电源及其操作方法技术

本发明专利技术描述了一种开关电源（SMPS）及其控制方法，其中该开关电源（SMPS）可将扩频调制应用至开关驱动器信号，以减少开关电源（SMPS）中的电磁干扰（EMI）。该开关电源（SMPS）可在扩频调制同时执行电压和电流监测，为电路保护提供可变的限值检测和关机功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，更特别地是涉及一种开关电源及使这种电源不受电压和电流变化影响的方法。
技术介绍
开关电源(SMPS )是一种众所周知的电源，适用于对标准输入电源(如，市电电源)执行转换操作并提供所需的电源输出。开关电源(SMPS)包括一开关式调节器，将输入转换至一变压器，该变压器与一存储元件如电容或电感连接。利用开关频率，和/或变压器/电容/电感特性来调节输出电压。已知的是，应用不同的技术手段至开关电源(SMPS)，以改进其操作，例如，为了减少开关电源(SMPS)中的电磁干扰(EMI)而采用扩频调制。然而，开关电源(SMPS)的一个问题与一些变压器有关，系统温度的升高可能导致变压器绕组的导线绝缘体的退化，由于绝缘体可能在相邻绕组之间融化，还可能导致变压器内短路。由这种短路产生的高电流水平将损坏系统中的电气元件。另一个问题是，开关电源(SMPS)内的电压波动会导致SMPS输出中的波动，这可能导致连接至该SMPS输出的任何元件受损，或由于错误的电压水平导致错误的功能。本专利技术的一个目的是提供一种电源及控制这种电源的方法，使得电气元件免受由电压和电流的变化而引起的损害。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种控制开关电源的方法，该开关电源包括开关电路，用于接收供电电压并输出开关电压，以及连接至所述开关电路的转换器电路，由所述开关电压驱动产生所需的输出电压，该方法包括以下步骤向所述开关电路提供驱动信号，以调节所述开关电路的开关频率，以及对所述驱动信号实施扩频调制，以减少电源中的电磁干扰，其中，该方法进一步包括以下步骤在所述开关电路运行期间，对所述开关电路监控供电电压，以及若所述监测到的供电电压降至运行的电压阈值之下，则停止所述开关电路的运行。由于系统能检测所监测到的供电电压中的错误，并能够根据这种错误的检测来终止电路的运行，该系统的运行具有故障保护功能，能够防止电路元件受损，提供稳定的输出电压和减少电磁干扰。优选地，该方法进一步包括启动程序，用于开启所述开关电路的运行，该启动程序包括当所述开关电路不可运行时，监测输入至所述开关电路的供电电压，以及当所述监测到的供电电压超出启动电压阈值时，开启所述开关电路。通过在运行之前监测启动电压，并确保该电压超过所要求的启动电压阈值，使该系统能够确保开关电源(SMPS)的顺利运行，以及确保稳定的输出电压。优选地，所述启动电压阈值大于所述运行电压阈值。由于所需的启动电压大于运行电压阈值，这为电压供应带来了滞后效应，并为系统提供了进一步的故障保护功能，确保其顺利运行。优选地，监测步骤包括对多个连续的供电电压采样， 对所述多个采样的供电电压求平均值，得出平均供电电压值，以及将平均供电电压值与电压阈值进行比较。当与电压阈值比较时，由于供电电压是平均值，供电或检测中的间歇性临时错误都被故障保护系统过滤，从而使该装置的运行更加可靠。优选地，该方法进一步包括以下步骤在所述开关电路运行期间，监测通过所述开关电路的电流，以及若所述监测到的电流超出电流阈值，则停止所述开关电路的运行。通过监测电流，该系统能够防止系统元件，如变压器绕组，由于高电流水平，例如由于增加的系统温度/增加的电流引起的高电流水平而导致的损害。优选地，所述电源包括与所述开关电路串联的电阻，并且其中，所述电流监测包括测量通过所述电阻的电流。优选地，所述监测电流的步骤包括对多个连续电流值采样，对所述多个采样的电流值求平均值，得到第一平均电流值，以及将所述第一平均电流值与电流阈值进行比较。优选地，所述比较的步骤包括记录多个连续平均的电流值，其中，当预定数量的所述多个平均电流值超出所述电流阈值时，执行所述停止所述开关电路的运行的步骤。通过监测一系列平均电流值，有效地执行所监测到电流的滑动窗口过滤(siliding window filtering)算法,使错误从所监测到的电流中的不正确的检测或较小的峰值中去除。优选地，所述监测运行的供电电压的步骤和所述监测电流的步骤中，至少有一个步骤与所述将扩频调制应用至所述驱动信号的步骤并列执行。通过并列执行两个步骤，该系统特别适合于利用微处理器来运行，该微处理器具有受限制的处理带宽。优选地，所述应用扩频调制至所述驱动信号的步骤包括以下步骤(i)产生第一伪随机数；(ii)根据所述伪随机数选取频率值；(iii)提供具有所述选取的频率值的驱动信号；(iv)产生新的伪随机数；以及(V)在开关电路运行期间的主循环周期中重复步骤(ii)-(iv)。优选地，在所述主循环周期内，所述步骤(ii)和(iii)都重复迭代多次。优选地，所述伪随机数是二进制数，其中步骤(ii)包括根据在至少一部分所述二进制伪随机数上执行的累加操作，在第一频率值和第二频率值之间选择频率值。根据累加操作通过选择不同的开关频率，本专利技术为产生的每个伪随机数提供了附加的调制间隔(granularity of modulation)。优选地，所述监测运行的供电电压的步骤和所述监测电流的步骤中，至少有一个步骤与所述主循环周期的 步骤(ii)和(iii)并列执行。优选地，在监测运行电压的预定数量的连续主循环周期之后，执行所述电流监测的步骤。优选地，所述电源包括伪随机发生器，其中，该方法进一步包括以下步骤检测伪随机发生器是否进入死锁状态；以及若检测到死锁状态，则重置该伪随机发生器。本专利技术还提供一种开关电源，包括开关电路，用于接收供电电压并输出开关电压；连接至所述开关电路的转换器电路，由所述开关电压驱动，以产生所要求的输出电压；以及连接至所述开关电路的控制器，所述控制器用于执行上述方法中的任一步骤。本专利技术还提供了一种方法，通过开关电源中的脉冲宽度调制(PWM)来运行半导体开关，该方法执行至少以下步骤a:数字控制器产生载波频率形式的开关信号，用于半导体开关传导的时间周期内，b在该数字控制器中，载波频率的选择是在随机频率表中执行，c:数字处理器通过模数转换器执行电压测量，该数字转换器将数字电压值传输至数字处理器，d数字控制器通过在一组离散载波频率之间的时域中转移产生载波频率，e:数字控制器执行连续的扩展时间周期，以适配每个载波频率。附图说明现在仅以实施例的形式，参照附图，描述本专利技术的实施方式，其中图I是根据本专利技术一个方面的开关电源(SMPS)的电路图；图2是图I中电路的增强的电路图；图3和图4表示图I中电路的可替代的电路图；图5是图I和2中电路的一般控制方法的简要流程图；图6是图5中主循环程序的简要流程图；图7是图5中程序的启动程序的流程图；图8是图5中程序的操作程序的流程图；图9是本专利技术电路的采样操作期间电压水平的示意图；图10是本专利技术电路的采样操作期间电流水平的示意图；图11是采样微处理器的脉冲宽度调制(PWM)操作的示意图；图12表不未调制的方波开关[目号，以及相应频率的不意图；图13表示图12中开关信号的频率的示意图，以及利用扩频调制的同一开关信号的频率不意图；图14表示扩频调制的带宽变宽效果；图15表示使用扩频调制所导致的振幅减小；图16表示使用本专利技术系统的跳频扩频的实施例；图17表示使用本专利技术系统的连续相位频移键控的实施例；图18表示使用本专利技术系统的采样微处理器的一系列寄存器的样本相互作用；图19表示使用本专利技术系统的样本伪随机发生器；以及 图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.23 DK PA2010003601.一种控制开关电源的方法，所述开关电源包括用于接收供电电压并输出开关电压的开关电路，以及连接至所述开关电路的转换器电路，所述转换器电路由所述开关电压驱动，以产生所需的输出电压，该方法包括以下步骤 向所述开关电路提供驱动信号，以调节所述开关电路的开关频率，以及对所述驱动信号实施扩频调制，以减少电源中的电磁干扰，其中，该方法进一步包括以下步骤 在所述开关电路运行期间，监控所述开关电路的供电电压，以及 如果所述监测到的供电电压降至操作电压阈值之下，则停止所述开关电路的运行。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括用于启动所述开关电路操作的启动程序，该启动程序包括 当所述开关电路不可运行时，监测输入至所述开关电路的供电电压，以及 当所述监测到的供电电压超出启动电压阈值时，开启所述开关电路。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述启动电压阈值大于所述操作电压阈值。4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述监测步骤包括 对多个连续的供电电压采样， 对所述多个采样的供电电压求平均值，得出平均供电电压值，以及 将平均供电电压值与电压阈值进行比较。5.根据上述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括以下步骤 在所述开关电路运行期间，监测通过所述开关电路的电流，以及 如果所述监测到的电流超出电流阈值，则停止所述开关电路的运行。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电源包括与所述开关电路串联的电阻，并且其中所述电流监测包括测量通过所述电阻的电流。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述监测电流的步骤包括 对多个连续电流值采样， 对所述多个采样的电流值求平均值，得到第一平均电流值，以及 将所述第一平均电流值与电流阈值进行比较。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述比较的步骤包...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂格·林德曼，麦格斯·科丁·尼尔森，
申请(专利权)人：PR电子公司，
类型：
国别省市：