CN112327725A - 一种用于电源输出自适应动态调整系统 - Google Patents

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束逸
张力
李志峰
李建华
蔡雯琳
薛莲
赵茜
薛峰
杜润乐
刘佳琪
刘鑫
赵巨岩
刘洪艳
高路
彭程远
艾夏
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Abstract

本发明涉及一种用于电源输出自适应动态调整系统，实现二次电源输出的检测和自适应动态调整，包括模数转换器ADC、数模转换器DAC和微处理器，模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测，其检测周期与二次电源负载电路容许出现电压超差的最大时间相关，数模转换器DAC实现二次电源参考电压及输出电压的调整控制，其控制周期与数模转换器DAC的建立时间相等；微处理器完成模数转换器ADC检测结果的采集、比较和判断，实现二次电源输出电压检测、调整。本发明满足电子系统中二次电源输出电压保持正常工作范围的性能参数要求，能够实现快速的二次电源输出电压检测和自适应调整，提高电子系统可靠性。

Description

一种用于电源输出自适应动态调整系统
技术领域
本发明涉及一种用于电源输出自适应动态调整系统，用于电子系统及集成电路供电电压动态变化时的电源输出稳定控制。
背景技术
电源是电子系统工作的动力和基础，在电子系统起着重要的作用，电子系统供电系统一般由二次电源对初级供电进行变换，输出电子系统各集成电路需要的电压和电流，满足系统需要供电要求，电子系统才能处于正常工作状态。
但电子系统或集成电路功耗电流往往与其需要处理的工作、运行状态等有很大关系，功耗电流随工作状态有着较大的动态变化，另一方面电子系统受环境干扰、自身老化等影响，电子系统的二次电源也会出现输出的变化。
电子系统或集成电流功耗动态变化、环境干扰及自身老化等均会导致二次电源输出会出现波动，当波动范围超过电子系统或集成电路容许的限制时，将导致电子系统或集成电路不能正常工作，严重时将出现电子系统或集成电路损坏等。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于电源输出自适应动态调整系统，实现二次电源输出在功耗电流动态变化、环境干扰及自身老化条件下仍能够稳定输出，且可实现快速、动态自适应调整，以保证电子系统或集成电路不被损坏，保持正常工作。
本发明解决技术的方案是：
一种用于电源输出自适应动态调整系统，实现二次电源输出的检测和自适应动态调整，包括模数转换器ADC、数模转换器DAC和微处理器，
模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测，其检测周期与二次电源负载电路容许出现电压超差的最大时间相关，即检测周期最少应等于容许出现电压超差的最大时间；采用连续3次采样求平均方式进行检测，以防止单次检测出现干扰误判；
数模转换器DAC实现二次电源参考电压及输出电压的调整控制，其控制周期与数模转换器DAC的建立时间相等；
微处理器完成模数转换器ADC检测结果的采集、比较和判断，并完成数模转换器DAC的控制、输出操作，实现二次电源输出电压检测、调整；
具体的，模数转换器ADC对二次电源输出电压进行检测，并将电压检测值发送给微处理器，微处理器对电压检测值与正常电压范围进行比对，并判断是否在正常输出范围内，若判断结果在正常输出范围内，微处理器不对电源电压输出进行调整；若判断结果不在正常输出范围内，微处理器通过扫描方法或动态监测调整方法，计算使电压回归正常输出范围所需要的二次电源参考电压值，进而实现电源输出自适应动态调整。
进一步的，扫描方法是根据二次电源正常工作的初始电压值，按照扫描步长递增或递减控制数模转换器DAC的电压输出，改变二次电源参考电压，进而改变二次电源输出电压，与二次电源正常工作的初始电压值进行比较，当输出电压仍不满足正常工作值时，继续进行递增或递减补偿，直到输出电压回归正常值。
进一步的，动态监测调整方法是根据二次电源正常工作的初始电压值，按照二次电源输出电压计算公式
Vout＝Vref×(1+Rf/Rs)
反演计算获得二次电源正常工作的初始电压值对应的参考电压值，再根据电源电压正常值，计算获得需要调整达到电源参考电压值V’ref，，从而实现二次电源电压回归正常，
其中：Vout为二次电源正常工作的初始电压值，Vref为二次电源正常工作的初始参考电压，Rf、Rs为电阻。
进一步的，先通过动态监测调整方法，确定输出电压回归正常需要的参考电压值，若参考电压值设定后，输出电压与正常值一致，则不需要要继续调整；若依然有偏差，再通过扫描方法，对DAC输出电压进行微调，直到二次电源输出电压正常。
进一步的，模数转换器ADC的数据转换率需满足：
CADC＝(tafft/3)-1
其中CADC为数据转换率，tafft为最大容许出现电压超差的最大时间。
进一步的，模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测周期至少为0.1ms，ADC数据转换率最低为30kSPS。
进一步的，扫描步长以二次电源不正常时的电压值与初始电压值的差值作为基准。
进一步的，超差值大于初始电压值时，递减；超差值小于初始电压值时，递增。
进一步的，数模转换器DAC根据微处理器的数字扫描步长，实现二次电源输出电压的调整。
进一步的，二次电源正常工作需要调整的参考电压值V’ref＝Vout/(1+Rf/Rs)，
其中，
Vout为二次电源正常工作的初始电压值，Rf、Rs为电阻。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)当前二次电源电压输出设计一旦固定，就无法调整，当二次电源输出电压一旦出现超差，将导致负载电路工作异常甚至损坏，本发明采用动态实时检测二次电源输出电压、实时调整控制二次电源输出电压方法，具有二次电源输出电压超差时，保护后续电路不被损坏的作用，提升电源系统稳定性及使用寿命；
(2)本发明采用微处理器、模数转换器ADC、数模转换器DAC组成的检测与动态调整系统，可实现二次电源电压出现超差时的快速检测与自适应调整，保护后续电路不被损坏；
(3)本发明满足电子系统中二次电源输出电压保持正常工作范围的性能参数要求，能够实现快速的二次电源输出电压检测和自适应调整，提高电子系统可靠性；
(4)本发明总体上采用“检测-调整”的闭环思路，采用“微处理器+ADC+DAC”架构，能够快速检测二次电源输出电压是否异常，能够快速调整其恢复正常工作范围，保护后续负载电路不被损坏，且自行恢复正常工作。
附图说明
图1为本发明一种用于电源输出自适应动态调整方法示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种用于电源输出自适应动态调整系统，如图1所示，实现二次电源输出的检测和自适应动态调整，包括模数转换器ADC、数模转换器DAC和微处理器，
模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测，其检测周期与二次电源负载电路容许出现电压超差的最大时间相关，即检测周期最少应等于容许出现电压超差的最大时间；采用连续3次采样求平均方式进行检测，以防止单次检测出现干扰误判；
数模转换器DAC实现二次电源参考电压及输出电压的调整控制，其控制周期与数模转换器DAC的建立时间相等；
微处理器完成模数转换器ADC检测结果的采集、比较和判断，并完成数模转换器DAC的控制、输出操作，实现二次电源输出电压检测、调整；
具体的，模数转换器ADC对二次电源输出电压进行检测，并将电压检测值发送给微处理器，微处理器对电压检测值与正常电压范围进行比对，并判断是否在正常输出范围内，若判断结果在正常输出范围内，微处理器不对电源电压输出进行调整；若判断结果不在正常输出范围内，微处理器通过扫描方法或动态监测调整方法，计算使电压回归正常输出范围所需要的二次电源参考电压值，进而实现电源输出自适应动态调整。
扫描方法是根据二次电源正常工作的初始电压值，按照扫描步长递增或递减控制数模转换器DAC的电压输出，改变二次电源参考电压，进而改变二次电源输出电压，与二次电源正常工作的初始电压值进行比较，当输出电压仍不满足正常工作值时，继续进行递增或递减补偿，直到输出电压回归正常值。
动态监测调整方法是根据二次电源正常工作的初始电压值，按照二次电源输出电压计算公式
Vout＝Vref×(1+Rf/Rs)
反演计算获得二次电源正常工作的初始电压值对应的参考电压值，再根据电源电压正常值，计算获得需要调整达到电源参考电压值V’ref，，从而实现二次电源电压回归正常，
其中：Vout为二次电源正常工作的初始电压值，Vref为二次电源正常工作的初始参考电压，Rf、Rs为电阻。
先通过动态监测调整方法，确定输出电压回归正常需要的参考电压值，若参考电压值设定后，输出电压与正常值一致，则不需要要继续调整；若依然有偏差，再通过扫描方法，对DAC输出电压进行微调，直到二次电源输出电压正常。
模数转换器ADC的数据转换率需满足：
CADC＝(tafft/3)-1
其中CADC为数据转换率，tafft为最大容许出现电压超差的最大时间。
模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测周期至少为0.1ms，ADC数据转换率最低为30kSPS。
扫描步长以二次电源不正常时的电压值与初始电压值的差值作为基准。
超差值大于初始电压值时，递减；超差值小于初始电压值时，递增。
数模转换器DAC根据微处理器的数字扫描步长，实现二次电源输出电压的调整。
二次电源正常工作需要调整的参考电压值V’ref＝Vout/(1+Rf/Rs)，其中，
Vout为二次电源正常工作的初始电压值，Rf、Rs为电阻。
实施例
一种用于电源输出自适应动态调整，微处理器采用型号为MSP430FR5739IDAR，自带ADC；DAC采用AD5683R。
上述实施例中，微处理器自带12路ADC，10位精度，转换周期5us；
上述实施例中，DAC精度为16位，建立时间5us；
测试结果：对二次电源输出电压动态检测周期和电压动态自适应调整周期均为5us，检测电压范围从0V-10V，控制电压输出范围从1.2V-5.0V，当输出电压出现超差且超过预定阈值时，可在100us内完成自适应调整，使输出电压回归正常。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，实现二次电源输出的检测和自适应动态调整，包括模数转换器ADC、数模转换器DAC和微处理器，
模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测，其检测周期与二次电源负载电路容许出现电压超差的最大时间相关，即检测周期最少应等于容许出现电压超差的最大时间；采用连续3次采样求平均方式进行检测，以防止单次检测出现干扰误判；
数模转换器DAC实现二次电源参考电压及输出电压的调整控制，其控制周期与数模转换器DAC的建立时间相等；
微处理器完成模数转换器ADC检测结果的采集、比较和判断，并完成数模转换器DAC的控制、输出操作，实现二次电源输出电压检测、调整；
具体的，模数转换器ADC对二次电源输出电压进行检测，并将电压检测值发送给微处理器，微处理器对电压检测值与正常电压范围进行比对，并判断是否在正常输出范围内，若判断结果在正常输出范围内，微处理器不对电源电压输出进行调整；若判断结果不在正常输出范围内，微处理器通过扫描方法或动态监测调整方法，计算使电压回归正常输出范围所需要的二次电源参考电压值，进而实现电源输出自适应动态调整。
2.根据权利要求1所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，扫描方法是根据二次电源正常工作的初始电压值，按照扫描步长递增或递减控制数模转换器DAC的电压输出，改变二次电源参考电压，进而改变二次电源输出电压，与二次电源正常工作的初始电压值进行比较，当输出电压仍不满足正常工作值时，继续进行递增或递减补偿，直到输出电压回归正常值。
3.根据权利要求1所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，动态监测调整方法是根据二次电源正常工作的初始电压值，按照二次电源输出电压计算公式
Vout＝Vref×(1+Rf/Rs)
反演计算获得二次电源正常工作的初始电压值对应的参考电压值，再根据电源电压正常值，计算获得需要调整达到电源参考电压值V’ref，，从而实现二次电源电压回归正常，
其中：Vout为二次电源正常工作的初始电压值，Vref为二次电源正常工作的初始参考电压，Rf、Rs为电阻。
4.根据权利要求1所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，先通过动态监测调整方法，确定输出电压回归正常需要的参考电压值，若参考电压值设定后，输出电压与正常值一致，则不需要要继续调整；若依然有偏差，再通过扫描方法，对DAC输出电压进行微调，直到二次电源输出电压正常。
5.根据权利要求1所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，模数转换器ADC的数据转换率需满足：
CADC＝(tafft/3)-1
其中CADC为数据转换率，tafft为最大容许出现电压超差的最大时间。
6.根据权利要求1所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，模数转换器ADC实现二次电源输出电压的检测周期至少为0.1ms，ADC数据转换率最低为30kSPS。
7.根据权利要求2所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，扫描步长以二次电源不正常时的电压值与初始电压值的差值作为基准。
8.根据权利要求2所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，超差值大于初始电压值时，递减；超差值小于初始电压值时，递增。
9.根据权利要求2所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，数模转换器DAC根据微处理器的数字扫描步长，实现二次电源输出电压的调整。
10.根据权利要求3所述的一种用于电源输出自适应动态调整系统，其特征在于，二次电源正常工作需要调整的参考电压值V’ref＝Vout/(1+Rf/Rs)，其中，Vout为二次电源正常工作的初始电压值，Rf、Rs为电阻。
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