CN112467978A - 开关电源的工作频率调整方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过调整开关电源的工作频率，提升通讯系统整体电源工作效率的方法，该方法包括：管理单元获取电路中的开关电源的当前负载信息；所述管理单元根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表；所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。在本发明中，预先存放系统各级开关电源的在不同负载下的效率与频率对应表，在系统运行时，根据系统的负载情况，基于效率与频率对应表来更改各级开关电源电路的工作频率，从而减少电路中的开关损耗，达到提升效率的目的，同时所述管理单元通过监控电路的电压，电流，功率，温度等信息，保证电源系统工作在稳定状态。

Description

开关电源的工作频率调整方法及装置
技术领域
本发明涉及通信设备供电领域，具体而言，涉及一种开关电源的工作频率调整方法及装置。
背景技术
随着通信设备发展，单板的功率密度增加明显，CPU、图像处理器、网络处理器等器件的工作电流越来越大，系统整机功耗也增加明显，耗电量很大，因此，最大幅度的提升系统的电能转换效率，变得更加重要和紧迫。
同时，通信设备运行有明显的波峰和波谷两种状态，忙时和闲时整个系统的负载变化较大，现在运营商、互联网公司都要求系统在各种负载下均能够工作在最佳效率，最大可能提升轻载时的效率，降低能耗。
目前在系统提升效率方面，有很多方法在使用，例如，使用开环模式的总线模块，降低单板内部的总线电压，提升单板内部各个电压转换电路效率；减少单板上线性调压器LDO的使用；优选工作效率最高的BUCK电路方案；半导体器件的选型方面，也都使用导通电阻最小的器件；尽可能的减小系统线路上的损耗，采用高电压的总线方案等等。
这些措施，可以提升效率，但是没法保证负载电流变化情况下，电路始终工作在最优效率点。电源是工作在固定的开关频率下，最优效率点出现在固定负载的情况下。特定开关频率和特定负载情况，在系统实际运行时，场景非常少，所以系统绝大部分时间没有工作在最优效率点。
发明内容
本发明实施例提供了一种开关电源的工作频率调整方法及装置，以至少解决相关技术中在负载变化情况下，如何保证开关电源电路工作在最优效率点的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种开关电源的工作频率调整方法，包括：管理单元获取电路中的开关电源的当前负载信息；所述管理单元根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表；所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。
其中，管理单元获取电路中的开关电源的负载信息包括：所述管理单元通过读取所述开关电源的电流和/或电压值来获取所述开关电源的负载信息。
其中，所述管理单元查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表之前，还包括：将所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表存储在存储单元中。
其中，所述管理单元查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表包括：所述管理单元查询所述对应关系表，确定在开关电源的当前负载情况下，所述开关电源的电源效率最高的开关频率。
其中，所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率包括：所述管理单元将所述开关电源的工作频率调整至查询到的所述开关频率。
其中，所述管理单元通过以下至少之一调整所述开关电源的工作频率：通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率；通过I2C调频指令来调整所述开关电源的工作频率。
其中，通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率包括以下之一：通过调整所述引脚RT接地的电阻值或接地电容值来调整所述开关电源的工作频率。
其中，管理单元在获取电路中的开关电源的当前负载信息时，还获取所述开关电源的温度信息。
其中，所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率之后，还包括：通过监控所述开关电源的电压、电流以及温度值来监控所述开关电源工作状态。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种开关电源的工作频率调整装置，该装置位于开关电源电路中，包括：获取模块，用于获取开关电源电路中的开关电源的当前负载信息；查询模块，用于根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表；调整模块，用于根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。
其中，所述获取模块，还用于通过读取所述开关电源的电流和/或电压值来获取所述开关电源的负载信息。
所述装置还可以包括：存储模块，用于存储所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表。
其中，所述查询模块，还用于查询所述对应关系表，确定在开关电源的当前负载情况下，所述开关电源的电源效率最高的开关频率。
其中，所述调整通过以下至少之一调整所述开关电源的工作频率：通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率；通过I2C调频指令来调整所述开关电源的工作频率。
所指装置还可以包括：监控模块，用于通过监控所述开关电源的电压、电流以及温度值来监控所述开关电源工作状态。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述方法实施例中的步骤。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述方法实施例中的步骤。
在本发明的上述实施例中，预先存放系统各级开关电源的在不同负载下的效率与频率对应表，在系统运行时，根据系统的负载情况，基于效率与频率对应表来更改各级开关电源电路的工作频率，减少电路中的开关损耗，达到提升效率的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的开关电源的工作频率调整方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的单电源频率调整示意图
图3是根据本发明实施例的并联多个电源频率调整示意图
图4是根据本发明实施例的单板母线电源模块的频率逻辑示意图
图5是根据本发明可选实施例的POL电源的频率调整逻辑示意图；
图6是根据本发明实施例的开关电源的工作频率调整装置结构示意图；
图7是根据本发明可选实施例的开关电源的工作频率调整装置结构示意图。
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。
在本实施例中提供了一种运行于开关电源电路上的开关电源的工作频率调整方法，图1是根据本发明实施例的方法流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S102，管理单元获取电路中的开关电源的当前负载信息；
步骤S104，所述管理单元根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表；
步骤S106，所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。
在本实施例的步骤S102中，所述管理单元通过读取所述开关电源的电流和/或电压值来获取所述开关电源的负载信息。
在本实施例的步骤S104之前，还可以包括：将所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表存储在存储单元中。
在本实施例的步骤S104中，所述管理单元查询所述对应关系表，确定在开关电源的当前负载情况下，所述开关电源的电源效率最高的开关频率。
在本实施例的步骤S106中，所述管理单元将所述开关电源的工作频率调整至查询到的所述开关频率。
在本实施例中，所述管理单元通过以下至少之一调整所述开关电源的工作频率：通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率；通过I2C调频指令来调整所述开关电源的工作频率。
在本实施例中，可通过调整所述引脚RT接地的电阻值或接地电容值来调整所述开关电源的工作频率。
在本实施例中，管理单元在获取电路中的开关电源的当前负载信息时，还可以获取所述开关电源的温度信息。
在本实施例的步骤S106之后，还可以包括：通过监控所述开关电源的电压、电流以及温度值来监控所述开关电源工作状态。
为了便于对本发明所提供的技术方案的理解，下面结合不同的开关电路结构实施例进行详细的描述。
实施例一
本实施例涉及单电源或多个并联电源的频率调整。图2示出了根据本发明实施例的单电源的频率调整逻辑示意图，图3示出了根据本发明实施例的多个并联电源的频率调整逻辑示意图。在本实施例中，如图2所示，通讯系统整机通过一个一次电源模块(例如，AC/DC(DC/DC)或者高压直流模块等)给系统各个单板负载供电。如图3所示，通讯系统整机通过并联多个一次电源模块给系统各个单板负载供电。
在本实施例中，对于单独使用或并联使用的给系统供电的一次电源模块，均具有开关频率可调节功能。一次电源模块在不同的负载和工作环境温度下，可工作在不同的开关频率。一次电源模块在各个频率下的电源转换效率不同，对应不同负载，存在最佳的工作频率点。
在本实施例中，系统管理单元(系统管理单板)的存储单元中，保存有负载-效率-频率对照表，该表记录了各个负载情况下电源模块的效率与开关频率的对应关系。
在设备运行中，系统管理单元读取各个一次电源模块的实时功率值(包括电流、电压和负载信息)，再通过温度采样电路获取各个一次电源工作温度，根据各个一次电源模块的当前负载，查询负载-效率-频率对照表，获得最优效率的开关频率，并向各个一次电源模块下发频率调整指令，同时，系统管理单元通过读取各个一次电源内部的温度，输出电压等情况，保证电源工作状态稳定。
实施例二
本实施例涉及总线电源模块的频率调整。图4示出了根据本发明实施例的单板母线电源模块的频率逻辑示意图。如图4所示，系统管理单元读取单板的运行环境温度、单板母线电压和模块输出电流。基于这些信息，查询所保存负载频率对应表，该表记录了电源在各个负载条件下的最优频率，从而将该电源电路设定到最优工作频率，提高电源模块运行效率。
实施例三
本实施例涉及POL(Point-of-Load,负载点)电源的频率调整。图5示出了根据本发明实施例的POL电源的频率调整逻辑示意图。如图5所示，在实施例中，单板内部各路非隔离电源、电压转换芯片的输出负载、输入电压、输出电压以及频率关系曲线存储在系统管理单元中。
在本实施例中，对于纯模拟电源方案，可以通过改变芯片工作频率设置引脚RT(一般非隔离电源控制芯片都设计有该引脚或者类似功能的引脚)的参数来改变频率，部分芯片可以通过调整RT接地的电阻R阻值实现调频，部分芯片可以通过调整RT接地电容C的容值实现调频,为防止频率突变给电源稳定性带来影响，在实际更改频率的过程中，可以增加RC充电电路，实现RT电阻阻值或者频率设置电容值的缓慢变化，保证电路环路不受突变，维持稳定。
对于数字芯片方案，带PMBUS总线接口的电源芯片，可通过I2C调频指令，由系统管理单板根据系统实际的功耗情况，直接通过SDA，SCK信号线进行命令传输。
在本发明的上述实施例中，通讯设备系统的各级管理单元，使用存储单元存储开关电源在不同负载情况下，开关频率和效率的对应关系表格。在运行过程中，系统可通过软件方式或者硬件方式读取到设备运行的温度，工作电压，负载电流等信息，对比已经存储的电源最优效率点信息，实时的调整开关电源电路的工作频率，使各个电路工作在最优工作点，同时系统监控各路电源的电压、电流以及温度值，满足系统的门槛值要求，保证系统工作稳定。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
在本实施例中还提供了一种开关电源的工作频率调整装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”或“单元”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图6是根据本发明实施例的开关电源的工作频率调整装置的结构框图，如图6所示，该装置位于开关电源电路中，该装置包括获取模块10、查询模块20和调整模块30。
获取模块10，用于获取开关电源电路中的开关电源的当前负载信息。
查询模块20，用于根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表。
调整模块30，用于根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。
图7是根据本发明实施例的开关电源的工作频率调整装置的结构框图，如图7所示，该装置除包括图6所示的获取模块10、查询模块20和调整模块30外，还包括存储模块40和监控模块50。
存储模块40，用于存储所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表。监控模块50，用于通过监控所述开关电源的电压、电流以及温度值来监控所述开关电源工作状态。
在本实施例中，所述获取模块10还用于通过读取所述开关电源的电流和/或电压值来获取所述开关电源的负载信息。所述查询模块20还用于：查询预存的开关频率和效率的对应关系表，确定在开关电源的当前负载情况下，所述开关电源的电源效率最高的开关频率。
在本实施例中，可以通过以下至少之一调整所述开关电源的工作频率：通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率；通过I2C调频指令来调整所述开关电源的工作频率。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
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。
以上所述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 (17)

1.一种开关电源的工作频率调整方法，其特征在于，包括：
管理单元获取电路中的开关电源的当前负载信息；
所述管理单元根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表；
所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，管理单元获取电路中的开关电源的负载信息包括：
所述管理单元通过读取所述开关电源的电流和/或电压值来获取所述开关电源的负载信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管理单元查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表之前，还包括：
将所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表存储在存储单元中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管理单元查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表包括：
所述管理单元查询所述对应关系表，确定在开关电源的当前负载情况下，所述开关电源的电源效率最高的开关频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率包括：
所述管理单元将所述开关电源的工作频率调整至查询到的所述开关频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述管理单元通过以下至少之一调整所述开关电源的工作频率：
通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率；
通过I2C调频指令来调整所述开关电源的工作频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率包括以下之一：
通过调整所述引脚RT接地的电阻值或接地电容值来调整所述开关电源的工作频率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，管理单元在获取电路中的开关电源的当前负载信息时，还获取所述开关电源的温度信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管理单元根据查询结果调整所述开关电源的工作频率之后，还包括：
通过监控所述开关电源的电压、电流以及温度值来监控所述开关电源工作状态。
10.一种开关电源的工作频率调整装置，位于开关电源电路中，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取开关电源电路中的开关电源的当前负载信息；
查询模块，用于根据所述当前负载信息查询预存的所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表；
调整模块，用于根据查询结果调整所述开关电源的工作频率。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述获取模块还用于：
通过读取所述开关电源的电流和/或电压值来获取所述开关电源的负载信息。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：
存储模块，用于存储所述开关电源在不同负载条件下的开关频率和效率的对应关系表。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述查询模块还用于：
查询所述对应关系表，确定在开关电源的当前负载情况下，所述开关电源的电源效率最高的开关频率。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述调整通过以下至少之一调整所述开关电源的工作频率：
通过调整开关电源芯片工作频率设置引脚RT的参数来调整所述开关电源的工作频率；
通过I2C调频指令来调整所述开关电源的工作频率。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：
监控模块，用于通过监控所述开关电源的电压、电流以及温度值来监控所述开关电源工作状态。
16.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至9任一项中所述的方法。
17.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至9任一项中所述的方法。
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