CN111987696A - 一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法 - Google Patents

一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法 Download PDF

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刘刚
张镠钟
游江
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Abstract

本发明公开了一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法，包括：初始化设置ADC采样频率fsam、开关频率fs、允许最大电流值所对应的数字量IMAX，初始化过流次数N＝0；设置定时器中断；执行采样程序和定时器程序：对待保护电感电流进行采样，当采样数字量大于或等于IMAX时，ADC向控制器发送过流中断请求，执行中断程序1：N加1，若N等于最大过流次数Nmax，则对开关电源实施过流保护，否则返回断点；当定时器达到中断时间，启动定时器中断，过流次数N清零，返回断点。本发明可对过流时间进行灵活设置，在达到对开关电源实施电感电流过流保护目的的同时，可有效避免干扰窄脉冲或短暂过流可能导致的保护误动作。

Description

一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法
技术领域
本发明涉及一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法，属于电力电子技术领域。
背景技术
随着电力电子装置应用更加地广泛，开关电源变换器的稳定性与可靠性也变得越来越重 要。尤其是一些对供电质量有些严格要求的应用领域中，保护电路的设计对电源的可靠性、 稳定性有着巨大的影响。在这些开关电源变换器中，过电流保护是一种重要的基本功能，发 生过流时它需要能够实现可靠地、快速地动作以保护电源本身和用电设备，一旦保护不及时 将造成过流而发热，损坏电源甚至是用电设备。目前大多数的过流保护主要有硬件电路实现 的过流保护和依靠软件实现的过流保护，这两种保护形式分别存在着易误动和保护速度较慢 的问题。在开关电源变换器中良好的过流保护的设计可以有效提高电源稳定性和可靠性，提 升开关电源变换器的产品竞争力。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种数字控制开关电源电感电流过 流保护方法，可有效避免干扰窄脉冲或短暂过流可能导致的保护误动作以及保护不及时问题。
为解决上述技术问题，本发明的一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法，包括以 下步骤：
S1：初始化设置ADC模数转换器的采样频率fsam和开关电源的开关频率fs，且满足：fsam远高于fs，即fsam>>fs；设置开关电源所允许最大电流值所对应的数字量IMAX，初始化过流 次数N＝0；设置周期性的定时时间间隔为tmax的定时器中断，tmax为开关电源所允许最大过流 时间；
S2：同时执行采样程序和定时器程序：ADC模数转换器对待保护电感电流进行采样，当 采样获得的数字量大于或等于IMAX时，ADC模数转换器向控制器发送过流中断请求，执行 S3，过流中断请求具有最高优先级；当定时器达到tmax，启动定时器中断，执行步骤S4；
S3：过流次数N加1，判断过流次数是否达到Nmax，Nmax为开关电源所允许最大过流时间tmax对应的过流次数，tmax＝Nmax/fsam：若N小于Nmax，则返回S2；若N＝Nmax，则由控制器 产生PWM脉冲封锁信号对开关电源实施过流保护，同时清零计数变量N，开关电源进入停 机状态；
S4：过流次数N清零，返回S2。
本发明的有益效果：由于只使用硬件保护电路容易造成由干扰而导致的过流保护误动作， 存在可靠性不高的问题，而只使用基于在每个开关周期间隔内采样的软件保护容易造成保护 不及时，严重过流时可能导致设备损害。本发明提出一种有效的过流保护方法，通过使用远 高于开关频率的采样率对被保护电流进行高速采样，并使用软件对过流次数(即过流时间) 进行计数(计时)，当过流时间(采样到的过流次数)大于或等于预设的最大允许值，就通过 微处理器发出PWM封锁信号并停机，从而对开关电源实施保护。
对待保护电感电流进行高速采样，对过流次数N进行累加，并在允许的周期性的最大过 流时间间隔内对N进行清零操作。一旦当N的数值达到Nmax(对应允许的最大过流时间tmax) 时就立刻封锁数字控制的开关电源的PWM信号，从而达到对开关电源进行过流保护的目的。 根据具体的开关电源电感元件的过电流能力和实际情况，该方法可对过流时间进行灵活设置， 在达到对开关电源实施电感电流过流保护目的的同时，可有效避免干扰窄脉冲或短暂过流可 能导致的保护误动作。
附图说明
图1为本发明数字控制开关电源电感电流过流保护方法总体执行流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。
本发明的目的在于提供一种通用的数字控制开关电源电感电流过流保护的方法。包括： 可以通过软件灵活配置电感电流过流时间(tmax＝Nmax/fsam)及其过流次数N的清零机制。
(1)本发明中微处理器使用远高于开关频率(fs)的采样率fsam(即fsam>>10fs，数百kHz 或者MHz级)对被保护电感电流进行高速采样，若微处理器采样得到的数字量超过预设的对 应过流保护点的数字量，将触发一次ADC中断，并在此ADC中断中过流次数N加1，当过流次数N一旦等于预设的最大允许值Nmax(对应过流时间tmax＝Nmax/fsam)，就立刻通过微处理器发出PWM封锁信号并停机，同时将计数值N清零，从而达到对开关电源实施保护的目的。
(2)在高速采样以及可能的过流次数N累加过程中，会产生另一个固定时间的定时器中 断，该定时器中断的时间间隔与允许的最大过流时间tmax相等，且满足tmax>1/fsam。在该定时 器中断服务程序中，总会将过流次数N清零，从而可有效避免干扰窄脉冲或短暂过流可能导 致的保护误动作。如此，可保证将过流时间限制在安全范围之内。
在将过流次数N清零之后，若发生过流则重复执行(1)所述的过程。
结合附图1，本发明的目的是这样实现的。
(1)在数字控制开关电源中的微处理器程序中初始化过程中分别配置ADC模数转换 器的采样频率fsam和开关电源的开关频率fs，且满足ADC转换器的采样频率远高 于开关电源的开关频率fs，即fsam>>fs。
(2)使能ADC模数转换器采样值超限中断，即当通过ADC模数转换器采样获得的数字量大于或等于开关电源所允许的最大电流值所对应的数字量IMAX时，ADC模 数转换器将向CPU(中央处理器)发送中断请求，在所有中断中该中断具有最高 的优先级，对应附图1中的中断服务程序1。
(3)配置一个定时器中断，定时间隔为所允许的最大过流时间tmax，该中断对应附图1 中的中断服务程序2。
(4)在正常情况下，若无停机指令则微处理器循环执行正常的开关电源控制程序。
(5)在执行正常的采样和控制程序过程中，若采样得到的电感电流数字量大于等于预 先所设定的数值IMAX，ADC模数转换器将向CPU发送中断请求，在CPU响应 中断后程序会转入中断服务程序1处执行。
(6)在此中断服务程序1中对过流次数N进行累加，每进入一次中断服务程序1，过流次数N的值加1，若有N＝Nmax(其对应开关电源所允许的过流次数及其对应的 时间tmax＝Nmax/fsam)则由微处理器产生PWM脉冲封锁信号对开关电源实施过流保 护，同时清零计数变量N，之后退出该中断服务程序，开关电源进入停机状态。 若N小于Nmax，则在退出该中断服务程序后回到程序之前的断点处，继续执行正 常的采样和控制程序。
(7)此外，在执行正常的采样和控制程序过程中，伴随周期性的时间间隔为Tmax的定 时器中断(对应图1的中断服务程序2)，Tmax＝tmax，在此定时器中断中，将对过 流次数变量N进行清零操作，即设置计数变量N为0(即在最大允许过流时间间 隔Tmax内，过流次数N没有达到开关电源所允许的过流次数Nmax时，程序作出 开关电源在Tmax时间段内没有过流的判断，清零计数变量N后重新统计下一周期 过流次数)。清零过流计数变量N之后退出该中断服务程序，回到之前的断点处， 继续执行正常的采样和控制程序。

Claims (1)

1.一种数字控制开关电源电感电流过流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：初始化设置ADC模数转换器的采样频率fsam和开关电源的开关频率fs，且满足：fsam远高于fs，即fsam>>fs；设置开关电源所允许最大电流值所对应的数字量IMAX，初始化过流次数N＝0；设置周期性的定时时间间隔为tmax的定时器中断，tmax为开关电源所允许最大过流时间；
S2：同时执行采样程序和定时器程序：ADC模数转换器对待保护电感电流进行采样，当采样获得的数字量大于或等于IMAX时，ADC模数转换器向控制器发送过流中断请求，执行S3，过流中断请求具有最高优先级；当定时器达到tmax，启动定时器中断，执行步骤S4；
S3：过流次数N加1，判断过流次数是否达到Nmax，Nmax为开关电源所允许最大过流时间tmax对应的过流次数，tmax＝Nmax/fsam：若N小于Nmax，则返回S2；若N＝Nmax，则由控制器产生PWM脉冲封锁信号对开关电源实施过流保护，同时清零计数变量N，开关电源进入停机状态；
S4：过流次数N清零，返回S2。
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