CN102694466B - 一种数字式电源的控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字式电源的控制装置及方法，其中，该装置包括依次连接的多路复用器、模数转换器、数字控制器、电源系统功率级与负载电路，以及连接在多路复用器与电源系统功率级之间的I/V转换与平均化电路；所述电源系统功率级与待控制的电源系统连接；所述多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路。本发明所述数字式电源的控制装置及方法，可以克服现有技术中成本高、结构复杂与PCB面积大等缺陷，以实现成本低、结构简化、PCB面积小与利于单芯片实现的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体地，涉及一种数字式电源的控制装置及方法。
背景技术
一般地，数字式电源，由于具有灵活性、易于配置与易于集成的特点，特别适合于复杂的电源系统。
但是，当前的数字式电源，还存在价格昂贵、过于复杂、以及需要较大的印制电路板（PrintedCircuitBoard，简称PCB，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者）面积等缺点。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、结构复杂与PCB面积大等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种数字式电源的控制装置，以实现成本低、结构简化、PCB面积小与利于单芯片实现的优点。
本发明的另一目的在于，提出一种数字式电源的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种数字式电源的控制装置，包括依次连接的多路复用器、模数转换器、数字控制器（Digital Controller）、电源系统功率级与负载电路，以及连接在多路复用器与电源系统功率级之间的I/V转换与平均化电路；
所述电源系统功率级与待控制的电源系统连接；所述多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路。
进一步地，以上所述的数字式电源的控制装置，还包括与负载电路并联的滤波电路，所述滤波电路至少包括滤波电容。
进一步地，所述数字控制器，包括依次连接在模数转换器与电源系统功率级之间的数字式补偿器、数字式调制器及驱动电路。
进一步地，所述电源系统功率级，包括第一功率开关管、第二功率开关管与电感，其中：
所述第一功率开关管的栅极、及第二功率开关管的栅极，分别与驱动电路的输出端连接；第一功率开关管的漏极与电源系统连接，第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极连接、并依次经电感与滤波电容后接地；第二功率开关管的源极接地。
进一步地，所述电源系统，至少包括降压型开关电源。
同时，本发明采样的另一技术方案为：一种数字式电源的控制方法，包括：
采用I/V转换与平均化电路，将第二功率开关管中的电流进行I/V变换和平均化，并输出至多路复用器；
多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，采样电源系统输出到负载电路上的电压；第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路，采样电源系统功率级的开关电流；
多路复用器，还分时将上述两组输入信号输出至模数转换器；模数转换器基于多路复用器的输出信号，进行模数转换后，将模数转换所得数字信号输出至数字控制器；
数字控制器，基于模数转换器输出的数字信号，完成环路的补偿、脉宽调制信号的产生、以及驱动处理；所述环路，包括第一组输入信号传输环路与第二组输入信号传输环路。
进一步地，所述数字控制器，包括依次电连接的数字式补偿器、数字式调制器与驱动电路。
本发明各实施例的数字式电源的控制装置及方法，由于该装置包括依次连接的多路复用器、模数转换器、数字控制器、电源系统功率级与负载电路，以及连接在多路复用器与电源系统功率级之间的I/V转换与平均化电路；电源系统功率级与待控制的电源系统连接；多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路；可以减少电源系统中非数字电路部分，以最小的模拟电路完成必要模拟量的数字转换；从而可以克服现有技术中成本高、结构复杂与PCB面积大的缺陷，以实现成本低、结构简化、PCB面积小与利于单芯片实现的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明数字式电源的控制装置的工作原理示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
110-第一功率开关管；120-第二功率开关管；130-电感；140-滤波电容；150-负载电路；200-数字控制器；210-数字式补偿器；220-数字式调制器；230-驱动电路；300-模数转换器；400-多路复用器；500-I/V转换与平均化电路；610-第一组输入信号；620-第二组输入信号。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
装置实施例
根据本发明实施例，提供了一种数字式电源的控制装置。如图1所示，本实施例包括依次连接的多路复用器400、模数转换器300、数字控制器200、电源系统功率级与负载电路150，连接在多路复用器400与电源系统功率级之间的I/V转换与平均化电路500，以及与负载电路150并联的滤波电路（至少包括滤波电容140）；电源系统功率级与待控制的电源系统（至少包括降压型开关电源）连接。
在上述实施例中，多路复用器400有两组输入信号，第一组输入信号610来自负载电路150，用于采样电源系统输出到负载电路150上的电压；第二组输入信号620来自I/V转换与平均化电路500，用于采样电源系统功率级的开关电流。
在上述实施例中，多路复用器400，还用于分时将第一组输入信号610与第二组输入信号620输出至模数转换器300；模数转换器300，用于基于多路复用器400的输出信号，进行模数转换后，输出至数字控制器200；数字控制器200，用于基于模数转换器300输出的数字信号，完成环路的补偿、脉宽调制信号的产生、以及驱动处理；该环路，包括第一组输入信号610传输环路与第二组输入信号620传输环路。
其中，上述数字控制器200，包括依次连接在模数转换器300与电源系统功率级之间的数字式补偿器210、数字式调制器220及驱动电路230。
上述电源系统功率级，包括第一功率开关管110、第二功率开关管120与电感130，其中：第一功率开关管110的栅极、及第二功率开关管120的栅极，分别与驱动电路230的输出端连接；第一功率开关管110的漏极与电源系统连接，第一功率开关管110的源极与第二功率开关管120的漏极连接、并依次经电感130与滤波电容140后接地；第二功率开关管120的源极接地。
在上述实施例中，第一功率开关管110、第二功率开关管120、电感130与滤波电容140，组成降压型开关电源功率级和滤波电路；模数转换器300、多路复用器400、以及I/V转换与平均化电路500构成的电路装置，为上述数字式电源的控制装置的主要部分，用于分别实现对电源系统环路中电压和电流量的采样，有利于减少电源系统中非数字电路部分，以最小的模拟电路完成必要模拟量的数字转换。
在上述实施例中，数字式电源的控制装置的工作过程包括：
将第二功率开关管120中的电流进行I/V变换和平均化，并输出至多路复用器400；多路复用器400有两组输入信号，第一组输入信号610连接至负载电路150，采样电源系统输出到负载电路上的电压；第二组输入信号620连接至I/V转换与平均化电路500，采样电源系统功率级的开关电流；多路复用器400将此两组输入量分时输出至模数转换器300，模数转换器300接收多路复用器400的输出并将模拟量转换成数字形式，再输出至数字控制器200；由数字控制器200完成环路的补偿、脉宽调制信号的产生、以及驱动处理，该环路，包括第一组输入信号610传输环路与第二组输入信号620传输环路。
方法实施例
根据本发明实施例，提供了一种与上述装置实施例相匹配的数字式电源的控制方法，包括：
采用I/V转换与平均化电路，将第二功率开关管中的电流进行I/V变换和平均化，并输出至多路复用器；
多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，采样电源系统输出到负载电路上的电压；第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路，采样电源系统功率级的开关电流；
多路复用器，还分时将上述两组输入信号输出至模数转换器；模数转换器基于多路复用器的输出信号，进行模数转换后，将模数转换所得数字信号输出至数字控制器；
数字控制器，基于模数转换器输出的数字信号，完成环路的补偿、脉宽调制信号的产生、以及驱动处理；该环路，包括第一组输入信号传输环路与第二组输入信号传输环路；该数字控制器，包括依次电连接的数字式补偿器、数字式调制器与驱动电路。
在上述实施例的数字式电源的控制方法中，使用的数字式电源的控制装置，可参加上述装置实施例及图1的相关说明，在此不再赘述。
综上所述，本发明各实施例的数字式电源的控制装置及方法，主要采用模数转换器、多路复用器、以及I/V转换与平均化电路，分别实现对电源系统环路中电压和电流量的采样，有利于减少电源系统中非数字电路部分，以最小的模拟电路完成必要模拟量的数字转换；与现有技术相比，至少可以达到简化数字式电源的控制方式、降低成本、以及利于单芯片实现的有益效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种数字式电源的控制装置，其特征在于，包括依次连接的多路复用器、模数转换器、数字控制器、电源系统功率级与负载电路，以及连接在多路复用器与电源系统功率级之间的I/V转换与平均化电路；
所述电源系统功率级与待控制的电源系统连接；所述多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，用于采样电源系统输出到负载电路上的电压；第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路，用于采样电源系统功率级的开关电流；
多路复用器，还用于分时将第一组输入信号与第二组输入信号输出至模数转换器；模数转换器，用于基于多路复用器的输出信号，进行模数转换后，输出至数字控制器；数字控制器，用于基于模数转换器输出的数字信号，完成环路的补偿、脉宽调制信号的产生、以及驱动处理；该环路，包括第一组输入信号传输环路与第二组输入信号传输环路；
还包括与负载电路并联的滤波电路，所述滤波电路至少包括滤波电容；
所述数字控制器，包括依次连接在模数转换器与电源系统功率级之间的数字式补偿器、数字式调制器及驱动电路。
2.根据权利要求1所述的数字式电源的控制装置，其特征在于，所述电源系统功率级，包括第一功率开关管、第二功率开关管与电感，其中：
所述第一功率开关管的栅极、及第二功率开关管的栅极，分别与驱动电路的输出端连接；第一功率开关管的漏极与电源系统连接，第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极连接、并依次经电感与滤波电容后接地；第二功率开关管的源极接地。
3.根据权利要求2所述的数字式电源的控制装置，其特征在于，所述电源系统，至少包括降压型开关电源。
4.一种与权利要求1所述的数字式电源的控制装置相匹配的数字式电源的控制方法，其特征在于，包括：
采用I/V转换与平均化电路，将第二功率开关管中的电流进行I/V变换和平均化，并输出至多路复用器；
多路复用器有两组输入信号，第一组输入信号来自负载电路，采样电源系统输出到负载电路上的电压；第二组输入信号来自I/V转换与平均化电路，采样电源系统功率级的开关电流；
多路复用器，还分时将上述两组输入信号输出至模数转换器；模数转换器基于多路复用器的输出信号，进行模数转换后，将模数转换所得数字信号输出至数字控制器；
数字控制器，基于模数转换器输出的数字信号，完成环路的补偿、脉宽调制信号的产生、以及驱动处理；所述环路，包括第一组输入信号传输环路与第二组输入信号传输环路。
5.根据权利要求4所述的数字式电源的控制方法，其特征在于，所述数字控制器，包括依次电连接的数字式补偿器、数字式调制器与驱动电路。
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