一种控制开关电源精准输出的方法及相应装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种控制开关电源精准输出的方法、控制设备、开关电源及存储介质。

背景技术

开关电源是一种高频化电能转换装置，其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入通常是交流电（例如市电）或是直流电源，而输出通常是需要直流电的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

开关电源通常可以通过序列脉冲控制其输出，例如控制输出功率、电流和电压等，当多个开关电源进行级联使用时，一般是通过同一个控制设备分别控制各个开关电源产生自身的序列脉冲，从而对各个开关电源的输出进行控制，而该控制设备可以是多个开关电源中的一个。

然而，目前的技术方案中，当控制设备在控制各个开关电源产生序列脉冲时，容易导致开关电源实际的输出开始时间的与所需的输出开始时间存在误差，且该误差不能满足用户所需的时间精度，例如控制设备需要控制某个开关电源在第一时间时开始输出，实际上开关电源在第二时间时才开始输出，且第一时间和第二时间之间相差较大，从而导致不能满足用户较高的时间精度需求，因此需要解决该问题，以满足用户较高的时间精度需求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是开关电源输出的时间精度较低。

根据第一方面，一种实施例中提供一种控制开关电源精准输出的方法，应用于控制设备，所述控制设备与所述开关电源均具有数字接口，所述控制设备与所述开关电源通过所述数字接口进行连接，所述方法包括：

向所述开关电源发送至少一次检测信号，以使得所述开关电源每次在获取所述检测信号后均反馈应答信号；

接收所述应答信号，并获取每次发送所述检测信号到接收所述应答信号之间的时间间隔；

根据各次所述时间间隔得到信号生效时间，并根据所述信号生效时间输出所述开关电源的控制信号，以使得所述开关电源根据所述控制信号控制自身的输出。

一些实施例中，所述根据各次所述时间间隔得到信号生效时间，包括：

判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件；

若满足所述预设条件，则根据各次所述时间间隔计算所述信号生效时间。

一些实施例中，所述判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件，包括：

判断各次所述时间间隔中的最小值与最大值的差值是否小于预设值；

和/或，

判断各次所述时间间隔的平均值是否小于预设值；

和/或，

判断各次所述时间间隔的方差是否小于预设值。

一些实施例中，在判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件时，控制开关电源精准输出的方法还包括：

判断获取所述时间间隔的次数是否大于预设次数；

若小于所述预设次数，则继续向所述开关电源发送检测信号；

若大于等于所述预设次数，则开始判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件。

一些实施例中，控制开关电源精准输出的方法还包括：

若存在至少一次超过预设时长未接收到所述应答信号；

或者，判断各次所述时间间隔的波动不满足所述预设条件；

则提示连接不稳定。

一些实施例中，所述根据各次所述时间间隔计算所述信号生效时间，包括：

获取各次所述时间间隔的平均值；

将所述平均值的一半作为所述信号生效时间。

一些实施例中，所述根据所述信号生效时间输出所述开关电源的控制信号，包括：

根据所述信号生效时间开始输出所述控制信号，以使得所述开关电源每次在获取所述控制信号后回传接收信号；

接收所述接收信号，并获取每次输出所述控制信号到接收所述接收信号之间的时间差；

若所述时间差与所述信号生效时间之间满足预设关系，则继续输出所述开关电源的控制信号。

根据第二方面，一种实施例中提供一种用于开关电源的控制设备，包括：

至少一个数字接口，所述数字接口用于传输数字的信号；

处理器，用于实现如第一方面所述的方法。

根据第三方面，一种实施例中提供一种开关电源，包括：

输入端口，用于接入交流电或直流电；

主电路，用于将所述输入端口输入的交流电或直流电转换为所需直流电；

输出端口，用于对所述主电路产生的直流电进行输出；

至少一个数字接口，所述数字接口用于传输数字的信号；

处理器，用于实现如第一方面所述的方法。

根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第一方面所述的方法。

根据上述实施例的控制开关电源精准输出的方法，由于控制设备与开关电源之间通过数字接口进行连接，并且控制设备直接输出开关电源的控制信号，使得开关电源可以根据该控制信号控制自身的输出，从而降低开关电源的数据处理时延，以提高开关电源输出的时间精度。然后控制设备发送检测信号至开关电源，并接收开关电源反馈的应答信号，从而可以获取控制设备与开关电源之间实际通信的时间间隔，并根据该时间间隔得到信号生效时间。而控制设备则根据信号生效时间输出开关电源的控制信号，由于信号生效时间根据实际通信的时间间隔得到，从而使得开关电源输出的时间精度较高。

附图说明

图1为一种实施例的电源系统的结构示意；

图2为一种实施例的控制设备的结构示意；

图3为一种实施例的控制设备的交互界面示意图；

图4为一种实施例的开关电源的结构示意；

图5为另一种实施例的开关电源的结构示意；

图6为一种实施例的控制开关电源精准输出的方法的流程图；

图7为另一种实施例的控制开关电源精准输出的方法的流程图；

图8为又一种实施例的控制开关电源精准输出的方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

目前的技术方案中，控制设备均是采用开关电源，且控制设备通过模拟信号对其它开关电源进行控制，例如电压信号，而其它开关电源在接收到该模拟信号后还需要进行模数转换，并基于模数转换后的信号产生自身的脉冲序列，而该过程存在一定时延且是不可控的，因此导致开关电源输出的时间精度较低。且控制设备在控制其它开关电源时，均采用固定的延时控制时间，即控制设备从输出模拟信号，到开关电源响应该模拟信号并输出脉冲序列的时间间隔设置是固定的，然而因设备的不同，连接方式的不同，例如控制连接线过长过短或者连接异常都会使得实际的时间间隔波动，从而会导致实际的时间间隔不同且不可控，最终导致控制设备控制开关电源时存在极大的时间误差。

在本发明实施例中，控制设备与开关电源之间通过数字接口进行连接，并且控制设备直接输出开关电源的控制信号，使得开关电源可以根据该控制信号控制自身的输出，从而降低开关电源的数据处理时延，以提高开关电源输出的时间精度。同时，控制设备在输出控制信号前，通过发送检测信号和接收应答信号，来获取与开关电源之间实际通信的时间间隔，并根据该时间间隔得到信号生效时间，再根据信号生效时间输出开关电源的控制信号，由于信号生效时间根据实际通信的时间间隔得到，从而使得开关电源输出的时间精度较高。

请参考图1，一些实施例中提供一种电源系统，其包括控制设备10和至少一个开关电源20。其中，控制设备10可以对各个开关电源20的输出进行控制，从而可以对各个开关电源20输出的开始时间和结束时间进行精准的控制，以下对其进行具体的说明。

请参考图2，控制设备10用于输出开关电源的控制信号。一些实施例中，控制设备10配置具有控制功能的器件，例如单片机、CPU、FPGA、处理器12等，该具有控制功能的器件可以用于产生开关电源的控制信号，例如数字的序列脉冲或者PWM控制信号。控制设备还配置至少一个数字接口，该数字接口用于连接开关电源20，从而可以将开关电源的控制信号输出至各个开关电源20，例如输出数字的序列脉冲或者PWM控制信号。一些实施例中，数字接口可以是串口接口、485接口、SPI接口等。一些实施例中，控制设备可以基于用户输入的指令产生开关电源的控制信号，例如控制设备还可以配置有人机交互装置，而人机交互装置用于接收用户的输入，以及输出可视化信息。一些实施例中，人机交互装置可以包括显示器和输入装置。其中，输入装置用于接收用户（通常是操作者）的输入，例如，可以采用鼠标、键盘、触控显示器、轨迹球和操纵杆等中的一个或多个，以接收用户输入的指令等。用户通过输入装置可进行输入操作。显示器用于输出信息，例如输出可视化信息。显示器可以采用只具备显示功能的显示器，也可以采用触控显示器。请参考图3，一些实施例中，显示器至少用于显示交互界面，该交互界面中至少显示控制设备所连接的各个开关电源，当用户通过输入装置选择交互界面中的目标开关电源时，用户可以对该开关电源的输出参数进行配置，例如配置电流、电压或者功率等参数。当用户完成配置后，具有控制功能的器件基于用户配置的参数产生对应的控制信号，并用于输出至目标开关电源以控制其输出。

开关电源20用于根据所获取的控制信号控制自身的输出。开关电源20具有至少一个数字接口，该数字接口用于匹配控制设备的数字接口并与之进行连接，从而可以获取控制设备输出的控制信号。开关电源20将该控制信号直接用于控制自身的输出，例如根据序列脉冲或者PWM控制信号控制自身的输出。

请参考图4和请参考图5，一些实施例中，开关电源20还包括输入端口21、主电路22、输出端口23和控制电路24，以下对其分别进行具体的说明。

输入端口21用于接入交流电或直流电。一些实施例中，输入端口21可以是电力输入的接线端子，例如在接线端子上接入AC220V的交流市电，或者在输入端口上接入DC110V的直流电。

主电路22用于将输入端口输入的交流电或直流电转换为所需直流电。一些实施例中，主电路22可以对输入端口输入的交流电进行转换处理，例如对交流电进行整流以产生恒压的直流电。一些实施例中，主电路22也可以对输入端口输入的直流电进行转换处理，例如对直流电进行稳压以产生恒压的直流电。本实施例中，主电路22中用于交流整流处理和直流稳压处理的电路均可以是常规电路结构，在此对其整流或稳压的原理不做具体说明。例如在一个具体实施例中，主电路22可以具有输入滤波、冲击电流限幅、整流、逆变、变压器、输出滤波等的相关电路，其中，输入滤波的作用是过滤电网存在的杂波及阻碍产生的杂波反馈回电网，冲击电流限幅作用是限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流，整流的作用是将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，逆变的作用是将整流后的直流电变为高频交流电，变压器的作用是进行电压的转换，输出滤波的作用是根据负载需要提供稳定可靠的直流电源。

输出端口23用于对主电路产生的直流电进行输出。一些实施例中，输出端口23可以是电力输出的接线端子，例如插针、快速接头、USB接头、焊盘等。一些实施例中，由于主电路能够产生不同等级的恒压直流电，所以输出端口23输出的恒压直流电也可以具有多个恒压等级，比如3.3V、5V、10V、12V、15V、24V、36V等，而不同的恒压等级可驱动不同的用电组件，例如3.3V可以驱动运算处理器件、5V可以驱动信号放大器件，12V可以驱动显示器件。一些实施例中，输出端口23还可以设置为多个接线端子，从而通过多个接线端子输出不同恒压等级的直流电。

控制电路24可以用于产生主电路的控制信号，也可以用于将数字接口输入的控制信号直接控制主电路。一些实施例中，控制电路24可以是单片机、CPU、FPGA、处理器27为主的逻辑运算电路，其与主电路22连接，从而通过控制信号控制主电路22的输出。

请再参考图5，一些实施例中，开关电源20还可以包括检测电路25，而检测电路25可以包括电流检测、电压检测、功率检测的相关电路。检测电路25主要对输出端口上通过的直流电的瞬时功率进行检测，同时也可以对直流电的瞬时电流、瞬时电压进行检测，并将检测信号发送至处理器以进行处理。一些实施例中，为了得到直流电的瞬时功率，可以采用功率测量芯片直接得到瞬时功率值，也可以采用电流、电压测量芯片且通过计算电流量和电压量的乘积来计算得到瞬时功率值。此外，检测电路25还可以具有模数转换器，其利用模数转换器将检测信号转换为数字信号，从而将数字信号直接发送给处理器进行处理。一些实施例中，控制电路24可以根据检测电路25的检测信号对主电路进行控制。比如，控制电路通过预设的过功率保护控制方法对主电路进行整流或稳压控制，以调节主电路22产生的直流电。

请再参考图5，一些实施例中，开关电源20还可以包括辅助电源26，该辅助电源用于实现对处理器的软件启动，以及为保护整个电路和一些电子元件（如PWM、IGBT等芯片）的工作提供辅助供电。一些实施例中，开关电源20还可以包括上述的人机交互装置28。

由于开关电源主要是利用主电路中的电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），然后通过控制信号使电子开关器件不停地导通和截止，使得电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。而开关电源的控制信号可以采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的控制方案。也可以采用脉冲序列(Pulse Train，PT)的控制方案。本实施例中，开关电源的控制信号可以是自身产生的，也可以是控制设备输入的，而当控制信号是控制设备输入时，开关电源无需再额外进行数据处理，因此响应速度较快，时延较低。

一些实施例中，控制设备10也可以是采用上述实施例中的开关电源20来实现。当控制设备10采用开关电源20实现并与其它开关电源20级联时，可以将其设置为主设备，而其它开关电源20设置为从设备。

以下对电源系统的工作原理进行具体的说明。

控制设备10在向开关电源20发送控制信号之前，或者控制设备10与开关电源20在通过数字接口进行连接后，控制设备10会通过数字接口向开关电源20发送至少一次检测信号，而开关电源20每次在获取该检测信号后均通过数字接口反馈对应的应答信号。一些实施例中，当控制设备每次发送检测信号后，均对发送时间Ts进行记录，并在接收到开关电源的应答信号后，均对接收时间Te进行记录。因此控制设备可以根据发送时间Ts和接收时间Te，计算每次发送检测信号到接收应答信号之间的时间间隔Tn=Te-Ts。本实施例中，由于开关电源在接收到检测信号后无需对其进行处理，并立即反馈应答信号，因此每次所计算得到的时间间隔Tn主要是体现了控制设备与开关电源之间的数据传输时延。

当控制设备10超过预设时长未接收到应答信号时，例如该预设时长为通信控制可接受的时延。因此，当存在一次时间间隔Tn超过预设时长时，则说明控制设备10与开关电源20之间的连接可能不稳定或者受到干扰，从而不能用于稳定传输信号。此时控制设备10可以用于提示连接不稳定，例如其通过显示器进行显示，或者通过声光装置进行报警，或者通过通讯手段发送信息进行提醒。一些实施例中，控制设备可以在时间间隔Tn出现一次超过预设时长时进行提示，也可以在出现多次时才进行提示。

控制设备10在每次发送检测信号并接收到应答信号时，都会记录控制设备10与开关电源20之间的通信次数。当通信次数没有达到预设次数时，控制设备则继续向开关电源发送检测信号，而当通信次数达到或者超过预设次数时，控制设备则会判断各次时间间隔Tn的波动是否满足预设条件。若满足预设条件，则说明在足够多的通信次数中，控制设备与开关电源之间的连接比较稳定，且各次通信时延之间的波动较小，可以用于稳定传输信号。反之，则说明控制设备与开关电源之间的连接不稳定，从而不能用于稳定传输信号，此时控制设备也可以用于提示连接不稳定。一些实施例中，预设次数可以是默认的次数，也可以是用户可以根据实际需求进行设置的，例如设置为十次或二十次等。一些实施例中，在判断各次时间间隔Tn的波动是否满足预设条件时，只需判断其是否满足以下至少一个条件即可，例如可以判断各次时间间隔Tn中的最小值与最大值的差值是否小于预设值，若小于，则说明最小值与最大值之间相差较小，因此各次时间间隔Tn之间的波动也较小。一些实施例中，也可以判断各次时间间隔Tn的平均值是否小于预设值，若小于，则说明各次时间间隔Tn整体都比较小，因此各次时间间隔Tn之间的波动也比较小。一些实施例中，还可以判断各次时间间隔Tn的方差是否小于预设值，若小于，则说明各次时间间隔Tn都比较接近平均值，因此各次时间间隔Tn之间的波动也比较小。

当各次时间间隔Tn的波动满足预设条件时，控制设备则根据各次时间间隔Tn得到信号生效时间，信号生效时间用于表示从控制设备输出控制信号，到开关电源接收到控制信号并用于控制自身输出所需要的时间，因此当信号生效时间与实际所需时间没有误差之后，控制设备可以根据信号生效时间输出开关电源的控制信号，从而可以精准控制开关电源输出的开始时间或者结束时间。本实施例中，当各次时间间隔Tn的波动满足预设条件时，则说明控制设备与开关电源之间可以稳定的传输信号，因此根据各次时间间隔Tn得到的信号生效时间可以在极小的误差范围内，且开关电源直接根据控制信号控制自身的输出，因此也基本不存在数据处理的时延，从而使得控制设备也可以精准控制开关电源输出的开始时间或者结束时间。一些实施例中，在计算信号生效时间时，先获取各次时间间隔Tn的平均值，然后将该平均值的一半作为信号生效时间。一些实施例中，当控制设备需要控制开关电源在第一时间时开始输出，则控制设备提前信号生效时间输出控制信号至开关电源，而控制设备从输出控制信号到开关电源响应控制信号所需要的实际时间基本也等于该信号生效时间，因此控制设备可以精准控制开关电源的输出时间。

控制设备10在得到信号生效时间之后，便可以根据信号生效时间输出开关电源的控制信号，而开关电源20在接收控制信号后可以根据其控制自身的输出，从而精准控制开关电源输出的开始时间或者结束时间。一些实施例中，由于控制设备在控制开关电源的过程中，可能会受到外界的干扰产生波动，从而使得信号生效时间的误差变大，例如控制设备或者开关电源产生了位置的变动，因此开关电源每次在获取控制信号后均会回传接收信号，以表示接收到控制信号，而控制设备接收到接收信号后，计算每次输出控制信号到获取接收信号之间的时间差，若该时间差与信号生效时间之间满足预设关系，例如相差很小或者基本相同，则说明信号生效时间的误差基本不变，此时则继续输出开关电源的控制信号，反之则需要重新执行上述的步骤方法，以获取到误差较小的新信号生效时间，并根据新信号生效时间输出开关电源的控制信号。

由上述实施例可知，由于控制设备可以将控制信号通过其数字接口输出至开关电源，使得该控制信号可以直接用于开关电源控制其输出，从而降低数据处理的时延，提高响应速度和时间精度。同时，控制设备通过发送检测信号和接收应答信号来获取实际通信的时间间隔，并在多次时间间隔的波动较小时，计算得到信号生效时间，并根据信号生效时间输出控制信号，从而提高开关电源输出的时间精度。并且在输出控制信号的过程中，获取开关电源回传的接收信号，然后计算每次输出控制信号到获取接收信号之间的时间差，并根据该时间差来控制继续传输控制信号或者重新获取信号生效时间，以保证信号传输的稳定性。

由上述实施例可知，控制设备10可以采用单独的设备或者开关电源20来实现，且控制设备10可以具有多个数字接口，因此控制设备10可以扩展多通道的脉冲序列输出，从而可以控制多个开关电源20进行级联输出，并且可以精准的控制多个开关电源的输出时间。

请参考图6，一些实施例中提供一种控制开关电源精准输出的方法，应用于上述的控制设备，以下对控制开关电源精准输出的方法进行具体的说明。

步骤100：向开关电源发送至少一次检测信号，以使得所述开关电源每次在获取所述检测信号后均反馈应答信号。

步骤200：接收所述应答信号，并获取每次发送所述检测信号到接收所述应答信号之间的时间间隔。

步骤300：根据各次所述时间间隔得到信号生效时间，并根据所述信号生效时间输出所述开关电源的控制信号，以使得所述开关电源根据所述控制信号控制自身的输出。

请参考图7，一些实施例中，在根据各次所述时间间隔得到信号生效时间时，其具体包括：

步骤310：判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件。

步骤320：若满足所述预设条件，则根据各次所述时间间隔计算所述信号生效时间。

一些实施例中，在判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件时，其具体包括：判断各次所述时间间隔中的最小值与最大值的差值是否小于预设值；和/或，判断各次所述时间间隔的平均值是否小于预设值；和/或，判断各次所述时间间隔的方差是否小于预设值。

一些实施例中，在判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件时，还包括：判断获取所述时间间隔的次数是否大于预设次数；若小于所述预设次数，则继续向所述开关电源发送检测信号；若大于等于所述预设次数，则开始判断各次所述时间间隔的波动是否满足预设条件。

一些实施例中，控制开关电源精准输出的方法还包括：若存在至少一次超过预设时长未接收到所述应答信号；或者，判断各次所述时间间隔的波动不满足所述预设条件；则提示连接不稳定。

请参考图8，一些实施例中，在根据各次所述时间间隔计算所述信号生效时间时，其具体包括：

步骤330：获取各次所述时间间隔的平均值。

步骤340：将所述平均值的一半作为所述信号生效时间。

一些实施例中，在根据所述信号生效时间输出所述开关电源的控制信号时，其具体包括：根据所述信号生效时间开始输出所述控制信号，以使得所述开关电源每次在获取所述控制信号后回传接收信号；接收所述接收信号，并获取每次输出所述控制信号到接收所述接收信号之间的时间差；若所述时间差与所述信号生效时间之间满足预设关系，则继续输出所述开关电源的控制信号。

请再参考图2，一些实施例中提供一种用于开关电源的控制设备10，其包括至少一个数字接口和处理器12，其中每一个数字接口均用于传输数字的信号，处理器用于实现上述的控制开关电源精准输出的方法。一些实施例中，该控制设备10也可以采用上述的开关电源20来实现。

一些实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述的控制开关电源精准输出的方法。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。