CN112072905B - 开关电源自激振荡的消除电路、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源自激振荡的消除电路、方法及装置，所述电路通过信号处理电路实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路；电源环路调节电路调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

Description

开关电源自激振荡的消除电路、方法及装置

技术领域

本发明涉及嵌入式硬件领域，尤其涉及一种开关电源自激振荡的消除电路、方法及装置。

背景技术

目前通信领域最常见的电源为开关电源，为了实现输出电压的稳定，电源均会设计成负反馈系统，当输入电压发或负载发生变化时，通过负反馈电路的调节作用实现输出电压的稳定。

为了提高电源的稳定性，电源环路均会依据电容负载特性、电感、电路控制原理、开关频率等因素设置电源环路调节电路，稳定性是依据电源环路的相位裕度和增益裕度判定的。

众所周知，在开关电源的使用过程中，电源输出滤波电容将承受一定的纹波电流，该纹波电流将导致电容发热，随着工作时间的推移，电容特性将发生变化，尤其是铝电解电容和聚合物电容，其容量和等效串联电阻 (Equivalent Series Resistance，ESR)的变化将更加明显，而输出电容的容量和ESR均会对电源环路特性造成显著影响，当电容特性发生变化后，电源的环路特性可能会劣化，通常为相位裕量会变小，当相位裕量减小至一定程度后，在受到扰动时，如输出电压突变或负载突变，可能会诱发电源自激振荡，电源输出将产生一个远大于纹波电压的振荡电压，该振荡电压可能导致系统无法正常，并且将进一步加速电容性能劣化，直接影响电源的寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种开关电源自激振荡的消除电路、方法及装置，旨在解决现有技术中电压突变或负载突变造成电源自激振荡，影响电源寿命的技术问题。

第一方面，本发明提出一种开关电源自激振荡的消除电路，所述开关电源自激振荡的消除电路包括：

开关电源、信号处理电路及电源环路调节电路；所述开关电源与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述电源环路调节电路电连接，所述电源环路调节电路与所述开关电源电连接，所述信号处理电路还与负载电连接；其中，

所述信号处理电路，用于实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路；

所述电源环路调节电路，用于调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡。

可选地，所述信号处理电路包括：抗干扰电路、放大电路和滤波电路；其中，

所述抗干扰电路与所述开关电源电连接，所述抗干扰电路还与所述放大电路电连接，所述放大电路与所述滤波电路电连接，所述滤波电路与所述电源环路调节电路电连接。

可选地，所述滤波电路包括：谐振电路和整流滤波电路；其中，所述谐波电路与所述放大电路电连接，所述谐波电路还与所述整流滤波电路电连接，所述整流滤波电路与所述电源环路调节电路电连接。

可选地，所述抗干扰电路包括第一电阻和第一电容；其中，

所述第一电阻的第一端与所述开关电源相连，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述放大电路相连。

可选地，所述放大电路包括变压器，其中，

所述变压器的原边第一端与所述第一电容的第二端相连；所述变压器的原边第二端与所述开关电源相连；所述变压器的副边与所述滤波电路相连。

可选地，所述谐振电路包括：第二电阻、第一电感和第二电容；其中，

所述第二电阻的第一端与所述变压器的副边第一端相连，所述第二电阻的第二端与所述第一电感的第一端相连，所述第一电感的第二端与所述第二电容的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述变压器的副边第二端相连；所述第二电阻的第一端还与所述整流滤波电路相连，所述第二电容的第二端还与所述整流滤波电路相连。

可选地，所述整流滤波电路包括：第一二极管、第二二极管、第三电阻、第四电阻和第三电容；其中，

所述第一二极管的阳极与所述第二电阻的第一端相连，所述第一二极管的阴极与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第一端相连，所述第三电阻的第二端还与所述第四电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端还与所述第二二极管的阴极相连，所述第三电阻的第二端还与所述电源环路调节电路相连；所述第三电容的第二端与所述电源环路调节电路相连；所述第四电阻的第二端与所述第三电容的第二端相连，所述第二二极管的阳极与所述第四电阻的第二端相连，所述第二二极管的阳极还与所述第二电容的第二端相连。

可选地，所述电源环路调节电路包括：场效应管和电源调节器件，其中，

所述场效应管的栅极与所述第三电阻的第二端相连，所述场效应管的源极与所述第三电容的第二端相连；所述场效应管的漏极与所述电源调节器件的第一端相连，所述电源调节器件的第二端与所述开关电源的负反馈电路第一端相连；所述场效应管的源极还与所述开关电源的负反馈电路第二端相连；

相应地，所述电源调节器件，用于调整电源环路补偿参数，其中，

所述电源调节器件为电阻或电容中的任意一种。

第二方面，本发明提供一种开关电源自激振荡的消除方法，所述开关电源自激振荡的消除方法包括以下步骤：

实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压；

根据所述振荡电压驱动电源环路调节电路，并通过调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡。

第三方面，本发明还提出一种开关电源自激振荡的消除装置，所述开关电源自激振荡的消除装置包括上文所述的开关电源自激振荡的消除电路。

本发明提出的开关电源自激振荡的消除电路，通过信号处理电路实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路；电源环路调节电路调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

附图说明

图1为本发明开关电源自激振荡的消除电路的原理框图；

图2为本发明开关电源自激振荡的消除电路一实施例的电路结构示意图；

图3为本发明开关电源自激振荡的消除电路另一实施例的电路结构示意图；

图4为本发明开关电源自激振荡的消除方法第一实施例的流程示意图；

图5为本发明开关电源自激振荡的消除方法中开关电源负反馈电路结构图；

图6为本发明开关电源自激振荡的消除方法第二实施例的流程示意图；

图7为本发明开关电源自激振荡的消除方法第三实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的解决方案主要是：通过信号处理电路实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路；电源环路调节电路调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源，解决了现有技术中电压突变或负载突变造成电源自激振荡，影响电源寿命的技术问题。

参照图1，图1为本发明开关电源自激振荡的消除电路的原理框图，如图1所示，在本实施例中，所述开关电源自激振荡的消除电路包括：开关电源10、信号处理电路20及电源环路调节电路30；所述开关电源10与所述信号处理电路20电连接，所述信号处理电路20与所述电源环路调节电路30电连接，所述电源环路调节电路30与所述开关电源10电连接，所述信号处理电路20还与负载电连接；其中，

所述信号处理电路20，用于实时监测开关电源10的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路30；

所述电源环路调节电路30，用于调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源10的自激振荡。

需要说明的是，当输入电压或负载发生突变时，电源可能会在某个频点触发自激振荡，通过实时监测开关电源的输出电压，能够在所述输出电压发生自激振荡的第一时间对所述输出电压进行信号处理，即进行放大和滤波处理，进而获得处理后的振荡电压信号即振荡电压。

应当理解的是，所述电源环路调节电路为对所述开关电源的电压进行调整的电路，通过调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数，可以破坏维持自激振荡的开环传递函数特性，从而可以消除所述开关电源的自激振荡。

本实施例通过上述方案，通过信号处理电路实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路；电源环路调节电路调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

进一步地，基于上述开关电源自激振荡的消除电路，图2为本发明开关电源自激振荡的消除电路一实施例的电路结构示意图，如图2所示，在本实施例中，所述信号处理电路20包括：抗干扰电路21、放大电路22和滤波电路23；其中，

所述抗干扰电路21与所述开关电源10电连接，所述抗干扰电路21还与所述放大电路22电连接，所述放大电路22与所述滤波电路23电连接，所述滤波电路23与所述电源环路调节电路30电连接。

进一步地，所述滤波电路23包括：谐振电路231和整流滤波电路232；其中，所述谐波电路231与所述放大电路22电连接，所述谐波电路231还与所述整流滤波电路232电连接，所述整流滤波电路232与所述电源环路调节电路30电连接。

进一步地，所述抗干扰电路21包括第一电阻R1和第一电容C1；其中，

所述第一电阻R1的第一端与所述开关电源相连，所述第一电阻的第二端与所述第一电容C1的第一端相连，所述第一电容C1的第二端与所述放大电路22相连。

可以理解的是，为了检测输出电压上的交流电(Alternating Current，AC) 信号分量的电压，通过所述抗干扰电路中的第一电容C1可以起到隔直流的作用，所述第一电阻R1可以实现阻抗调节，采集到的AC信号发送到所述放大电路22。

进一步地，所述放大电路22包括变压器T1，其中，

所述变压器T1的原边第一端与所述第一电容C1的第二端相连；所述变压器T1的原边第二端与所述开关电源10相连；所述变压器T1的副边与所述滤波电路23相连。

应当理解的是，所述放大电路22可以为变压器T1，当然也可以为其他元器件或更复杂的起到信号放大作用的放大电路，本实施例对此不加以限制，所述变压器T1在接收到AC信号后，可以将采集到的AC信号进行电平放大，进而送至后级电路处理，所述开关电源为了实现输出电压的稳定，会设计成负反馈电路结构，由于后级电路的一端为负反馈电路的误差放大器(Error Amplifier，EA)的一端，采用变压器放大AC信号，可实现输出端与EA间的电气隔离。

在具体实现中，变压器T1的变比可依据所述场效应管Q1的开启门限电压和预期的振荡电压幅值选取，变压器的带宽可以在1kHz至100kHz，当然也可以为其他数值，本实施例对此不加以限制。

进一步地，所述谐振电路231包括：第二电阻R2、第一电感L1和第二电容C2；其中，

所述第二电阻R2的第一端与所述变压器T1的副边第一端相连，所述第二电阻R2的第二端与所述第一电感L1的第一端相连，所述第一电感L1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连，所述第二电容C2的第二端与所述变压器T1的副边第二端相连；所述第二电阻R2的第一端还与所述整流滤波电路232相连，所述第二电容C2的第二端还与所述整流滤波电路232相连。

需要说明的是，经过所述变压器T1放大的AC信号将由第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1进行带阻滤波处理，以滤除纹波电压分量，所以，第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1的谐振频率点为电源开关频率。

进一步地，所述整流滤波电路232包括：第一二极管D1、第二二极管 D2、第三电阻R3、第四电阻R4和第三电容C3；其中，

所述第一二极管D1的阳极与所述第二电阻R2的第一端相连，所述第一二极管D1的阴极与所述第三电阻R3的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端与所述第三电容C3的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述第四电阻R4的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述第二二极管 D2的阴极相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述电源环路调节电路相连；所述第三电容C3的第二端与所述电源环路调节电路30相连；所述第四电阻R4的第二端与所述第三电容C3的第二端相连，所述第二二极管D2的阳极与所述第四电阻R4的第二端相连，所述第二二极管D2的阳极还与所述第二电容C2的第二端相连。

可以理解的是，滤除开关频率分量的AC信号经过第一二极管D1、第三电阻R3、第三电容C3以及第四电阻R4整流和平滑滤波可以得到驱动所述电源环路调节电路30的驱动电压，所述第二二极管D2可以为箝位二极管，用于保护电源环路调节电路30的电压不会超出限值。

进一步地，所述电源环路调节电路30包括：场效应管Q1和电源调节器件，其中，

所述场效应管Q1的栅极与所述第三电阻R3的第二端相连，所述场效应管Q1的源极与所述第三电容C3的第二端相连；所述场效应管Q1的漏极与所述电源调节器件的第一端相连，所述电源调节器件的第二端与所述开关电源的负反馈电路第一端相连；所述场效应管Q1的源极还与所述开关电源的负反馈电路第二端相连；

应当理解的是，所述第二二极管D2可以为箝位二极管，用于保护场效应管Q1的栅-源级间电压不会超出限值；当所述开关电源正常工作时，电源输出端A点和B点之间将存在和开关频率同频的纹波电压，该纹波电压将被变压器T1放大，由第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1构成的谐振电路231，其谐振频率点设置在开关电源的开关频率处，所述谐振电路231将滤除开关电源产生的纹波电压，于是纹波电压将不能对后级电路构成一个具有足够幅值的交流电压源，因此，纹波电压不会触发所述场效应管Q1导通。

相应地，所述电源调节器件，用于调整电源环路补偿参数，其中，

所述电源调节器件为电阻或电容中的任意一种。

需要说明的是，所述电源调节器件可以为电阻或电容中的任意一种，当然还可以为其他具有相同改变环路特性作用的其他元器件，本实施例对此不加以限制；本实施例中以电容为例，所述电源环路调节电路30包括：场效应管Q1和第四电容C4，其中，所述场效应管Q1的栅极与所述第三电阻R3的第二端相连，所述场效应管Q1的源极与所述第三电容C3的第二端相连；所述场效应管Q1的漏极与所述第四电容C4的第一端相连，所述第四电容C4 的第二端与所述开关电源的负反馈电路第一端相连；所述场效应管Q1的源极还与所述开关电源的负反馈电路第二端相连，通过所述第四电容C4可以使得所述电源环路补偿参数发生改变，从而调节电源开环传递函数的零点和极点的分布情况，实现环路特性的调节，从而破坏所述开关电源自激振荡的反馈环路条件，迫使所述开关电源退出自激振荡状态。

可以理解的是，当开关电源由于元器件性能劣化而导致电源环路特性劣化时，其环路相位裕量变小，则当输入电压或负载突变诱发电源发生自激振荡时，将在电源输出端A点、B点将形成振荡电压，振荡电压经过变压器T1 放大，由于第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1构成的谐振电路231 的谐振点在开关电源的开关频率点，因此几乎不会对振荡电压形成影响，经过变压器T1放大后的振荡电压对后级电路将构成一个有足够幅值的交流电压源，该交流电压源经所述整流滤波电路232的第一二极管D1整流后，将施加在由第三电阻R3、第三电容C3以及第四电阻R4构成的分压和平滑电路上，所述第二二极管D2为稳压管，用于限制所述场效应管Q1的栅-源极电压，于是，振荡电压经过变压器放大、整流、滤波后，形成一个足以驱动所述场效应管Q1的栅-源极电压，所述场效应管Q1将被导通，于是通过电源环路调节电路中的所述第四电容C4调节电源环路补偿参数，改变环路特性，环路特性的变化可使得维持自激振荡的条件被破坏，电源将退出自激振荡状态；当A点、B点间的振荡电压消除后，用于驱动所述场效应管Q1导通的交流电压源将消失，所述场效应管Q1将关闭，环路特性恢复。

本实施例通过上述方案，通过电源环路调节电路中的电容调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

进一步地，基于上述开关电源自激振荡的消除电路，图3为本发明开关电源自激振荡的消除电路另一实施例的电路结构示意图，如图3所示，在本实施例中，所述信号处理电路20包括：抗干扰电路21、放大电路22和滤波电路23；其中，

所述抗干扰电路21与所述开关电源10电连接，所述抗干扰电路21还与所述放大电路22电连接，所述放大电路22与所述滤波电路23电连接，所述滤波电路23与所述电源环路调节电路30电连接。

进一步地，所述滤波电路23包括：谐振电路231和整流滤波电路232；其中，所述谐波电路231与所述放大电路22电连接，所述谐波电路231还与所述整流滤波电路232电连接，所述整流滤波电路232与所述电源环路调节电路30电连接。

进一步地，所述抗干扰电路21包括第一电阻R1和第一电容C1；其中，

所述第一电阻R1的第一端与所述开关电源相连，所述第一电阻的第二端与所述第一电容C1的第一端相连，所述第一电容C1的第二端与所述放大电路22相连。

可以理解的是，为了检测输出电压上的交流电(Alternating Current，AC) 信号分量的电压，通过所述抗干扰电路中的第一电容C1可以起到隔直流的作用，所述第一电阻R1可以实现阻抗调节，采集到的AC信号发送到所述放大电路22。

进一步地，所述放大电路22包括变压器T1，其中，

所述变压器T1的原边第一端与所述第一电容C1的第二端相连；所述变压器T1的原边第二端与所述开关电源10相连；所述变压器T1的副边与所述滤波电路23相连。

应当理解的是，所述放大电路22可以为变压器T1，当然也可以为其他元器件或更复杂的起到信号放大作用的放大电路，本实施例对此不加以限制，所述变压器T1在接收到AC信号后，可以将采集到的AC信号进行电平放大，进而送至后级电路处理，所述开关电源为了实现输出电压的稳定，会设计成负反馈电路结构，由于后级电路的一端为负反馈电路的误差放大器(Error Amplifier，EA)的一端，采用变压器放大AC信号，可实现输出端与EA间的电气隔离。

在具体实现中，变压器T1的变比可依据所述场效应管Q1的开启门限电压和预期的振荡电压幅值选取，变压器的带宽可以在1kHz至100kHz，当然也可以为其他数值，本实施例对此不加以限制。

进一步地，所述谐振电路231包括：第二电阻R2、第一电感L1和第二电容C2；其中，

所述第二电阻R2的第一端与所述变压器T1的副边第一端相连，所述第二电阻R2的第二端与所述第一电感L1的第一端相连，所述第一电感L1的第二端与所述第二电容C2的第一端相连，所述第二电容C2的第二端与所述变压器T1的副边第二端相连；所述第二电阻R2的第一端还与所述整流滤波电路232相连，所述第二电容C2的第二端还与所述整流滤波电路232相连。

需要说明的是，经过所述变压器T1放大的AC信号将由第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1进行带阻滤波处理，以滤除纹波电压分量，所以，第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1的谐振频率点为电源开关频率。

进一步地，所述整流滤波电路232包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三电阻R3、第四电阻R4和第三电容C3；其中，

所述第一二极管D1的阳极与所述第二电阻R2的第一端相连，所述第一二极管D1的阴极与所述第三电阻R3的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端与所述第三电容C3的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述第四电阻R4的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述第二二极管 D2的阴极相连，所述第三电阻R3的第二端还与所述电源环路调节电路相连；所述第三电容C3的第二端与所述电源环路调节电路30相连；所述第四电阻R4的第二端与所述第三电容C3的第二端相连，所述第二二极管D2的阳极与所述第四电阻R4的第二端相连，所述第二二极管D2的阳极还与所述第二电容C2的第二端相连。

可以理解的是，滤除开关频率分量的AC信号经过第一二极管D1、第三电阻R3、第三电容C3以及第四电阻R4整流和平滑滤波可以得到驱动所述电源环路调节电路30的驱动电压，所述第二二极管D2可以为箝位二极管，用于保护电源环路调节电路30的电压不会超出限值。

进一步地，所述电源环路调节电路30包括：场效应管Q1和电源调节器件，其中，

所述场效应管Q1的栅极与所述第三电阻R3的第二端相连，所述场效应管Q1的源极与所述第三电容C3的第二端相连；所述场效应管Q1的漏极与所述电源调节器件的第一端相连，所述电源调节器件的第二端与所述开关电源的负反馈电路第一端相连；所述场效应管Q1的源极还与所述开关电源的负反馈电路第二端相连；

应当理解的是，所述第二二极管D2可以为箝位二极管，用于保护场效应管Q1的栅-源级间电压不会超出限值；当所述开关电源正常工作时，电源输出端A点和B点之间将存在和开关频率同频的纹波电压，该纹波电压将被变压器T1放大，由第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1构成的谐振电路231，其谐振频率点设置在开关电源的开关频率处，所述谐振电路231将滤除开关电源产生的纹波电压，于是纹波电压将不能对后级电路构成一个具有足够幅值的交流电压源，因此，纹波电压不会触发所述场效应管Q1导通。

相应地，所述电源调节器件，用于调整电源环路补偿参数，其中，

所述电源调节器件为电阻或电容中的任意一种。

需要说明的是，所述电源调节器件可以为电阻或电容中的任意一种，当然还可以为其他具有相同改变环路特性作用的其他元器件，本实施例对此不加以限制；本实施例中以电阻为例，所述电源环路调节电路30包括：场效应管Q1和第五电阻R5，其中，所述场效应管Q1的栅极与所述第三电阻R3的第二端相连，所述场效应管Q1的源极与所述第三电容C3的第二端相连；所述场效应管Q1的漏极与所述第五电阻R5的第一端相连，所述第五电阻R5 的第二端与所述开关电源的负反馈电路第一端相连；所述场效应管Q1的源极还与所述开关电源的负反馈电路第二端相连，通过所述第五电阻R5可以使得所述电源环路补偿参数发生改变，从而调节电源开环传递函数的零点和极点的分布情况，实现环路特性的调节，从而破坏所述开关电源自激振荡的反馈环路条件，迫使所述开关电源退出自激振荡状态。

可以理解的是，当开关电源由于元器件性能劣化而导致电源环路特性劣化时，其环路相位裕量变小，则当输入电压或负载突变诱发电源发生自激振荡时，将在电源输出端A点、B点将形成振荡电压，振荡电压经过变压器T1 放大，由于第二电阻R2、第二电容C2和第一电感L1构成的谐振电路231 的谐振点在开关电源的开关频率点，因此几乎不会对振荡电压形成影响，经过变压器T1放大后的振荡电压对后级电路将构成一个有足够幅值的交流电压源，该交流电压源经所述整流滤波电路232的第一二极管D1整流后，将施加在由第三电阻R3、第三电容C3以及第四电阻R4构成的分压和平滑电路上，所述第二二极管D2为稳压管，用于限制所述场效应管Q1的栅-源极电压，于是，振荡电压经过变压器放大、整流、滤波后，形成一个足以驱动所述场效应管Q1的栅-源极电压，所述场效应管Q1将被导通，于是通过电源环路调节电路中的所述第五电阻R5调节电源环路补偿参数，改变环路特性，环路特性的变化可使得维持自激振荡的条件被破坏，电源将退出自激振荡状态；当A点、B点间的振荡电压消除后，用于驱动所述场效应管Q1导通的交流电压源将消失，所述场效应管Q1将关闭，环路特性恢复。

相应地，本发明还提出一种开关电源自激振荡的消除装置，所述开关电源自激振荡的消除装置包括上文所述的开关电源自激振荡的消除电路。

在具体实现中，至于选择接入电阻还是电容来改变环路特性，这需要依据具体环路特性来选定，哪种效果更好、更易实施就采用哪种；接入电源环路调节电路的电阻或电容值，这需要依据电源具体的环路特性选择，本实施例对此不加以限制。

本实施例通过上述方案，通过电源环路调节电路中的电阻调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

进一步地，基于上述实施例的开关电源自激振荡的消除电路，提出开关电源自激振荡的消除方法；

参照图4，图4为本发明开关电源自激振荡的消除方法第一实施例的流程示意图。

在第一实施例中，所述开关电源自激振荡的消除方法包括以下步骤：

步骤S10、实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压。

需要说明的是，当输入电压或负载发生突变时，电源可能会在某个频点触发自激振荡，通过实时监测开关电源的输出电压，能够在所述输出电压发生自激振荡的第一时间对所述输出电压进行信号处理，即进行放大和滤波处理，进而获得处理后的振荡电压信号即振荡电压。

步骤S20、根据所述振荡电压驱动电源环路调节电路，并通过调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡。

应当理解的是，所述电源环路调节电路为对所述开关电源的电压进行调整的电路，通过调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数，可以破坏维持自激振荡的开环传递函数特性，从而可以消除所述开关电源的自激振荡。

在具体实现中，开关电源为了实现输出电压的稳定，会设计成负反馈电路结构，一般的负反馈电路结构如图5所示，图5为本发明开关电源自激振荡的消除方法中开关电源负反馈电路结构图，如图5所示，其中，V_in(s)为输入电压，V_out(s)为输出电压，H(s)为前向通道传递函数，ε为H(s)的增益系数， G(s)为反馈通道传递函数；

相应地，所述负反馈电路结构对应的闭环传递函数为：

其中，1+H(s)G(s)为所述负反馈电路结构对应的开环传递函数，当所述负反馈电路结构对应的开环传递函数满足以下条件时，所述开关电源将会发生自激振荡：

可以理解的是，开关电源在某个频点其开环传递函数满足以上条件时，电源将在该频点形成自激振荡；而开关电源为了增强负反馈电路的稳定性，会设计电源环路调节电路，从而使得电源环路具有较高的相位裕量和增益裕量。但是当电源器件发生劣化后，尤其是输出电容，环路特性也将发生变化，随着相位裕量的减小，电源振荡风险也加大，当输入电压或负载发生突变时，电源可能会在某个频点触发自激振荡。如不能使得电源迅速脱离振荡状态，电源将很快失效；为了使得电源脱离振荡状态，可以通过调节电源环路补偿参数的方法实现，环路补偿参数发生改变，从而破坏了维持自激振荡的开环传递函数特性，从而实现了消除所述开关电源的自激振荡的效果。

本实施例通过上述方案，通过实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压；根据所述振荡电压驱动电源环路调节电路，并通过调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡，能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

进一步地，基于上述开关电源自激振荡的消除方法第一实施例，提出本发明开关电源自激振荡的消除方法第二实施例，图6为本发明开关电源自激振荡的消除方法第二实施例的流程示意图，如图6所示，在本实施例中，所述步骤S10具体包括以下步骤：

步骤S11、在开关电源的电源输出端实时监测所述开关电源的输出电压。

需要说明的是，一般可以在所述开关电源的电源输出端通过两个输出端采集点采集到所述开关电源的输出电压，一般为与所述开关电源的开关频率同频的纹波电压，当然也可以是通过其他方式实时采集监测获得所述开关电源的输出电压，本实施例对此不加以限制。

步骤S12、在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对发生自激振荡的输出电压进行放大，获得放大后的输出电压对电源环路调节电路构成的交流电压源。

应当理解的是，当开关电源由于元器件性能劣化而导致电源环路特性劣化时，其环路相位裕量变小，输入电压或负载突变会诱发开关电源发生自激振荡，此时会监测到所述输出电压发生自激振荡，经过放大处理后的振荡电压会对后级电路构成一个有足够幅值的交流电压源，即会对电源环路调节电路构成一个交流电压源。

步骤S13、对所述交流电压源进行整流，并将整流后的交流电压源进行滤波处理，获得振荡电压。

可以理解的是，对所述交流电压源进行整流处理后，可以获得整流后的交流电压源，进而可以施加在后级电路中进行分压和平滑滤波处理，从而生成振荡电压，即用于驱动电源环路调节电路的电压。

本实施例通过上述方案，通过在开关电源的电源输出端实时监测所述开关电源的输出电压；在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对发生自激振荡的输出电压进行放大，获得放大后的输出电压对电源环路调节电路构成的交流电压源；对所述交流电压源进行整流，并将整流后的交流电压源进行滤波处理，获得振荡电压；能够实时监测开关电源的使用情况，并在发生自激振荡时，及时响应处理，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性。

进一步地，基于上述开关电源自激振荡的消除方法第一实施例，提出本发明开关电源自激振荡的消除方法第三实施例，图7为本发明开关电源自激振荡的消除方法第三实施例的流程示意图，如图7所示，在本实施例中，所述步骤S20具体包括以下步骤：

步骤S21、根据所述振荡电压驱动电源环路调节电路，通过所述电源环路调节电路中的电源调节器件调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数。

需要说明的是，开关电源为了实现输出电压的稳定，会设计成负反馈电路结构，而开关电源为了增强负反馈电路的稳定性，一般会设计电源环路调节电路，使得电源环路具有较高的相位裕量和增益裕量；但是当电源器件发生劣化后，尤其是输出电容，环路特性也将发生变化，随着相位裕量的减小，电源振荡风险也加大，当输入电压或负载发生突变时，开关电源可能会在某个频点触发自激振荡，如果不能使得电源迅速脱离振荡状态，开关电源将很快失效；因此，为了使得电源脱离振荡状态，可以通过调节电源环路补偿参数的方法实现，环路补偿参数发生改变，从而破坏了维持自激振荡的开环传递函数特性，从而实现了电源消振。

步骤S22、根据调整后的电源环路补偿参数改变维持所述开关电源的自激振荡的环路条件，从而消除所述开关电源的自激振荡。

可以理解的是，所述电源环路补偿参数为预先设置的所述电源环路调节电路用来调节电源环路的补偿参数，通过所述电源环路调节电路中的电源调节器件能给改变所述开关电源的环路特性，即通过所述电源调节器件可以改变原本的电源自激振荡的环路条件，迫使所述开关电源退出自激振荡状态，从而消除所述开关电源的振荡电压。

本实施例通过上述方案，通过所述振荡电压驱动电源环路调节电路，通过所述电源环路调节电路中的电源调节器件调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数；根据调整后的电源环路补偿参数改变维持所述开关电源的自激振荡的环路条件，从而消除所述开关电源的自激振荡；能够使电源快速退出振荡状态，使得电容得以恢复正常的工作状态，延长了电容的寿命，从而延长了电源的使用寿命，使得电源负反馈系统可继续正常工作，提高了系统的抗扰性和可靠性，并且减小电源环路设计裕量压力，增加了环境适应性，尤其适用于大功率电源。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种开关电源自激振荡的消除电路，其特征在于，所述开关电源自激振荡的消除电路包括：开关电源、信号处理电路及电源环路调节电路；所述开关电源与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述电源环路调节电路电连接，所述电源环路调节电路与所述开关电源电连接，所述信号处理电路还与负载电连接；其中，

所述信号处理电路，用于实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压，并根据所述振荡电压驱动所述电源环路调节电路；

所述电源环路调节电路，用于调节电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡；

其中，所述信号处理电路包括：抗干扰电路、放大电路和滤波电路；其中，

所述抗干扰电路与所述开关电源电连接，所述抗干扰电路还与所述放大电路电连接，所述放大电路与所述滤波电路电连接，所述滤波电路与所述电源环路调节电路电连接；

其中，所述滤波电路包括：谐振电路和整流滤波电路；其中，所述谐振电路与所述放大电路电连接，所述谐振电路还与所述整流滤波电路电连接，所述整流滤波电路与所述电源环路调节电路电连接。

2.如权利要求1所述的开关电源自激振荡的消除电路，其特征在于，所述抗干扰电路包括第一电阻和第一电容；其中，

所述第一电阻的第一端与所述开关电源相连，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述放大电路相连。

3.如权利要求2所述的开关电源自激振荡的消除电路，其特征在于，所述放大电路包括变压器，其中，

所述变压器的原边第一端与所述第一电容的第二端相连；所述变压器的原边第二端与所述开关电源相连；所述变压器的副边与所述滤波电路相连。

4.如权利要求3所述的开关电源自激振荡的消除电路，其特征在于，所述谐振电路包括：第二电阻、第一电感和第二电容；其中，

所述第二电阻的第一端与所述变压器的副边第一端相连，所述第二电阻的第二端与所述第一电感的第一端相连，所述第一电感的第二端与所述第二电容的第一端相连，所述第二电容的第二端与所述变压器的副边第二端相连；所述第二电阻的第一端还与所述整流滤波电路相连，所述第二电容的第二端还与所述整流滤波电路相连。

5.如权利要求4所述的开关电源自激振荡的消除电路，其特征在于，所述整流滤波电路包括：第一二极管、第二二极管、第三电阻、第四电阻和第三电容；其中，

所述第一二极管的阳极与所述第二电阻的第一端相连，所述第一二极管的阴极与所述第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第一端相连，所述第三电阻的第二端还与所述第四电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端还与所述第二二极管的阴极相连，所述第三电阻的第二端还与所述电源环路调节电路相连；所述第三电容的第二端与所述电源环路调节电路相连；所述第四电阻的第二端与所述第三电容的第二端相连，所述第二二极管的阳极与所述第四电阻的第二端相连，所述第二二极管的阳极还与所述第二电容的第二端相连。

6.如权利要求5所述的开关电源自激振荡的消除电路，其特征在于，所述电源环路调节电路包括：场效应管和电源调节器件，其中，

所述场效应管的栅极与所述第三电阻的第二端相连，所述场效应管的源极与所述第三电容的第二端相连；所述场效应管的漏极与所述电源调节器件的第一端相连，所述电源调节器件的第二端与所述开关电源的负反馈电路第一端相连；所述场效应管的源极还与所述开关电源的负反馈电路第二端相连；

相应地，所述电源调节器件，用于调整电源环路补偿参数，其中，

所述电源调节器件为电阻或电容中的任意一种。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的开关电源自激振荡的消除电路的开关电源自激振荡的消除方法，其特征在于，所述开关电源自激振荡的消除方法包括：

实时监测开关电源的输出电压，在监测到所述输出电压发生自激振荡时，对所述输出电压进行放大和滤波处理，获得振荡电压；

根据所述振荡电压驱动电源环路调节电路，并通过调整所述电源环路调节电路的电源环路补偿参数，消除所述开关电源的自激振荡。

8.一种开关电源自激振荡的消除装置，其特征在于，所述开关电源自激振荡的消除装置包括权利要求1-6中任一项所述的开关电源自激振荡的消除电路。

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