[发明专利]一种开关电源输出电压变动的调整方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种数字式控制的开关电源，尤其涉及一种开关电源输出电压变动的调整方法。 

(二)技术背景

开关电源的基本结构如图1所示，其控制部分可以是模拟系统，也可以是数字系统。传统的开关电源一般都采用模拟控制系统，其控制部件主要是模拟分立元件和集成运放。这种开关电源成本较低，但由于分立元件较多，且其性能易受环境温度影响而发生变化，这样的闭环控制稳定性不好。模拟控制系统不易实现复杂程度较高的精细控制，对于开关电源来说，在负载及输出电压剧烈变化时很难保证输出的稳定性。 

随着数字电子技术的发展，特别是高性能单片机、DSP和FPGA的出现，开关电源的控制系统开始向数字化方向发展。由于数字器件的成本在不断下降，开关电源数字控制系统的成本也在不断下降。采用数字控制系统的开关电源也叫数字开关电源。数字开关电源控制系统的核心器件是单片机、DSP或FPGA。数字开关电源控制系统的基本硬件结构的几种常用组合如图2所示。与模拟开关电源相比，数字开关电源不仅硬件结构简单，可靠性强，还可以对开关电源的输出进行实时的精确控制，确保在负载或输出电压剧烈变化的情况下，输出电压或电流的稳定性。本发明针对的是在输出电压剧烈变化的情况下，保证输出电流的稳定性。 

当前常用的开关电源数字控制系统虽然性能高于模拟控制系统，并且在负载剧烈变化的情况下输出电压的稳定性有了大幅提高，但一般都没有考虑在输出电压剧烈变化的情况下，如何保证输出电流的稳定性。而当大功率开关电源用于生产线的设备供电时，这种情况是经常出现的。例如，产品的老化工序，要求的老化电压会随着时间逐步降低，因此需要老化电源对输出电压定时进行瞬降。根据电工学基本公式i＝Cdu/dt，电压瞬升或瞬降时，du/dt会很大，从而i也会很大。这就是开关电源输出电压瞬升或瞬降时会产生很大的冲击电流的原因。 

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以有效地减小开关电源的输出电压在调整过程中造成的巨大冲击电流，大幅减小对有关元器件的损伤，并确保电源工作过程中不会因冲击电流过大而跳闸，从而影响工作的一种开关电源输出电压变动的调整方法。 

本发明针对开关电源在输出电压瞬升或瞬降时产生大的冲击电流的情况，通过数字控制方式减小输出电压的变化速率du/dt，来减小冲击电流，从而保证设备的正常运转，减小对电源及其他设备相关元器件的损伤。为减小因电源输出电压调整而造成的冲击电流采取的数字化的输出电压的上升速率和下降速率的调整方法为： 

(1)开关电源的数字控制系统，每隔一定的时间间隔T对输出电压的目标设定值进行前后比较，经过时间间隔T后预设定值与前一个预设定值的差Vdlt的绝对值大于某一事先设定值V0时，启动输出电压的上升速率或下降速率调整程序； 

(2)对调整输出电压的上升速率和下降速率所要用到的有关参数，在控制电路的DSP或FPGA的内置静态存储器中进行预存储； 

(3)开关电源输出电压的上升速率或下降速率的调整程序中，实时根据Vdlt的值，通过查找表法，按照所查找的预存储的有关对应参数，来决定将采用的输出电压的上升速率或下降速率的； 

(4)开关电源输出电压的上升速率或下降速率的调整程序中，在输出电压调整期间，按照逐次递增或逐次递减的方式，改变输出电压的预设定值，最终达到要求值，逐步进行比例积分控制。 

为了能及时得到要求输出电压变化的信息，开关电源的数字控制系统每隔一定的时间间隔T对采样到的输出电压目标设定进行前后比较，得到时间间隔T后目标设定值与前一个目标设定值的差Vdlt。Vdlt每隔时间间隔T得到一个值，可能是正值，可能是负值，也可能是零。预先设定一个Vdlt的门槛值V0，当Vdlt的绝对值不大于V0时，可以认为电压的变化幅度足够小，从而电压变化速率也足够小，不足以引起较大的冲击电流，因此这种情况不用进入输出电压的上升速率或下降速率调整程序。当Vdlt的绝对值大于V0时，则认为输出电压的上升速率或下降速率 已经超过容忍极限，所引起的冲击电流必须减小。这时，开关电源的数字控制系统将进入输出电压的上升速率或下降速率调整程序。