调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统及方法，包括：采集控制模块，电平产生模块，电平控制模块；不断检测开关电源的输出电压，并将输出电压与参考值比较，当输出电压低于参考电压时，通过控制电路，减小滤波电容的电压差，使滤波电容快速放电，提高输出电压；当输出电压高于参考电压时，通过控制电路，增大滤波电容的电压差，使滤波电容快速充电，降低输出电压；本发明专利技术通过调节滤波电容电压，提高开关电源的瞬态响应能力，最终提升开关电源输出电压的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统及方法
本专利技术涉及电子
，具体涉及一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统及方法。
技术介绍
随着电子技术的发展，各类负载对于开关电源的要求越来越高，由于负载在不同的工作状态下负载值有所不同，当负载变化比较迅速时，会导致开关电源的输出电压产生波动。为了尽量减小这个波动，有两类方法，一类是被动控制，即在输出端并联大量滤波电容，通过滤波电容的充放电维持输出电压稳定，但是大量滤波电容会占用过多的体积，不利于系统的集成化；另一类是主动控制，主要通过检测一些电压或者电流信号，比如输出电压，电感电流等等，并根据这些测量信号进行反馈调节。通过主动控制进行反馈调节的方法主要有以下几种：①调节开关电源的开关频率或者占空比，比如CN109995234A,CN207339657U，CN105634279A等等，但是由于反馈回路的延迟以及开关电源电感的限制，开关电源的响应速度有限；②在输出端并联一个额外的供电支路，在超过规定的阈值时将该支路接入，比如US10483961B2，CN203761129U等等，但是额外的支路增加了开关的电源体积，集成性有所降低；③调节开关电源的输出电感值，比如US9853546B2等等，但是由于需要特殊的电感，较难在已有开关电源上进行改造，且增加了复杂性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有的开关电源本身瞬态响应能力不足的缺陷，提供一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统，通过调节滤波电容电压，提高开关电源的瞬态响应能力，最终提升开关电源输出电压的稳定性。本专利技术的技术解决方案如下：本专利技术的一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统，不断检测开关电源的输出电压，并将输出电压与参考值比较，当输出电压低于参考电压时，通过控制电路，减小滤波电容的电压差，使滤波电容快速放电，提高输出电压；当输出电压高于参考电压时，通过控制电路，增大滤波电容的电压差，使滤波电容快速充电，降低输出电压。本专利技术与常规开关电源的闭环反馈并行存在，旨在补偿负载突变时的电压稳定性问题。本专利技术的一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统，包括：采集控制模块、电平产生模块和电平控制模块；其中：采集控制模块，负责采集输出电压，并与参考电压比较，根据两者的偏差值得到控制信号，并将控制信号发送给电平控制模块，偏离参考电压越多，需要调节的滤波电容电平数量就越多；电平产生模块，负责产生多个参考电平，为滤波电容和采集控制模块提供参考电压；电平控制模块，负责控制滤波电容负端参考电压，接收来自采集控制模块的控制信号，对应地调整输出滤波电容负极单刀双掷开关的状态；(1)开关电源理想输出电压为Vstandard，由于各种内外界因素的影响不能保证实际输出电压Vo一直等于Vstandard，在稳定工作状态时，采集控制模块不断采集开关电源的输出电压Vo，并将结果送至电平控制模块，设滤波电容的总数量为N，电平控制模块将的滤波电容的负端参考电压拉至地平面GND，滤波电容的这种状态记为state1，将剩余的滤波电容的负端参考电压拉至负电压-VRef，滤波电容的这种状态记为state2；(2)当负载突变，如负载需要的功率增大，此时负载阻值减小，输出电压Vo降低，当采集控制模块采集到的输出电压Vo低于阈值电压Vlow_threshold_1时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将的State2的滤波电容负端参考电压拉至地平面GND，即的state2的滤波电容变为state1的滤波电容，此时state1的滤波电容的数量为N,state2的滤波电容的数量为当采集控制模块采集到的输出电压Vo继续降低至低于阈值电压Vlow_threshold_2时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将剩余的state2的滤波电容负端参考电压拉至地平面GND，即剩余的state2的滤波电容变为state1的滤波电容，此时state1的滤波电容数量为N,state2的滤波电容数量为0；此时由于滤波电容两端电压差下降，改变状态的滤波电容会快速放电，从而提高输出电压Vo；当负载突变，如负载需要的功率减小，此时负载阻值增大，输出电压Vo升高，当采集控制模块采集到的输出电压Vo高于阈值电压Vhigh_threshold_1时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将的State1的滤波电容负端参考电压拉至-VRef，即的state1的滤波电容变为state2的滤波电容，此时state2的滤波电容的数量为N,state1的滤波电容的数量为当采集控制模块采集到的输出电压Vo继续上升至高于阈值电压Vhigh_threshold_2时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将剩余的state1的滤波电容负端参考电压拉至-VRef，即剩余的state1的滤波电容变为state2的滤波电容，此时state2的滤波电容数量为N,state1的滤波电容数量为0。此时由于滤波电容两端电压差上升，改变状态的滤波电容会快速充电，从而降低输出电压Vo；(3)当负载和输出电压Vo再次稳定之后，将步骤②中调整过状态的滤波电容调回到(1)中稳定工作的状态，从而应对下次的负载突变；由于大量滤波电容一起切换状态会导致输出电压VO波动，需要每隔一定时间间隔逐个切换，减小对输出电压Vo的影响。所述阈值电压根据开关电源输出电压稳定性要求来确定，开关电源的理想输出电压为Vstandard，实际输出电压VO与理想输出电压Vstandard差值占Vstandard最大百分比为μ，即要求输出电压控制在(1±μ％)Vstandard内，则阈值电压取值如下：Vlow_threshold_1＝(1-0.4μ％)Vstandard，Vlow_threshold_2＝(1-0.8μ％)Vstandard，Vhigh_threshold_1＝(1+0.4μ％)Vstandard，Vhigh_threshold_2＝(1+0.8μ％)Vstandard，滤波电容负参考电压取值-VRef＝-3*Vstandard。如当μ＝0.1,Vstandard＝1.0V时，则Vlow_threshold_1＝0.96V，Vlow_threshold_2＝0.92V，Vhigh_threshold_1＝1.04V，Vhigh_threshold_2＝1.08V，-VRef＝-3V。从而确保输出电压在规定范围内。本专利技术的一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的方法，其特征在于：所述方法通过调节滤波电容的电压差实现，实现方法如下：(1)在稳定工作状态时，采集开关电源的输出电压Vo，设滤波电容的总数量为N，将的滤波电容的负端参考电压拉至地平面GND，滤波电容的这种状态记为state1，将剩余的滤波电容的负端参考电压拉至负电压-VRef，滤波电容的这种状态记为state2；(2)当负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统，其特征在于，包括：采集控制模块、电平产生模块和电平控制模块；其中：/n采集控制模块，负责采集输出电压，并与参考电压比较，根据两者的偏差值得到控制信号，并将控制信号发送给电平控制模块，偏离参考电压越多，需要调节的滤波电容电平数量就越多；/n电平产生模块，负责产生多个参考电平，为滤波电容和采集控制模块提供参考电压；/n电平控制模块，负责控制滤波电容负端参考电压，接收来自采集控制模块的控制信号，对应地调整输出滤波电容负极单刀双掷开关的状态；/n(1)在稳定工作状态时，采集控制模块不断采集开关电源的输出电压V

【技术特征摘要】
1.一种调节滤波电容压差改善开关电源瞬态响应能力的系统，其特征在于，包括：采集控制模块、电平产生模块和电平控制模块；其中：
采集控制模块，负责采集输出电压，并与参考电压比较，根据两者的偏差值得到控制信号，并将控制信号发送给电平控制模块，偏离参考电压越多，需要调节的滤波电容电平数量就越多；
电平产生模块，负责产生多个参考电平，为滤波电容和采集控制模块提供参考电压；
电平控制模块，负责控制滤波电容负端参考电压，接收来自采集控制模块的控制信号，对应地调整输出滤波电容负极单刀双掷开关的状态；
(1)在稳定工作状态时，采集控制模块不断采集开关电源的输出电压Vo，并将结果送至电平控制模块，设滤波电容的总数量为N，电平控制模块将的滤波电容的负端参考电压拉至地平面GND，滤波电容的这种状态记为state1，将剩余的滤波电容的负端参考电压拉至负电压-VRef，滤波电容的这种状态记为state2；
(2)当负载突变，包括负载需要的功率增大，此时负载阻值减小，输出电压Vo降低，当采集控制模块采集到的输出电压Vo低于阈值电压Vlow_threshold_1时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将的State2的滤波电容负端参考电压拉至地平面GND，即的state2的滤波电容变为state1的滤波电容，此时state1的滤波电容的数量为state2的滤波电容的数量为当采集控制模块采集到的输出电压Vo继续降低至低于阈值电压Vlow_threshold_2时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将剩余的state2的滤波电容负端参考电压拉至地平面GND，即剩余的state2的滤波电容变为state1的滤波电容，此时state1的滤波电容数量为N,state2的滤波电容数量为0；此时由于滤波电容两端电压差下降，改变状态的滤波电容会快速放电，从而提高输出电压Vo；
当负载突变，包括负载需要的功率减小，此时负载阻值增大，输出电压Vo升高，当采集控制模块采集到的输出电压Vo高于阈值电压Vhigh_threshold_1时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将的State1的滤波电容负端参考电压拉至-VRef，即的state1的滤波电容变为state2的滤波电容，此时state2的滤波电容的数量为state1的滤波电容的数量为当采集控制模块采集到的输出电压Vo继续上升至高于阈值电压Vhigh_threshold_2时，将对应控制信号发送到电平控制模块，电平控制模块通过单刀双掷开关将剩余的state1的滤波电容负端参考电压拉至-VRef，即剩余的state1的滤波电容变为state2的滤波电容，此时state2的滤波电容数量为N,state1的滤波电容数量为0。此时由于滤波电容两端电压差上升，改变状态的滤波电容会快速充电，从而降低输出电压Vo；
(3)当负载和输出电压Vo再次稳定之后，将步骤(2)中调整过状态的滤波电容调回到(1)中稳定工作的状态，从而应对下次的负载突变；由于大量滤波电容一起切换状态会导致输出电压VO波动，需要每隔一定时间间隔逐个切换，减小对输出电压Vo的影响。


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【专利技术属性】
技术研发人员：周万鑫，宋克柱，吴传，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34