CN106230247B - 一种用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源 - Google Patents

一种用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源及用于开关电源的自适应吸收系统，该系统包括：用于采集当前运行状态下开关电源的状态信号的信号采集装置，与采集装置连接的信号转换装置，与信号转换装置连接的控制器，与控制器连接的驱动电路，以及与驱动电路连接的吸收回路。由此可见，本系统以开关电源的当前运行状态的状态信号作为目标吸收深度量的调节依据，因此，该目标吸收深度量不是固定的，而是与当前状态信号有关，并且是随着状态信号的改变而改变。以此，无论开关电源处于何种运行状态，对应的吸收回路的吸收深度也都是与当前状态相适应的，从而能够降低开关电源中晶体管电应力问题的风险，提高了开关电源的稳定性和可靠性。

Description

一种用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源。
背景技术
目前电子设备和器件失效的原因有50％以上是由开关电源在不同工作使用状态下致电源开关器件(如晶体管)，电应力不符合规格要求所引起。作为开关电源中转换与传递能量的变压器，无法实现“零”漏感的情况，此漏感在开关电源工作时会产生一定的能量，如果处理不好会在不同工作使用状态时影响开关电源晶体管电应力及其效率，严重的会使管子击穿损坏，经常会引起故障，对开关电源所在系统的可靠性构成威胁，影响正常使用。
现有技术中比较成熟的开关电源的吸收回路都是单一固定的，无论输入电压高低，负载功率大小、电压大小、电流大小，环境温度高低，其吸收回路都是不能随外界参数变化而变化的，尤其是在恶劣环境下工作，固定模式的吸收回路有可能会造成开关电源中晶体管电应力问题。
由此可见，如何提高开关电源在不同工作状态下的适应能力是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源，用于提高开关电源在不同工作状态下的适应能力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于开关电源的自适应吸收系统，，包括：用于采集当前运行状态下所述开关电源的状态信号的信号采集装置，与所述采集装置连接，用于将所述环境参数进行转换的信号转换装置，与所述信号转换装置连接，用于生成与所述状态信号对应的目标吸收深度量的控制器，与所述控制器连接的驱动电路，以及与所述驱动电路连接，用于通过所述驱动电路接收所述目标吸收深度量的吸收回路；
其中，所述吸收回路的输出端与所述开关电源的电源开关器件连接。
优选地，还包括：与所述电源开关器件和所述控制器连接，用于采集所述电源开关器件的电应力信号的反馈回路。
优选地，所述吸收回路具体包括N沟道MOSFET、与所述N沟道MOSFET并联连接的第一电阻，以及与所述第一电阻串联的第一电容；
其中，所述N沟道MOSFET的栅极与所述驱动电路连接，所述N沟道MOSFET的源极与所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第一端连接，所述N沟道MOSFET的漏极与所述第一电阻的第一端连接，并作为所述吸收回路的第一输出端与所述电源开关器件的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端作为所述吸收回路的第二端与所述电源开关器件的第二端连接；
其中，所述电源开关器件为晶体管。
优选地，所述吸收回路具体包括与所述驱动电路连接的功率模块，与所述功率模块并联连接的第二电容，以及二极管；
其中，所述电源开关器件包括晶体管，所述功率模块的控制端与所述驱动电路连接，所述功率模块的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述功率模块的第二端与所述第二电容的第二端连接，所述第二电容的第二端还与所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与所述晶体管的漏极连接，所述第二电容的第一端还与所述晶体管的源极和所述功率模块连接。
优选地，所述功率模块为可调电阻器。
优选地，所述信号采集装置包括用于采集当前环境信号的温度传感器或湿度传感器。
优选地，所述信号采集装置包括用于采集所述开关电源的输入参数的第一电流传感器和/或第一电压传感器。
优选地，所述信号采集装置包括用于采集所述开关电源的输出参数的第二电流传感器和/或第二电压传感器。
优选地，所述控制器为MCU控制器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种开关电源，包括电源开关器件，还包括上述所述的用于开关电源的自适应吸收系统。
本发明所提供的用于开关电源的自适应吸收系统，包括：用于采集当前运行状态下开关电源的状态信号的信号采集装置，与采集装置连接，用于将环境参数进行转换的信号转换装置，与信号转换装置连接，用于生成与状态信号对应的目标吸收深度量的控制器，与控制器连接的驱动电路，以及与驱动电路连接，用于通过驱动电路接收目标吸收深度量的吸收回路。由此可见，本系统以开关电源的当前运行状态的状态信号作为目标吸收深度量的调节依据，因此，该目标吸收深度量不是固定的，而是与当前状态信号有关，并且是随着状态信号的改变而改变。以此，无论开关电源处于何种运行状态，对应的吸收回路的吸收深度也都是与当前状态相适应的，从而能够降低开关电源中晶体管电应力问题的风险，提高了开关电源的稳定性和可靠性。
此外，本发明所提供的开关电源包括用于开关电源的自适应吸收系统，效果如上所述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种用于开关电源的自适应吸收系统的结构图；
图2为本发明另一实施例提供的一种用于开关电源的自适应吸收系统的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种吸收回路的结构图；
图4为本发明另一实施例提供的一种吸收回路的结构图。
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，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明提供的一种用于开关电源的自适应吸收系统的结构图。如图1所示，用于开关电源的自适应吸收系统包括：用于采集当前运行状态下开关电源的状态信号的信号采集装置10，与采集装置10连接，用于将环境参数进行转换的信号转换装置11，与信号转换装置11连接，用于生成与状态信号对应的目标吸收深度量的控制器12，与控制器12连接的驱动电路13，以及与驱动电路13连接，用于通过驱动电路13接收目标吸收深度量的吸收回路14；其中，吸收回路14的输出端与开关电源的电源开关器件连接。
在具体实施中，信号采集装置10采集当前运行状态下，开关电源的各个状态信号，以这些状态信号作为目标吸收深度量的基准，可以理解的是，控制器12如何根据这些状态信号计算出目标吸收深度量可以采用现有技术中的算法，只不过本发明中这些状态信号是实际测量得到的，换句话说，本发明中的目标吸收深度量是在线计算的，因此，对应的目标吸收深度量也会随着状态信号的改变而改变。可以理解的是，信号转换装置11的对状态信号进行转换以得到控制器12能够识别的信号。例如，当信号采集装置10采集的是模拟信号，且控制器12能够识别的信号为数字信号时，信号转换装置11可以为A/D转换器。驱动电路13是将控制器12输出的目标吸收深度量发送至吸收回路14，因此吸收回路14在得到驱动信号的同时也得到了目标吸收深度量，然后根据目标吸收深度量进行能量吸收。可以理解的是，吸收回路14可以是现有技术中的吸收回路，只不过，现有技术中的吸收回路14是以一个固定的吸收深度量作为输入进行能量吸收，本发明中，吸收回路14是以一个动态变化的吸收深度量作为输入进行能量吸收。
本实施例提供的用于开关电源的自适应吸收系统，包括：用于采集当前运行状态下开关电源的状态信号的信号采集装置，与采集装置连接，用于将环境参数进行转换的信号转换装置，与信号转换装置连接，用于生成与状态信号对应的目标吸收深度量的控制器，与控制器连接的驱动电路，以及与驱动电路连接，用于通过驱动电路接收目标吸收深度量的吸收回路。由此可见，本系统以开关电源的当前运行状态的状态信号作为目标吸收深度量的调节依据，因此，该目标吸收深度量不是固定的，而是与当前状态信号有关，并且是随着状态信号的改变而改变。以此，无论开关电源处于何种运行状态，对应的吸收回路的吸收深度也都是与当前状态相适应的，从而能够降低开关电源中晶体管电应力问题的风险，提高了开关电源的稳定性和可靠性。
图2为本发明另一实施例提供的一种用于开关电源的自适应吸收系统的结构图。如图2所示，还包括：与电源开关器件和控制器12连接，用于采集电源开关器件的电应力信号的反馈回路15。
在上述实施例的基础上，本实施例增加了反馈回路15，反馈回路15是将采集到的电源开关器件的电应力信号反馈至控制器12，控制器12根据反馈回来的信号与设定的阈值相比较，如果没有达到该阈值，则增大目标吸收深度量，直到反馈回来的信号与设定的阈值相同为止。
图3为本发明实施例提供的一种吸收回路的结构图。如图3所示，作为一种优选的实施方式，吸收回路14具体包括N沟道MOSFET，符号为Q1、与N沟道MOSFET并联连接的第一电阻R1，以及与第一电阻R1串联的第一电容C1；
其中，N沟道MOSFET的栅极G与驱动电路连接，N沟道MOSFET的源极S与第一电阻R1的第二端和第一电容C1的第一端连接，N沟道MOSFET的漏极D与第一电阻R1的第一端连接，并作为吸收回路14的第一输出端与电源开关器件的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端作为吸收回路14的第二端与电源开关器件的第二端连接；其中，电源开关器件为晶体管Q2。
在具体实施中，控制器12将目标吸收深度量送到N沟道MOSFET的栅极，来控制N沟道MOSFET工作于线性状态，从而改变吸收回路14中阻值{R＝R1*RQ1/(R1+RQ1)}，实现自适应吸收回路策略。由上可知，图3对应的吸收回路虽然能够实现自适应吸收策略，但是其缺点是电路中电阻存在部分能量损耗。
需要说明的是，图3只是一种具体的应用场景，吸收回路的构成并不是只有这一种形式，还可以是其它器件组成，例如采用P沟道MOSFET，本领域技术人员能够容易想到以P沟道MOSFET构成的吸收回路的结构，因此，本发明不再赘述。
图4为本发明另一实施例提供的一种吸收回路的结构图。如图4所示，作为一种优选的实施方式，吸收回路14具体包括与驱动电路13连接的功率模块140，与功率模块140并联连接的第二电容C2，以及二极管D1。
其中，电源开关器件包括晶体管Q2，功率模块140的控制端与驱动电路13连接，功率模块140的第一端和第二电容C2的第一端连接，功率模块140的第二端与第二电容C2的第二端连接，第二电容C2的第二端还与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与晶体管Q2的漏极连接，第二电容C2的第一端还与晶体管Q2的源极和功率模块140连接。
在本实施例中，功率模块140，二极管D1以及第二电容C2连接构成一个无源吸收电路，功率模块140并联与第二电容C2两端实现一组自适应吸收回路策略。在具体实施中，控制器12将目标吸收深度量送到功率模块140的控制端，来控制功率模块140的功率大小，从而改变吸收回路14中阻值{R＝R1*R功率模块/(R1+R功率模块)}，实现自适应吸收回路策略。该吸收回路的优点是电路中不存在能量损耗，兼顾高效率节能的效果。
作为一种优选的实施方式，功率模块140为可调电阻器。
作为一种优选的实施方式，信号采集装置10包括用于采集当前环境信号的温度传感器或湿度传感器。
作为一种优选的实施方式，信号采集装置10包括用于采集开关电源的输入参数的第一电流传感器和/或第一电压传感器。
作为一种优选的实施方式，信号采集装置10包括用于采集开关电源的输出参数的第二电流传感器和/或第二电压传感器。
可以理解的是，信号采集装置10的作用是采集开关电源的状态信号，而状态信号有很多，例如温度参数，湿度参数、输入电流信号、输入电压信号，输出电流信号以及输出电压信号等，因此，信号采集装置10可以包含任意形式的采集装置，不限定上述几种。另外，采集的状态信号越多，则吸收回路14的作用越明显，即对开关电源晶体管电应力的影响越小，但是状态信号的增多，会导致控制器12的处理量增大。
作为一种优选的实施方式，控制器12为MCU控制器。
可以理解的是，控制器可以为任意形式的控制器，并不一定限定是MCU控制器。
一种开关电源，包括电源开关器件，还包括上述任一实施例提供的用于开关电源的自适应吸收系统。
由于本实施例中的用于开关电源的自适应吸收系统在上述实施例中均进行了详细的描述，因此，本实施例暂不赘述。
本实施例提供的开关电源，包括用于开关电源的自适应吸收系统，该系统包括：用于采集当前运行状态下开关电源的状态信号的信号采集装置，与采集装置连接，用于将环境参数进行转换的信号转换装置，与信号转换装置连接，用于生成与状态信号对应的目标吸收深度量的控制器，与控制器连接的驱动电路，以及与驱动电路连接，用于通过驱动电路接收目标吸收深度量的吸收回路。由此可见，本系统以开关电源的当前运行状态的状态信号作为目标吸收深度量的调节依据，因此，该目标吸收深度量不是固定的，而是与当前状态信号有关，并且是随着状态信号的改变而改变。以此，无论开关电源处于何种运行状态，对应的吸收回路的吸收深度也都是与当前状态相适应的，从而能够降低开关电源中晶体管电应力问题的风险，提高了开关电源的稳定性和可靠性。
以上对本发明所提供的用于开关电源的自适应吸收系统及开关电源进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (9)

1.一种用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，包括：用于采集当前运行状态下所述开关电源的状态信号的信号采集装置，与所述采集装置连接，用于将所述状态信号进行转换的信号转换装置，与所述信号转换装置连接，用于生成与所述状态信号对应的目标吸收深度量的控制器，与所述控制器连接的驱动电路，以及与所述驱动电路连接，用于通过所述驱动电路接收所述目标吸收深度量的吸收回路；
其中，所述吸收回路的输出端与所述开关电源的电源开关器件连接；
还包括：与所述电源开关器件和所述控制器连接，用于采集所述电源开关器件的电应力信号的反馈回路；
其中，所述反馈回路是将采集到的所述电源开关器件的所述电应力信号反馈至所述控制器，所述控制器根据反馈回来的信号与设定的阈值相比较，如果没有达到该阈值，则增大目标吸收深度量，直到反馈回来的信号与设定的阈值相同为止。
2.根据权利要求1所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述吸收回路具体包括N沟道MOSFET、与所述N沟道MOSFET并联连接的第一电阻，以及与所述第一电阻串联的第一电容；
其中，所述N沟道MOSFET的栅极与所述驱动电路连接，所述N沟道MOSFET的源极与所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第一端连接，所述N沟道MOSFET的漏极与所述第一电阻的第一端连接，并作为所述吸收回路的第一输出端与所述电源开关器件的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端作为所述吸收回路的第二端与所述电源开关器件的第二端连接；
其中，所述电源开关器件为晶体管。
3.根据权利要求1所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述吸收回路具体包括与所述驱动电路连接的功率模块，与所述功率模块并联连接的第二电容，以及二极管；
其中，所述电源开关器件包括晶体管，所述功率模块的控制端与所述驱动电路连接，所述功率模块的第一端和所述第二电容的第一端连接，所述功率模块的第二端与所述第二电容的第二端连接，所述第二电容的第二端还与所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与所述晶体管的漏极连接，所述第二电容的第一端还与所述晶体管的源极和所述功率模块连接。
4.根据权利要求3所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述功率模块为可调电阻器。
5.根据权利要求1所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述信号采集装置包括用于采集当前环境信号的温度传感器或湿度传感器。
6.根据权利要求1所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述信号采集装置包括用于采集所述开关电源的输入参数的第一电流传感器和/或第一电压传感器。
7.根据权利要求1所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述信号采集装置包括用于采集所述开关电源的输出参数的第二电流传感器和/或第二电压传感器。
8.根据权利要求1所述的用于开关电源的自适应吸收系统，其特征在于，所述控制器为MCU控制器。
9.一种开关电源，包括电源开关器件，其特征在于，还包括权利要求1-8任意一项所述的用于开关电源的自适应吸收系统。
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