CN101527554A

CN101527554A - 一种错峰调节的方法及装置

Info

Publication number: CN101527554A
Application number: CN200910138534A
Authority: CN
Inventors: 杜宇旻; 张洪岽
Original assignee: Huawei Symantec Technologies Co Ltd
Current assignee: Chengdu Huawei Technology Co Ltd
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: US20120032508A1; CN101527554B; US8987936B2; WO2010124558A1

Abstract

本发明实施例提供一种错峰调节的装置及方法，所述装置包括：控制单元，用于接收到PWM信号后，根据预设时序依次控制不同的输出单元开始输出PWM信号，相邻两次输出的PWM信号相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间；至少2个输出单元，每个输出单元分别连接有用电设备，用于根据所述控制单元的控制向对应的用电设备输出所述PWM信号。本发明实施例通过用电设备的错峰调节的工作模式，减少PWM信号占空比增加时用电设备对电源的需求，降低了系统设计的硬件成本。

Description

一种错峰调节的方法及装置

技术领域

本发明是关于脉冲控制领域，特别是一种错峰调节的方法及装置。

背景技术

PWM(Pulse-Width Modulation)又称脉宽调制，通常控制的频率不变，而占空比发生改变的一种波形，经常用于控制电机类的器件上，应用广泛。最常用的就是在控制电路中通过PWM信号控制风扇的转速，通过调节控制指令的PWM信号的占空比，从而达到控制风扇转速的目的。

在一个比较复杂的系统中，大部份的散热都需要多个风扇完成，根据系统的不同，就会出现一个系统中有多个风扇的PWM控制指令，同样也会出现一个PWM控制信号控制的两个或者多个风扇情况。由于系统中的多个风扇由同样一个电源来供电，当风扇转速变化时，就会出现风扇需求的瞬时电流较大，多个风扇迭加到一起，对风扇的供电电源有很大的冲击。

图1显示了某型号的风扇从0转速调节到100％时的对电流的需求。可以看出，风扇在启动的一段时间内(可能持续较多的PWM信号周期)电流最大可以达到6.5A，而经过一段时间，正常工作的时候的电流只有2.6A。

当系统中有多个风扇时，风扇在同时启动的时候对风扇电源的冲击时显而易见的。图2为2个上述风扇的转速从0调节到50％转速时，PWM调速和电流需求示意图(风扇从0调节到50％转速时，瞬时电流不会达到这么大，方便讲解，暂时借用这个数据进行说明)，当两个风扇同时启动时，需要电源模块提供的电流最大为13A，而正常工作的时候，需要电源模块提供的电流在5.2A。

现有的解决方案有2种：

1.增加电源转换模块所能够提供最大的输出电流的能力。

2.通过风扇厂家尽量减小风扇启动时的电流。

第1种方案，存在的问题是：由于电源转换模块需要满足短时间的大电流的要求，需要选择电源模块的额定输出功率较大的转换模块，而在风扇正常运行的时候又用不到这么大的功率，对于设计来说是一种浪费。大的输出功率电源不仅在体积上相对较大，价格上比功率小的电源贵，成本上会增加很多，不适合产品的设计思路。

第2种方案，存在的问题是：要求厂家尽量减少风扇的启动电流；这个方式采用的是对厂家风扇的品质控制，但是不同的厂家的风扇所能减少的成都也不尽相同，有些厂家的电流有所变小，但是依然会出现启动时比正常运行的时候启动电流要大。并且不同的厂家设计出的风扇启动电流也有差异，这样不适合在系统种采用不同厂家的同样规格的风扇，直接产生的后果是在系统设计时，能够选择的散热系统的可选空间变的非常小。

发明内容

本发明实施例提供一种错峰调节装置，所述装置包括：控制单元，用于接收到PWM信号后，根据预设时序依次控制不同的输出单元开始输出PWM信号，相邻两次输出的PWM信号相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间；至少2个输出单元，每个输出单元分别连接有用电设备，用于根据所述控制单元的控制向对应的用电设备输出所述PWM信号。

一种错峰调节方法，所述方法包括：接收到PWM信号后，根据预设时序依次输出控制指令，相邻两次输出的控制指令相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间；根据所述依次输出的每个控制指令，向1个或多个用电设备输出所述PWM信号

本发明实施例通过风扇的错峰调节的工作模式，减少PWM信号占空比增加时用电设备对电源的需求，降低了系统设计的硬件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为风扇启动瞬时电流实测结果；

图2为风扇根据PWM控制对电流需求示意图；

图3为本发明实施例中的错峰调节装置的结构图；

图4A为未使用错峰调节方法时用电设备对系统电源的需求示意图；

图4B为使用本发明实施例中的装置时用电设备对系统电源的需求示意图；

图5为本发明实施例中的错峰调节装置的结构图；

图6为本发明实施例中的方法流程图；

图7为本发明实施例中的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明实施例提供一种错峰调节装置1000，该错峰调节装置1000包括：控制单元1100，用于接收到PWM信号后，根据预设时序依次控制不同的输出单元开始输出PWM信号，相邻两次输出的PWM信号相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间(可以将T1时间设为PWM信号占空比从0％增加的100％时用电设备所需电流高于正常电流的时间，如图1中T1为0.5秒)，这里的用电设备所需电流可以理解为用电设备一开始触发时产生的瞬时高电流需求，正常电流可以理解为用电设备稳定工作时的工作电流，这样就实现了错开用电设备的瞬时高电流需求的时间，每次将PWM信号输出至新的用电设备时，在前接收PWM信号的用电设备都已正常工作；至少2个输出单元1201至120n，每个输出单元分别连接1个不同的用电设备，用于根据所述控制单元的控制向对应的用电设备输出所述PWM信号。

本发明实施例的装置在不改变用电设备现有特性的基础上，通过对PWM控制信号的错峰调节，减少用电设备在启动或者调速时对电源的最大电流需求。

控制单元1100的预设时序可以为：每次控制单独的1个不同的输出单元开始输出所述PWM信号，即控制单元接收到PWM信号后，先控制第一输出单元1201开始输出上述PWM信号，经过一个T1时间时，控制第二输出单元开始输出上述PWM信号，再经过一个T1时间，控制第三输出单元开始输出上述PWM信号，依照这样的顺序执行到第n个输出单元120n，这样每个输出单元输出PWM信号的时间间隔为T1，就是说依次输出PWM信号来启动用电设备，先启动的用电设备经过T1时间电流需求稳定后，再继续启动后面的用电设备。这样可以实现同一时间内仅有1个用电设备处于电流需求高于正常需求的状态，缓解了电源的压力。各输出模块1201至120n可以标识不同的编号，例如0至n-1，控制单元1100可以计算各输出单元的编号乘以T1来得到每个输出模块需要延迟的时间。例如控制单元1100计算出编号为0的第一输出模块1201需要延迟的时间为0，控制单元1100立即发送控制指令控制输出模块1201输出接收到的PWM信号。上述控制指令中可携带输出模块1201的编号“0”，输出模块1201可根据该编号“0”选择该指令执行。

可选的，控制单元1100的预设时序可以为：每次控制2个输出单元开始输出所述PWM信号，这样可以实现同一时间内仅有2个用电设备处于电流需求高于正常需求的状态，同样缓解了电源的压力，以此类推。

进一步的在本发明实施例中，上述输出单元1301-130n还包括：波形平移功能，用于根据控制单元的控制将所述PWM信号的波形平移1/2周期。控制单元1100可以在发送的控制指令当中携带波形平移指令，控制对应的输出单元进行波形平移功能。控制单元1100的预设时序可以为，每次控制2个不同的输出单元开始输出所述PWM信号，这两个输出单元中的1个使用波形平移功能。控制单元1100每次发送的控制指令，例如按输出单元1301至130n编号的顺序0至n-1来计算向每个输出单元发送控制指令的时间及控制指令中是否携带波形平移指令，算法可如下：用每个输出单元的编号除以2，取所得结果的整数部分Z，再用Z乘以T1即得到了向每个输出单元输出控制指令的时间，再根据编号为奇数或偶数在相应的控制指令中携带波形平移指令。例如，0和1处以2得到的Z都为0，0乘以T1得0，发送携带排序0和1的控制指令的时间为0，也就是立即发送，其中1为奇数，携带排序1的控制指令携带波形平移指令，同理发送携带排序为2和3的控制指令的时间为T1，携带排序3的控制指令携带波形平移指令。使用本实施例可以同时启动两个用电设备，图4A为未使用错峰调节方法时用电设备1、2对系统电源的需求，坐标轴的横轴为时间t，纵轴为电流I，可以看出PWM信号占空比为50％时，未经过错峰调节的2个风扇在每个周期中有1/2的周期的时间对电源电流的需求是单个风扇的需求的2倍。图4B为使用本实施例的错峰调节方法时用电设备1、2对系统电源的需求，可以看出经过错峰调节后的2个用电设备，对系统电源电流的需求一直保持在单个用电设备所需的电流。以风扇为例，当风扇从转速0调节到50％转速时，通过图1可以看到，风扇的启动电流比较大，可以达到6.5A，而正常工作的时候只有2.6A(为方便讲解，暂时借用这个数据进行说明)。

图4A中未经过错峰调节的2个风扇由于同时启动，对电源的电流需求最大可以达到：

单个风扇最大需求的电流×2＝6.5×2＝13A

而图4B中经过错峰调节的2个风扇的电流需求可以计算得到：

单个风扇启动电流×1＝6.5A

通过对比可以得到经过错峰调节，对风扇电源的瞬时最大电流只是单个风扇的最大电流，相对于未经过错峰调节的，对电源的需求有明显的改善。

如果风扇的工作电压为12V，那么未经过风扇调节的系统需要提供的最大瞬时功率为：

输出电压×输出电流＝12V×13.5A＝162W

而经过风扇错峰调节后在小于50％时，系统所需提供的瞬时最大功率为：

输出电压×输出电流＝12V×6.5A＝81W

风扇的启动电流比较大，可以达到6.5A，而正常工作的时候只有2.6A，风扇启动电流较大的时间为T1，如图1中T1为0.5秒。本实施例的装置同时启动两个风扇避免了风扇同时启动时需要较大启动电流的时间与PWM信号波峰时间发生在同一时间，这样每次启动2个用电设备达到了更快的启动速度，本实施例在PWM信号的占空比不超过50％时效果最佳，而当PWM信号超过50％时会出现波峰的叠加，并且随着占空比的增加效果会变差。

更进一步的，如图5所示，在又一实施例中控制单元1100还包括：占空比检测模块1110，用于检测所述PWM信号的占空比，在占空比增加时，根据所述占空比的值选择相应的预设时序。

当占空比检测模块1110检测到增加后的PWM信号占空比小于或等于第一门限值时，所述控制单元的预设时序包括：每次控制2个不同的输出单元开始输出所述PWM信号，这两个输出单元中的1个使用波形平移功能。第一门限值可以为50％，占空比检测模块1110，检测到增加后的PWM信号占空比小于或等于50％时，控制单元1100开始每次向2个输出单元发送控制指令，并且每次发送的控制指令包括控制控制上述2个输出单元中的1个使用波形平移功能。各输出单元在每次接收到控制指令之前保持输出占空比增加前的PWM信号，例如输出单元可以在启动前记录一个为0的占空比的值，在每次收到控制指令后记录占空比增加后的PWM信号的占空比，并持续输出该占空比的PWM信号直到下一次收到控制指令。上述输出控制指令及接收控制指令的具体实施方式在前面的实施例中已经揭露，此处不再赘述。

当占空比检测模块1110检测到增加后的PWM信号的占空比大于第一门限值时，所述控制单元的预设时序包括：每隔T1时间控制1个不同的输出单元开始输出占空比增加后的PWM信号。同样各输出单元在接收到控制指令之前保持输出占空比增加前的PWM信号。例如当占空比从0％增加到100％时先控制第一输出单元开始输出占空比增加后的PWM信号，而此时其输出单元输出占空比为依然0％，以上述实施例中的风扇为例，这时风扇对电源的需求只有6.5A。经过一个T1时间时，控制第二输出单元开始输出占空比增加后的PWM信号，此时2个风扇对电流的总需求最大为6.5+2.6＝9.3A。再经过一个T1时间，控制第三输出单元开始输出占空比增加后的PWM信号此时3个风扇对电流的总需求电流为6.5+2.6×2＝11.7A，依照这样的顺序执行到第3个输出单元，风扇总的对系统的需求电流为6.5+2.6×2＝11.7A，而如果未经过错峰调节模块时3个风扇启动时对电流的需求为6.5×3＝19.5A。经过错峰调节后风扇对系统最大电流需求减少7.8A。

启动到第m-1个风扇经过(m-1)×T1后，前面的m-1个风扇都已经正常工作，此时前面的风扇都已经正常工作，此时需求的电流为6.5A+(m-1)×2.6A，而未经过错峰调节系统需要电流为6.5A×m，经过错峰调节后的系统比没有经过错峰调节的需求减少了[6.5A×m]-[6.5A+(m-1)×2.6A]＝3.9×(m-1)A，从上面的公式可以看出，当系统中风扇越多，经过错峰调节的比没有经过错峰调节的电流需求降低的越多。

同理，当第经过(p-1)×T1后，前面的p-1个风扇都已经正常工作，此时前面的风扇都已经正常工作，此时需求的电流为6.5A+(p-1)×2.6A，而未经过错峰调节系统需要电流为6.5A×p，经过错峰调节后的系统比没有经过错峰调节的需求减少了[6.5A×p]-[6.5A+(p-1)×2.6A]＝3.9×(p-1)A，从上面的公式可以看出，当系统中风扇越多，经过错峰调节的比没有经过错峰调节的电流需求降低的越多。本实施例中通过占空比的检测和时序的选择，即实现了用电设备的分时启动，又兼顾了启动的速度，达了到更好的技术效果。

本发明实施例还提供一种错峰调节的方法，如图6所示该方法包括：步骤S601：接收到PWM信号后，根据预设时序依次输出控制指令，相邻两次输出的控制指令相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间；(可以将T1时间设为PWM信号占空比从0％增加的100％时用电设备所需电流高于正常电流的时间，如图1中T1为0.5秒)；步骤S602：根据所述依次输出的每个控制指令，向1个或多个用电设备输出所述PWM信号。

需要说明的是，上述步骤S601每输出一次控制指令，就进行步骤602根据上述控制指令向对应的用电设备输出PWM信号，接下来输出下一次控制指令(S602)，再对相应的用电设备输出PWM信号(S601)。

本发明实施例的方法在不改变用电设备现有特性的基础上，通过对PWM控制指令的错峰调节，减少用电设备在启动或者调速时对电源的最大电流需求。

上述实施列中的预设时序可以为：每次输出的控制指令用于控制向1个对应的用电设备输出所述PWM信号。即接收到PWM信号后，先控制控制向第一用电设备开始输出上述PWM信号，经过一个T1时间时，控制向第二用电设备开始输出上述PWM信号，再经过一个T1时间，控制向第三用电设备开始输出上述PWM信号，依照这样的顺序执行到向第n个用电设备输出上述PWM信号，这样向每个用电设备输出PWM信号的时间间隔为T1，就是说依次输出PWM信号来启动用电设备，先启动的用电设备经过T1时间电流需求稳定后，再继续启动后面的用电设备。这样可以实现同一时间内仅有1个用电设备处于电流需求高于正常需求的状态，缓解了电源的压力。可对各用电设备编号例如0至n-1，各输出单元的编号乘以T1来得到输出控制每个用电设备的控制指令的时间。

进一步的在本发明实施例中，所述预设时序还可为：每次输出的控制指令用于控制向2个对应的用电设备输出所述PWM信号，还控制将输出至其中1个用电设备的所述PWM信号的波形平移1/2周期。可以将用每个电设备排序并编号，例如编号为从0至n-1，用每个用电设备的编号除以2，取所得结果的整数部分Z，再用Z乘以T1即得到了输出每个控制指令的时间，再根据编号为奇数或偶数在相应的控制指令中携带波形平移指令。例如，0和1处以2得到的Z都为0，0乘以T1得0，发送携带排序0和1的控制指令的时间为0，也就是立即发送，其中1为奇数，携带排序1的控制指令携带波形平移指令，同理发送携带排序为2和3的控制指令的时间为T1，携带排序3的控制指令携带波形平移指令。使用本实施例可以同时启动两个用电设备。

进一步的在本发明实施例中，错峰调节的方法如图7所示，还包括步骤S600：检测PWM信号的占空比，在占空比增加时，根据增加后的占空比的值选择相应的预设时序。

当检测到增加后的PWM信号占空比小于或等于第一门限值时，上述预设时序包括：每次输出的控制指令用于控制向2个对应的用电设备输出所述占空比增加后的PWM信号，还控制将输出至其中1个用电设备的所述PWM信号的波形平移1/2周期。第一门限值可以为50％，检测到增加后的PWM信号占空比小于或等于50％时，开始每次发送控制向2个用电设备输出占空比增加后的PWM信号的的控制指令，每次发送的控制指令还包括控制平移向其中1个用电设备发送的占空比增加后的PWM信号。根据上述控制指令控制向对应的用电设备输出占空比增加后的PWM信号，并在此之前保持输出占空比增加前的PWM信号至控制指令还没有涉及的用电设备。

当检测到增加后的PWM信号的占空比大于第一门限值时，上述预设时序包括：每次输出的控制指令用于控制向1个对应的用电设备输出所述占空比增加后的PWM信号。同样保持输出占空比增加前的PWM信号至控制指令还没有涉及的用电设备。

本实施例中通过占空比的检测和时序的选择，即实现了用电设备的分时启动，又兼顾了启动的速度，达了到更好的技术效果。

本发明实施例以系统中用电设备是风扇为例来说明，并不能用来限制本发明，所应理解的是本发明实施例提供的方法及装置还可以应用到其他受PWM信号控制的电机类产品，同样也可以应用于启动电流较大，而正常工作电流较小的系统中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种错峰调节装置，其特征在于，所述装置包括：

控制单元，用于接收到PWM信号后，根据预设时序依次控制不同的输出单元开始输出PWM信号，相邻两次输出的PWM信号相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间；

至少2个输出单元，每个输出单元分别连接有用电设备，用于根据所述控制单元的控制向对应的用电设备输出所述PWM信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元的预设时序用于：每次控制1个输出单元开始输出所述PWM信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述每个输出单元还用于根据控制单元的控制将所述PWM信号的波形平移1/2周期；

所述控制单元的预设时序用于：每次控制所述至少2个输出单元开始输出所述PWM信号，并控制这2个输出单元中的1个使用波形平移功能。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制单元还包括：

占空比检测模块，用于检测所述PWM信号的占空比，在占空比增加时，根据所述占空比的值选择相应的预设时序。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当所述占空比检测模块检测到增加后的PWM信号占空比小于或等于第一门限值时，所述控制单元的预设时序包括：每次控制2个不同的输出单元开始输出所述PWM信号，并控制这2个输出单元中的1个使用波形平移功能；当所述占空比检测模块检测到增加后的PWM信号的占空比大于第一门限值时，所述控制单元的预设时序用于：每隔T1时间控制1个不同的输出单元开始输出占空比增加后的PWM信号。

6.一种错峰调节方法，其特征在于，所述方法包括：

接收到PWM信号后，根据预设时序依次输出控制指令，相邻两次输出的控制指令相差T1时间，所述T1时间为所述PWM信号占空比增加时用电设备所需电流高于正常电流的时间；

根据所述依次输出的每个控制指令，向1个或多个用电设备输出所述PWM信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设时序用于：每次输出的控制指令用于控制向1个对应的用电设备输出所述PWM信号。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设时序用于：每次输出的控制指令用于控制向2个对应的用电设备输出所述PWM信号，还控制将输出至其中1个用电设备的所述PWM信号的波形平移1/2周期。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据预设时序依次输出控制不同用电设备输出PWM信号的控制指令前还包括：检测所述PWM信号的占空比，在占空比增加时，根据所述占空比的值选择相应的预设时序。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当检测到增加后的PWM信号占空比小于或等于第一门限值时，所述预设时序用于：每次输出的控制指令用于控制向2个对应的用电设备输出所述占空比增加后的PWM信号，还控制将输出至其中1个用电设备的所述PWM信号的波形平移1/2周期；当检测到增加后的PWM信号的占空比大于第一门限值时，所述预设时序用于：每次输出的控制指令用于控制向1个对应的用电设备输出所述占空比增加后的PWM信号。