CN111709207B - 电压调节器输出电感上rc积分器的参数确定方法及装置 - Google Patents

电压调节器输出电感上rc积分器的参数确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法、装置、设备及计算机可读存储介质，先通过实验获取电压调节器的供电电路的确切的最大压降，获取到供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值，再根据最大压降实验值和边界电感值计算得到输出电感在负载端满载工作时的纹波电流，即为输出电感会产生的最大的纹波电流，而根据该纹波电流计算得到的RC积分器的目标补偿电压，根据该目标补偿电压确定RC积分器的电阻值和电容值，从而可以保证在电压调节器输出电路上达到最大压降时也能进行足够的补偿，避免因补偿不足、输出电压偏低导致的系统宕机，提高了系统的供电可靠性。

Description

电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法及装置
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着网络数据量的增加，人工智能技术、物联网、车联网等新技术的迅速发展，对服务器的性能提出了更加严格的要求，且对数据的存储提出了更大的需求，对硬盘的可靠应提出了更大的考验。各个模块的供电可靠性是数据可靠性的重要支撑。为保证供电可靠性，供电电流的纹波（Ripple）应尽可能降低。
目前的电压调节器（VR，Voltage Regulator）的供电方案中都采用了纹波注入技术（Ripple InjectionTechniques）以减小供电的纹波，提高供电稳定性，当前主要采用的实施方案为在电压调节器的输出电感上增加一个RC积分器。
图1为一种电压调节器的输出电路的电路图。以型号为TPS53355的电压调节器为例，如图1所示，由输出电感L1、分压电阻RFB1及分压电阻RFB2、输出电容COUT组成电压调节器输出电路的末端，VOUT为用于连接负载的电压输出端，FB为向电压调节器反馈输出电压的电压反馈引脚。由于电感特性为感值大小随电感电流的变大而减小，会导致输出电感L1的纹波电流随电感电流的变大而变大。在此基础上，通过在输出电感L1两端并联由电阻Rr和电容Cr组成的RC积分器，再通过电容Cac耦合到电压反馈引脚（TO FB），通过纹波注入环路（Ripple Injection Circuit）将输出电感L1的纹波电流变化耦合到电压调节器的电压反馈接收引脚FB，从而实现输出电压的自动调节。
RC积分器的电阻Rr和电容Cr的参数设置决定了输出电压调节效果的优劣。目前设置RC积分器的参数的方案主要为将电压调节器的出厂参数代入固定的关系式中进行计算，得到电阻Rr的值和电容Cr的值，然而这种方法在实际应用中可能会导致输出电压存在偏差，严重时可能导致系统宕机。
提供一种更为准确地确定RC积分器参数的方案以降低输出电压偏差，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法、装置、设备及计算机可读存储介质，用于准确地确定RC积分器参数的方案，降低输出电压偏差，避免因输出电压偏低引起的系统宕机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法，包括：
获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值；
获取所述供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值；
根据所述最大压降实验值和所述边界电感值计算得到所述输出电感在所述负载端满载工作时的纹波电流；
根据所述纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压；
根据所述目标补偿电压确定所述RC积分器的电阻值和电容值。
可选的，所述获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值，具体包括：
对所述供电电路进行仿真，得到所述供电电路的直流阻抗；
根据所述负载端的最大电流和所述直流阻抗计算得到所述最大压降实验值。
可选的，所述对所述供电电路进行仿真，得到所述供电电路的直流阻抗，具体为：
利用直流电源仿真工具对所述供电电路的电路板文件进行仿真，得到所述电路板文件中所述供电电路的直流阻抗。
可选的，所述根据所述最大压降实验值和所述边界电感值计算得到所述输出电感在负载满载工作时的纹波电流，具体通过如下公式计算：
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
为所述纹波电流，/>
Figure SMS_3
为所述供电电路的输入电压，/>
Figure SMS_4
为所述供电电路的输出电压，/>
Figure SMS_5
为所述边界电感值，/>
Figure SMS_6
为电压调节器的开关频率。
可选的，所述根据所述纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压，具体通过如下公式计算：
Figure SMS_7
Figure SMS_8
其中，
Figure SMS_9
为所述输出电感至电压反馈引脚上的纹波电压，/>
Figure SMS_10
为所述输出电感的等效阻抗，/>
Figure SMS_11
为所述供电电路的输出电容，/>
Figure SMS_12
为所述负载端为所述最大电流时所述供电电路的反馈电压，/>
Figure SMS_13
为所述电压调节器的参考电压，/>
Figure SMS_14
为所述目标补偿电压。
可选的，所述根据所述目标补偿电压确定所述RC积分器的电阻值和电容值，具体通过如下公式计算：
Figure SMS_15
其中，
Figure SMS_16
为所述RC积分器的电阻值，/>
Figure SMS_17
为所述RC积分器的电容值，D为所述电压调节器的占空比。
可选的，所述输出电感至电压反馈引脚设有1nF的电容，所述RC积分器的电容值处于10 nF-200 nF之间。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置，包括：
第一获取单元，用于获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值；
第二获取单元，用于获取所述供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值；
第一计算单元，用于根据所述最大压降实验值和所述边界电感值计算得到所述输出电感在所述负载端满载工作时的纹波电流；
第二计算单元，用于根据所述纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压；
第三计算单元，用于根据所述目标补偿电压确定所述RC积分器的电阻值和电容值。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备，包括：
存储器，用于存储指令，所述指令包括上述任意一项所述电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤；
处理器，用于执行所述指令。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤。
本发明所提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法，先通过实验获取电压调节器的供电电路的确切的最大压降，获取到供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值，再根据最大压降实验值和边界电感值计算得到输出电感在负载端满载工作时的纹波电流，即为输出电感会产生的最大的纹波电流，而根据该纹波电流计算得到的RC积分器的目标补偿电压，根据该目标补偿电压确定RC积分器的电阻值和电容值，从而可以保证在电压调节器输出电路上达到最大压降时也能进行足够的补偿，避免因补偿不足、输出电压偏低导致的系统宕机，提高了系统的供电可靠性。本发明还提供一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置、设备及计算机可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为一种电压调节器的输出电路的电路图；
图2为本发明实施例提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法、装置、设备及计算机可读存储介质，用于准确地确定RC积分器参数的方案，降低输出电压偏差，避免因输出电压偏低引起的系统宕机。
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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
图2为本发明实施例提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的流程图。
如图2所示，本发明实施例提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法包括：
S201：获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值。
在具体实施中，考虑到电压调节器输出电路的电压输出端满负载、供电电流最大等情况，通过对电压调节器的输出电路（从电压调节器到负载端的传输路径）的实体装置进行实验测量或对电压调节器的供电电路进行仿真测量，得到电压调节器的供电电路准确的最大压降。
S202：获取供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值。
获取输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值，可以先查询或测量输出电路所连接的负载端所需的最大电流，再通过查询输出电感出厂携带的信息表获得与该最大电流对应的电感值，记为边界电感值。
S203：根据最大压降实验值和边界电感值计算得到输出电感在负载端满载工作时的纹波电流。
以图1所示的电压调节器的输出电路为例，在得到电压调节器供电电路的最大压降实验值（记为Vmax）后，以负载端的理想电压为V0（以5V硬盘驱动器为例，则V0=5V），则电感调节器供电电路的输出电压VOUT=V0+Vmax。结合供电电路的输入电压和输出电感L1的边界电感值，可以计算得到输出电感L1在负载端满载工作时的纹波电流，具体通过如下公式计算：
Figure SMS_18
（1）
其中，
Figure SMS_19
为纹波电流，/>
Figure SMS_20
为供电电路的输入电压，/>
Figure SMS_21
为供电电路的输出电压，/>
Figure SMS_22
为边界电感值，/>
Figure SMS_23
为电压调节器的开关频率。
S204：根据纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压。
根据输出电感L1在负载端满载工作时的纹波电流，可以计算得到输出电感L1至电压反馈引脚（TO FB）上的纹波电压，进而根据自电压调节器的电压反馈接收引脚FB接收到的电压信号可以计算得到应由RC积分器注入的纹波电压，即RC积分器的目标补偿电压。具体通过如下公式计算：
Figure SMS_24
（2）
Figure SMS_25
（3）
其中，
Figure SMS_26
为输出电感至电压反馈引脚上的纹波电压，/>
Figure SMS_27
为输出电感L1的等效阻抗，/>
Figure SMS_28
为供电电路的输出电容，/>
Figure SMS_29
为负载端为最大电流时供电电路的反馈电压，/>
Figure SMS_30
为电压调节器的参考电压，/>
Figure SMS_31
为目标补偿电压。
S205：根据目标补偿电压确定RC积分器的电阻值和电容值。
在得到需由RC积分器注入的纹波电压，即RC积分器的目标补偿电压之后，根据RC积分器的电路结构，即可计算得到RC积分器中的电阻值和电容值，具体通过如下公式计算：
Figure SMS_32
（4）
其中，
Figure SMS_33
为RC积分器的电阻值，/>
Figure SMS_34
为RC积分器的电容值，D为电压调节器的占空比。
在实际应用中，结合图1，RC积分器耦合的信号通过电容Cac耦合到电压反馈引脚（TO FB），该电容可以选用1nF的电容。RC积分器的电容值可以在10 nF-200 nF之间选择，优选为100nF。
本发明实施例提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法，先通过实验获取电压调节器的供电电路的确切的最大压降，获取到供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值，再根据最大压降实验值和边界电感值计算得到输出电感在负载端满载工作时的纹波电流，即为输出电感会产生的最大的纹波电流，而根据该纹波电流计算得到的RC积分器的目标补偿电压，根据该目标补偿电压确定RC积分器的电阻值和电容值，从而可以保证在电压调节器输出电路上达到最大压降时也能进行足够的补偿，避免因补偿不足、输出电压偏低导致的系统宕机，提高了系统的供电可靠性。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法中，步骤S201：获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值具体可以包括：
对供电电路进行仿真，得到供电电路的直流阻抗；
根据负载端的最大电流和直流阻抗计算得到最大压降实验值。
通过对电压调节器的供电电路进行仿真实验来确定参数，可以有效节约测试成本。在具体实施中，可以利用直流电源仿真工具（如PI仿真软件）对供电电路的电路板（BRD）文件进行仿真，得到电路板文件中供电电路的直流阻抗。
上文详述了电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述方法对应的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置、设备及计算机可读存储介质。
图3为本发明实施例提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置的结构示意图。
如图3所示，本发明实施例提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置包括：
第一获取单元301，用于获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值；
第二获取单元302，用于获取供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值；
第一计算单元303，用于根据最大压降实验值和边界电感值计算得到输出电感在负载端满载工作时的纹波电流；
第二计算单元304，用于根据纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压；
第三计算单元305，用于根据目标补偿电压确定RC积分器的电阻值和电容值。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
图4为本发明实施例提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备的结构示意图。
如图4所示，本发明实施例提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备包括：
存储器410，用于存储指令，所述指令包括上述任意一项实施例所述的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤；
处理器420，用于执行所述指令。
其中，处理器420可以包括一个或多个处理核心，比如3核心处理器、8核心处理器等。处理器420可以采用数字信号处理DSP（Digital Signal Processing）、现场可编程门阵列FPGA（Field－Programmable Gate Array）、可编程逻辑阵列PLA（Programmable LogicArray）中的至少一种硬件形式来实现。处理器420也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器CPU（CentralProcessing Unit）；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器420可以集成有图像处理器GPU（GraphicsProcessing Unit），GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器420还可以包括人工智能AI（Artificial Intelligence）处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器410可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器410还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器410至少用于存储以下计算机程序411，其中，该计算机程序411被处理器420加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法中的相关步骤。另外，存储器410所存储的资源还可以包括操作系统412和数据413等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统412可以为Windows。数据413可以包括但不限于上述方法所涉及到的数据。
在一些实施例中，电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备还可包括有显示屏430、电源440、通信接口450、输入输出接口460、传感器470以及通信总线480。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构并不构成对电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
本申请实施例提供的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如上所述的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法，效果同上。
需要说明的是，以上所描述的装置、设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
为此，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤。
该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）、随机存取存储器RAM（Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例中提供的计算机可读存储介质所包含的计算机程序能够在被处理器执行时实现如上所述的电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤，效果同上。
以上对本发明所提供的一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法、装置、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。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、设备及计算机可读存储介质而言，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。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法，其特征在于，包括：
获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值；
获取所述供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值；
根据所述最大压降实验值和所述边界电感值计算得到所述输出电感在所述负载端满载工作时的纹波电流；
根据所述纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压；
根据所述目标补偿电压确定所述RC积分器的电阻值和电容值。
2.根据权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，所述获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值，具体包括：
对所述供电电路进行仿真，得到所述供电电路的直流阻抗；
根据所述负载端的最大电流和所述直流阻抗计算得到所述最大压降实验值。
3.根据权利要求2所述的参数确定方法，其特征在于，所述对所述供电电路进行仿真，得到所述供电电路的直流阻抗，具体为：
利用直流电源仿真工具对所述供电电路的电路板文件进行仿真，得到所述电路板文件中所述供电电路的直流阻抗。
4.根据权利要求1所述的参数确定方法，其特征在于，所述根据所述最大压降实验值和所述边界电感值计算得到所述输出电感在负载满载工作时的纹波电流，具体通过如下公式计算：
Figure QLYQS_1
其中，
Figure QLYQS_2
为所述纹波电流，/>
Figure QLYQS_3
为所述供电电路的输入电压，/>
Figure QLYQS_4
为所述供电电路的输出电压，/>
Figure QLYQS_5
为所述边界电感值，/>
Figure QLYQS_6
为电压调节器的开关频率。
5.根据权利要求4所述的参数确定方法，其特征在于，所述根据所述纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压，具体通过如下公式计算：
Figure QLYQS_7
Figure QLYQS_8
其中，
Figure QLYQS_9
为所述输出电感至电压反馈引脚上的纹波电压，/>
Figure QLYQS_10
为所述输出电感的等效阻抗，/>
Figure QLYQS_11
为所述供电电路的输出电容，/>
Figure QLYQS_12
为所述负载端为所述最大电流时所述供电电路的反馈电压，/>
Figure QLYQS_13
为所述电压调节器的参考电压，/>
Figure QLYQS_14
为所述目标补偿电压。
6.根据权利要求5所述的参数确定方法，其特征在于，所述根据所述目标补偿电压确定所述RC积分器的电阻值和电容值，具体通过如下公式计算：
Figure QLYQS_15
其中，
Figure QLYQS_16
为所述RC积分器的电阻值，/>
Figure QLYQS_17
为所述RC积分器的电容值，D为所述电压调节器的占空比。
7.根据权利要求4所述的参数确定方法，其特征在于，所述输出电感至电压反馈引脚设有1nF的电容，所述RC积分器的电容值处于10 nF-200 nF之间。
8.一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取电压调节器的供电电路的最大压降实验值；
第二获取单元，用于获取所述供电电路的输出电感在负载端为最大电流时对应的边界电感值；
第一计算单元，用于根据所述最大压降实验值和所述边界电感值计算得到所述输出电感在所述负载端满载工作时的纹波电流；
第二计算单元，用于根据所述纹波电流计算得到RC积分器的目标补偿电压；
第三计算单元，用于根据所述目标补偿电压确定所述RC积分器的电阻值和电容值。
9.一种电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令，所述指令包括权利要求1至7任意一项所述电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤；
处理器，用于执行所述指令。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述电压调节器输出电感上RC积分器的参数确定方法的步骤。
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