採樣信號。這一獲取過程可以是 通過軟體或是硬體設定的。在步驟S514中，也就是當負載跳變時並且第一採樣信號為輸出電流採樣信號時， 獲取負載電流採樣信號作為第一採樣信號基準。在步驟S515中，基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號。在步驟S516中，基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。在本發明的一個 實施例中，如在脈衝頻率調製(Pulse Frequency Modulation, PFM)系統中，所述調製信號 是頻率信號。在本發明的另一實施例中，如在脈衝寬度寬調製(Pulse Width Modulation, PWM)系統中，所述調製信號是佔空比信號。圖5c是本發明的開關電源控制方法的第三實施例的流程圖。如圖5c所示，在步驟S521中，可通過獲取負載電流、負載功率或其他負載電信號的方式來判定 負載是否發生跳變。本領域技術人員熟悉並能夠使用各種方法來判斷負載的跳變。若判定 負載沒有發生跳變，則執行步驟S522，否則執行步驟S523。在步驟S522中，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓採 樣信號的差值生成第一採樣信號基準，並獲取第一採樣信號。也就是說，負載沒有跳變時， 本發明的方法與現有技術中的處理方法基本相同。此時，所述第一採樣信號是輸入功率採 樣信號或輸出功率採樣信號。在步驟S523中，獲取輸入功率採樣信號或輸出功率採樣信號作為第一採樣信號。 這一獲取過程可以是通過軟體或是硬體設定的。在步驟S5M中，也就是當負載跳變時並且第一採樣信號為輸入功率採樣信號或 輸出功率採樣信號時，獲取負載功率採樣信號作為第一採樣信號基準。在步驟S525中，基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製 信號。在步驟中，基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。在本發明中，所述負載功率採樣信號為輸出電壓採樣信號與負載電流採樣信號相 乘，輸入功率採樣信號為輸入電壓採樣信號與輸入電流採樣信號相乘，輸出功率採樣信號 為輸出電壓採樣信號與輸出電流採樣信號相乘。圖5d是本發明的AC/DC開關電源控制方法的第一實施例的流程圖。所述方法包 括下列步驟在步驟S531中，判定負載是否發生跳變，當負載未跳變時，執行步驟S532。否則執 行步驟S533。在步驟S532中，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓 採樣信號的差值生成電壓補償信號，隨後執行步驟S534。在步驟S533中，當負載跳變時且選擇第一採樣信號為輸入電流採樣信號，獲取負 載功率採樣信號作為電壓補償信號，隨後執行步驟S534。在步驟S534中，採用乘法器將所述電壓補償信號與輸入電壓採樣信號相乘，再與 輸入電壓有效值採樣信號的平方的倒數相乘以生成第一採樣信號基準。在步驟S535中，基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號。在步驟S536中，基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。本發明實施例還提供了 一種開關電源的控制裝置，包括負載跳變檢測電路，用於 判斷負載是否跳變；第一採樣電路，用於獲取輸出電壓採樣信號和第一採樣信號；電壓補 償器，用於在所述負載跳變檢測電路判定負載沒有跳變時基於輸出電壓基準與輸出電壓採樣信號的差值生成第一採樣信號基準；第一採樣信號基準生成單元，用於在所述負載跳變 檢測電路判定負載跳變時，基於第一採樣信號生成所述第一採樣信號基準；第一採樣信號 補償器，用於基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號；信號發 生器，用於基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。圖6a是負載未跳變時本發明的開關電源控制裝置的原理圖；圖6b是負載跳變時 本發明的開關電源控制裝置的第一狀態的原理圖；圖6c是負載跳變時本發明的開關電源 控制裝置的第二狀態的原理圖；圖6d是負載跳變時本發明的開關電源控制裝置的第三狀 態的原理圖。如圖6a所示，負載跳變檢測電路檢測到負載沒有發生跳變時，電壓補償器，基於 輸出電壓基準與輸出電壓採樣信號的差值生成第一採樣信號基準。第一採樣信號補償器基 於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號。信號發生器基於所述調 制信號生成主電路開關的控制信號。如圖6b所示，當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸入電流採樣信號時，所述 第一採樣信號基準生成單元是除法器，用於將負載功率採樣信號、輸入電壓採樣信號相除 生成第一採樣信號基準。第一採樣信號補償器基於所述第一採樣信號基準與所述第一採 樣信號之差生成調製信號。信號發生器基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。如圖6c所示，當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸出電流採樣信號時，所述 第一採樣信號基準生成單元是負載電流採樣電路，用於獲取負載電流採樣信號作為第一採 樣信號基準。如圖6d所示，當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸入功率採樣信號或輸出功 率採樣信號時，所述第一採樣信號基準生成單元是負載功率採樣電路，用於獲取負載功率 採樣信號作為第一採樣信號基準。圖7a是負載未跳變時，本發明的AC/DC開關電源控制電路的原理圖。圖7b是負 載跳變時，本發明的AC/DC開關電源控制電路的原理圖。如圖7a所示，當負載未跳變時，將輸出電壓基準與輸出電壓採樣信號之差經電壓 補償器生成電壓補償信號；經乘法器，電壓補償信號與輸入電壓採樣信號相乘，再與輸入電 壓有效值採樣信號的平方相除以生成第一採樣信號基準。第一採樣信號補償器基於所述第 一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號。信號發生器基於所述調製信號生 成主電路開關的控制信號。如圖7b所示，當負載發生跳變時，採用乘法器，用於基於所述輸入電壓採樣信號、 輸入電壓有效值採樣信號、和所述第一採樣信號生成單元的輸出生成所述第一採樣信號基 準。當負載跳變時，並且當第一採樣信號為輸入電流採樣信號時，所述第一採樣信號 基準生成單元是負載功率採樣電路，用於獲取負載功率採樣信號作為第一採樣信號生成單 元的輸出。本發明的一個實施例提供了一種機器可讀存儲器，其上存儲有電腦程式。該程 序至少包含一段代碼，所述至少一段代碼由機器執行使得該機器能夠執行本申請中所述的 方法步驟。因此，本發明可以通過硬體、軟體，或者軟、硬體結合來實現。本發明可以在至少一個計算機系統中以集中方式實現，或者由分布在幾個互連的計算機系統中的不同部分以分 散方式實現。任何可以實現方法的計算機系統或其它設備都是可適用的。常用軟硬體的結 合可以是安裝有電腦程式的通用計算機系統，通過安裝和執行程序控制計算機系統，使 其按方法運行。 雖然本發明是通過具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離 本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等同替代。因此，本發明不局限於所 公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
權利要求
1.一種開關電源的控制方法，其特徵在於，包括A、判定負載是否發生跳變；B、獲取第一採樣信號，並根據判定結果生成第一採樣信號基準；C、基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號；D、基於所述調製信號生成開關電源的主電路開關的控制信號。
2.根據權利要求1所述的開關電源的控制方法，其特徵在於，所述步驟B包括Bi、當負載未跳變時，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓採 樣信號的差值生成第一採樣信號基準；B2、當負載跳變時，並且當所述第一採樣信號為輸入電流採樣信號時，獲取負載功率採 樣信號、輸入電壓採樣信號，採用除法器將所述負載功率採樣信號、輸入電壓採樣信號相除 生成第一採樣信號基準；B3、當負載跳變時，並且當所述第一採樣信號為輸出電流採樣信號時，獲取負載電流採 樣信號作為第一採樣信號基準；B4、當負載跳變時，並且當所述第一採樣信號為輸入功率採樣信號或輸出功率採樣信 號時，獲取負載功率採樣信號作為第一採樣信號基準。
3.根據權利要求1所述的開關電源的控制方法，其特徵在於，當主電路為AC/DC電路 時，所述步驟B包括B11、當負載未跳變時，獲取輸出電壓採樣信號，並基於輸出電壓基準與所述輸出電壓 採樣信號的差值生成電壓補償信號並獲取第一採樣信號；B21、當負載跳變時，選擇輸入電流採樣信號做為第一採樣信號，並獲取負載功率採樣 信號作為電壓補償信號；B31、採用乘法器將所述電壓補償信號與輸入電壓採樣信號相乘，再與輸入電壓有效值 採樣信號的平方的倒數相乘以生成第一採樣信號基準。
4.根據權利要求2或3所述的開關電源的控制方法，其特徵在於，所述負載功率採樣信 號為輸出電壓採樣信號與負載電流採樣信號相乘，所述輸入功率採樣信號為輸入電壓採樣 信號與輸入電流採樣信號相乘，所述輸出功率採樣信號為輸出電壓採樣信號與輸出電流採 樣信號相乘。
5.一種開關電源的控制裝置，其特徵在於，包括 負載跳變檢測電路，用於判斷負載是否跳變；第一採樣電路，用於獲取輸出電壓採樣信號和第一採樣信號； 電壓補償器，用於在所述負載跳變檢測電路判定負載沒有跳變時基於輸出電壓基準與 輸出電壓採樣信號的差值生成第一採樣信號基準；第一採樣信號基準生成單元，用於在所述負載跳變檢測電路判定負載跳變時，基於第 一採樣信號生成所述第一採樣信號基準；第一採樣信號補償器，用於基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成 調製信號；信號發生器，用於基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。
6.根據權利要求5所述的一種開關電源的控制裝置，其特徵在於，當負載跳變時，並且 當第一採樣信號為輸入電流採樣信號時，所述第一採樣信號生成單元是除法器，用於將負載功率採樣信號、輸入電壓採樣信號相除生成第一採樣信號基準。
7.根據權利要求5所述的一種開關電源的控制裝置，其特徵在於，當負載跳變時，並 且當第一採樣信號為輸出電流採樣信號時，所述第一採樣信號生成單元是負載電流採樣電 路，用於獲取負載電流採樣信號作為第一採樣信號基準。
8.根據權利要求5所述的一種開關電源的控制裝置，其特徵在於，當負載跳變時，並且 當第一採樣信號為輸入功率採樣信號或輸出功率採樣信號時，所述第一採樣信號生成單元 是負載功率採樣電路，用於獲取負載功率採樣信號作為第一採樣信號基準。
9.根據權利要求5所述的一種開關電源的控制裝置，其特徵在於，當主電路為AC/DC電 路時，所述控制裝置還包括第二採樣電路，用於獲取輸入電壓有效值採樣信號；乘法器，用於基於所述輸入電壓採樣信號、輸入電壓有效值採樣信號、和所述電壓補償 器或所述第一採樣信號生成單元的輸出生成所述第一採樣信號基準。
10.根據權利要求6或8所述的開關電源的控制方法，其特徵在於，所述負載功率採樣 信號為輸出電壓採樣信號與負載電流採樣信號相乘，輸入功率採樣信號為輸入電壓採樣信 號與輸入電流採樣信號相乘，輸出功率採樣信號為輸出電壓採樣信號與輸出電流採樣信號 相乘。
全文摘要
本發明涉及一種開關電源的控制方法和裝置。所述方法包括A、判定負載是否發生跳變；B、獲取第一採樣信號，根據判定結果生成第一採樣信號基準；C、基於所述第一採樣信號基準與所述第一採樣信號之差生成調製信號；D、基於所述調製信號生成主電路開關的控制信號。實施本發明的開關電源的控制方法和裝置，可以保證在負載突變的時候，根據負載跳變生成第一採樣信號基準，從而生成控制信號，因而能夠針對負載突變迅速做出反映，並控制輸出電壓保持不變。
文檔編號H02M7/02GK102082519SQ20091025393
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者姜軼峰 申請人:艾默生網絡能源系統北美公司