CN105226948A - 一种提高开关电源效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高开关电源效率的方法，解决一般开关电源不能根据负载情况实时调节频率的问题。电路中用单片机和AD转换器得到电路的效率，把定时电阻和定时电容换成可以通过控制电路调节的数字电位器和数字电容器；可以实时的调节电路工作频率。本发明对不同负载其电路的工作效率都高、驱动能力都强，使用寿命长，智能化高。

Description

一种提高开关电源效率的方法

技术领域

本发明属于电源领域，具体涉及一种提高开关电源效率的方法。

背景技术

目前市场上所用直流电源一般有开关电源和线性电源，线性电源的效率很低，所以开关电源就得到了很大的发展，早期的全部是分立元件构成，开关频率低、效率不高而且电路复杂，不易调试，然后制造出脉宽调制集成电路，仅实现了对开关电源控制电路的集成化，后来出现的开关稳压器。开关电源已经向更高频发展，高频化不仅可以减小电容、电感和变压器的尺寸，还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。但是在高频化的过程中，开关管的功耗也增加了，这样不仅不会提升效率，而且还会降低整个电路的效率，而且现在的开关电源的驱动频率常常是固定的，这样对于不同的负载时，采用的是同一驱动频率，当负载小时，相对于负载而言驱动频率过高，就造成开关器件的损耗过大，开关器件发热，导致开关器件的温度升高，缩短了开关器件的寿命，整个电路效率降低了；当负载大时，相对于负载而言驱动频率低，电路驱动能力不足，不能随着负载的改变实时的调节频率，智能化程度低，使用寿命短。

现有技术存在的问题如下：当负载改变时，开关电源不能实时调节频率，有时工作效率低，有时驱动能力不足，智能化程度低，使用寿命短。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种提高开关电源效率的方法，对不同负载其电路的工作效率都高、驱动能力都强，使用寿命长，智能化高。

一种提高开关电源效率的方法，电路包括第一电流检测模块、第二电流检测模块、第一分压电路、第二分压电路、单片机、AD转换器、脉宽调制电路、开关，第一电流检测模块与AD转换器电连接，第二电流检测模块与AD转换器电连接，第一分压电路与AD转换器电连接，第二分压电路与AD转换器电连接，第一电流检测模块检测输入电流，第二电流检测模块检测输出电流，第一分压电路检测输入电压，第二分压电路检测输出电压，脉宽调制电路含有数字电容器、数字电位器；

按照下列从步骤1到步骤5顺序依次执行；

步骤1，打开开关，使电路导通，单片机读取上次关闭前的电路的工作频率f0，以及s值，s是频率变化系数；

步骤2，把电路的工作频率改为f0，单片机算出电路的效率，效率是输出功率和输入功率的比值，在工作频率为f0的情况下的效率记为η0；

步骤3，

3.1、把工作频率改变到f1，且f1=f0+△f，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)，△f是频率变化量，用单片机算出电路的效率，记为η1；fmax和fmin分别是电路能工作的最高频率和最低频率；

3.2、把工作频率改变到f2，且f2=f0-△f，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)用单片机算出电路的效率，记为η2；

3.3、选取η0、η1、η2中最大值记为ηm，再从f0、f1、f2中选择与ηm对应的工作频率记作fm；

步骤4，

如果ηm<0.8，则s=2×s；

否则：如果ηm不等于η0，把fm的值赋值给f0，q为设定的精度，s=s*|（ηm-η0）|/q；如果ηm等于η0，s=(1/2)s；如果s<0.1，则s=0.1；

步骤5，

把f0、s存入到存储器中；回到步骤2。

用单片机算出电路的效率由以下几步构成；

步骤1、所述单片机采集第一电流检测模块、第二电流检测模块的电压，通过单片机计算出输入电流I1、输出电流I2；

步骤2、所述单片机采集第一分压电路、第二分压电路的电压，通过单片机计算出输入电压U1，输出电压U2；

步骤3、使用公式P=UI,η=(P2/P1)*100%，算出输入功率P1，输出功率P2和效率η。

单片机给数字电位器和数字电容器发送不同的值，使数字电位器的实际电阻和数字电容器的实际电容发生改变，使电路的工作频率发生改变；由于数字电容器、数字电位器的值是离散的，所以电路的实际工作频率也不是连续的，当电路要达到的工作频率与当前工作频率不一致时，选取与所要达到的工作频率最接近的可实现的频率值作为新的工作频率。

所述的精度q优选为0.05。

与现有技术相比本发明所达到的有益效果是：对不同负载其电路的工作效率都高、驱动能力都强，使用寿命长，智能化高。

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是本发明的电路原理框图；

图2是本发明的流程图；

图中标号：201、第一分压电路；202、第二分压电路；203、第一电流检测模块；204、第二电流检测模块；205、脉宽发生电路；206、数字电位器；207、数字电容器；208、单片机；209、AD转换器；210、脉宽调制电路；211、开关；

101、打开开关，使电路导通，单片机读取上次关闭前的电路的工作频率f0，以及s值，s是频率变化系数；

102、把电路的工作频率改为f0，单片机算出电路的效率，效率是输出功率和输入功率的比值，在工作频率为f0的情况下的效率记为η0；

103、把工作频率改变到f1，且f1=f0+△f×s，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)，△f是频率变化量，用单片机算出电路的效率，记为η1；fmax和fmin分别是电路能工作的最高频率和最低频率；

104、把工作频率改变到f2，且f2=f0-△f×s，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)，用单片机算出电路的效率，记为η2；

105、选取η0、η1、η2中最大值记为ηm，再从f0、f1、f2中选择与ηm对应的工作频率记作fm；

106、如果ηm<0.8，则s=2×s，否则：如果ηm不等于η0，把fm的值赋值给f0，q为设定的精度，s=s*|（ηm-η0）|/q；如果ηm等于η0，s=(1/2)s；如果s<0.1，则s=0.1；

107、把f0、s存入到存储器中；回到步骤2。

具体实施方案

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。

一种提高开关电源效率的方法，电路包括第一电流检测模块、第二电流检测模块、第一分压电路、第二分压电路、单片机、AD转换器、脉宽调制电路、开关，第一电流检测模块与AD转换器电连接，第二电流检测模块与AD转换器电连接，第一分压电路与AD转换器电连接，第二分压电路与AD转换器电连接，第一电流检测模块检测输入电流，第二电流检测模块检测输出电流，第一分压电路检测输入电压，第二分压电路检测输出电压，脉宽调制电路含有数字电容器、数字电位器；

按照下列从步骤1到步骤5顺序依次执行；

步骤1，打开开关，使电路导通，单片机读取上次关闭前的电路的工作频率f0，以及s值，s是频率变化系数；

步骤2，把电路的工作频率改为f0，单片机算出电路的效率，效率是输出功率和输入功率的比值，在工作频率为f0的情况下的效率记为η0；

步骤3，

3.1、把工作频率改变到f1，且f1=f0+△f，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)，△f是频率变化量，用单片机算出电路的效率，记为η1；fmax和fmin分别是电路能工作的最高频率和最低频率；

3.2、把工作频率改变到f2，且f2=f0-△f，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)用单片机算出电路的效率，记为η2；

3.3、选取η0、η1、η2中最大值记为ηm，再从f0、f1、f2中选择与ηm对应的工作频率记作fm；

步骤4，

如果ηm<0.8，则s=2×s；

否则：如果ηm不等于η0，把fm的值赋值给f0，q为设定的精度，s=s*|（ηm-η0）|/q；如果ηm等于η0，s=(1/2)s；如果s<0.1，则s=0.1；

步骤5，

把f0、s存入到存储器中；回到步骤2。

用单片机算出电路的效率由以下几步构成；

步骤1、所述单片机采集第一电流检测模块、第二电流检测模块的电压，通过单片机计算出输入电流I1、输出电流I2；

步骤2、所述单片机采集第一分压电路、第二分压电路的电压，通过单片机计算出输入电压U1，输出电压U2；

步骤3、使用公式P=UI,η=(P2/P1)*100%，算出输入功率P1，输出功率P2和效率η。

单片机给数字电位器和数字电容器发送不同的值，使数字电位器的实际电阻和数字电容器的实际电容发生改变，使电路的工作频率发生改变；由于数字电容器、数字电位器的值是离散的，所以电路的实际工作频率也不是连续的，当电路要达到的工作频率与当前工作频率不一致时，选取与所要达到的工作频率最接近的可实现的频率值作为新的工作频率。

所述的精度q优选为0.05。

实施例如图1所示，输入设备两端并联的第一分压电路是用来测得输入设备的电压U1，是通过两个阻值比较大的电阻Rm、Rn，使其存在一定的比例L，而且比例L可调，AD转换器读取分压电阻上的电压计算出输入电压。电流检测模块是锰铜分流器，电流流经锰铜分流器，电流检测模块上的电压值反应了电流值。

STC12单片机通过控制AD转换器采集第一分压电路、第二分压电路、第一电流检测模块、第二电流检测模块的电压，分别转化成输入电压U1、输出电压U2、输入电流I1、输出电流I2，再根据P=UI，求出功率P1、P2，再根据η=（P1/P2）*100%，求出效率，通过控制数字电位器和数字电容器来控制脉宽调制电路的频率。

通过改变电路的工作频率，从而达到改变电路的效率，把电路当前的工作效率与改变之后的工作效率比较，选择效率高的的频率作为电路的工作频率。当电路的负载变化比较大时，此时电路的工作频率变化的也比较大，从而达到能够迅速的达到接近最好的效率的工作频率运行。

以下对该发明的主要模块进行解释：

本实施例的单片机为STC12系列STC12C5A60S2单片机，通过STC12C5A60S2控制数字电容器和数字电位器，通过控制AD转换器采集第一分压模块、第二分压模块、第一电流检测模块、第二电流检测模块的电压，进行计算。

本实施例选择的是TI公司12位开关电容型逐次逼近型数模转换器TL2543，有11个模拟输入通道，3路内置自测试方式，最大转换时间为10us，具有单、双极性输出，可编程的MSB或LSB前导，用来采集第一分压模块、第二分压模块、第一电流检测模块、第二电流检测模块的电压。

本实施例采用的锰铜分流器作为电流检测模块，用锰铜材料制作的电阻，用于电流信号的取样，将电流信号变换为毫伏级。

本实施例中数字电位器采用的是MCP41010，由Microchip公司产生的一种集成的数字电位器，它在单一芯片集成一个10k的电位器，电位器滑动端共有256个离散的调节节点，并有一个8b的EEPROM数据寄存器，直接控制滑刷在电位器上滑动端的位置，通过控制数字电位器来控制定时电阻的大小，从而来控制驱动频率的大小。

本发明提供一种提高开关电源效率的方法，电路的工作效率高，使用寿命长，智能化高，可以有效解决背景技术中的问题。

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 (4)

1.一种提高开关电源效率的方法，电路包括第一电流检测模块、第二电流检测模块、第一分压电路、第二分压电路、单片机、AD转换器、脉宽调制电路、开关，第一电流检测模块与AD转换器电连接，第二电流检测模块与AD转换器电连接，第一分压电路与AD转换器电连接，第二分压电路与AD转换器电连接，第一电流检测模块检测输入电流，第二电流检测模块检测输出电流，第一分压电路检测输入电压，第二分压电路检测输出电压，脉宽调制电路含有数字电容器、数字电位器；

其特征在于按照下列从步骤1到步骤5顺序依次执行；

步骤1，打开开关，使电路导通，单片机读取上次关闭前的电路的工作频率f0，以及s值，s是频率变化系数；

步骤2，把电路的工作频率改为f0，单片机算出电路的效率，效率是输出功率和输入功率的比值，在工作频率为f0的情况下的效率记为η0；

步骤3，

3.1、把工作频率改变到f1，且f1=f0+△f，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)，△f是频率变化量，用单片机算出电路的效率，记为η1；fmax和fmin分别是电路能工作的最高频率和最低频率；

3.2、把工作频率改变到f2，且f2=f0-△f，其中△f=s×((fmax-fmin)/100)用单片机算出电路的效率，记为η2；

3.3、选取η0、η1、η2中最大值记为ηm，再从f0、f1、f2中选择与ηm对应的工作频率记作fm；

步骤4，

如果ηm<0.8，则s=2×s；

否则：如果ηm不等于η0，把fm的值赋值给f0，q为设定的精度，s=s*|（ηm-η0）|/q；如果ηm等于η0，s=(1/2)s；如果s<0.1，则s=0.1；

步骤5，

把f0、s存入到存储器中；回到步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种提高开关电源效率的方法，其特征在于用单片机算出电路的效率由以下几步构成；

步骤1、所述单片机采集第一电流检测模块、第二电流检测模块的电压，通过单片机计算出输入电流I1、输出电流I2；

步骤2、所述单片机采集第一分压电路、第二分压电路的电压，通过单片机计算出输入电压U1，输出电压U2；

步骤3、使用公式P=UI,η=(P2/P1)*100%，算出输入功率P1，输出功率P2和效率η。

3.根据权利要求1所述的一种提高开关电源效率的方法，其特征在于单片机给数字电位器和数字电容器发送不同的值，使数字电位器的实际电阻和数字电容器的实际电容发生改变，使电路的工作频率发生改变；由于数字电容器、数字电位器的值是离散的，所以电路的实际工作频率也不是连续的，当电路要达到的工作频率与当前工作频率不一致时，选取与所要达到的工作频率最接近的可实现的频率值作为新的工作频率。

4.根据权利要求1所述的一种提高开关电源效率的方法，其特征在于所述的精度q优选为0.05。