一種開關電源數字控制器的製作方法
2023-06-11 18:07:21 1
專利名稱：一種開關電源數字控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及開關電源數字控制技術領域，尤其涉及一種開關電源數字控制
O
背景技術：
傳統的開關電源一般採用模擬控制的方式，模擬控制方式具有精度低、容易產生 溫漂、產品升級換代必須重新設計硬體以及不具備精確的故障定位和報警功能等缺點。近年來，出現了採用數字晶片的開關電源數字控制器，如專利號為 CN200410075502. 7的專利中公開了一種開關電源的數字控制方法，該方法中的數字控制單 元包括數位訊號處理器、可編程邏輯器件、程序存儲器、隨機存儲器、看門狗、兩個晶振以及 模數轉換器構成。該數字控制單元通過複雜的數字電子器件的連接，達到了控制效果，但是 這種數字控制單元即控制器並沒有將數字控制方式的優點完全發揮出來首先這種控制器 沒能實現精確的故障定位和報警功能，另外這種控制器也沒有實現數字通信功能。而現在 開關電源廣泛應用於各種數位化系統中，如果不能和其他通信設備實現通信，開關電源將 只能作為一個孤立的個體而存在，不能有效的融合到整個大系統中去。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種開關電源數字控制器。本實用新型的目的在於提供一種開關電源數字控制器，包括數位訊號處理器單 元、數字通信單元、脈衝寬度調製PWM波驅動單元以及輔助電源。其中，所述數位訊號處理器單元與開關電源上的傳感器相連，用於接收傳感器傳 送的反饋信號。其中，所述數位訊號處理器單元與所述數字通信單元之間相連，用於雙方向傳輸 數位訊號。其中，所述數字通信單元與上位機相連，用於雙方向傳輸串行數位訊號。其中，所述輔助電源與所述數位訊號處理器單元相連，用於給所述數位訊號處理 器單元提供控制電。其中，所述輔助電源與所述PWM波驅動單元相連，用於給所述PWM波驅動單元提供 驅動電。其中，所述數位訊號處理器單元用於將PWM波傳送給所述PWM波驅動單元。其中，所述PWM波驅動單元與開關電源上的功率器件相連，用於給開關電源上的 功率器件提供驅動信號。其中，所述數位訊號處理器單元包括數位訊號處理器、晶振、阻容外圍電路；數位訊號處理器接收傳感器傳送的反饋信號，數位訊號處理器接收輔助電源提供 的控制電，並將PWM波傳送給PWM波驅動單元，數位訊號處理器與數字通信單元之間雙方向
3傳輸數位訊號；數位訊號處理器與晶振相連，並接收晶振所發送的固定頻率的時鐘信號；數位訊號處理器與阻容外圍電路相連，阻容外圍電路給數位訊號處理器提供電平 信號。其中，所述數字通信單元包括光電耦合器、串行總線轉換器；光電耦合器與串行總線轉換器相連，光電耦合器與數位訊號處理器單元之間雙方 向傳輸數位訊號，串行總線轉換器與上位機之間雙方向傳輸串行數位訊號。本實用新型開關電源數字控制器以簡單的結構實現了開關電源的全數字控制，該 控制器控制精度高，控制器與主電路完全電氣隔離，控制系統的可靠性高，且控制靈活，系 統升級方便，易於標準化；該控制器還可以和上位機之間實現雙向全雙工的串行數字通信， 很方便對開關電源進行遠程監視和控制；另外該控制器不但與主電路之間完全電氣隔離， 而且該控制器還能夠和與之通信的上位機之間實現電氣隔離，提高了控制器的可靠性。使 用了該帶數字通信功能的開關電源數字控制器的開關電源應用在當前的各種數位化系統 中，可以使開關電源更好的融合到整個系統中去。
圖1，為本實用新型開關電源數字控制器的電路原理圖；圖2，為數位訊號處理器單元內部的電路原理圖；圖3，為數字通信單元內部的電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種開關電源數字控制器，應用於開關電源數字控制技術領域， 其基本思路是本實用新型開關電源數字控制器包括數位訊號處理器單元、數字通信單元、 脈衝寬度調製PWM波驅動單元以及輔助電源；該數位訊號處理器單元接收傳感器傳送的反 饋信號，並與數字通信單元之間雙方向傳輸數位訊號；數字通信單元與上位機雙方向傳輸 串行數位訊號；輔助電源給數位訊號處理器單元提供控制電，並給PWM波驅動單元提供驅 動電；數位訊號處理器單元將PWM波傳送給PWM波驅動單元；PWM波驅動單元給開關電源上 的功率器件提供驅動信號，從而達到實現開關電源的全數字控制，保證了開關電源具有很 好的控制精度，很方便對開關電源進行遠程監視和控制，提高了控制器的可靠性。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，並不用於限定本實用新型。請參見圖1，為本實用新型開關電源數字控制器的電路原理圖，該開關電源數字控 制器包括數位訊號處理器單元2、數字通信單元5、PWM(脈衝寬度調製)波驅動單元8、輔 助電源10。請參見圖2，為數位訊號處理器單元2內部的電路原理圖，該數位訊號處理器單元 2包括數位訊號處理器21、晶振23以及阻容外圍電路22。在本實用新型的具體實施例中選用的數位訊號處理器21是TI (德州儀器)公司的型號為TMS320F2812的數位訊號處理器，該型號的數位訊號處理器包括中央處理器、有 數據存儲器、程序存儲器、隨機存儲器、看門狗、模數轉換器以及能夠自動產生PWM波的事 件管理器等功能模塊。請參見圖3，為數字通信單元5內部的電路原理圖，該數字通信單元5包括光電 耦合器31和串行總線轉換器33。在本實用新型的具體實施例中選用的光電耦合器型號為6N137，串行總線轉換器 的型號為MAX491。本實用新型開關電源數字控制器中數位訊號處理器單元2與開關電源上的傳感 器用導線相連，數位訊號處理器單元2接收傳感器傳送的反饋信號1 ；數位訊號處理器單元 2與數字通信單元5之間用導線相連，數位訊號處理器單元2與數字通信單元5之間雙方向 傳輸數位訊號4 ；數字通信單元5與上位機之間用導線相連，數字通信單元5與上位機之間 雙方向傳輸串行數位訊號6 ；輔助電源10與數位訊號處理器單元2導線相連，輔助電源10 給數位訊號處理器單元2提供控制電3 ；輔助電源10與PWM波驅動單元8之間導線相連， 輔助電源10給PWM波驅動單元8提供驅動電9 ；數位訊號處理器單元2與PWM波驅動單元 8之間導線相連，數位訊號處理器單元2將PWM波7傳送給PWM波驅動單元8 ；PWM波驅動 單元8與開關電源上的功率器件導線相連，PWM波驅動單元8給開關電源上的功率器件提 供驅動信號11。在本實用新型開關電源數字控制器的具體實施例中，數位訊號處理器單元2是一 塊獨立的電路板，該電路板上包含數位訊號處理器21、晶振23以及阻容外圍電路22。數字 信號處理器21是數位訊號處理器單元2的核心，數位訊號處理器21接收傳感器傳送的反 饋信號1，數位訊號處理器21接收輔助電源10提供的控制電3，數位訊號處理器21將PWM 波7傳送給PWM波驅動單元8，數位訊號處理器21與數字通信單元5之間雙方向傳輸數字 信號4。在該電路板內部，數位訊號處理器21與晶振23之間用印製板上走線相連，數字信 號處理器21接收晶振23發送的固定頻率的時鐘信號25 ；數位訊號處理器21與阻容外圍 電路22之間用印製板上走線相連，阻容外圍電路22給數位訊號處理器21提供其工作所必 須的輔助電平信號24。在本實用新型開關電源數字控制器的具體實施例中，數字通信單元5是一塊獨立 的電路板，該電路板上包含光電耦合器31和串行總線轉換器33。光電耦合器31與數字信 號處理器單元2之間雙方向傳輸數位訊號4，串行總線轉換器33與上位機之間雙方向傳輸 串行數位訊號6。該電路板內部，光電耦合器31與串行總線轉換器33之間用印製板上走線 相連。本實用新型開關電源數字控制器內部的數位訊號處理器單元2中的數位訊號處 理器21接收開關電源傳感器傳送的反饋信號1，根據數位訊號處理器21內部預置在數據存 儲器中的開關電源的電流、電壓的給定值與反饋信號1相比較，再通過內部預置在程序存 儲器中的算法，進行計算，並通過事件管理器產生一組PWM波7。數位訊號處理器21將這一 組PWM波7傳送給PWM波驅動單元8，PWM波驅動單元8將PWM波7轉化為一組兩兩之間相 互隔離的驅動信號11，用來驅動開關電源上諸如MOSFET或IGBT等的功率器件。數位訊號處理器單元2中的數位訊號處理器21還可以將開關電源的一些當前運 行狀態，諸如電壓、電流、效率、或故障代碼等，通過數位訊號4的形式傳送給數字通信單元5中的光電耦合器31，光電耦合器31將數位訊號4轉化為與數位訊號處理器21相互電氣 隔離的隔離數位訊號32，光電耦合器31再將隔離數位訊號32傳送給串行總線轉換器33， 串行總線轉換器33將隔離數位訊號32轉化為串行數位訊號6，並將這些反映開關電源當前 運行狀態的串行數位訊號6發送給上位機如PC(個人計算機)等。這些串行數位訊號6被 上位機接收後，可以實時顯示開關電源的運行狀態，方便操作者對開關電源進行遠程監視， 當開關電源發生故障時，該數字控制器可以將準確的故障代碼發送給上位機，便於故障定 位和故障排除。反過來，操作者也可以通過上位機將一些控制指令以串行數位訊號6的形 式發送給數字通信單元5，數字通信單元5中的串行總線轉換器33將這些串行數位訊號6 轉化隔離數位訊號32，並傳送給光電耦合器31，光電耦合器31將隔離數位訊號32轉化為 與上位機相互隔離的並且能夠被數位訊號處理器單元2識別的數位訊號4，並發送給數字 信號處理器單元2，數位訊號處理器單元2中的數位訊號處理器21接收到數位訊號4後，根 據內部預置在程序存儲器中的算法將數位訊號4解算成控制指令，數位訊號處理器21再根 據控制指令來控制開關電源的開機、關機的動作，或者修改開關電源輸出電壓的幅值等。為滿足數位訊號處理器單元2中的數位訊號處理器21的正常工作，數位訊號處理 器單元2中還有一個晶振23給數位訊號處理器21提供一個固定的數字時鐘25，另外數字 信號處理器單元2中還包括一個由電阻和電容構成的阻容外圍電路22，該阻容外圍電路22 給數位訊號處理器21提供其工作所必須的輔助電平信號24。輔助電源10給數位訊號處理器單元2提供一路數字器件正常工作所需的控制電 3，並給PWM波驅動單元8提供產生驅動信號所需的多路驅動電9。另外，數位訊號處理器單 元2所用的控制電3與PWM波驅動單元8所用的多路驅動電9都是兩兩之間相互電氣隔離 的。這樣可以保證控制器在電氣上與開關電源的主電路完全隔離，可以使控制器具有最高 的電氣可靠性。由以上可以看出，本實用新型開關電源數字控制器的技術方案是為了克服現有技 術中存在的控制器沒能實現精確的故障定位和報警功能，也沒有實現數字通信功能的缺 點，而提供一種開關電源數字控制器。該開關電源數字控制器使用一塊數位訊號處理器單 元就可以實現包括數位訊號處理器、可編程邏輯器件、程序存儲器、隨機存儲器、看門狗、兩 個晶振以及模數轉換器的功能，另外該控制器通過一個帶光電耦合器的數字通信單元實現 了開關電源控制器的隔離供電串行通信。本實用新型開關電源數字控制器以簡單的結構實現了開關電源的全數字控制，該 控制器控制精度高，控制器與主電路完全電氣隔離，控制系統的可靠性高，且控制靈活，系 統升級方便，易於標準化；該控制器還可以和上位機之間實現雙向全雙工的串行數字通信， 很方便對開關電源進行遠程監視和控制；另外該控制器不但與主電路之間完全電氣隔離， 而且該控制器還能夠和與之通信的上位機之間實現電氣隔離，提高了控制器的可靠性。使 用了該帶數字通信功能的開關電源數字控制器的開關電源應用在當前的各種數位化系統 中，可以使開關電源更好的融合到整個系統中去。對於本實用新型開關電源數字控制器，實現的形式是多種多樣的。凡在本實用新 型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護 範圍之內。
權利要求一種開關電源數字控制器，其特徵在於，包括數位訊號處理器單元、數字通信單元、脈衝寬度調製PWM波驅動單元以及輔助電源。
2.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述數位訊號處理器單元 與開關電源上的傳感器相連，用於接收傳感器傳送的反饋信號。
3.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述數位訊號處理器單元 與所述數字通信單元之間相連，用於雙方向傳輸數位訊號。
4.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述數字通信單元與上位 機相連，用於雙方向傳輸串行數位訊號。
5.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述輔助電源與所述數字 信號處理器單元相連，用於給所述數位訊號處理器單元提供控制電。
6.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述輔助電源與所述PWM波 驅動單元相連，用於給所述PWM波驅動單元提供驅動電。
7.所述數位訊號處理器單元與所述PWM波驅動單元相連，所述數位訊號處理器單元用 於將PWM波傳送給所述PWM波驅動單元。
8.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述PWM波驅動單元與開關 電源上的功率器件相連，用於給開關電源上的功率器件提供驅動信號。
9.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述數位訊號處理器單元 包括數位訊號處理器、晶振、阻容外圍電路；數位訊號處理器接收傳感器傳送的反饋信號，數位訊號處理器接收輔助電源提供的控 制電，並將PWM波傳送給PWM波驅動單元，數位訊號處理器與數字通信單元之間雙方向傳輸 數位訊號；數位訊號處理器與晶振相連，並接收晶振所發送的固定頻率的時鐘信號；數位訊號處理器與阻容外圍電路相連，阻容外圍電路給數位訊號處理器提供電平信號。
10.如權利要求1所述的開關電源數字控制器，其特徵在於，所述數字通信單元包括 光電耦合器、串行總線轉換器；光電耦合器與串行總線轉換器相連，光電耦合器與數位訊號處理器單元之間雙方向傳 輸數位訊號，串行總線轉換器與上位機之間雙方向傳輸串行數位訊號。
專利摘要本實用新型公開一種開關電源數字控制器，應用於開關電源數字控制技術領域，包括數位訊號處理器單元、數字通信單元、脈衝寬度調製PWM波驅動單元以及輔助電源；該數位訊號處理器單元接收傳感器傳送的反饋信號，並與數字通信單元之間雙方向傳輸數位訊號；數字通信單元與上位機雙方向傳輸串行數位訊號；輔助電源給數位訊號處理器單元提供控制電，並給PWM波驅動單元提供驅動電；數位訊號處理器單元將PWM波傳送給PWM波驅動單元；PWM波驅動單元給開關電源上的功率器件提供驅動信號，從而達到實現開關電源的全數字控制，保證了開關電源具有很好的控制精度，很方便對開關電源進行遠程監視和控制，提高了控制器的可靠性。
文檔編號G05B19/05GK201662709SQ201020156470
公開日2010年12月1日 申請日期2010年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者連林耀 申請人:深圳市愛美得科技有限公司