CN109802574A - 一种级联式高电压输入电源模块控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子技术领域，特别涉及一种级联式高电压输入电源模块的控制方法及装置，包括，对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号；将采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果；将比较结果转换为数字信号传送给反馈环路；获取反馈环路的输出信号，将反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号；开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动，通过脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态；通过这种控制方式有利于高电压宽输入范围条件下后级谐振变换器谐振参数的优化，并能够减小磁芯体积，提高电源模块效率，在对于电磁兼容要求较高的场合有利于输出滤波器的设计，减少电磁干扰，实现输出电压的稳态控制。

Description

一种级联式高电压输入电源模块控制方法及装置

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别涉及一种级联式高电压输入电源模块控制方法及装置。

背景技术

随着固态有源相控阵雷达的快速发展和广泛应用，对固态相控阵雷达系统的阵上电源模块提出了越来越高的要求，电源模块的可靠性和纹波等性能指标影响雷达系统的整机性能，对高电压输入低压大电流输出的阵面电源性能提出了更大的挑战，并且要满足小体积和高功率密度的要求。传统模块电源一般采用单级电路结构，但是，在高电压降比宽电压输入的电源模块应用场合，其占空比或者频率变化范围较大，容易导致电源工作状态不稳定，同时增加了变压器的设计难度。采用两级拓扑，有利于提高效率和功率密度。对于两级变换器分别进行闭环控制的方式，需要较多的控制器资源，同时后级谐振变换器的变频工作方式，在对于电源电磁兼容要求较高的雷达阵面场合，使得滤波器的设计难度增大。

发明内容

为了至少解决上述技术问题，本发明提供了一种级联式高电压输入电源模块控制方法及装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种级联式高电压输入电源模块控制方法，包括：

对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号；

将所述采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果；

将所述比较结果转换为数字信号传送给反馈环路；

获取所述反馈环路的输出信号，将所述反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号；

开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动，通过所述脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态。

进一步地，所述将所述采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果，包括：

将所述采样信号传入预设的数字控制器，通过所述预设的数字控制器对所述采样信号和所述基准信号进行比较，得到所述采样信号和所述基准信号之间的差值，作为比较结果。

进一步地，所述将所述比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，包括：

将所述比较结果传入模数转换器，采用所述模数转换器将所述比较结果转换为数字信号，并传送给反馈环路。

进一步地，所述将所述反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，包括：

对所述反馈环路的输出信号进行限幅处理，对限幅处理得到的信号采用预设方法进行处理，得到0、1的信号，然后再将所述0、1的信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号。

可选地，所述方法还包括：

实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度达到预设限制值的情况下，锁存故障并关断脉宽调制信号。

根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供一种级联式高电压输入电源模块的装置，包括：

采样模块，用于对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号，并将所述采样信号传送给控制模块；

所述控制模块，用于接收所述采样信号，将所述采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果，并将所述比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，将所述反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，开启前级降压式变换电路和所述后级谐振变换电路的驱动，通过所述脉宽调制信号控制所述前级降压式变换电路的开关状态。

可选地，所述控制模块包括数字控制单元，用于接收所述采样信号，将所述采样信号传入预设的数字控制器，通过所述预设的数字控制器对所述采样信号和所述基准信号进行比较，得到所述采样信号和所述基准信号之间的差值，作为比较结果。

可选地，所述控制模块包括模数转换单元，用于将所述比较结果传入模数转换器，采用所述模数转换器将所述比较结果转换为数字信号，并传送给反馈环路。

可选地，所述控制模块包括所述脉宽调制单元，具体用于对所述反馈环路的输出信号进行限幅处理，对限幅处理得到的信号采用预设方法进行处理，得到0、1的信号，然后再将所述0、1的信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号。

进一步地，所述装置还包括：保护模块，用于实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度达到预设限制值的情况下，锁存故障并关断脉宽调制信号。

本发明的有益效果：

本专利公开了一种级联式高电压输入电源模块的控制方法及装置，通过操控单元和采样单元实现输出电压的稳态控制，另外，本发明对于后级谐振变换电路采用恒频的工作方式，有利于谐振参数的选取，提高电源效率，易于实现小型化，通过对于前级降压式变换电路占空比控制，可以实现后级变换电路的稳压输出，有利于提高变换器效率和整体性能。进一步地，本发明通过设置保护模块，以实现过压过流和过温保护并实现故障锁存功能。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1为本发明提供的一种级联式高电压输入电源模块控制方法流程图；

图2为本发明提供的一种级联式高电压输入电源模块的装置结构框图；

图3为本发明提供的控制模块的结构示意图；

图4为本发明提供的基于全波整流的一种级联式高电压输入电源模块的控制系统框图；

图5为本发明提供的基于全桥整流的一种级联式高电压输入电源模块的控制系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一种级联式高电压输入电源模块控制方法，如图1所示，包括：

步骤201：对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号，执行步骤202；

在本发明实施例中，后级谐振变换电路采用恒频的工作方式。

步骤202：将采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果，执行步骤203；

在本发明实施例中，将采样信号传入预设的数字控制器，通过预设的数字控制器对采样信号和基准信号进行比较，得到采样信号和基准信号之间的差值，作为比较结果。

步骤203：将比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，执行步骤204；

在本发明实施例中，将比较结果传入模数转换器，采用模数转换器将比较结果转换为数字信号，并传送给反馈环路。其中，模数转换器可以为ADC模块。

步骤204：获取反馈环路的输出信号，将反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，执行步骤205；

在本发明实施例中，对反馈环路的输出信号进行限幅处理，对限幅处理得到的信号采用预设方法进行处理，得到0、1的信号，然后再将0、1的信号转换成具有固定占空比的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号。

进一步地，对反馈环路的输出信号进行限幅处理后，再与计数器周期值做除法运算，使得限幅处理得到的信号转换为0、1信号，再将转换得到的0、1信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号。

步骤205：开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动，通过脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态。

本发明实施例中，通过脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态，以实现对电源模块输出电压的稳压控制，该控制方法对于控制器资源需求较少，并且适用于对电磁兼容要求严格的场合，有利于实现谐振参数的优化，同时减小磁芯体积、提高效率。

可选的，本发明实施例中，还包括：实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度达到预设限制值的情况下，锁存故障并关断脉宽调制信号。

本发明实施例中，通过采样电路对后级谐振变换器的输出电压进行采样，将信号送入数字控制器，在数字控制器内，将采样信号和一个基准信号进行比较，将结果进行ADC转换并送入反馈环路，将输出的信号转换成一定占空比的PWM信号用于控制前级降压式变换电路的开关状态，可以实现电源模块的稳压输出，后级隔离电源变换电路采用恒频恒占空比控制方式，这种控制方式有利于高电压宽输入范围条件下后级谐振变换器谐振参数的优化，并能够减小磁芯体积，提高电源模块效率，在对于电磁兼容要求较高的场合有利于输出滤波器的设计，减少电磁干扰。

本发明应用于两级电路结构，适合高输入电压高功率密度的阵面电源场合，可以实现电压等级变换和电气隔离功能，通过操控单元和采样单元实现输出电压的稳态控制，并通过保护单元实现过压过流和过温保护并实现故障锁存功能。

另一方面，本发明实施例提供一种级联式高电压输入电源模块的装置，如图2所示，包括：

采样模块401，用于对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号，并将采样信号传送给数字控制模块402；

在本发明实施例中，后级谐振变换电路采用恒频的工作方式。

控制模块402，用于接收采样信号，将采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果，并将比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，将反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动，通过脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态；

在本发明实施例中，控制模块402具体如图3所示，包括：

数字控制单元4021，具体用于将采样信号传入预设的数字控制器，通过预设的数字控制器对采样信号和基准信号进行比较，得到采样信号和基准信号之间的差值，作为比较结果，触发模数转换单元4022。

模数转换单元4022，用于将比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，触发脉宽调制单元4023；

本发明实施例中，模数转换单元4022，具体用于将比较结果传入模数转换器，采用模数转换器将比较结果转换为数字信号，并传送给反馈环路，然后触发脉宽调制单元4023。其中，模数转换器可以为ADC模块。

具体而言，反馈环路，用于对数字信号进行处理，并将处理后的信号反馈给脉冲调制单元4023；

脉宽调制单元4023，用于获取反馈环路的输出信号，将反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，触发操控单元4024；

在本发明实施例中，脉宽调制单元4023，用于对反馈环路的输出信号进行限幅处理，对限幅处理得到的信号采用预设方法进行处理，得到0、1的信号，然后再将0、1的信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号，触发操控单元4024。

进一步地，脉宽调制单元4023，具体用于对反馈环路的输出信号进行限幅处理，对反馈环路的输出信号进行限幅处理后，再与计数器周期值做除法运算，使得限幅处理得到的信号转换为0、1信号，再将转换得到的0、1信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号，触发操控单元4024。

操控单元4024，用于开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动，通过脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态。

在本发明实施例中，采用脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态，以实现对电源模块输出电压的稳压控制，本装置对于控制器资源需求较少，并且适用于对电磁兼容要求严格的场合，有利于实现谐振参数的优化，同时减小磁芯体积、提高效率。

进一步地，本发明实施例的装置还包括，保护模块，用于实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度达到预设限制值的情况下，锁存故障并关断脉宽调制信号。

本发明还提供一种级联式高电压输入电源模块的装置，包括：

采样模块、控制模块和保护模块。

其中，采样模块用于采样输出电压、输出电流和输入电流，并通过温度传感器采样温度信号，将上述信号转换为0～3.3V的低压信号送入数字控制芯片的相应管脚。

控制模块用于将电压采样信号和基准信号进行比较，在进行ADC转换之后送入反馈环路，将反馈环路的输出经过调制器变为PWM信号，开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动。

保护模块用于实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度超限后锁存故障并关断PWM输出信号。

本发明实施例提供的一种级联式高电压输入电源模块的控制方法和装置，对于后级谐振变换器采用恒频工作方式，有利于谐振参数的选取，提高电源效率，易于实现小型化，通过对于前级降压式变换电路占空比控制，可以实现后级变换电路的稳压输出，有利于提高变换器效率和整体性能，可以在对电磁兼容要求严格的场合，实现高精度的闭环控制，该控制方法对于控制器资源需求较少，同时有利于优化谐振参数减小磁芯体积，提高电源模块功率密度和变换效率。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种级联式高电压输入电源模块控制方法，其特征在于，包括：

对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号；

将所述采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果；

将所述比较结果转换为数字信号传送给反馈环路；

获取所述反馈环路的输出信号，将所述反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号；

开启前级降压式变换电路和后级谐振变换电路的驱动，通过所述脉宽调制信号控制前级降压式变换电路的开关状态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果，包括：

将所述采样信号传入预设的数字控制器，通过所述预设的数字控制器对所述采样信号和所述基准信号进行比较，得到所述采样信号和所述基准信号之间的差值，作为比较结果。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，包括：

将所述比较结果传入模数转换器，采用所述模数转换器将所述比较结果转换为数字信号，并传送给反馈环路。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，包括：

对所述反馈环路的输出信号进行限幅处理，对限幅处理得到的信号采用预设方法进行处理，得到0、1的信号，然后再将所述0、1的信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度达到预设限制值的情况下，锁存故障并关断脉宽调制信号。

6.一种级联式高电压输入电源模块的装置，其特征在于，包括：

采样模块，用于对后级谐振变换电路的输出电压采样，得到采样信号，并将所述采样信号传送给控制模块；

所述控制模块，用于接收所述采样信号，将所述采样信号和基准信号进行比较，得到比较结果，并将所述比较结果转换为数字信号传送给反馈环路，将所述反馈环路的输出信号转换成脉宽调制信号，开启前级降压式变换电路和所述后级谐振变换电路的驱动，通过所述脉宽调制信号控制所述前级降压式变换电路的开关状态。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述控制模块包括数字控制单元，用于接收所述采样信号，将所述采样信号传入预设的数字控制器，通过所述预设的数字控制器对所述采样信号和所述基准信号进行比较，得到所述采样信号和所述基准信号之间的差值，作为比较结果。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述控制模块包括模数转换单元，用于将所述比较结果传入模数转换器，采用所述模数转换器将所述比较结果转换为数字信号，并传送给反馈环路。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述控制模块包括所述脉宽调制单元，具体用于对所述反馈环路的输出信号进行限幅处理，对限幅处理得到的信号采用预设方法进行处理，得到0、1的信号，然后再将所述0、1的信号转换成具有固定占空比的脉宽调制信号。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括：保护模块，用于实时监测输出电压、输出电流、输入电流和温度信号，在电压电流和温度达到预设限制值的情况下，锁存故障并关断脉宽调制信号。