CN103809636A - 编程电源的恒压恒流状态切换方法及控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编程电源的恒压恒流状态切换控制电路，包括第一PID控制器和第二PID控制器，第一PID控制器和第二PID控制器均与一选择控制模块连接，选择控制模块连接PWM模块。第一PID控制器和第二PID控制器分别计算出第一控制量和第二控制量，选择控制模块选取较小值的控制量作为输出控制量，进行恒压恒流状态切换，解决了输出电压和输出电流因状态切换而引起的跳变，保障了输出电压和输出电流的稳定性。

Description

编程电源的恒压恒流状态切换方法及控制电路

 

    技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种编程电源的恒压恒流状态切换方法及控制电路。

背景技术

编程电源是指某些功能或参数可通过计算机编程控制的电源，例如设置电源输出电压为多少、最大输出电流为多少等都可以通过编程实现。由于编程电源能够根据用户需求调节输出恒定电压或恒定电流的直流电，因此编程电源被广泛应用。在编程电源运行过程中，由于编程电源带动的负载电阻可能会时刻变化，因此编程电源输出的电压和电流也就会随之而变，编程电源的工作状态会在恒定电压输出和恒定电流输出之间转换。

目前编程电源恒压恒流状态切换方式是，如果工作在恒压状态，输出电压为给定电压，随着负载电阻因外界因素不断减小，输出电流则会不断增大，当输出电流增大到给定电流时，即从恒压状态切换为恒流状态；如果工作在恒流状态，当输出电压增大到给定电压时，即从恒流状态切换为恒压状态。这样由恒压状态直接跳变为恒流状态，或者由恒流状态直接跳变为恒压状态的过程是一种硬切换过程，微小的输出改变将会导致控制环在电压环和电流环之间快速、频繁切换，引起输出振荡，输出不稳定易引起负载损坏、电源损坏等问题。为了解决编程电源因恒压恒流状态频繁切换导致的输出不稳定的问题，目前的操作是：恒压状态时，当输出电流高于给定电流一定比例后才切换到恒流状态；在恒流状态时，当输出电压高于给定电压一定比例后才切换到恒压状态。虽然经过此种方式控制后能够解决恒压恒流状态频繁切换导致的输出振荡的问题，但是比较点会略微抬高或降低，导致从恒压状态切换为恒流状态时输出电压会发生跳变，从恒流状态切换为恒压状态时输出电流会发生跳变，如图1、图2所示，同样的会导致输出不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的编程电源的恒压恒流状态切换导致输出不稳定的不足，提供一种编程电源的恒压恒流状态切换方法，同时提供编程电源的恒压恒流状态切换控制电路，实现编程电源恒压与恒流状态转换时的稳定平滑过渡。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

编程电源的恒压恒流状态切换控制电路，包括PWM模块，所述PWM模块连接功率器件，所述功率器件连接负载设备，还包括第一PID控制器和第二PID控制器，所述第一PID控制器和第二PID控制器均与一选择控制模块连接，所述选择控制模块连接PWM模块；负载设备的反馈电压反馈至第一PID控制器，负载设备的反馈电流反馈至第二PID控制器。

上述编程电源的恒压恒流状态切换控制电路中，所述第一PID控制器根据给定电压和反馈电压得出第一控制量，所述第二PID控制器根据给定电流和反馈电流得出第二控制量，所述第一控制量和第二控制量均输出至选择控制模块；所述给定电压为设定的编程电源的最大输出电压，所述给定电流为设定的编程电源的最大输出电流；选择控制模块对第一控制量和第二控制量进行比较，如果第一控制量小于第二控制量，则编程电源切换为恒压状态；否则编程电源切换为恒流状态。

本发明还提供了一种编程电源的恒压恒流状态切换方法，包括以下步骤：

步骤1：第一PID控制器根据给定电压和反馈电压得到第一控制量，并输出至选择控制模块；同时，第二PID控制器根据给定电流和反馈电流得到第二控制量，并输出至选择控制模块；所述给定电压为设定的编程电源的最大输出电压，所述给定电流为设定的编程电源的最大输出电流；

步骤2：选择控制模块比较第一控制量和第二控制量，如果第一控制量小于第二控制量，则编程电源切换为恒压状态；否则编程电源切换为恒流状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明控制电路中，电压环路和电流环路同时运行，避免了现有技术中控制环在电压环和电流环之间频繁切换，第一PID控制器计算出第一控制量，第二PID控制器计算出第二控制量，选取较小的控制量作为输出控制量，进行恒压恒流状态切换，解决了输出电压和输出电流因状态频繁切换而引起的输出振荡，同时还避免了输出电压和输出电流在状态切换时引起的跳变，保障了输出电压和输出电流的稳定性。

附图说明：

图1为现有技术中编程电源由恒压状态转换为恒流状态过程输出电流与输出电压变化趋势图。

图2为现有技术中编程电源由恒流状态转换为恒压状态过程输出电流与输出电压变化趋势图。

图3为现有技术中编程电源恒压恒流状态切换控制的控制电路图。

图4为本发明恒压恒流状态切换控制电路图。

图5为本发明恒压恒流状态切换方法流程图。

图6为本发明方法控制下编程电源由恒压状态转换为恒流状态过程输出电流与输出电压变化趋势图。

图7为本发明方法控制下编程电源由恒流状态转换为恒压状态过程输出电流与输出电压变化趋势图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

为了更好的说明本发明编程电源的恒压恒流状态切换方法，首先介绍一下现有技术中切换方法的控制电路。参考图3，为目前编程电源的恒压恒流状态切换控制电路，包括电压控制环路和电流控制环路。电压控制环路包括PID控制器，PID控制器连接电流限制模块，电流限制模块连接PWM（脉冲宽度调制）模块，PWM模块连接功率器件，功率器件连接负载设备，负载设备同时与PID控制器和电流限制模块连接，组成反馈环路，负载设备的电压数据作为PID控制器的一个输入数据，负载设备的电流数据作为电流限制模块的一个输入数据。电流控制环路的组成结构与电压控制环路类似，区别在于PID控制器连接的是电压限制模块，负载设备的电流数据作为反馈电流输入至PID控制器，负载设备的电压数据作为反馈数据输入至电压限制模块。同一时刻电压控制环路和电流控制环路不能同时运行，通过电压限制模块和电流限制模块进行切换。电流限制模块用于，当反馈的负载设备的电流大于给定电流（给定电流即是编程电源的最大电流），或者大于给定电流一定比例时，由电压控制环路切换到电流控制环路，编程电源的工作状态由恒流状态切换到恒压状态。电压限制模块用于，当反馈的负载设备的电压大于给定电压（给定电压即是编程电源的最大电压），或者大于给定电压一定比例时，由电压控制环路切换到电流控制环路，编程电源的工作状态由恒压状态切换到恒流状态。

参考图4，为本发明恒压恒流状态切换控制电路，包括两个PID控制器，分别为第一PID控制器和第二PID控制器，第一PID控制器和第二PID控制器均与一选择控制模块连接，该选择控制模块连接PWM模块，PWM模块连接功率器件，功率器件连接负载设备，负载设备的电压数据（即反馈电压）反馈至第一PID控制器，负载设备的电流数据（即反馈电流）反馈至第二PID控制器。给定电压作为第一PID控制器的另一个输入数据，第一PID控制器将给定电压和反馈电压作为输入量，通过增量式PID算法计算出第一控制量，并输出至选择控制模块。给定电流作为第二PID控制器的另一个输入数据，第二PID控制器将给定电流和反馈电流作为输入量，通过增量式PID算法计算出第二控制量，并输出至选择控制模块。选择控制模块对第一控制量和第二控制量进行比较，选取较小的控制量作为输出控制量，并根据较小的控制量进行恒压状态与恒流状态切换。具体的，如果第一控制量小于第二控制量，则选取第一控制量作为输出控制量，编程电源的工作状态保持或切换到恒压状态（如果前一时刻工作状态为恒压状态，则保持恒压状态；如果前一时刻工作状态为恒流状态，则由恒流状态切换至恒压状态）。如果第一控制量大于第二控制量，则选取第二控制量作为输出控制量，编程电源的工作状态保持或切换到恒流状态。如果第一控制量等于第二控制量，那么编程电源的工作状态可处于恒压状态也可以处于恒流状态，即是说，编程电源的工作状态也进行切换也可以不切换，对输出结果不产生影响。

由于本发明恒压恒流状态切换控制电路中电压环路和电流环路同时运行，不会出现电压环和电流环之间频繁切换，且选取较小的控制量输出，使控制反馈与设定的误差减小，且误差减小的量同时受电压环和电流环制约，并不会出现电压环控制减少的误差在电流环控制时反而增大的情况。最终输出量收到电压环和电流环同时制约，所以输出不会出现误差反而变大的情况，就不会出现振荡，同时也解决了输出电压和输出电流因状态切换而引起的跳变，保障了输出电压和输出电流的稳定性。

参考图5，应用上述控制电路实现编程电源恒压恒流状态切换的方法，包括以下步骤：

步骤1：第一PID控制器根据给定电压和反馈电压得到第一控制量，并输出至选择控制模块；同时，第二PID控制器根据给定电流和反馈电流得到第二控制量，并输出至选择控制模块；所述给定电压为编程电源的最大输出电压，所述给定电流为编程电源的最大输出电流，所述反馈电压为负载电压，所述反馈电流为负载电流。

步骤2：选择控制模块比较第一控制量和第二控制量，如果第一控制量小于第二控制量，则编程电源切换至恒压状态；如果第二控制量小于第一控制量，则编程电源切换至恒流状态。

    参考图6、图7，图6是在给定电压、给定电流不变，负载阻值随着外界因素逐渐变小时，编程电源从恒压状态到恒流状态的输出电压、输出电流的变化趋势图。恒压状态下，输出电压等于给定电压，输出电流小于给定电流，并随着负载阻值的逐渐减小而逐渐增大，直至达到给定电流，切换至恒流状态。恒流状态下，输出电流等于给定电流，输出电压小于给定电压，并随着负载阻值的逐渐减小而逐渐减小。图7是在给定电压、给定电流不变，负载阻值随着外界因素逐渐变大时，编程电源从恒流状态到恒压状态的输出电压、输出电流的变化趋势图。恒流状态下，输出电流等于给定电流，输出电压小于给定电压，并随着负载阻值的逐渐增大而逐渐增大，直至达到给定电压，切换至恒压状态。恒压状态下，输出电压等于给定电压，输出电流小于给定电流，并随着负载阻值的逐渐增大而逐渐减小。由图6、图7 可以看出，在本发明方法控制下，编程电源在恒压状态与恒流状态之间切换时，不会引起电压或电流跳变，保障了输出电压和输出电流的稳定性。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (3)

1.编程电源的恒压恒流状态切换控制电路，包括PWM模块，所述PWM模块连接功率器件，所述功率器件连接负载设备，其特征在于，还包括第一PID控制器和第二PID控制器，所述第一PID控制器和第二PID控制器均与一选择控制模块连接，所述选择控制模块连接PWM模块；负载设备的反馈电压反馈至第一PID控制器，负载设备的反馈电流反馈至第二PID控制器。

2.根据权利要求1所述的编程电源的恒压恒流状态切换控制电路中，其特征在于，所述第一PID控制器根据给定电压和反馈电压得出第一控制量，所述第二PID控制器根据给定电流和反馈电流得出第二控制量，所述第一控制量和第二控制量均输出至选择控制模块；所述给定电压为设定的编程电源的最大输出电压，所述给定电流为设定的编程电源的最大输出电流；选择控制模块对第一控制量和第二控制量进行比较，如果第一控制量小于第二控制量，则编程电源切换为恒压状态；否则编程电源切换为恒流状态。

3.应用权利要求1所述的编程电源的恒压恒流状态切换控制电路实现编程电源的恒压恒流状态切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：第一PID控制器根据给定电压和反馈电压得到第一控制量，并输出至选择控制模块；同时，第二PID控制器根据给定电流和反馈电流得到第二控制量，并输出至选择控制模块；所述给定电压为设定的编程电源的最大输出电压，所述给定电流为设定的编程电源的最大输出电流；

步骤2：选择控制模块比较第一控制量和第二控制量，如果第一控制量小于第二控制量，则编程电源切换为恒压状态；否则编程电源切换为恒流状态。

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