CN110277898B - 一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源 - Google Patents

一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了提供一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源，其中，电源驱动信号生成方法包括：根据电源的输出电压与目标电压获取调制器的源驱动信号；根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号；根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。本发明至少解决现有技术中存在的功率模块发热和老化不均衡问题。

Description

一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源
技术领域
本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源。
背景技术
电脑与服务器的大量使用，使得社会对供电效率的要求越来越高。由于电脑与服务器工作与使用特性，要求开关电源具有高的轻载效率。在现今技术中，提高多相并联电源轻载效率主要为输出多路功率级并联，轻载时关掉部分功率级。该方式主要应用于较大功率输出，输出有两个或者两个功率模块以上并联。但也存在功率模块发热和老化不均衡的问题。
针对现有技术中存在的功率模块发热和老化不均衡问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
经过研究发现现有的功率模块当采样到负载较小时关掉其中某一路或者几路，同时保持继续工作的几路等效工作于半载或者重载等效率较高载。但造成功率模块之间的发热与老化出现明显差异，使得整机实际寿命降低。
本发明提供了提供一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源以至少解决现有技术中存在的功率模块发热和老化不均衡问题。
本发明一方面提供了一种电源驱动信号生成方法，包括：根据电源的输出电压与目标电压获取调制器的源驱动信号；根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号；根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。
进一步地，根据电源的输出电压与目标电压得到调制器的源驱动信号包括：根据该输出电压与目标电压的差值获取脉宽不同的源驱动信号，或，根据该输出电压与目标电压的差值获取频率不同的源驱动信号。
进一步地，根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号，包括：根据电源的该输出电流和该输出电压获取负载功率值；根据预先设定的功率阈值设置一个以上功率区间；根据该负载功率值所在该功率区间获取指定调制信号。
进一步地，该方法还包括，根据该调制驱动信号控制多个电源功率模块之间交替输出功率。
本发明一方面提供了一种电源驱动信号生成方法，包括：根据电源的输出电流与目标电流控制调制器的源驱动信号；根据电源的输出电压与该输出电流获取调制信号；根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。
本发明一方面提供了一种电源控制电路，包括电流采样模块，输出滤波模块，电压采样模块，调制器，该电流采样模块输出端与该输出滤波模块输入端连接，该输出滤波模块输出端与该电压采样模块输入端相连接，该电流采样模块输出端与该电压采样模块输出端分别与调制器输入端相连接，其中：该电压采样模块用于采集电压信号；该电流采样模块用于采集电流信号；该调制器用于输出源信号，还用于根据该电压信号和电流信号对该源信号进行调制并输出调制信号；该滤波电路用于当电源关闭时提供临时电源供应，向负载电路输出电压。
进一步地，该调制器为以下任意一种：数字信号处理器(DSP)、模拟IC、由单片微型计算机控制的模拟IC。
本发明一方面提供了一种电源控制电路，包括电流采样模块，输出滤波电路，电压采样电路，调制器，控制器，与门，该电流采样模块输出端与该输出滤波电路输入端连接，该输出滤波电路输出端与该电压采样电路输入端相连接，该电压采样电路输出端与该调制器输入端相连接，该电流采用模块输出端与该电压采样模块输出端分别与控制器输入端相连接，该控制器输出端与该调制器输出端分别连接与门的输入端，其中：该电流采样模块用于采集电流信号；该电压采样模块用于采集电压信号；该调制器用于输出源信号；该滤波电路用于当电源关闭时提供临时电源供应，向负载电路输出电压；该控制器用于根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号；该与门用于根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。
本发明一方面提供了一种电源，上述的电源控制电路和功率模块，该电源控制电路的调制器输出端与该功率模块相连接。
其特征在于，包括权利要求8所述的电源控制电路和功率模块，所述电源控制电路的与门输出端与所述功率模块驱动电路相连接。
本发明提供的一种电源控制电路、电源驱动信号生成方法和电源，在应用于硬开关拓扑时，可以有效减少轻载条件下的电源损耗，增大轻载条件下开关占空比，提升开关电源效率，同时不会带来两路功率模块发热老化不均匀问题；应用于LLC等谐振拓扑时，一方面轻载条件下关闭了一段时间驱动减小了开关损耗，同时由于关闭了一部分时间原因导致LLC工作频率下降，工作于高效率开关频率阶段且更容易工作于软开关状态，效率提升纹波。
附图说明
图1根据本发明实施例的一种电源驱动信号生成方法流程图；
图2是本发明实施例的一种电源控制电路逻辑结构图；
图3是本发明实施例的一种电源控制电路逻辑结构图一；
图4是本发明实施例的一种电源控制电路逻辑结构图二；
图5是本发明实施例的波形图一；
图6是本发明实施例的波形图二；
图7是本发明实施例的波形图三；
图8是本发明实施例的波形图四；
图9是本发明实施例的状态切换图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明实施例提供了一种配置网关的方法，图1是根据本发明实施例的一种电源驱动信号生成方法流程图，如图1所示，该方法包括：
S101、根据电源的输出电压与目标电压获取调制器的源驱动信号；
S102、根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号；
S103、根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。
进一步地，根据电源的输出电压与目标电压得到调制器的源驱动信号包括：根据该输出电压与目标电压的差值获取脉宽不同的源驱动信号，或，根据该输出电压与目标电压的差值获取频率不同的源驱动信号。
进一步地，根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号，包括：根据电源的该输出电流和该输出电压获取负载功率值；根据预先设定的功率阈值设置一个以上功率区间；根据该负载功率值所在该功率区间获取指定调制信号。
进一步地，该方法还包括，根据所述调制驱动信号控制多个电源功率模块之间交替输出功率。
本发明的另一方面提供一种电源驱动信号生成方法，包括：
S201、根据电源的输出电流与目标电流控制调制器的源驱动信号；
S202、根据电源的输出电压与该输出电流获取调制信号；
S203、根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。
本发明的另一方面提供一种电源控制电路，图3是本发明实施例的一种电源控制电路逻辑结构图一，如图3所示，包括电流采样模块31，输出滤波模块32，电压采样模块33，调制器34，该电流采样模块输出端与该输出滤波模块输入端连接，该输出滤波模块输出端与该电压采样模块输入端相连接，该电流采样模块输出端与该电压采样模块输出端分别与调制器输入端相连接，其中：该电压采样模块用于采集电压信号；该电流采样模块用于采集电流信号；该调制器用于输出源信号，还用于根据该电压信号和电流信号对该源信号进行调制并输出调制信号；该滤波电路用于当电源关闭时提供临时电源供应，向负载电路输出电压。
本发明的另一方面提供一种电源控制电路，图4是本发明实施例的一种电源控制电路逻辑结构图二，如图4所示，包括电压采样模块31，输出滤波模块42，电压采样模块43，调制器44，该电压采样模块输出端与该输出滤波模块输入端连接，该输出滤波模块输出端与该电流采样模块输入端相连接，该电流采样模块输出端与该电压采样模块输出端分别与调制器输入端相连接，其中：该电压采样模块用于采集电压信号；该电流采样模块用于采集电流信号；该调制器用于输出源信号，还用于根据该电压信号和电流信号对该源信号进行调制并输出调制信号；该滤波电路用于当电源关闭时提供临时电源供应，向负载电路输出电压。
驱动波形形成电路可以是模拟电路，也可以是数字电路。
电流采样模块可以是分流器串联于功率拓扑采样，也可以是霍尔器件，电流互感器等采样方式。对于隔离功率拓扑电路电流采样可以是采副边电流也可以是采原边电流。采副边电流时可以在输出滤波前采样，也可以在输出滤波后采样。
输出滤波电路可以是单纯电容滤波，也可以是LC滤波。
电压采样电路可以直接采用电阻分压采样送至数字信号处理器，也可以使用运放等采样放大输送至控制电路。
进一步地，该调制器为以下任意一种：数字信号处理器(DSP)、模拟IC、由单片微型计算机控制的模拟IC。
本发明一方面提供了一种电源控制电路，包括电流采样模块，输出滤波电路，电压采样电路，调制器，控制器，与门，该电流采样模块输出端与该输出滤波电路输入端连接，该输出滤波电路输出端与该电压采样电路输入端相连接，该电压采样电路输出端与该调制器输入端相连接，该电流采用模块输出端与该电压采样模块输出端分别与控制器输入端相连接，该控制器输出端与该调制器输出端分别连接与门的输入端，其中：该电流采样模块用于采集电流信号；该电压采样模块用于采集电压信号；该调制器用于输出源信号；该滤波电路用于当电源关闭时提供临时电源供应，向负载电路输出电压；该控制器用于根据电源的输出电流与该输出电压获取调制信号；该与门用于根据该源驱动信号与该调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号。
本发明一方面提供了一种电源，上述的电源控制电路和功率模块，该电源控制电路的与门输出端与该功率模块相连接。
本发明一方面提供了一种电源，其特征在于，包括权利要求8所述的电源控制电路和功率模块，所述电源控制电路的与门输出端与所述功率模块驱动电路相连接。
本发明的电源直流输入可以是直流源，也可以是交流源经过功率因素校正后的直流输入。功率模块部分电路拓扑可以是LLC、正激(Forward)、反激(flyback)、移相全桥(phase-shifted full-bridge)、全桥(Full-bridge)、半桥(half-bridge)、有源钳位正激(active clamp forward)等，也可以是BUCK(降压式变换电路)、boost(升压斩波电路)、buck-boost(升降压式变换器)等非隔离拓扑。
本发明还提供一种优选实施例如下：
根据负载情况设置3个阈值，分别为阈值1、阈值2、阈值3。其中阈值1>阈值2>阈值3。当输出满载或者重载时，负载>阈值1。两个功率模块同时工作，其中驱动为相互交错，减少输入和输出纹波电流。此状态为“0”。图5是本发明实施例的波形图一，如图5所示，功率模块A的驱动，功率模块B的驱动，两个功率模块间相位错开180°；对于像半桥、全桥、LLC、移相全桥等输出电流倍频于开关频率，两个功率模块间驱动相位交错90°。每个功率模块只花了一个开关管的驱动展示发波规律，不代表只有一个开关管，以下状态同此。
当检测到输出负载低于阈值1大于阈值2,在两个功率模块中选定一个一直工作，另一个功率模块工作一个固定时间再关闭一个固定时间。如此循环下去。此状态为“1”。图6是本发明实施例的波形图二，如图6所示，图中关闭或者工作的固定时间为4个开关周期，只是示意，不代表只有4个开关周期，以状态下同此。
图7是本发明实施例的波形图三，如图7所示，当检测到输出负载低于阈值2大于阈值3，两个功率模块交替导通一个固定时间。此状态为“2”。。
当检测到输出负载低于阈值3，两个功率模块，其中一个关闭不工作，另一个模块开一会儿关一会如此循环。此状态为“3”。图8是本发明实施例的波形图四，如图8所示。
切换规则：
图9是本发明实施例的状态切换图，如图9所示，以上四个状态间切换需在3个阈值间设置一定的回差，根据状态“大小”依次往上或者往下切换。为保证大动态输出电压稳定，负载大动态时，由状态“0”切换到目标状态“3”可以跨过状态“1”直接切换到状态“2”然后再切换到状态“3”。同理，由状态“3”切换到目标状态“0”，可以先直接切换到状态“1”然后再切换到状态“0”。也可以根据实际情况4个状态间直接切换到目标状态。
状态切换也可以只选其中2个或者3个工作状态，作为电源的工作状态。不同工作状态间可以直接切换到目标状态，也可以根据状态大小依次切换。
四个状态间的切换控制与控制环路计算PWM或者计算PFM(脉冲频率调制)互不相关。四个不同的状态可以是相同的开关占空比也可以是不同的占空比；对于LLC(双电感与电容串联谐振拓扑)等谐振拓扑，四个不同状态可以是相同开关频率也可以是不同开关频率。四种工作状态相当于是对驱动波形的一种调制。输出电压采样后与目标电压取差值作PI运算，然后输入PWM或者PFM发生器等到调制前的驱动信号(信号A)，电压采样信号与电流信号判断是否需切换到的目标状态，满足切换规则发出调制信号。调制前驱动信号与调制信号取“与”逻辑操作后得到功率模块的驱动信号。
流程部分的处理步骤如下：
优选例1：
四个状态间的切换控制与控制环路计算PWM或者计算PFM互不相关。四个不同的状态可以使相同的开关占空比也可以是不同的占空比；对于LLC等谐振拓扑，四个不同状态可以是相同开关频率也可以是不同开关频率。四种工作状态相当于是对驱动波形的一种调制。输出电压采样与目标电压C做差分运算后再经过PI运算和PWM或PFM计算后得到调制前的驱动信号；电压采样和电流采样后判断是否有大动态和根据负载状况选择工作状态“0”“1”“2”“3”。根据状态“大小”依次往上或者往下切换。为保证大动态输出电压稳定，负载大动态时，由状态“0”切换到目标状态“3”可以跨过状态“1”直接切换到状态“2”然后再切换到状态“3”。同理，由状态“3”切换到目标状态“0”，可以先直接切换到状态“1”然后再切换到状态“0”。状态选择后得到调制信号。如图8驱动信号(调制前)与调制信号取“与”逻辑运算后得到功率模块的驱动信号。
优选例2：以上4个状态可以根据具体情况可以只取其中两个工作模式间切换。当输出负载大于一设定阈值后工作于状态“0”，当负载低于比设定阈值低一个固定值的值，也就是保有一定回差，此时切换到目标状态2“”，切换的过程中可以直接切换到状态“2”；也可以先切换到状态“1”，然后再切换到状态“2”。状态选择后得到调制信号。状态间的切换控制与控制环路计算PWM或者计算PFM互不相关。输出电压采样与目标电压C做差分运算后再经过PI运算和PWM或PFM计算后得到信号A。驱动信号(调制前)与调制信号取“与”逻辑运算后得到功率模块的驱动信号。
优选例3：以上四个工作状态，可以设置两个阈值并带一定回差，选取其中3个状态，状态“0”、状态“1”、状态“2”；也可以是状态“0”，状态“2”,状态“3”。当选取状态“0”、状态“1”、状态“2”时，状态“0”和状态“2”之间可以根据具体情况直接切换，也可以先切换到状态“1”，然后再切换到目标状态实现软切换；当选取状态“0”、状态“2”、状态“3”时，状态“0”和状态“3”之间可以根据具体情况直接切换，也可以先切换到状态“2”，然后再切换到目标状态实现软切换。状态选择后得到调制信号。状态间的切换控制与控制环路计算PWM或者计算PFM互不相关。如图7输出电压采样与目标电压C做差分运算后再经过PI运算和PWM或PFM计算后得到信号A。驱动信号(调制前)与调制信号取“与”逻辑运算后得到功率模块的驱动信号。
优选例4：类似优选例1，只是四个工作状态切换时直接切换到目标状态，无需先切换到中间状态。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种电源驱动信号生成方法，其特征在于，包括：
根据电源的输出电压与目标电压获取调制器的源驱动信号，其包括：根据所述输出电压与目标电压的差值获取脉宽不同的源驱动信号，或根据所述输出电压与目标电压的差值获取频率不同的源驱动信号；
根据电源的输出电流与所述输出电压获取调制信号，其包括：根据电源的所述输出电流和所述输出电压获取负载功率值；根据预先设定的功率阈值设置一个以上功率区间；根据所述负载功率值所在所述功率区间获取指定调制信号；
根据所述源驱动信号与所述调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号，并根据所述调制驱动信号控制多个电源功率模块之间交替输出。
2.一种电源驱动信号生成方法，其特征在于，包括：
根据电源的输出电流与目标电流控制调制器的源驱动信号；
根据电源的输出电压与所述输出电流获取调制信号；
根据所述源驱动信号与所述调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号，并根据所述调制驱动信号控制多个电源功率模块之间交替输出。
3.一种电源控制电路，包括电流采样模块，输出滤波电路，电压采样模块，调制器，控制器，与门，其特征在于：
所述电流采样模块输出端与所述输出滤波电路输入端连接，所述输出滤波电路输出端与所述电压采样模块输入端相连接，所述电压采样模块输出端与所述调制器输入端相连接，所述电流采样模块输出端与所述电压采样模块输出端分别与控制器输入端相连接，所述控制器输出端与所述调制器输出端分别连接与门的输入端，其中：
所述电流采样模块用于采集电流信号；
所述电压采样模块用于采集电压信号；
所述调制器用于输出源驱动信号；
所述输出滤波电路用于当电源关闭时提供临时电源供应，向负载电路输出电压；
所述控制器用于根据电源的输出电流与所述输出电压获取调制信号；
所述与门用于根据源驱动信号与所述调制信号进行逻辑与运算得到调制驱动信号，并根据所述调制驱动信号控制多个电源功率模块之间交替输出；
其中，所述源驱动信号包括：根据所述输出电压与目标电压的差值获取脉宽不同的源驱动信号，或根据所述输出电压与目标电压的差值获取频率不同的源驱动信号；
其中，所述调制信号包括：根据电源的所述输出电流和所述输出电压获取负载功率值；根据预先设定的功率阈值设置一个以上功率区间；根据所述负载功率值所在所述功率区间获取指定调制信号。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述调制器为以下任意一种：数字信号处理器、模拟IC、由单片微型计算机控制的模拟IC。
5.一种电源，其特征在于，包括权利要求3所述的电源控制电路和功率模块，所述电源控制电路的调制器输出端与所述功率模块相连接。
6.一种电源，其特征在于，包括权利要求3所述的电源控制电路和功率模块，所述电源控制电路的与门输出端与所述功率模块驱动电路相连接。
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