CN113258752B

CN113258752B - 一种电路信号的动态控制方法、系统及电源模块

Info

Publication number: CN113258752B
Application number: CN202110628542.3A
Authority: CN
Inventors: 张海东; 张凯旋; 踪成林; 李晨光; 付加友; 陈小平
Original assignee: Shenzhen Winline Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Winline Technology Co Ltd
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2041-06-07
Also published as: CN113258752A; WO2022257385A1

Abstract

本申请提供了一种电路信号的动态控制方法、系统及电源模块，该方法应用于电源管理系统中的第一模块，电源管理系统包括串联的多个电源模块，多个电源模块包括第一模块；方法包括：检测到第一模块的第一输出电压和第一输出电流的状态为第一状态，第一状态用于指示第一输出电压反向上升、且第一输出电流的采样值的最大偏移值小于等于第一阈值；将第一输出电压的输出值锁定为第一输出电压的采样值，以使得多个电源模块之间电压相同。本申请在突加负载后的输出电压和输出电流恢复过程中，监测第一输出电压和第一输出电流的状态，在检测到电压反升时，将第一输出电压锁定为当前电压，避免了最小输出电流模块电压过低，增强了系统的可靠性。

Description

一种电路信号的动态控制方法、系统及电源模块

技术领域

本申请涉及多模块串联供电领域，特别涉及一种电路信号的动态控制方法、系统及电源模块。

背景技术

在多模块串联系统中，串联系统中所有电源模块的输出电流等于串联系统的总输出电流，并且受限于电流输出能力最小的电源模块，串联系统中的电源模块每台模块的输出电流限流精度都会存在一定差异，所以在突加负载的工况下，输出电流限流值最小的模块会先进入限流环，其他电源模块仍会工作在电压环。当突加的负载是深度限流负载时，很有可能导致电源模块输出很低的电压，甚至接近0V工作。在这种情况下，对于输出高压的电源模块而言，当输出电压被强制拉低接近0V输出时会存在严重的可靠性风险。

因此现有技术仍有待改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种电路信号的动态控制方法、系统及电源模块，能够在检测到存在模块低压时，则将第一模块的输出电压锁定为当前电压，避免了输出电流最小的模块电压过低，增强系统的可靠性。

为了达到上述目的，本申请采取了以下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种电路信号的动态控制方法，应用于电源管理系统中的第一模块，所述电源管理系统包括输出端串联的多个电源模块，所述多个电源模块包括所述第一模块；所述方法包括：

检测到所述第一模块的第一输出电压和第一输出电流的状态为第一状态，所述第一状态用于指示所述第一输出电压反向上升、且所述第一输出电流的采样值的最大偏移值小于等于第一阈值；

将所述第一输出电压的输出值锁定为所述第一输出电压的采样值，以使得多个电源模块之间电压相同。

进一步的，所述多个电源模块还包括第二模块，所述方法还包括：

将所述第一模块的第一输出电流的限制值设置为第一限值；

将第二模块的第二输出电流的限制值设置为第二限值，所述第一限值大于第二限值。

进一步的，所述检测到所述第一模块的第一输出电压和第一输出电流的状态为第一状态之前，还包括：

当检测到所述第一输出电压在第一预设时间内的下降幅度大于第一预设值，且第一输出电流在第二预设时间内的上升幅度大于第二预设值时，检测第一模块是否处于第一状态。

所述检测到所述第一模块的第一输出电压和第一输出电流的状态为第一状态，具体包括：

当检测到所述第一输出电压大于第三预设值，且所述第一输出电流的采样值的最大偏移值小于等于第一阈值时，所述第一输出电压和第一输出电流处于第一状态，所述第三预设值为第一输出电压的电压限制值。

进一步的，当所述第一模块处于第一状态时，所述第一输出电流等于第一限值，所述第二输出电流等于第二限值。

第二方面，本申请还提供一种电源管理系统，用于为负载供电，所述电源管理系统包括输出端串联的多个电源模块，所述多个电源模块包括：

第一模块，用于当检测到第一模块的第一输出电压在第一预设时间内的下降幅度大于第一预设值，且第一模块的第一输出电流在第二预设时间内的上升幅度大于第二预设值时，检测第一模块是否处于第一状态，在检测到所述第一模块的第一输出电压反向上升和第一输出电流趋于稳定时，将所述第一输出电压的输出值锁定为所述第一输出电压的采样值，以使得多个电源模块之间电压均等；所述第一模块与负载连接，其中，所述第一状态用于指示所述第一输出电压反向上升、且所述第一输出电流的采样值的最大偏移值小于等于第一阈值。

进一步的，所述第一模块还用于将第一输出电流的限制值设置为第一限值。

进一步的，所述多个电源模块还包括：

第二模块，用于设置第二限值，并根据第二限值输出第二输出电流；

所述第二模块分别与第一模块和负载连接，所述第一限值大于第二限值。

第三方面，本申请还提供一种电源模块，包括：处理器和存储器；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上文所述的方法中的步骤。

第四方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上文所述的方法中的步骤。

本申请的有益效果在于：通过在突加负载之后的输出电压和输出电流恢复过程中，监测第一输出电压和第一输出电流的状态，在检测到存在模块低压时，则将第一模块的输出电压锁定为当前电压，避免了输出电流最小的模块电压过低，增强了系统的可靠性。

附图说明

图1为本申请提供的电源管理系统的结构框图；

图2为本申请提供的电源管理系统具体的结构框图；

图3为本申请提供的电源管理系统可选实施例的结构框图；

图4为本申请提供的电路信号的动态控制方法的流程图；

图5为现有技术的突加负载时序图；

图6为本申请提供的电源管理系统的突加负载时序图；

图7为本申请提供的电路信号的动态控制方法的步骤S3和S4的流程图；

图8为本申请提供的电源模块的结构框图。

具体实施方式

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。本申请中的“多个”是指两个及以上。

本申请的具体实施方式是为了便于对本申请的技术构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果做更为详细的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的解释说明并不构成对本申请的保护范围的限定。此外，下文所述的实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。

首先，对本申请实施例中涉及的部分名词进行解释，以便于本领域技术人员理解。

1、突加负载。即在系统或系统工作过程中将逐步增加载荷的操作。

2、动态工况。即突加负载时各个模块的输出电压和输出电流的动态变化情况。

目前，在多模块串联系统中，串联系统中所有电源模块的输出电流等于串联系统的总输出电流，并且受限于电流输出能力最小的电源模块，串联系统中的电源模块每台模块的输出电流限流精度都会存在一定差异，所以在突加负载的工况下，输出电流限流值最小的模块会先进入限流环，其他电源模块仍会工作在电压环。当突加的负载是深度限流负载时，很有可能导致电源模块输出很低的电压，甚至接近0V工作。在这种情况下，对于输出高压的电源模块而言，当输出电压被强制拉低接近0V输出时会存在严重的可靠性风险。

以LLC的拓扑为例，当电源模块设计的最高输出电压能力达到几百伏，在突加深度限流负载的过程中，电源模块会出现输出低压甚至输出电压接近0V的情况，这时LLC拓扑会进入硬开关工作区，同桥壁上的上下管MOS由于体二极管的反向恢复的存在，会带来直通的严重可靠性风险。

其他电源拓扑很少很兼顾到从0V到1000V都能可靠稳定输出的特性，所以现有的电源模块串联技术无法解决动态突加限流负载时的可靠性风险问题。

针对上述问题，本申请提供一种电路信号的动态控制方法、系统及电源模块，通过在突加负载之后的输出电压和输出电流恢复过程中，监测第一输出电压和第一输出电流的状态，在检测到存在模块低压时，则将第一模块的输出电压锁定为当前电压，避免了输出电流最小的模块电压过低，增强了系统的可靠性。

如图1所示，图1为本申请提供的一种电源管理系统，本申请中的电路信号的动态控制方法可以应用于所述电源管理系统中。所述电源管理系统用于为负载RL供电，所述系统包括输出端串联的多个电源模块，所述多个电源模块包括第一模块100，所述第一模块100可设置多个，其中设置由一个主模块，主模块与负载RL正极端连接；其他第一模块100为从模块，主模块和从模块依次串联，最后一个从模块与负载RL负极连接。第一模块100实时检测自身的第一输出电压和第一输出电流，在检测到自身的第一输出电压在第一预设时间内的下降幅度大于第一预设值，且第一输出电流在第二预设时间内的上升幅度大于第二预设值时，则判定突加负载开始发生，进而进行动态工况的监测。在动态工况监测中，当检测到所述第一输出电压和所述第一输出电流的状态为第一状态时，突加负载后模块低压开始发生，进而将采集到的当前第一输出电压的采样值设定为电压限制值，将第一输出电压锁定为当前第一输出电压的实际值。本申请在检测到存在模块低压时，则将第一模块100的第一输出电压锁定为所述第一输出电压的采样值，避免了输出电流最小的模块电压过低，增强了系统的可靠性。

请参阅图2，以两个第一模块100串联为例，每个第一模块100均包括电源单元110、输出电解电容Cout、输出电流采样电阻Ri。第一模块100输入三相市电，各第一模块100输出串联后连接负载RL，电源单元110内部由PFC功率校正电路和DC/DC隔离变压电路的两级电路依次连接组成。所述DC/DC隔离变压电路的输出正极端与输出电解电容Cout连接，输出电压采样信号Vo_samp；所述DC/DC隔离变压电路的输出负极端与输出电流采样电阻Ri连接，采集电流采样信号Io_samp，所述系统的负载RL输出电流为Iload，输出电解电容充电电流Ic。

具体的，两个第一模块100中，电压采样信号分别标记为Vo_samp1和Vo_samp2，电流采样信号分别标记为Io_samp1和Io_samp2，电解电容充电电流分别标记为Ic1和Ic2，串联系统的负载RL输出电流分别标记为Iload1和Iload2。

进一步的，所述第一模块100还用于将第一输出电流的限制值设置为第一限值，为第一模块100设置一个输出电流限制值。

在一中可选的实施方式中，请参阅图3，所述系统还包括第二模块200，所述第二模块200的结构与第一模块100一致，所述第二模块200与第一模块100串联并与负载RL连接。所述第二模块200设置有第二限值，所述第一限值大于第二限值，所述第二限值为第二输出电流的限制值，第二模块200根据第二限值输出最小的第二输出电流。即第二模块200的输出电流在整个电源管理系统中最小。因此，第二模块200不需要监测自身的输入电压和输出电压，只随着模块中的均压环相应的调整输出，即通过第一模块100对第二模块200进行调节，避免第二模块200在突加负载的输出恢复过程中电压下降过低，增强了系统的可靠性。

下面以具体的实施例对本申请所提供的电路信号的动态控制方法进行说明。

请参阅图4，所述电路信号的动态控制方法包括以下步骤：

S0、当检测到所述第一输出电压在第一预设时间内的下降幅度大于第一预设值，且第一输出电流在第二预设时间内的上升幅度大于第二预设值时，检测第一模块100是否处于第一状态；

具体的，结合图2和图5进行说明，所述第一模块100在t0时刻到t1时刻的输出负载RL为空载或轻载，此时所有的第一模块100都工作在电压环，即Vo1=Vo_samp1+Vo_samp2，Vo1为整个多模块串联系统的初始总电压，各模块输出电压实际值近似相等（即0.5* Vo1），即Vo_samp1≈Vo_samp2；串联环路的实际负载输出电流等于模块的自身电流采样信号的值，即Iload1=Ilod2=Io1=lo2 =Io_samp1=Io_samp2，lo1和Io2为各第一模块100的第一输出电流。第一模块100通过实时采集电流采样信号来判断第一输出电流的变化，通过实时采集电压采样值来判断第一输出电压的变化。

进入到t1~t2时间段之后，负载RL从轻载加到深度限流重载时，负载电流Iload从Io1增大到电流最大值Imax，此时各第一模块100的第一输出电流会随着环路控制速度迅速增大，当负载电流Iload恒大于各模块自身的电流采样信号Io_samp1和Io_samp2时，输出电解电容Cout上的充电电流分别为Ic1=Io_samp1 - Iload1< 0和Ic2=Io_samp 2- Iload2<0，电容处于放电状态，这时输出电解电容Cout两端的电压会随着持续降低，负载电流Iload也会随着输出电压降低而持续下降，此时表明突加负载开始发生，直到t2时刻为突加负载结束，此时负载RL为重载。此过程中，第一输出电压和第一输出电流都开始变化，第一模块100开始进入对动态工况的监测，开始检测第一模块100是否处于第一状态。图5和图6中的Vo2为整个多模块串联系统突加负载后的总电压。

具体的，所述第一模块100可根据第一输出电压急速下降和第一输出电流快速上升来判断自身处于突加动态负载的状态。为第一输出电压和第一输出电流设置分别设置第一预设值和第二预设值，在负载RL空载时开始检测，负载RL空载时和轻载时，第一模块100的第一预设时间内若第一输出电压的下降幅度大于第一预设值，且第一输出电流在第二预设时间内容的上升幅度大于第二预设值，则判断存在突加负载，第一模块100进入动态工况监测，开始检测第一模块100是否处于第一状态。

S1、检测到所述第一模块的第一输出电压和第一输出电流的状态为第一状态；

S2、将所述第一输出电压的输出值锁定为所述第一输出电压的采样值，以使得多个电源模块之间电压相同。

具体的，请一并参阅图5和图6，在t2~t3时间段，当模块识别到自身处于突加负载的状态后，经过t2时刻后，负载输出电流Iload基本不变，串联系统的总输出电压（Vo_total）也稳定不变。这时第一模块100中的从模块可通过自身输出电解电容的第一输出电压是否反向上升来判断是否处于第一状态。

当识别到第一输出电压反向上升并且第一输出电流基本不变时，第一输出电压和第一输出电流处于第一状态，表明负载RL已经处于重载状态，突加负载后模块低压开始发生，第一输出电流最小的第一模块100会随着其他模块电压的升高而持续降低，最终导致电压过低，甚至趋近0V，会有可靠性风险（如图5所示，现有技术未进行动态调控，因此在t2~t3时间段，输出电流最小的电源模块开始随着其他模块的电压上升而下降，最终到t4时刻趋于0V）。而本实施例在这时将当前的输出电压采样值作为自身的输出电压给定，避免了输出电压进一步上升。而输出电流最低第一模块100的识别到自身电压仍在下降，则不需要更改输出电压给定。直到t3时刻，串联系统中的模块输出电压基本稳定，并且各模块输出电压值也趋于稳定，且不会出现较大偏差。

进一步的，所述S2步骤，具体包括：

S21、当检测到所述第一输出电压大于第三预设值，且所述第一输出电流的采样值的最大偏移值小于等于第一阈值时，所述第一输出电压和第一输出电流处于第一状态。

具体的，在动态工况监测中，当第一模块100监测到所述第一输出电压大于第三预设值时，证明电压开始反向上升，此时若输出电流等于第一限值，则将第一输出电压锁定为当前输出电压的实际值（即电压采样信号Vo_samp的值），避免了第一模块100中的第一输出电压继续上升，而第一输出电流最小的的第一模块100则会监测到第一输出电压持续下降，此时不用调整第一输出电压，使其随着其他第一模块100的电压调整而趋于稳定，最终每个第一模块100的电压基本相等，误差不大。

需要说明的是，所述第三预设值为第一模块100的电压限制值，且所述第一预设值、第二预设值和第三预设值可根据实际情况自行设定，在此不做限定。

请参阅图7，在一种可选的实施方式中，所述电路信号的动态控制方法还包括：

S3、将所述第一模块100的第一输出电流的限制值设置为第一限值；

S4、将第二模块200的第二输出电流的限制值设置为第二限值。

具体的，请一并参阅图3，只设置有第一模块100时，为第一模块100的第一输出电流设置一个第一限值，第一模块100的第一输出电流的不同是基于限流精度的差异而产生的大小差别，因此总会有一个最小的，而在使用过程中的不同损耗，也会改变这些大小差别，使得每个第一模块100都要设置一个动态工况监测程序。因此，为了降低成本和损耗，可单独设置一个第二模块200，为其第二输出电流设置一个第二限值，第一限值大于第二限值，使得第二模块200的第二输出电流为整个系统中最小的输出电流，这样就不用为第二模块200配置动态工况监测程序，可降低其内存容量，也降低了实时监测的电量损耗。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述实施例所述的方法中的步骤。

本发明还提供了一种电源模块10，如图8所示，其包括至少一个处理器（processor）20和/或存储器（memory）21。其中，处理器20和存储器21可以通过传输线或印制铜线完成相互间的信号传输。处理器20可以调用存储器21中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。所述电源模块10可以是上文所述的第一模块100。

此外，上述的存储器21中的逻辑指令可以通过软件功能单元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取存储介质中。

存储器21作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器20通过运行存储在存储器21中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。

存储器21可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据电源模块的使用所创建的数据等。此外，存储器21可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

此外，上述存储介质以及移动终端中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。

综上所述，本申请提供的一种电路信号的动态控制方法，通过第一模块，实时检测自身实际输出电压波形和输出电流波形，判断处于动态负载的工况。本发明通过在负载动态下，区分自身输出电流能力后，将自身模块当前的实际输出电压采样值作为自身的输出电压的设定值，直接进入电压环工作，避免了输出电流能力最小的模块输出电压持续下降带来的风险。在动态负载下，通过模块智能控制自身的输出电压值，来最大程度的降低串联系统各模块输出电压的压差。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种电路信号的动态控制方法，其特征在于，应用于电源管理系统中的第一模块，所述电源管理系统包括输出端串联的多个电源模块，所述多个电源模块包括所述第一模块；所述方法包括：

当检测到所述第一模块的第一输出电压在第一预设时间内的下降幅度大于第一预设值，且第一模块的第一输出电流在第二预设时间内的上升幅度大于第二预设值时，检测第一模块是否处于第一状态；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个电源模块还包括第二模块，所述方法还包括：

将所述第一模块的第一输出电流的限制值设置为第一限值；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测到所述第一模块的第一输出电压和第一输出电流的状态为第一状态，具体包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第一模块处于第二状态时，所述第一输出电流等于第一限值，所述第二输出电流等于第二限值。

5.一种电源管理系统，用于为负载供电，其特征在于，所述电源管理系统包括输出端串联的多个电源模块，所述多个电源模块包括：

第一模块，用于当检测到第一模块的第一输出电压在第一预设时间内的下降幅度大于第一预设值，且第一模块的第一输出电流在第二预设时间内的上升幅度大于第二预设值时，检测第一模块是否处于第一状态，在检测到所述第一模块的第一输出电压反向上升和第一输出电流趋于稳定时，将所述第一输出电压的输出值锁定为所述第一输出电压的采样值，以使得多个电源模块之间电压均等，其中，所述第一状态用于指示所述第一输出电压反向上升、且所述第一输出电流的采样值的最大偏移值小于等于第一阈值；

所述第一模块与负载连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一模块还用于将第一输出电流的限制值设置为第一限值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个电源模块还包括：

8.一种电源模块，其特征在于，包括：处理器和存储器；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1～4任意一项所述的方法中的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1～4任意一项所述的方法中的步骤。