專利名稱：電源及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源及其操作方法，更特別地是涉及一種開(kāi)關(guān)電源及使這種電源不受電壓和電流變化影響的方法。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)電源(SMPS )是一種眾所周知的電源，適用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入電源(如，市電電源)執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作并提供所需的電源輸出。開(kāi)關(guān)電源(SMPS)包括一開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器，將輸入轉(zhuǎn)換至一變壓器，該變壓器與一存儲(chǔ)元件如電容或電感連接。利用開(kāi)關(guān)頻率，和/或變壓器/電容/電感特性來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。已知的是，應(yīng)用不同的技術(shù)手段至開(kāi)關(guān)電源(SMPS)，以改進(jìn)其操作，例如，為了減少開(kāi)關(guān)電源(SMPS)中的電磁干擾(EMI)而采用擴(kuò)頻調(diào)制。然而，開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的一個(gè)問(wèn)題與一些變壓器有關(guān)，系統(tǒng)溫度的升高可能導(dǎo)致變壓器繞組的導(dǎo)線絕緣體的退化，由于絕緣體可能在相鄰繞組之間融化，還可能導(dǎo)致變壓器內(nèi)短路。由這種短路產(chǎn)生的高電流水平將損壞系統(tǒng)中的電氣元件。另一個(gè)問(wèn)題是，開(kāi)關(guān)電源(SMPS)內(nèi)的電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致SMPS輸出中的波動(dòng)，這可能導(dǎo)致連接至該SMPS輸出的任何元件受損，或由于錯(cuò)誤的電壓水平導(dǎo)致錯(cuò)誤的功能。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電源及控制這種電源的方法，使得電氣元件免受由電壓和電流的變化而引起的損害。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種控制開(kāi)關(guān)電源的方法，該開(kāi)關(guān)電源包括開(kāi)關(guān)電路，用于接收供電電壓并輸出開(kāi)關(guān)電壓，以及連接至所述開(kāi)關(guān)電路的轉(zhuǎn)換器電路，由所述開(kāi)關(guān)電壓驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生所需的輸出電壓，該方法包括以下步驟向所述開(kāi)關(guān)電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以調(diào)節(jié)所述開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)頻率，以及對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)施擴(kuò)頻調(diào)制，以減少電源中的電磁干擾，其中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟在所述開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行期間，對(duì)所述開(kāi)關(guān)電路監(jiān)控供電電壓，以及若所述監(jiān)測(cè)到的供電電壓降至運(yùn)行的電壓閾值之下，則停止所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行。由于系統(tǒng)能檢測(cè)所監(jiān)測(cè)到的供電電壓中的錯(cuò)誤，并能夠根據(jù)這種錯(cuò)誤的檢測(cè)來(lái)終止電路的運(yùn)行，該系統(tǒng)的運(yùn)行具有故障保護(hù)功能，能夠防止電路元件受損，提供穩(wěn)定的輸出電壓和減少電磁干擾。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括啟動(dòng)程序，用于開(kāi)啟所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行，該啟動(dòng)程序包括當(dāng)所述開(kāi)關(guān)電路不可運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)輸入至所述開(kāi)關(guān)電路的供電電壓，以及當(dāng)所述監(jiān)測(cè)到的供電電壓超出啟動(dòng)電壓閾值時(shí)，開(kāi)啟所述開(kāi)關(guān)電路。通過(guò)在運(yùn)行之前監(jiān)測(cè)啟動(dòng)電壓，并確保該電壓超過(guò)所要求的啟動(dòng)電壓閾值，使該系統(tǒng)能夠確保開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的順利運(yùn)行，以及確保穩(wěn)定的輸出電壓。優(yōu)選地，所述啟動(dòng)電壓閾值大于所述運(yùn)行電壓閾值。由于所需的啟動(dòng)電壓大于運(yùn)行電壓閾值，這為電壓供應(yīng)帶來(lái)了滯后效應(yīng)，并為系統(tǒng)提供了進(jìn)一步的故障保護(hù)功能，確保其順利運(yùn)行。優(yōu)選地，監(jiān)測(cè)步驟包括對(duì)多個(gè)連續(xù)的供電電壓采樣，
對(duì)所述多個(gè)采樣的供電電壓求平均值，得出平均供電電壓值，以及將平均供電電壓值與電壓閾值進(jìn)行比較。當(dāng)與電壓閾值比較時(shí)，由于供電電壓是平均值，供電或檢測(cè)中的間歇性臨時(shí)錯(cuò)誤都被故障保護(hù)系統(tǒng)過(guò)濾，從而使該裝置的運(yùn)行更加可靠。優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括以下步驟在所述開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行期間，監(jiān)測(cè)通過(guò)所述開(kāi)關(guān)電路的電流，以及若所述監(jiān)測(cè)到的電流超出電流閾值，則停止所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行。通過(guò)監(jiān)測(cè)電流，該系統(tǒng)能夠防止系統(tǒng)元件，如變壓器繞組，由于高電流水平，例如由于增加的系統(tǒng)溫度/增加的電流引起的高電流水平而導(dǎo)致的損害。優(yōu)選地，所述電源包括與所述開(kāi)關(guān)電路串聯(lián)的電阻，并且其中，所述電流監(jiān)測(cè)包括測(cè)量通過(guò)所述電阻的電流。優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)電流的步驟包括對(duì)多個(gè)連續(xù)電流值采樣，對(duì)所述多個(gè)采樣的電流值求平均值，得到第一平均電流值，以及將所述第一平均電流值與電流閾值進(jìn)行比較。優(yōu)選地，所述比較的步驟包括記錄多個(gè)連續(xù)平均的電流值，其中，當(dāng)預(yù)定數(shù)量的所述多個(gè)平均電流值超出所述電流閾值時(shí)，執(zhí)行所述停止所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行的步驟。通過(guò)監(jiān)測(cè)一系列平均電流值，有效地執(zhí)行所監(jiān)測(cè)到電流的滑動(dòng)窗口過(guò)濾(siliding window filtering)算法,使錯(cuò)誤從所監(jiān)測(cè)到的電流中的不正確的檢測(cè)或較小的峰值中去除。優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)運(yùn)行的供電電壓的步驟和所述監(jiān)測(cè)電流的步驟中，至少有一個(gè)步驟與所述將擴(kuò)頻調(diào)制應(yīng)用至所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟并列執(zhí)行。通過(guò)并列執(zhí)行兩個(gè)步驟，該系統(tǒng)特別適合于利用微處理器來(lái)運(yùn)行，該微處理器具有受限制的處理帶寬。優(yōu)選地，所述應(yīng)用擴(kuò)頻調(diào)制至所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟包括以下步驟(i)產(chǎn)生第一偽隨機(jī)數(shù)；(ii)根據(jù)所述偽隨機(jī)數(shù)選取頻率值；(iii)提供具有所述選取的頻率值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；(iv)產(chǎn)生新的偽隨機(jī)數(shù)；以及(V)在開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行期間的主循環(huán)周期中重復(fù)步驟(ii)-(iv)。優(yōu)選地，在所述主循環(huán)周期內(nèi)，所述步驟(ii)和(iii)都重復(fù)迭代多次。優(yōu)選地，所述偽隨機(jī)數(shù)是二進(jìn)制數(shù)，其中步驟(ii)包括根據(jù)在至少一部分所述二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)上執(zhí)行的累加操作，在第一頻率值和第二頻率值之間選擇頻率值。根據(jù)累加操作通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)頻率，本發(fā)明為產(chǎn)生的每個(gè)偽隨機(jī)數(shù)提供了附加的調(diào)制間隔(granularity of modulation)。優(yōu)選地，所述監(jiān)測(cè)運(yùn)行的供電電壓的步驟和所述監(jiān)測(cè)電流的步驟中，至少有一個(gè)步驟與所述主循環(huán)周期的 步驟(ii)和(iii)并列執(zhí)行。優(yōu)選地，在監(jiān)測(cè)運(yùn)行電壓的預(yù)定數(shù)量的連續(xù)主循環(huán)周期之后，執(zhí)行所述電流監(jiān)測(cè)的步驟。優(yōu)選地，所述電源包括偽隨機(jī)發(fā)生器，其中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟檢測(cè)偽隨機(jī)發(fā)生器是否進(jìn)入死鎖狀態(tài)；以及若檢測(cè)到死鎖狀態(tài)，則重置該偽隨機(jī)發(fā)生器。本發(fā)明還提供一種開(kāi)關(guān)電源，包括開(kāi)關(guān)電路，用于接收供電電壓并輸出開(kāi)關(guān)電壓；連接至所述開(kāi)關(guān)電路的轉(zhuǎn)換器電路，由所述開(kāi)關(guān)電壓驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生所要求的輸出電壓；以及連接至所述開(kāi)關(guān)電路的控制器，所述控制器用于執(zhí)行上述方法中的任一步驟。本發(fā)明還提供了一種方法，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源中的脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)運(yùn)行半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，該方法執(zhí)行至少以下步驟a:數(shù)字控制器產(chǎn)生載波頻率形式的開(kāi)關(guān)信號(hào)，用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)傳導(dǎo)的時(shí)間周期內(nèi)，b在該數(shù)字控制器中，載波頻率的選擇是在隨機(jī)頻率表中執(zhí)行，c:數(shù)字處理器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓測(cè)量，該數(shù)字轉(zhuǎn)換器將數(shù)字電壓值傳輸至數(shù)字處理器，d數(shù)字控制器通過(guò)在一組離散載波頻率之間的時(shí)域中轉(zhuǎn)移產(chǎn)生載波頻率，e:數(shù)字控制器執(zhí)行連續(xù)的擴(kuò)展時(shí)間周期，以適配每個(gè)載波頻率。


現(xiàn)在僅以實(shí)施例的形式，參照附圖，描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的電路圖；圖2是圖I中電路的增強(qiáng)的電路圖；圖3和圖4表示圖I中電路的可替代的電路圖；圖5是圖I和2中電路的一般控制方法的簡(jiǎn)要流程圖；圖6是圖5中主循環(huán)程序的簡(jiǎn)要流程圖；圖7是圖5中程序的啟動(dòng)程序的流程圖；圖8是圖5中程序的操作程序的流程圖；圖9是本發(fā)明電路的采樣操作期間電壓水平的示意圖；圖10是本發(fā)明電路的采樣操作期間電流水平的示意圖；圖11是采樣微處理器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)操作的示意圖；圖12表不未調(diào)制的方波開(kāi)關(guān)"[目號(hào)，以及相應(yīng)頻率的不意圖；圖13表示圖12中開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率的示意圖，以及利用擴(kuò)頻調(diào)制的同一開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率不意圖；圖14表示擴(kuò)頻調(diào)制的帶寬變寬效果；圖15表示使用擴(kuò)頻調(diào)制所導(dǎo)致的振幅減小；圖16表示使用本發(fā)明系統(tǒng)的跳頻擴(kuò)頻的實(shí)施例；圖17表示使用本發(fā)明系統(tǒng)的連續(xù)相位頻移鍵控的實(shí)施例；圖18表示使用本發(fā)明系統(tǒng)的采樣微處理器的一系列寄存器的樣本相互作用；圖19表示使用本發(fā)明系統(tǒng)的樣本偽隨機(jī)發(fā)生器；以及
圖20是本發(fā)明一種實(shí)施方式的完整開(kāi)關(guān)電源的電路圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的電路。該電路包括微處理器10，通過(guò)分壓器連接至供電電壓12，該分壓器包括電阻Rl和R2。該電路進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)部分，在本實(shí)施例中為半H-橋式，包括一對(duì)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFETs) Ql (P型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)和Q2 (N型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)，連接至電源電壓(Vcc)，并由微處理器10的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)。(還提供了適當(dāng)?shù)碾娐酚糜谙到y(tǒng)元件的正確操作，例如，設(shè)于微處理器10的輸出端和P型MOS場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極(G)之間的電容C2)。該電路還包括轉(zhuǎn)換器電路，其包括變壓器Tl和電容Cl，開(kāi)關(guān)電路的輸出端通過(guò)所述電容Cl連接至所述變壓器Tl。變壓器Tl輸出的兩接線端14取決于開(kāi)關(guān)電路的MOS場(chǎng)效應(yīng)管Ql和Q2的開(kāi)關(guān)頻率，可選擇開(kāi)關(guān)頻率為輸出接線端14提供所需的電壓水平。如圖2所示為該電路的增強(qiáng)版，具有與圖I中電路類似的元件和對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記。圖2中，電路是連接至外部供電電壓12，其采用第一 DC/DC轉(zhuǎn)換器20進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供電源電壓(Vcc)。Vcc隨后采用第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器22進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提供電壓Vcc uP (Vcc適合由微處理器10使用)。圖2進(jìn)一步包括電阻R3，其與MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET) Ql和Q2串聯(lián)，位于MOS場(chǎng)效應(yīng)管和地之間，使微處理器10監(jiān)測(cè)流過(guò)MOS場(chǎng)效應(yīng)管Ql和Q2的電流。電路的輸出端14可以連接至電力負(fù)載22。用于本發(fā)明系統(tǒng)中的合適的開(kāi)關(guān)電路的其他實(shí)施例，還可以是推挽式轉(zhuǎn)換器，例如，使用N型MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET) Q3和Q4 (如圖3所示)，或使用P型MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET) Q5 和 Q6 (如圖 4 所示)。參照?qǐng)D5，顯示出本發(fā)明電路的控制程序的總體流程圖。開(kāi)啟開(kāi)關(guān)電源(SMPS)，系統(tǒng)進(jìn)入初始化程序進(jìn)行初始化(Init)lOO。該初始化(Init)階段100可包括該電路所需要的以及微處理器10所使用的任何初始化操作，例如執(zhí)行寄存器初始化，清空所有通用寄存器，設(shè)置這些通用寄存器，使之被初始化為所需要的某些值而不是零。一旦完成初始化，系統(tǒng)將進(jìn)入裝置的主操作102。系統(tǒng)進(jìn)入等待循環(huán)104，在持續(xù)程序執(zhí)行之前，允許系統(tǒng)中的電壓提升等級(jí)。然后，系統(tǒng)執(zhí)行初始供電測(cè)量106 (下文將進(jìn)行更詳細(xì)地描述)，以確定提供穩(wěn)定的供電電壓。一旦系統(tǒng)通過(guò)初始供電測(cè)量步驟，該系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行主操作循環(huán)，主循環(huán)108。在這里，系統(tǒng)允許在持續(xù)的循環(huán)內(nèi)操作，只要操作條件滿足就會(huì)產(chǎn)生所需的輸出電壓。如果這種操作條件不滿足，則系統(tǒng)將進(jìn)入故障保護(hù)程序110，該程序用于設(shè)置驅(qū)動(dòng)晶體管的輸出為已知量，并將系統(tǒng)返回至步驟106，以在其返回至標(biāo)準(zhǔn)操作循環(huán)108之前，再次執(zhí)行初始供電測(cè)量。參照附圖6，在主循環(huán)108程序之內(nèi)，執(zhí)行一系列循環(huán)的步驟或塊112。在這些步驟112內(nèi)，執(zhí)行開(kāi)關(guān)電路的擴(kuò)頻調(diào)制，并列執(zhí)行操作電壓監(jiān)測(cè)和/或電流監(jiān)測(cè)。擴(kuò)頻調(diào)制將在下文中詳細(xì)描述。如圖6所示的實(shí)施方式中，為主循環(huán)108的每次迭代執(zhí)行16個(gè)單獨(dú)的步驟或塊，但可以理解地是，主循環(huán)每次迭代可以使用可替換的配置和/或塊數(shù)量。在圖7中，詳細(xì)示出了系統(tǒng)啟動(dòng)程序，包括初始化供電測(cè)量步驟106的步驟。初始化步驟100開(kāi)始啟動(dòng)程序，其中，微處理器10通過(guò)測(cè)量外部供電電壓12為啟動(dòng)電壓采樣(步驟114)。微處理器10維持在采樣循環(huán)中，直至微處理器10中測(cè)量并存儲(chǔ)合適數(shù)量的單獨(dú)的采樣電壓(步驟116在本例中，有8個(gè)單獨(dú)的樣本)。一旦記錄了預(yù)定數(shù)量的樣本，該微處理器10得到外部供電電壓12的平均電壓水平(步驟118)，并將該平均值與預(yù)定的啟動(dòng)電壓閾值進(jìn)行比較(步驟120)。如果該平均采樣的啟動(dòng)電壓值大于閾值，則該開(kāi)關(guān)電路可以被安全開(kāi)啟(步驟122—在本例中，可以啟動(dòng)微處理器用作半H-橋式電路的驅(qū)動(dòng)器的部分)。一旦啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電路，控制程序則進(jìn)入主循環(huán)操作階段108。在圖8中，示出了主循環(huán)操作階段108的具體步驟。一旦啟動(dòng)半H-橋式驅(qū)動(dòng)器(如圖7中步驟122)，則使用偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)(步驟124)。這是用在擴(kuò)頻調(diào)制中，為開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇特定頻率(下文將詳細(xì)描述)。在主循環(huán)108中執(zhí)行擴(kuò)頻調(diào)制的同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電壓和/或電流，以確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，該系統(tǒng)可為主循環(huán)108的每個(gè)循環(huán)執(zhí)行電壓或電流監(jiān)測(cè)操作。隨著偽隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生，該系統(tǒng)可確定其是否應(yīng)為主循環(huán)的當(dāng)前迭代的電壓或電流采樣(步驟126)。優(yōu)選地，該系統(tǒng)首先執(zhí)行電壓監(jiān)測(cè)操作，一旦預(yù)定數(shù)量的電壓監(jiān)測(cè)操作執(zhí)行完畢或預(yù)定數(shù)量的主循環(huán)108的迭代次數(shù)執(zhí)行完畢，則可以執(zhí)行電流監(jiān)測(cè)操作。如果要監(jiān)測(cè)電壓，則微處理器10繼續(xù)對(duì)外部供電電壓12采樣(步驟128)，類似于 圖7的啟動(dòng)程序中所執(zhí)行的采樣。如果記錄的電壓樣本的數(shù)量未達(dá)到預(yù)定水平(步驟130)，則程序用于更新半H-橋式驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)頻率(步驟136)，并且返回產(chǎn)生新的偽隨機(jī)數(shù)(步驟 124)。一旦記錄了預(yù)定數(shù)量的樣本(在本例中為8個(gè)樣本)，該微處理器10得到外部供電電壓12的平均電壓水平(步驟132)，并將該平均值與預(yù)定操作電壓閾值進(jìn)行比較(步驟134)。如果平均采樣的操作電壓大于該閾值，則滿足系統(tǒng)的操作條件，并且可以繼續(xù)操作。相應(yīng)地，半H-橋式驅(qū)動(dòng)器隨新頻率更新(步驟136)，再次返回產(chǎn)生新偽隨機(jī)數(shù)(步驟124)。如果平均操作電壓不超過(guò)閾值(步驟134)，則電壓供電將有問(wèn)題，并停止半H-橋式驅(qū)動(dòng)器(步驟138)。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，主循環(huán)108的循環(huán)被破壞，系統(tǒng)返回至監(jiān)測(cè)啟動(dòng)電壓的步驟(步驟106)。由于主循環(huán)持續(xù)地監(jiān)測(cè)電路的操作電壓，其能夠確保由開(kāi)關(guān)電源(SMPS)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。優(yōu)選地，啟動(dòng)電壓閾值大于操作電壓閾值，這為系統(tǒng)帶來(lái)了滯后效應(yīng)。參照附圖9，該圖示出了采樣測(cè)量的平均電壓信號(hào)，以及對(duì)本發(fā)明中開(kāi)關(guān)電源(SMPS)的操作的影響。首先，將供電電壓應(yīng)用至步驟功能中，導(dǎo)致測(cè)量的平均電壓傾斜上升。此階段的電路在啟動(dòng)循環(huán)106中。測(cè)量的平均電壓最終超過(guò)啟動(dòng)電壓閾值，在該超過(guò)點(diǎn)處，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電源(SMPS)，并且控制程序轉(zhuǎn)至主循環(huán)程序108。隨著操作的繼續(xù)，在啟動(dòng)閾值電壓附近的小幅波動(dòng)不會(huì)影響電路的操作，直至平均操作電壓降至操作電壓閾值之下，電路在該點(diǎn)停止，并且控制系統(tǒng)再次返回至啟動(dòng)循環(huán)106，直至測(cè)量的平均電壓再次返回至啟動(dòng)閾值水平之上，并返回至主循環(huán)108操作。返回至圖8，如果系統(tǒng)連續(xù)不斷地執(zhí)行了電壓監(jiān)測(cè)的多次迭代，則系統(tǒng)可選擇電流監(jiān)測(cè)操作(步驟126)。在此，微處理器10對(duì)流經(jīng)電阻R3的電流采樣(步驟140)。一旦電流水平的樣本數(shù)量達(dá)到預(yù)定數(shù)量(步驟142-—在本例中，預(yù)定數(shù)量為8個(gè))，該系統(tǒng)可對(duì)采樣的電流值求平均值(步驟144)。在該點(diǎn)處，平均電流值儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中，并且該微處理器可將滑動(dòng)窗口操作應(yīng)用至儲(chǔ)存的片平均電流值中，其中，微處理器10比較滑動(dòng)窗口內(nèi)預(yù)定數(shù)量的儲(chǔ)存的平均電流值是否超過(guò)預(yù)定電流閾值(步驟146)。 如果預(yù)定數(shù)量的記錄值都在該閾值之上，這表明電路中有問(wèn)題，例如，流經(jīng)轉(zhuǎn)換器電路的電流過(guò)大。過(guò)大的電流流過(guò)變壓器并改變溫度有可能使變壓器內(nèi)繞組的絕緣體變差，結(jié)果出現(xiàn)短路。在這種情形下，半H-橋式驅(qū)動(dòng)器停止(步驟138)，電路返回值啟動(dòng)監(jiān)測(cè)程序(步驟106)。相反地，如果預(yù)定數(shù)量的記錄值在閾值之下，則該電路在可接受的電流水平下運(yùn)行，并且主循環(huán)108通過(guò)更新半H-橋式驅(qū)動(dòng)器頻率繼續(xù)循環(huán)(步驟136)并返回至產(chǎn)生新偽隨機(jī)數(shù)的步驟(步驟124)。在如附圖8所示的實(shí)施例中，滑動(dòng)窗口用于監(jiān)測(cè)最近的16個(gè)平均電流值，并且步驟146用于檢查所述16個(gè)值中的5個(gè)值是否在電流閾值之上。圖10示出開(kāi)關(guān)電源(SMPS)用于采樣測(cè)量電流的操作。如圖10所示，如果系統(tǒng)中的平均測(cè)量電流超出閾值一段時(shí)間(由于滑動(dòng)窗口的使用)，則停止半H-橋式驅(qū)動(dòng)器的操作(并因此停止整個(gè)開(kāi)關(guān)電源(SMPS))。圖7和8中程序操作以偽代碼描述如下Startup sequence (steps 114，116，118，120，122)(啟動(dòng)序列(步驟 114,116,118,120，122)) LABEL StartUp (標(biāo)簽啟動(dòng))# Sample startup voltage (米樣啟動(dòng)電壓) IF 8 successive samples (如果有 8 個(gè)連續(xù)的樣本)# THEN average the 8 samples and verify against threshold (則對(duì) 8 個(gè)樣本取平均值并與閾值比較)〇IF below limit (如果在閾值之下)〇THEN GOTO StartUp (則轉(zhuǎn)至啟動(dòng))O ELSE GOTO Voltage-Ioop (否則轉(zhuǎn)至電壓-循環(huán))Voltage loop sequence (steps 124,126,128,130,132,134, 136, 138)(電壓-循環(huán)序列(步驟124，126，128，130，132，134，136，138))# LABEL Voltage-Ioop (標(biāo)簽電壓-循環(huán))# The random generator updates its bit sequence (隨機(jī)發(fā)生器更新其位序列)
# The voltage is sampled (電壓米樣) IF 8 successive samples (如果有 8 個(gè)連續(xù)的樣本)# THEN average the 8 samples and verify against threshold (則對(duì) 8 個(gè)樣本取平均值并與閾值比較)〇IF below limit (如果在閾值之下)O THEN stop the half H-bridge driver and GOTO measure startup voltage(則停止半H-橋式驅(qū)動(dòng)器并轉(zhuǎn)至測(cè)量啟動(dòng)電壓)
〇IF voltage sampled 48 times (如果電壓米樣 48 次)〇THEN GOTO Current (則轉(zhuǎn)至電流)O ELSE continue (否則繼續(xù))# ELSE continue (否則繼續(xù))# LABEL Voltage; Preload new halfH-bridge driver frequency (標(biāo)簽電壓；預(yù)先加載新的半H-橋式驅(qū)動(dòng)器頻率)# GOTO Voltage-Ioop (轉(zhuǎn)至電壓-循環(huán))Current loop sequence (steps 124，126，140，142，146，138，136)(電流-循環(huán)序列(步驟124，126，140，142，146，138，136))O LABEL Current-Ioop (標(biāo)簽電流-循環(huán))〇The random generator updates its bit sequence (隨機(jī)發(fā)生器更新其位序列)〇The current is sampled (電流米樣)O IF 8 successive samples (如果有 8 個(gè)連續(xù)樣本)O THEN average the 8 samples and verify against threshold(則對(duì) 8 個(gè)樣本取平均值并與閾值比較)〇 IF 5/16 of the last 16 averaged samples are above threshold (如果最近的16個(gè)平均樣本中有5/16的值在閾值之上)〇 THEN stop the half H-bridge driver and GOTO measure startup voltage(則停止半H-橋式驅(qū)動(dòng)器并轉(zhuǎn)至測(cè)量啟動(dòng)電壓)O ELSE GOTO Voltage (否則轉(zhuǎn)至電壓)# ELSE continue (否則繼續(xù))# LABEL Current;Preload new half H-bridge driver frequency(標(biāo)簽電流；預(yù)先加載新的半H-橋式驅(qū)動(dòng)器頻率)# GOTO Current-Ioop (轉(zhuǎn)至電流-循環(huán))閾值電壓作為如何為系統(tǒng)選取閾值電壓的實(shí)施例，在一種實(shí)施方式中，可使用8位微控制器。如果測(cè)量供電電壓的A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是十位，則為本發(fā)明的系統(tǒng)從A/D轉(zhuǎn)換器中選擇八個(gè)最高有效位。用于干線電源的分壓器，由電阻網(wǎng)絡(luò)給出，計(jì)算為30000/1030000=0. 029126歐姆，并且啟動(dòng)電壓閾值為16伏特。如果微控制器10的轉(zhuǎn)換器參考電壓為3. 3伏特，則閾值計(jì)數(shù)(counts)可定義為
權(quán)利要求
1.一種控制開(kāi)關(guān)電源的方法，所述開(kāi)關(guān)電源包括用于接收供電電壓并輸出開(kāi)關(guān)電壓的開(kāi)關(guān)電路，以及連接至所述開(kāi)關(guān)電路的轉(zhuǎn)換器電路，所述轉(zhuǎn)換器電路由所述開(kāi)關(guān)電壓驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生所需的輸出電壓，該方法包括以下步驟 向所述開(kāi)關(guān)電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以調(diào)節(jié)所述開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)頻率，以及對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)施擴(kuò)頻調(diào)制，以減少電源中的電磁干擾，其中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟 在所述開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行期間，監(jiān)控所述開(kāi)關(guān)電路的供電電壓，以及 如果所述監(jiān)測(cè)到的供電電壓降至操作電壓閾值之下，則停止所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括用于啟動(dòng)所述開(kāi)關(guān)電路操作的啟動(dòng)程序，該啟動(dòng)程序包括 當(dāng)所述開(kāi)關(guān)電路不可運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)輸入至所述開(kāi)關(guān)電路的供電電壓，以及 當(dāng)所述監(jiān)測(cè)到的供電電壓超出啟動(dòng)電壓閾值時(shí)，開(kāi)啟所述開(kāi)關(guān)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述啟動(dòng)電壓閾值大于所述操作電壓閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)步驟包括 對(duì)多個(gè)連續(xù)的供電電壓采樣， 對(duì)所述多個(gè)采樣的供電電壓求平均值，得出平均供電電壓值，以及 將平均供電電壓值與電壓閾值進(jìn)行比較。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括以下步驟 在所述開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行期間，監(jiān)測(cè)通過(guò)所述開(kāi)關(guān)電路的電流，以及 如果所述監(jiān)測(cè)到的電流超出電流閾值，則停止所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電源包括與所述開(kāi)關(guān)電路串聯(lián)的電阻，并且其中所述電流監(jiān)測(cè)包括測(cè)量通過(guò)所述電阻的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)電流的步驟包括 對(duì)多個(gè)連續(xù)電流值采樣， 對(duì)所述多個(gè)采樣的電流值求平均值，得到第一平均電流值，以及 將所述第一平均電流值與電流閾值進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述比較的步驟包括 記錄多個(gè)連續(xù)平均的電流值，其中，當(dāng)預(yù)定數(shù)量的所述多個(gè)平均電流值超出所述電流閾值時(shí)，執(zhí)行所述停止所述開(kāi)關(guān)電路的運(yùn)行的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)操作電壓供電的步驟和所述監(jiān)測(cè)電流的步驟中，至少有一個(gè)步驟與所述將擴(kuò)頻調(diào)制應(yīng)用至所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟并列執(zhí)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述應(yīng)用擴(kuò)頻調(diào)制至所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟包括以下步驟 (i)產(chǎn)生第一偽隨機(jī)數(shù)； (ii)根據(jù)所述偽隨機(jī)數(shù)選取頻率值； (iii)提供具有所述選取的頻率值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；(iv)產(chǎn)生新的偽隨機(jī)數(shù)；以及 (v)在開(kāi)關(guān)電路運(yùn)行期間的主循環(huán)周期中重復(fù)步驟(ii)-(iv)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述主循環(huán)周期內(nèi)，所述步驟(ii)和(iii)重復(fù)迭代多次。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述偽隨機(jī)數(shù)是二進(jìn)制數(shù)，其中步驟(ii)包括根據(jù)在所述至少一部分二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)上執(zhí)行的累加運(yùn)算，在第一頻率值和第二頻率值之間選擇頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)操作電壓供電的步驟和所述監(jiān)測(cè)電流的步驟中，至少有一個(gè)步驟與所述主循環(huán)周期的步驟(ii)和(iii)并列執(zhí)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在監(jiān)測(cè)操作電壓的預(yù)定數(shù)量的連續(xù)主循環(huán)周期之后，執(zhí)行所述電流監(jiān)測(cè)的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述電源包括偽隨機(jī)發(fā)生器，其中，該方法進(jìn)一步包括以下步驟 檢測(cè)偽隨機(jī)發(fā)生器是否進(jìn)入死鎖狀態(tài)；以及 若檢測(cè)到死鎖狀態(tài)，則重置該偽隨機(jī)發(fā)生器。
16.—種開(kāi)關(guān)電源,包括 開(kāi)關(guān)電路，用于接收供電電壓并輸出開(kāi)關(guān)電壓； 連接至所述開(kāi)關(guān)電路的轉(zhuǎn)換器電路，所述轉(zhuǎn)換器電路由所述開(kāi)關(guān)電壓驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)生所要求的輸出電壓；以及 連接至所述開(kāi)關(guān)電路的控制器，所述控制器用于執(zhí)行上述權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述方法中的步驟。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種開(kāi)關(guān)電源(SMPS)及其控制方法，其中該開(kāi)關(guān)電源(SMPS)可將擴(kuò)頻調(diào)制應(yīng)用至開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，以減少開(kāi)關(guān)電源(SMPS)中的電磁干擾(EMI)。該開(kāi)關(guān)電源(SMPS)可在擴(kuò)頻調(diào)制同時(shí)執(zhí)行電壓和電流監(jiān)測(cè)，為電路保護(hù)提供可變的限值檢測(cè)和關(guān)機(jī)功能。
文檔編號(hào)H02M1/44GK102971952SQ201180020545
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者斯蒂格·林德曼, 麥格斯·科丁·尼爾森 申請(qǐng)人:Pr電子公司