CN103926455A - 一种识别直流输入电压瞬变速度的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种识别直流输入电压瞬变速度的方法，包括：当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值；当确定开始识别输入电压负向瞬变速度时，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。本发明还公开了一种识别直流输入电压瞬变速度的装置，采用本发明能保证控制环的执行速度，进而保证数字开关电源的输出性能。
Description
技术领域
本发明涉及数字开关电源领域，尤其涉及一种识别直流输入电压瞬变速度的方法及装置。
背景技术
近几年兴起的数字开关电源，能够使用数字芯片进行控制，通过模/数转换(ADC，Analog-to-Digital Converter)准确的检测出输入电压的稳态值。但是，与模拟开关电源的前馈方式相比，由于数字开关电源中数字式的输入电压前馈需要通过单独的采样、环路计算，再通过输出前馈调节比例控制最终占空比，所以整体的响应速度比模拟前馈要慢很多；如此，虽然对于速度较慢的输入电压瞬变如电源正常关机，不会造成很大影响，但对于快速的输入电压瞬变如雷击、浪涌等情况，数字式的输入电压前馈明显响应不及时，从而会造成电源输出端反灌，引发副边功率管电压应力超标乃至损坏MOS管，导致电源故障。
目前，为解决上述数字式的输入电压前馈响应不及时的问题，通过在数字开关电源中新增一个10～20us的定时器中断，用于检测输入电压ADC实时值的瞬变，通过累计多次输入电压ADC实时值的大小变化进行判断，辨识出电源正常输入端关机和输入短路、浪涌雷击等情况。但是，在数字开关电源这种实时性要求非常高的嵌入式软件系统中，增加一个10us的定时器中断无疑对于系统软件开销来说是一个很沉重的压力。特别是针对开关频率在100KHz～200KHz的数字电源应用场合，系统的中断必须保持在5us～10us以内，这样由于增加定时器中断，会大大影响控制环的执行速度，进而影响数字开关电源的基本输出性能。
可见，现有技术中数字开关电源由于增加10～20us的定时器终端，从而影响控制环的执行速度，进而影响数字开关电源的输出性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种识别直流输入电压瞬变速度的方法及装置，能保证控制环的执行速度，进而保证数字开关电源的输出性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种识别直流输入电压瞬变速度的方法，当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，该方法还包括：
当确定开始识别输入电压瞬变速度时，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
上述方案中，所述当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，包括：当数字开关电源的检测定时器中断时，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
上述方案中，所述确定出现输入电压快速瞬变的情况之后，该方法还包括：
数字开关电源将延时固定时长后，继续判断是否开始识别输入电压负向瞬变速度，若是，则关闭自身电源；否则，不关闭自身电源。
本发明还提供了一种识别直流输入电压瞬变速度的装置，该装置包括：计算模块和识别模块；其中，
计算模块，用于当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，为识别模块提供当前输入电压采样平均值；
识别模块，用于当确定开始识别输入电压负向瞬变速度时，从计算模块提取当前输入电压采样平均值，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
上述方案中，所述计算模块，还用于当检测定时器中断时，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
上述方案中，所述识别模块，还用于确定出现输入电压快速瞬变的情况后，则将延时固定时长后，继续判断是否开始识别输入电压负向瞬变速度，若是，则关闭所在数字开关电源；否则，不关闭所在数字开关电源。
上述方案中，所述装置安装于数字开关电源的控制器中。
本发明所提供的识别直流输入电压瞬变速度的方法及装置，能当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值；当确定开始识别输入电压瞬变速度时，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。如此，就能够避免在检测定时器之外再增加一个10～20us的定时器终端，使用现有技术中已有的定时器中断就能够实现输入电压瞬变的判定，从而保证控制环的执行速度，进而保证数字开关电源的输出性能。
附图说明
图1为本发明的识别直流输入电压瞬变速度的方法流程示意图；
图2为本发明的识别直流输入电压瞬变速度的装置组成结构示意图；
图3为本发明实施例一中数字开关电路的电路结构示意图；
图4为本发明实施例一中识别直流输入电压瞬变速度的方法流程示意图；
图5为本发明实施例二中识别直流输入电压瞬变速度的方法流程示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值；当确定开始识别输入电压瞬变速度时，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明识别直流输入电压瞬变速度的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值。
具体的，当数字开关电源的检测定时器中断时，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
这里，所述检测定时器中断为数字开关电源中现有技术规定的周期性中断，可以为100us定时器，用于ACD的队列检测及故障处理，其实现方法这里不做赘述；
所述输入电压的ADC采样值的获取方法为数字开关电源中现有技术规定的操作，这里不做赘述。
所述原始数据队列中保存的原始数据的数量为根据实际需求设置，可以为2n及以上，其中n大于等于3；所述滑动平均滤波为现有技术，其实现方法这里不做赘述。
步骤102：所述数字开关电源判断是否开始识别输入电压瞬变速度，若是，则执行步骤103；否则，返回步骤101。
这里，所述判断是否开始识别输入电压瞬变速度可以为：当数字开关电源检测到欠压保护信号时，确定开始识别输入电压正向或负向瞬变速度；
或者，当数字开关电源检测到输入中断时，确定开始识别输入电压正向或负向瞬变速度。
其中，所述欠压保护信号为现有技术中规定的、数字开关电源中当输入电压低于设定值时产生的信号，其中，所述设定值为根据实际情况预置的值，比口可以为35伏(V)。
步骤103：根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
具体的，所述数字开关电源比较当前输入电压采样平均值是否小于正常输入电压，若小于正常输入电压，则比较所述当前输入电压采样平均值是否小于负向瞬变电压比较门限，若小于，则确定为正常关机；否则，确定出现输入电压负向快速瞬变的情况；
若不小于正常输入电压，则比较当前输入电压采样平均值是否大于正向瞬变电压比较门限，若大于，则确定为正常关机；否则，确定出现输入电压正向快速瞬变的情况。
这里，所述电压比较门限包括：正向瞬变电压比较门限以及负向瞬变电压比较门限；所述正向瞬变电压比较门限以及负向瞬变电压比较门限均为根据实际情况预置的值，具体获取方法与进行滑动平均滤波计算时原始数据队列中保存的原始数据的数量，以及设置的欠压保护信号产生的电压门限值相关，
比如：假设原始数据队列中保存的原始数据的数量为8，欠压保护信号产生的电压门限值为35V，正常输入电压为62V；在正常关机的情况下，假设从62V跌落到35V欠压保护时，原始数据队列中保存的原始数据分别为35、35.54、36.08、36.62、37.16、37.7、38.24、38.78，则输入电压采样平均值为(35+35.54+36.08+36.62+37.16+37.7+38.24+38.78)/8＝36.89V；
而雷击浪涌时，原始数据队列中保存的原始数据分别为35、62、62、62、62、62、62、62，则输入电压采样平均值为(35+62+62+62+62+62+62+62)/8＝58.625V；负向瞬变电压比较门限设定为上述两个值即36.89V至58.625V之间的任意一个数值。
所述输入电压负向快速瞬变的情况可以包括输入短路、雷击浪涌等情况。
进一步的，上述步骤103完成后，若确定出现输入电压快速瞬变的情况，还可以包括：数字开关电源延时固定时长后，继续判断是否检测到欠压保护信号，若是，则关闭自身电源；否则，不关闭自身电源。其中，所述固定时长可以设置为1ms。
如图2所示，本发明提供了一种识别直流输入电压瞬变速度的装置，该装置包括：计算模块21和识别模块22；其中，
计算模块21，用于当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，为识别模块22提供当前输入电压采样平均值；
识别模块22，用于当确定开始识别输入电压瞬变速度时，从计算模块21提取当前输入电压采样平均值，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
所述计算模块21，还用于当检测定时器中断时，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
所述识别模块22，具体用于比较当前输入电压采样平均值是否小于正常输入电压，若小于正常输入电压，则比较所述当前输入电压采样平均值是否小于负向瞬变电压比较门限，若小于，则确定为正常关机；否则，确定出现输入电压负向快速瞬变的情况；若不小于正常输入电压，则比较当前输入电压采样平均值是否大于正向瞬变电压比较门限，若大于，则确定为正常关机；否则，确定出现输入电压正向快速瞬变的情况。
所述识别模块22，具体用于当检测到欠压保护信号时，确定开始识别输入电压正向或负向瞬变速度；或者，当检测到输入中断时，确定开始识别输入电压正向或负向瞬变速度。其中，所述欠压保护信号为当输入电压低于设定值时产生的信号，其中，所述设定值为根据实际情况预置的值，比如可以为35V。
所述识别模块22，具体用于保存电压比较门限，所述电压比较门限包括：正向瞬变电压比较门限以及负向瞬变电压比较门限；所述正向瞬变电压比较门限以及负向瞬变电压比较门限均为根据实际情况预置的值，具体获取方法与进行滑动平均滤波计算时原始数据队列中保存的原始数据的数量，以及设置的欠压保护信号产生的电压门限值相关，比如：
假设原始数据队列中保存的原始数据的数量为8，欠压保护信号产生的电压门限值为35V，正常输入电压为62V；在正常关机的情况下，假设从62V跌落到35V欠压保护时，原始数据队列中保存的原始数据分别为35、35.54、36.08、36.62、37.16、37.7、38.24、38.78，则输入电压采样平均值为
(35+35.54+36.08+36.62+37.16+37.7+38.24+38.78)/8＝36.89V；
而雷击浪涌时，原始数据队列中保存的原始数据分别为35、62、62、62、62、62、62、62，则输入电压采样平均值为(35+62+62+62+62+62+62+62)/8＝58.625V；比较门限设定为上述两个值即36.89V至58.625V之间的任意一个数值。
所述输入电压负向快速瞬变的情况可以包括输入短路、雷击浪涌等情况。
所述识别模块22，还用于确定出现输入电压负向瞬变的情况后，则将延时固定时长后，继续判断是否检测到欠压保护信号，若是，则关闭所在数字开关电源；否则，不关闭所在数字开关电源。
上述装置可以作为逻辑模块安装于数字开关模块的控制器中。
实施例一、假设数字开关电源的电路如图3所示，则基于图3识别直流输入电压瞬变的方法，如图4所示，包括：
步骤401：当数字开关电源的检测定时器中断时，通过输入电压采样检测电路获取当前输入电压的ADC采样值，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
步骤402：所述数字开关电源确定开始识别输入电压负向瞬变速度后，比较当前输入电压采样平均值是否小于负向瞬变电压比较门限，若小于，则执行步骤403；否则，执行步骤404。
步骤403：所述数字开关电源确定输入端正常关机，电源不存在MOS管应力问题，同时关闭原、副边VT1～VT6驱动，相当于欠压正常关闭电源，结束处理流程。
步骤404：所述数字开关电源确定出现输入电压负向快速瞬变的情况，关闭原边VT1～VT4驱动，全高打开副边VT5、VT6驱动(直至辅助电源掉电)，从而将电源输出端电感L2的反灌能量(电感L2反向电流)通过VT5和VT6泄放，避免VT5、VT6驱动关闭后，电感L2的反向电流因无路径泄放而对VT5、VT6的寄生体电容C2、C3进行瞬间快速充电，从而形成VT5和VT6的高电压应力Vds，引发VT5、VT6雪崩损坏。
实施例二、图5所示，是本发明的另一个实施例，主要是应用于雷击、浪涌等情况时系统要求电源不掉电的场合。
步骤501：当数字开关电源的检测定时器中断时，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
步骤502：所述数字开关电源检测到欠压保护信号，比较当前输入电压采样平均值是否小于负向瞬变电压比较门限，若小于，则确定为正常关机，直接正常关闭电源，结束处理流程；否则，执行步骤503。
步骤503：所述数字开关电源确定出现输入电压负向快速瞬变的情况，延时1ms或固定时长(一般雷击、浪涌的过程在200us以下)，再判断外部欠压保护信号是否还存在，若不存在，说明是雷击、浪涌等情况，则不关闭电源，结束处理流程；若还存在，说明此时可能是输入短路或是其它输入故障等情况，则关闭电源。
这样，通过步骤503中增加进行延时固定时长后，再次检测欠压保护信号的操作，既可以保证满足系统要求雷击、浪涌时电源不掉电的需求，也避免了正常空开关机时因减慢欠压保护而导致的MOS电压应力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种识别直流输入电压瞬变速度的方法，当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，其特征在于，该方法还包括：
当确定开始识别输入电压瞬变速度时，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，包括：当数字开关电源的检测定时器中断时，将当前输入电压的模数转换ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定出现输入电压快速瞬变的情况之后，该方法还包括：
数字开关电源将延时固定时长后，继续判断是否开始识别输入电压负向瞬变速度，若是，则关闭自身电源；否则，不关闭自身电源。
4.一种识别直流输入电压瞬变速度的装置，其特征在于，该装置包括：计算模块和识别模块；其中，
计算模块，用于当检测定时器中断时，计算得到当前输入电压采样平均值，为识别模块提供当前输入电压采样平均值；
识别模块，用于当确定开始识别输入电压负向瞬变速度时，从计算模块提取当前输入电压采样平均值，根据当前输入电压采样平均值、以及电压比较门限，识别是否出现输入电压快速瞬变的情况。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算模块，还用于当检测定时器中断时，将当前输入电压的ADC采样值添加到原始数据队列中，利用原始数据队列进行滑动平均滤波计算得到当前输入电压采样平均值。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述识别模块，还用于确定出现输入电压快速瞬变的情况后，则将延时固定时长后，继续判断是否开始识别输入电压负向瞬变速度，若是，则关闭所在数字开关电源；否则，不关闭所在数字开关电源。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置安装于数字开关电源的控制器中。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |