CN109450250B - 一种周期性自检的开关电源及其控制方法 - Google Patents

一种周期性自检的开关电源及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种周期性自检的开关电源及其控制方法，其开关电源可以连接温湿度控制器，包括输入端滤波电路、开关电路、输出端滤波电路、第一电流采样电路、以及PWM控制电路；所述输入端滤波电路接入输入电压，所述输出端滤波电路送出输出电压；还包括输出阻抗等效电阻、第二电流采样电路、单片机、第一开关、第二开关、串联等效电阻、第三开关、并联等效电阻、以及报警电路。

Description

一种周期性自检的开关电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及开关电源及其控制方法，特别涉及一种周期性自检的开关电源及其控制方法。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
当开关电源中的元器件老化，容易影响其输出阻抗，尤其当使用环境中出现温湿度变化时，对其输出阻抗影响更加明显。严重时甚至因为输出电流的影响而后级用电器件的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种周期性自检的开关电源及其控制方法，通过周期性模拟环境温湿度变化，以检测其实际输出阻抗，并且根据检测的结果做出相应的调整。
本发明的一技术方案是，一种周期性自检的开关电源，可以连接温湿度控制器，包括输入端滤波电路、开关电路、输出端滤波电路、第一电流采样电路、以及PWM控制电路。所述输入端滤波电路接入输入电压，所述输出端滤波电路送出输出电压。还包括输出阻抗等效电阻、第二电流采样电路、单片机、第一开关、第二开关、串联等效电阻、第三开关、并联等效电阻、以及报警电路。所述输出阻抗等效电阻接入所述输入电压并且送出所述输出电压。所述第二电流采样电路对所述输出阻抗等效电阻进行电流采样。所述单片机对所述第一电流采样电路采样的第一电流和所述第二电流采样电路采样的第二电流进行比较。所述单片机在所述第一电流大于所述第二电流并且差值不超过第一参考值时，控制所述串联等效电阻串入所述输入端滤波电路、所述开关电路、以及所述输出端滤波电路所在的电流路径上。所述单片机在所述第一电流小于所述第二电流并且差值不超过第二参考值时，控制所述并联等效电阻并入所述电流路径上。所述单片机在所述第一电流大于所述第二电流并且差值超过第一参考值或者所述第一电流小于所述第二电流并且差值超过第二参考值时，控制所述报警电路进行报警。所述第一开关为常闭开关，所述第一开关位于和所述电流路径串联的第一电流选择路径上。所述第二开关为常开开关，所述第二开关和所述串联等效电阻位于和所述电流路径串联的第二电流选择路径上。所述第一开关和所述第二开关同受所述单片机输出的第一控制信号控制。所述第三开关和所述并联等效电阻位于和所述电流路径并联的第三电流选择路径上。所述第三开关受所述单片机输出的第二控制信号控制。所述单片机连接所述温湿度控制器以周期性地启、闭所述温湿度控制器。
作为一种实施方式，所述第一电流采样电路包括第一采样电阻、第一输入端口一、第一输入端口二、以及第一输出端口。所述第一输入端口一和所述第一输入端口二分别形成于所述第一采样电阻的两端。流经所述第一采样电阻的所述第一电流从所述第一输入端口一流向所述第一输入端口二。所述第一输出端口输出相关于所述第一电流的第一采样值电压。
作为一种实施方式，所述第一电流采样电路还包括第一运算放大器。所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别连接所述第一输入端口一和所述第一输入端口二，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一输出端口。
作为一种实施方式，所述第二电流采样电路包括第二采样电阻、第二输入端口一、第二输入端口二、以及第二输出端口。所述第二输入端口一和所述第二输入端口二分别形成于所述第二采样电阻的两端。流经所述第二采样电阻的所述第二电流从所述第二输入端口一流向所述第二输入端口二。所述第二输出端口输出相关于所述第二电流的第二采样值电压。
作为一种实施方式，所述第二电流采样电路还包括第二运算放大器。所述第二运算放大器的同相输入端和反相输入端分别连接所述第二输入端口一和所述第二输入端口二，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二输出端口。
作为一种实施方式，所述报警电路包括闪烁灯。所述闪烁灯受所述单片机控制进行闪烁报警。
本发明的另一技术方案是，一种控制方法，用于周期性自检的开关电源中对其实际输出阻抗进行调整，所述开关电源包括输入端滤波电路、开关电路、输出端滤波电路、第一电流采样电路、PWM控制电路、输出阻抗等效电阻、第二电流采样电路、单片机、第一开关、第二开关、串联等效电阻、第三开关、并联等效电阻、以及报警电路。其中，所述单片机连接温湿度控制器。所述控制方法包括步骤S100：周期性地改变工作环境的温度、湿度。步骤S200：对流经所述开关电源的第一电流进行电流采样。在输出阻抗等效电阻的两端加载所述开关电源的输入电压和输出电压，对流经所述输出阻抗等效电阻的第二电流进行电流采样。所述输出阻抗等效电阻和所述开关电源的输出阻抗初始电阻相等。步骤S300：对所述第一电流和所述第二电流进行比较，根据所述第一电流和所述第二电流的比较结果，在可调范围内增大或者减小实际输出阻抗，不在可调范围内进行报警。
作为一种实施方式，在所述第一电流大于所述第二电流并且差值不超过第一参考值时，控制所述串联等效电阻串入所述输入端滤波电路、所述开关电路、以及所述输出端滤波电路所在的电流路径上。在所述第一电流小于所述第二电流并且差值不超过第二参考值时，控制所述并联等效电阻并入所述电流路径上。在所述第一电流大于所述第二电流并且差值超过第一参考值或者所述第一电流小于所述第二电流并且差值超过第二参考值时，控制所述报警电路进行报警。
本发明相比于现有技术的有益效果是，通过周期性模拟环境温湿度变化，以检测其实际输出阻抗。并且设置以输出阻抗等效电阻为参照，对实际输出阻抗做出相应的调整，甚至进行报警。
附图说明
图1为本发明一实施方式提供的周期性自检的开关电源的框图；
图2为本发明一实施方式提供的第一电流采样电路的原理图；
图3为本发明一实施方式提供的第二电流采样电路的原理图；
图4为本发明一实施方式提供的控制方法的流程图。
图中：101、输入端滤波电路；102、开关电路；103、输出端滤波电路；104、第一电流采样电路；105、PWM控制电路；106、输出阻抗等效电阻；107、第二电流采样电路；108、单片机；S1、第一开关；S2、第二开关；109、串联等效电阻；S3、第三开关；110、并联等效电阻；111、报警电路；200、温湿度控制器。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的实施方式和优点进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的部分实施方式，而不是全部实施方式。
图1示出了本发明一实施方式提供的周期性自检的开关电源的框图。在本实施方式中，开关电源可以连接温湿度控制器200。并且其包括传统的一部分和改进的一部分。
传统的一部分如下：输入端滤波电路101、开关电路102、输出端滤波电路103、第一电流采样电路104、以及PWM控制电路105。图中以虚线框圈定这一部分。输入电压Vin从输入端滤波电路101接入，经过开关电路102、输出端滤波电路103后转化成输出电压Vout从输出端滤波电路103送出。其中，为了保证输出电压Vout稳定，由第一电流采样电路104对流经输入端滤波电路101、开关电路102、输出端滤波电路103的第一电流进行电流采样，再由PWM控制电路105根据采样的第一电流控制开关电路102。
改进的一部分如下：输出阻抗等效电阻106、第二电流采样电路107、单片机108、第一开关S1、第二开关S2、串联等效电阻109、第三开关S3、并联等效电阻110、以及报警电路111。输出阻抗等效电阻106是开关电源的输出阻抗初始电阻。即开关电源在未投用时其输出阻抗的电阻。但是随着开关电源投用，其实际输出阻抗也产生变化。尤其当使用环境中出现温湿度变化时，对其输出阻抗影响更加明显。严重时甚至因为输出电流的影响而后级用电器件的使用寿命。所以在本实施方式中，设置使用频率远低于开关电源作为开关电源实际输出阻抗的对照。相应的，和开关电源一样，输出阻抗等效电阻106接入输入电压Vin并且送出输出电压Vout。并且由第一电流采样电路104对流经输出阻抗等效电阻106的第二电流进行电流采样。
此外，在本实施方式中，单片机108对第一电流采样电路104采样的第一电流和第二电流采样电路107采样的第二电流进行比较。并且根据第一电流和第二电流的比较结果，对开关电源作如下调整。
单片机108在第一电流大于第二电流并且差值不超过第一参考值时，控制串联等效电阻109串入输入端滤波电路101、开关电路102、以及输出端滤波电路103所在的电流路径上。单片机108在第一电流小于第二电流并且差值不超过第二参考值时，控制并联等效电阻110并入电流路径上。当第一电流大于第二电流，意味着开关电源实际输出阻抗的变小。通过将串联等效电阻109串入该电流路径，可以使开关电源实际输出阻抗的增大。当第一电流小于第二电流，意味着开关电源实际输出阻抗的变大。通过将并联等效电阻110并入该电流路径，可以使开关电源实际输出阻抗的减小。以上，设定第一参考值和第二参考值作为可调范围。并且，在可调范围内对开关电源实际输出阻抗进行调整。如果不在可调范围内，即单片机108在第一电流大于第二电流并且差值超过第一参考值或者第一电流小于第二电流并且差值超过第二参考值时，控制报警电路111进行报警。
关于串联等效电阻109和并联等效电阻110的控制电路部分。一方面是，第一开关S1和第二开关S2控制串联等效电阻109。第一开关S1为常闭开关，第一开关S1位于和电流路径串联的第一电流选择路径上。第二开关S2为常开开关，第二开关S2和串联等效电阻109位于和电流路径串联的第二电流选择路径上。如果单片机108不输出第一控制信号V1，第一开关S1闭合，第二开关S2断开，串联等效电阻109不接入电流路径。如果单片机108输出第一控制信号V1，第一开关S1从原来的闭合状态变为后来的断开状态，同时第二开关S2从原来的断开状态变为后来的闭合状态，串联等效电阻109串入电流路径。另一方面是，第三开关S3控制并联等效电阻110。第三开关S3为常开开关，第三开关S3和并联等效电阻110位于和电流路径并联的第三电流选择路径上。如果单片机108不输出第二控制信号V2，第三开关S3断开，并联等效电阻110不接入电流路径。如果单片机108输出第二控制信号V2，第三开关S3从原来的断开状态变为后来的闭合状态，并联等效电阻110并入电流路径。
此外，在本实施方式中，单片机108连接温湿度控制器200以周期性地启、闭温湿度控制器200。因此，通过温湿度控制器200模拟使用环境中出现的温湿度变化。如果开关电源实际输出阻抗产生变化，那么在使用环境中出现温湿度变化时更加显出。因此，在本实施方式中，开关电源可以及时校正实际输出阻抗产生的变化，甚至进行报警。
图2示出了本发明一实施方式提供的第一电流采样电路104的原理图。在一种实施方式中，第一电流采样电路104包括第一采样电阻（电阻R2）、第一输入端口一I1in、第一输入端口二I1out、以及第一输出端口I1。第一输入端口一I1in和第一输入端口二I1out分别形成于第一采样电阻的两端。流经第一采样电阻的第一电流从第一输入端口一I1in流向第一输入端口二I1out。第一输出端口I1输出相关于第一电流的第一采样值电压。在一种实施方式中，第一电流采样电路104还包括第一运算放大器U1。第一运算放大器U1的同相输入端和反相输入端分别连接第一输入端口一I1in和第一输入端口二I1out，第一运算放大器U1的输出端连接第一输出端口I1。
图3示出了本发明一实施方式提供的第二电流采样电路107的原理图。在一种实施方式中，第二电流采样电路107包括第二采样电阻（电阻R8）、第二输入端口一I2in、第二输入端口二I2out、以及第二输出端口I2。第二输入端口一I2in和第二输入端口二I2out分别形成于第二采样电阻的两端。流经第二采样电阻的第二电流从第二输入端口一I2in流向第二输入端口二I2out。第二输出端口I2输出相关于第二电流的第二采样值电压。在一种实施方式中，第二电流采样电路107还包括第二运算放大器U2。第二运算放大器U2的同相输入端和反相输入端分别连接第二输入端口一I2in和第二输入端口二I2out，第二运算放大器U2的输出端连接第二输出端口I2。
图4示出了本发明另一实施方式提供的控制方法，用于周期性自检的开关电源中对其实际输出阻抗进行调整。在本实施方式中，开关电源可以连接温湿度控制器200。并且其包括输入端滤波电路101、开关电路102、输出端滤波电路103、第一电流采样电路104、PWM控制电路105、输出阻抗等效电阻106、第二电流采样电路107、单片机108、第一开关S1、第二开关S2、串联等效电阻109、第三开关S3、并联等效电阻110、以及报警电路111。其中，单片机108连接温湿度控制器200。在本实施方式中，该控制方法包括步骤S100、步骤S200、以及步骤S300。
在步骤S100中，周期性地改变工作环境的温度、湿度。通过温湿度控制器200模拟使用环境中出现的温湿度变化。如果开关电源实际输出阻抗产生变化，那么在使用环境中出现温湿度变化时更加显出。
在步骤S200中，对流经开关电源的第一电流进行电流采样。在输出阻抗等效电阻106的两端加载开关电源的输入电压和输出电压，对流经输出阻抗等效电阻106的第二电流进行电流采样。输出阻抗等效电阻106和开关电源的输出阻抗初始电阻相等。输出阻抗等效电阻106是开关电源的输出阻抗初始电阻。即开关电源在未投用时其输出阻抗的电阻。但是随着开关电源投用，其实际输出阻抗也产生变化。尤其当使用环境中出现温湿度变化时，对其输出阻抗影响更加明显。严重时甚至因为输出电流的影响而后级用电器件的使用寿命。所以在本实施方式中，设置使用频率远低于开关电源作为开关电源实际输出阻抗的对照。相应的，和开关电源一样，输出阻抗等效电阻106接入输入电压Vin并且送出输出电压Vout。并且由第一电流采样电路104对流经输出阻抗等效电阻106的第二电流进行电流采样。
在步骤S300中，对第一电流和第二电流进行比较，根据第一电流和第二电流的比较结果，在可调范围内增大或者减小实际输出阻抗，不在可调范围内进行报警。单片机108在第一电流大于第二电流并且差值不超过第一参考值时，控制串联等效电阻109串入输入端滤波电路101、开关电路102、以及输出端滤波电路103所在的电流路径上。单片机108在第一电流小于第二电流并且差值不超过第二参考值时，控制并联等效电阻110并入电流路径上。当第一电流大于第二电流，意味着开关电源实际输出阻抗的变小。通过将串联等效电阻109串入该电流路径，可以使开关电源实际输出阻抗的增大。当第一电流小于第二电流，意味着开关电源实际输出阻抗的变大。通过将并联等效电阻110并入该电流路径，可以使开关电源实际输出阻抗的减小。以上，设定第一参考值和第二参考值作为可调范围。并且，在可调范围内对开关电源实际输出阻抗进行调整。如果不在可调范围内，即单片机108在第一电流大于第二电流并且差值超过第一参考值或者第一电流小于第二电流并且差值超过第二参考值时，控制报警电路111进行报警。
以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案、以及有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种周期性自检的开关电源，连接温湿度控制器(200)，其特征在于，包括输入端滤波电路(101)、开关电路(102)、输出端滤波电路(103)、第一电流采样电路(104)、以及PWM控制电路(105)；所述输入端滤波电路(101)接入输入电压，所述输出端滤波电路(103)送出输出电压，所述第一电流采样电路(104)对所述输出端滤波电路(103)进行电流采样；
还包括输出阻抗等效电阻(106)、第二电流采样电路(107)、单片机(108)、第一开关(S1)、第二开关(S2)、串联等效电阻(109)、第三开关(S3)、并联等效电阻(110)、以及报警电路(111)；
所述输出阻抗等效电阻(106)接入所述输入电压并且送出所述输出电压；
所述第二电流采样电路(107)对所述输出阻抗等效电阻(106)进行电流采样；
所述单片机(108)对所述第一电流采样电路(104)采样的第一电流和所述第二电流采样电路(107)采样的第二电流进行比较；所述单片机(108)在所述第一电流大于所述第二电流并且差值不超过第一参考值时，控制所述串联等效电阻(109)串入所述输入端滤波电路(101)、所述开关电路(102)、以及所述输出端滤波电路(103)所在的电流路径上；所述单片机(108)在所述第一电流小于所述第二电流并且差值不超过第二参考值时，控制所述并联等效电阻(110)并入所述电流路径上；所述单片机(108)在所述第一电流大于所述第二电流并且差值超过第一参考值或者所述第一电流小于所述第二电流并且差值超过第二参考值时，控制所述报警电路(111)进行报警；
所述第一开关(S1)为常闭开关，所述第一开关(S1)位于和所述电流路径串联的第一电流选择路径上；所述第二开关(S2)为常开开关，所述第二开关(S2)和所述串联等效电阻(109)位于和所述电流路径串联的第二电流选择路径上；所述第一开关(S1)和所述第二开关(S2)同受所述单片机(108)输出的第一控制信号控制；所述第三开关(S3)和所述并联等效电阻(110)位于和所述电流路径并联的第三电流选择路径上；所述第三开关(S3)受所述单片机(108)输出的第二控制信号控制；
所述单片机(108)连接所述温湿度控制器(200)以周期性地启、闭所述温湿度控制器(200)。
2.根据权利要求1所述的周期性自检的开关电源，其特征在于，所述第一电流采样电路(104)包括第一采样电阻、第一输入端口一、第一输入端口二、以及第一输出端口；
所述第一输入端口一和所述第一输入端口二分别形成于所述第一采样电阻的两端；流经所述第一采样电阻的所述第一电流从所述第一输入端口一流向所述第一输入端口二；所述第一输出端口输出相关于所述第一电流的第一采样值电压。
3.根据权利要求2所述的周期性自检的开关电源，其特征在于，所述第一电流采样电路(104)还包括第一运算放大器；
所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别连接所述第一输入端口一和所述第一输入端口二，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一输出端口。
4.根据权利要求1所述的周期性自检的开关电源，其特征在于，所述第二电流采样电路(107)包括第二采样电阻、第二输入端口一、第二输入端口二、以及第二输出端口；
所述第二输入端口一和所述第二输入端口二分别形成于所述第二采样电阻的两端；流经所述第二采样电阻的所述第二电流从所述第二输入端口一流向所述第二输入端口二；所述第二输出端口输出相关于所述第二电流的第二采样值电压。
5.根据权利要求4所述的周期性自检的开关电源，其特征在于，所述第二电流采样电路(107)还包括第二运算放大器；
所述第二运算放大器的同相输入端和反相输入端分别连接所述第二输入端口一和所述第二输入端口二，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二输出端口。
6.根据权利要求1所述的周期性自检的开关电源，其特征在于，所述报警电路(111)包括闪烁灯；所述闪烁灯受所述单片机(108)控制进行闪烁报警。
7.一种控制方法，用于如权利要求1-6任一项所述的周期性自检的开关电源中对其实际输出阻抗进行调整，其特征在于，所述开关电源包括输入端滤波电路(101)、开关电路(102)、输出端滤波电路(103)、第一电流采样电路(104)、PWM控制电路(105)、输出阻抗等效电阻(106)、第二电流采样电路(107)、单片机(108)、第一开关(S1)、第二开关(S2)、串联等效电阻(109)、第三开关(S3)、并联等效电阻(110)、以及报警电路(111)；其中，所述单片机(108)连接温湿度控制器(200)；
所述控制方法包括
步骤S100：周期性地改变工作环境的温度、湿度；
步骤S200：对流经所述开关电源的第一电流进行电流采样；在输出阻抗等效电阻(106)的两端加载所述开关电源的输入电压和输出电压，对流经所述输出阻抗等效电阻(106)的第二电流进行电流采样；所述输出阻抗等效电阻(106)和所述开关电源的输出阻抗初始电阻相等；
步骤S300：对所述第一电流和所述第二电流进行比较，根据所述第一电流和所述第二电流的比较结果，在可调范围内增大或者减小实际输出阻抗，不在可调范围内进行报警。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在步骤S300中，在所述第一电流大于所述第二电流并且差值不超过第一参考值时，控制所述串联等效电阻(109)串入所述输入端滤波电路(101)、所述开关电路(102)、以及所述输出端滤波电路(103)所在的电流路径上；在所述第一电流小于所述第二电流并且差值不超过第二参考值时，控制所述并联等效电阻(110)并入所述电流路径上；在所述第一电流大于所述第二电流并且差值超过第一参考值或者所述第一电流小于所述第二电流并且差值超过第二参考值时，控制所述报警电路(111)进行报警。
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