一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法与流程

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及电源设备技术领域，特别指一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法。背景技术：2.开关电源(switch mode power supply，简称smps)是一种通过高频开关器件进行调整的电能转换装置，是电源供应器的一种；线性电源(linear power supply)是通过线性调整元件进行精细调节,使之输出高精度的直流电源。3.针对直流稳压源，开关电源具有功耗小，效率高的优点，但是存在受电磁干扰影响较大，纹波系数较大导致输出精度变差，响应慢的缺点；线性电源受电磁干扰的影响较小，输出稳定，但是存在工作效率较低、热稳定性差的缺点。即开关电源和线性电源两者各有利弊，且当开关电源或者线性电源的总线电压vbus设置过大时，容易损坏压差和功率较大的设备的mos管。4.因此，如何提供一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法，实现提升电源运行的稳定性以及安全性，成为一个亟待解决的技术问题。技术实现要素：5.本发明要解决的技术问题，在于提供一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法，实现提升电源运行的稳定性以及安全性。6.本发明是这样实现的：一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法，包括如下步骤：7.步骤s10、mcu通过通信接口组接收上位机发送的预设电源参数，基于所述预设电源参数计算加载电压vset_1；8.步骤s20、滤波电路对直流稳压源进行滤波处理后输入开关调整电路；9.步骤s30、mcu基于所述预设电源参数向开关调整电路输出对应的脉冲宽度调制信号，使开关调整电路向线性调整模块输出调制后的电源；10.步骤s40、mcu基于所述预设电源参数以及加载电压vset_1，通过线性调制模块对输入的电源进行线性调整；11.步骤s50、mcu通过检测模块检测线性调整模块以及开关调整电路的实际电源参数；12.步骤s60、mcu基于所述实际电源参数以及预设电源参数，通过压差控制法或者功率控制法动态调整所述预设电源参数中的预设总线电压vbusset。13.进一步地，所述步骤s10中，所述预设电源参数包括预设总线电压vbusset、期望输出电压vset、期望输出电流iset、最大压差vgap_max以及最大mos压差功率pmax_power。14.进一步地，所述加载电压vset_1为上位机的指定电压值、或者通过安全负载加载法计算的电压值、或者通过外部电池类快速加载法计算的电压值；15.所述安全负载加载法具体为：16.基于vbattery以及叠加值更新vset_1，直至vset_1大于vset：17.vset_1＝vbattery+叠加值；18.叠加值＝pmax_power/iset*a+b；或者，叠加值＝固定值；19.其中，vbattery为通过检测模块检测线性调整模块的输出电压；a和b均表示电压调整系数，1＜a＜1.2，b＞0；20.所述外部电池类快速加载法的计算公式为：21.vset_1＝vdrop+vmax；22.其中，vdrop表示预设的mos管q2压降；vmax表示待测电池最大输出电压。23.进一步地，所述步骤s30具体为：24.mcu基于所述预设总线电压vbusset向mos管q1输出对应的脉冲宽度调制信号，使mos管q1向线性调整模块输出调制后的电源。25.进一步地，所述步骤s40具体为：26.mcu将所述加载电压vset_1以及期望输出电流iset通过数模转换器发送给线性调制模块，线性调制模块基于接收的所述加载电压vset_1以及期望输出电流iset对输入的电源进行线性调整。27.进一步地，所述步骤s50中，所述实际电源参数包括线性调整模块的输入电流isensor、mos管q2的线性压差vmos、线性调整模块的输出电压vbattery以及开关调整电路输出的总线电压vbus。28.进一步地，所述步骤s60具体为：29.mcu基于所述输入电流isensor、线性压差vmos、输出电压vbattery、总线电压vbus、最大压差vgap_max以及最大mos压差功率pmax_power，通过压差控制法或者功率控制法动态调整所述预设总线电压vbusset。30.进一步地，所述压差控制法具体为：31.当vbus＞vgap_max+vbattery+c时，vbusset＝vbattery-vgap_max；32.当vbus＜vgap_max+vbattery-c时，vbusset＝vbattery+vgap_max；33.其中，c表示电压调节阈值，且c＞0。34.进一步地，所述功率控制法具体为：35.mcu基于所述输入电流isensor、线性压差vmos、输出电压vbattery以及总线电压vbus计算得到mos管q2的功率损耗pmos，当所述功率损耗pmos大于最大mos压差功率pmax_power时，调整所述预设总线电压vbusset，直至所述功率损耗pmos小于最大mos压差功率pmax_power。36.进一步地，所述功率损耗pmos的计算公式为：37.pmos＝vmos*isensor；38.或者，pmos＝(vbattery-vbus)*isensor。39.本发明的优点在于：40.通过上位机的指定电压值、通过安全负载加载法计算的电压值、或者通过外部电池类快速加载法计算的电压值设为加载电压vset_1，确保开关线性复合电源在开通时的总线电压处于一个合理值，且在开关线性复合电源运行过程中，通过压差控制法或者功率控制法动态调整预设总线电压vbusset，即只要压差控制法或者功率控制法满足其一就调整预设总线电压vbusset，避免开关调整电路输出的总线电压vbus过大，最终极大的提升了电源运行的稳定性以及安全性。附图说明41.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。42.图1是本发明一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法的流程图。43.图2是本发明一种灵活配置的开关线性复合电源的电路原理框图。44.图3是本发明检测模块的电路原理框图。45.图4是本发明dc-dc电源模块以及线性调整模块的电路图。46.100-一种灵活配置的开关线性复合电源，1-控制模块，2-dc-dc电源模块，3-线性调整模块，4-检测模块，21-滤波电路，22-开关调整电路，11-mcu，12-硬件乘法器，13-数模转换器，14-通信接口组，141-spi接口，142-uart接口，143-iic接口，144-以太网接口，41-电流检测电路，42-线性压差检测电路，43-输出电压检测电路，44-温度检测电路，45-总线电压检测电路。具体实施方式47.本技术实施例中的技术方案，总体思路如下：通过将指定电压值、安全负载加载法计算的电压值、或者外部电池类快速加载法计算的电压值设为vset_1，确保开关线性复合电源在开通时的总线电压处于一个合理值，且在开关线性复合电源运行过程中，通过压差控制法或者功率控制法动态调整vbusset，避免总线电压vbus过大，以提升电源运行的稳定性以及安全性。48.请参照图1至图4所示，本发明需使用如下一种灵活配置的开关线性复合电源100，包括一控制模块1、一dc-dc电源模块2、一线性调整模块3以及一检测模块4；所述控制模块1用于控制开关线性复合电源100的工作；所述dc-dc电源模块2用于将固定的直流电压调整为可变的直流电压；所述线性调整模块3用于对dc-dc电源模块2的输出进行精准调整，使得输入的电压和电流达到要求的值和精度；所述检测模块4用于采集线性调整模块3的输入电流isensor、mos管q2的线性压差vmos、线性调整模块3的输出电压vout、mos管q2两端的温度tmos以及开关调整电路22输出的总线电压vbus，进而进行系统自检以及闭环控制，即将各种模拟信号转换为数字信号传输给mcu11；49.所述dc-dc电源模块2的输出端与线性调整模块3的输入端连接；所述检测模块4的输入端与dc-dc电源模块2以及线性调整模块3连接，输出端与所述控制模块1连接；所述控制模块1与dc-dc电源模块2以及线性调整模块3连接。50.所述控制模块1包括一mcu11、一硬件乘法器12、一数模转换器13以及一通信接口组14；所述数模转换器13用于精准控制线性调整模块3的输出；所述硬件乘法器12用于对电流检测电路41以及线性压差检测电路42的检测结果进行相乘得到mos管q2的功率损耗pmos；所述mcu11用于控制开关线性复合电源100的工作，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的mcu即可，并不限于何种型号，例如st公司的stm32f103系列的mcu，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；51.所述硬件乘法器12的一端与mcu11连接，另一端与所述检测模块4连接；所述数模转换器13的一端与mcu11连接，另一端与所述线性调整模块3连接；所述mcu11分别与通信接口组14以及检测模块4连接；52.所述通信接口组14包括一spi接口141、一uart接口142、一iic接口143以及一以太网接口144；所述spi接口141、uart接口142、iic接口143以及以太网接口144均与mcu11连接。53.所述dc-dc电源模块2包括一滤波电路21以及一开关调整电路22；所述滤波电路21用于去除高频杂波和干扰信号；54.所述开关调整电路22分别与滤波电路21、线性调整模块3、控制模块1以及检测模块4连接。55.所述滤波电路21包括一电容c1、一电容c2、一电感l1以及一电感l2；56.所述电感l1的一端与电容c1连接，另一端与所述电容c2以及开关调整电路22连接；所述电感l2的一端与电容c1连接，另一端与所述电容c2以及开关调整电路22连接；57.所述开关调整电路22包括一电容c3、一电容c4、一二极管d1、一电感l3以及一mos管q1；通过调整所述mos管q1的导通时间可使开关线性复合电源100输出可变的电压和电流；58.所述mos管q1的d极(漏极)与电容c3、电容c2以及电感l1连接，s极(源极)与所述电感l3以及二极管d1的输出端连接，g极(栅极)与所述控制模块1连接；所述电容c4的一端与电感l3以及线性调整模块3连接，另一端与所述二极管d1的输入端、电容c3、电容c2、电感l2以及线性调整模块3连接。59.所述线性调整模块3包括一电容c5、一电容c6以及一mos管q2；所述mos管q2用于保护电路，调节恒压恒流精度的作用；60.所述mos管q2的d极与电容c5、dc-dc电源模块2以及检测模块4的温度检测电路41连接，s极与所述电容c6以及检测模块4的温度检测电路41连接，g极与所述控制模块1的数模转换器13连接；所述电容c5与电容c6以及dc-dc电源模块2连接。61.所述检测模块4包括一电流检测电路41、一线性压差检测电路42、一输出电压检测电路43、一温度检测电路44以及一总线电压检测电路45；62.所述电流检测电路41的输入端与dc-dc电源模块2的输出端连接，输出端与所述控制模块1的硬件乘法器12以及mcu11连接；所述线性压差检测电路42的输入端与线性调整模块3的输入端以及输出端连接，输出端与所述控制模块1的硬件乘法器12以及mcu11连接；所述输出电压检测电路43的输入端与线性调整模块3的输出端连接，输出端与所述控制模块1连接；所述温度检测电路44的输入端与线性调整模块3连接，输出端与所述控制模块1连接；所述总线电压检测电路45的输入端与dc-dc电源模块2的输出端连接，输出端与所述控制模块1连接。63.本发明一种灵活配置的开关线性复合电源控制方法的较佳实施例，包括如下步骤：64.步骤s10、mcu通过通信接口组接收上位机发送的预设电源参数，基于所述预设电源参数计算加载电压vset_1；65.步骤s20、滤波电路对直流稳压源进行滤波处理后输入开关调整电路；66.步骤s30、mcu基于所述预设电源参数向开关调整电路输出对应的脉冲宽度调制信号，使开关调整电路向线性调整模块输出调制后的电源；67.步骤s40、mcu基于所述预设电源参数以及加载电压vset_1，通过线性调制模块对输入的电源进行线性调整；68.步骤s50、mcu通过检测模块检测线性调整模块以及开关调整电路的实际电源参数；69.步骤s60、mcu基于所述实际电源参数以及预设电源参数，通过压差控制法或者功率控制法动态调整所述预设电源参数中的预设总线电压vbusset。通过结合压差控制法和功率控制法，使得预设总线电压vbusset的控制更加灵活、简单、快速。70.所述步骤s10中，所述预设电源参数包括预设总线电压vbusset、期望输出电压vset、期望输出电流iset、最大压差vgap_max以及最大mos压差功率pmax_power。71.所述加载电压vset_1为上位机的指定电压值、或者通过安全负载加载法计算的电压值、或者通过外部电池类快速加载法计算的电压值；72.所述安全负载加载法具体为：73.基于vbattery以及叠加值更新vset_1，直至vset_1大于vset：74.vset_1＝vbattery+叠加值；75.叠加值＝pmax_power/iset*a+b；或者，叠加值＝固定值；76.其中，vbattery为通过检测模块检测线性调整模块的输出电压；a和b均表示电压调整系数，1＜a＜1.2，b＞0，b的取值优选为0.5v；固定值按需设置，优选为3v；77.所述外部电池类快速加载法的计算公式为：78.vset_1＝vdrop+vmax；79.其中，vdrop表示预设的mos管q2压降；vmax表示待测电池最大输出电压。80.所述步骤s30具体为：81.mcu基于所述预设总线电压vbusset向mos管q1输出对应的脉冲宽度调制信号，使mos管q1向线性调整模块输出调制后的电源。82.所述步骤s40具体为：83.mcu将所述加载电压vset_1以及期望输出电流iset通过数模转换器发送给线性调制模块，线性调制模块基于接收的所述加载电压vset_1以及期望输出电流iset对输入的电源进行线性调整，即使得输入的电压和电流达到要求的值和精度。通过数模转换器将mcu接收的加载电压vset_1和期望输出电流iset传输给线性调整模块，进而精准的控制线性调整模块的输出，极大的提升了电源的输出精度。84.所述步骤s50中，所述实际电源参数包括线性调整模块的输入电流isensor、mos管q2的线性压差vmos、线性调整模块的输出电压vbattery以及开关调整电路输出的总线电压vbus。vbusset为总线电压的设置值，vbus为总线电压的实际测量值，vbusset初始状态为满幅输出，为了缩短电压电流上升沿的时间。85.所述步骤s60具体为：86.mcu基于所述输入电流isensor、线性压差vmos、输出电压vbattery、总线电压vbus、最大压差vgap_max以及最大mos压差功率pmax_power，通过压差控制法或者功率控制法动态调整所述预设总线电压vbusset，即只要压差控制法或者功率控制法满足其一就调整预设总线电压vbusset。基于计算的预设总线电压vbusset设置mos管q1的输出，实现总线电压的动态调整，进而极大的提升了电源的适用范围，即适配性。87.所述压差控制法具体为：88.当vbus＞vgap_max+vbattery+c时，vbusset＝vbattery-vgap_max；89.当vbus＜vgap_max+vbattery-c时，vbusset＝vbattery+vgap_max；90.其中，c表示电压调节阈值，且c＞0，通过设置电压调节阈值能有效防止抖动。91.所述功率控制法具体为：92.mcu基于所述输入电流isensor、线性压差vmos、输出电压vbattery以及总线电压vbus计算得到mos管q2的功率损耗pmos，当所述功率损耗pmos大于最大mos压差功率pmax_power时，调整所述预设总线电压vbusset，直至所述功率损耗pmos小于最大mos压差功率pmax_power。93.所述功率损耗pmos的计算公式为：94.pmos＝vmos*isensor；95.或者，pmos＝(vbattery-vbus)*isensor；mcu可以自行计算pmos，也可直接通过硬件乘法器得到pmos的计算结果。96.综上所述，本发明的优点在于：97.通过上位机的指定电压值、通过安全负载加载法计算的电压值、或者通过外部电池类快速加载法计算的电压值设为加载电压vset_1，确保开关线性复合电源在开通时的总线电压处于一个合理值，且在开关线性复合电源运行过程中，通过压差控制法或者功率控制法动态调整预设总线电压vbusset，即只要压差控制法或者功率控制法满足其一就调整预设总线电压vbusset，避免开关调整电路输出的总线电压vbus过大，最终极大的提升了电源运行的稳定性以及安全性。98.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。









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