一种电源稳压精度的控制方法、控制电路及电源设备

技术领域

本发明涉及电源稳压领域，特别是涉及一种电源稳压精度的控制方法、控制电路及电源设备。

背景技术

通信电源的稳压精度是一项重要指标，体现在全范围段内输出电压与设定值之间的偏差，其中负载调整率是影响稳压精度的主要因素之一，表现在当负载电流发生变化时电源输出电压相应的变化情况。通常负载增加，输出电压降低，负载减小，输出电压升高。通信用高频开关整流器的行业标准对稳压精度要求不超过0.6％，负载调整率要求不超过0.5％。

负载调整率＝ABS(最大负载时输出电压-半载时输出电压)/半载时输出电压；

或

负载调整率＝ABS(最小负载时输出电压-半载时输出电压)/半载时输出电压；

最终结果取二者计算出来的最大值。

稳压精度＝(输出电压设定值-实际输出电压)/输出电压设定值。

随着通信电源体积不断减小，功率密度不断提高，其控制方式更多的倾向于低成本高效率的数字控制技术。而在数字控制的电源中，为了提高控制环路的带宽和增益，通常会在环路中引入快速环节，快速环节会提高环路响应，但是同时会降低电源的输出稳压能力，在一些较为恶劣的工况下无法满足行业标准对稳压精度及负载调整率的指标要求。

而现有的电源稳压精度的控制方法中，通常通过增加电流采样补偿单元，根据电流采样补偿单元产生相应的补偿电压，以调整电源的负载调整率，改善电源的稳压精度，但现有的技术方案中均需要增加电流传感器、运算放大器及相应的采样和控制电路等，即均需要增加硬件检测补偿电路，会增加电源的制造成本和PCB板的体积，在低成本、高功率密度通讯电源的发展趋势下失去竞争力。另外，现有的电源稳压精度的控制方案还存在控制精度低，电路控制复杂等缺点。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种电源稳压精度的控制方法、控制电路及电源设备，以能够有效的改善电源的稳压精度，且控制简单，电路成本较低。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：

在第一方面，本发明实施例提供一种电源稳压精度的控制方法，所述方法包括：

对电源的输出电压进行采样，得到第一采样电压；

根据第一采样电压和所述电源的输出电压给定值，确定电压补偿值；

根据所述电压补偿值和所述电源的输出电压给定值，调节所述电源的输出电压。

所述根据第一采样电压和所述电源的输出电压给定值，确定电压补偿值，包括：

计算所述第一采样电压和所述电源的输出电压给定值的第一电压差；

基于所述第一电压差进行PI调节，获得所述电压补偿值。

在一些实施例中，所述根据所述电压补偿值和所述电源的输出电压给定值，调节所述电源的输出电压，包括：

将所述电压补偿值和所述电源的输出电压给定值进行叠加，得到电压环的电压给定值，所述电压环用于调节所述电源的输出电压；

对所述电源的输出电压进行采样，得到第二采样电压；

根据所述电压环的电压给定值和所述第二采样电压，调节所述电源的输出电压。

在一些实施例中，所述根据所述电压环的电压给定值和所述第二采样电压，调节所述电源的输出电压，包括：

计算所述电压环的电压给定值和所述第二采样电压的第二电压差；

基于所述第二电压差进行PI调节，获得所述电压环的输出值，基于所述电压环的输出值调节所述电源的输出电压。

在一些实施例中，所述第二采样电压的采样点设置于所述电源的EMI电路之前。

在一些实施例中，所述第一采样电压的采样点设置于所述电源的EMI电路之后。

在一些实施例中，在得到第一采样电压之后，所述方法还包括：

对所述第一采样电压进行数字滤波。

在第二方面，本发明实施例一种电源稳压精度的控制电路，所述电源稳压精度的控制电路包括：

采样电路，与电源的输出端口电性连接，用于采样所述电源的输出电压；以及，

控制器，所述控制器包括至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的电源稳压精度的控制方法。

在一些实施例中，所述采样电路包括分压电路和滤波电路；

所述分压电路的第一端与所述电源的输出端口电性连接，所述分压电路的第二端接地，所述分压电路的第三端与所述滤波电路的第一端电性连接，所述分压电路用于对所述电源的输出电压进行分压，得到分压信号，并将所述分压信号传送至所述控制器；

所述滤波电路的第二端接地，所述滤波电路的第三端与所述控制器电性连接，所述滤波电路用于对所述分压信号进行滤波。

在第三方面，本发明实施例提供一种电源设备，所述电源设备包括：

电源电路；以及，

如上所述的电源稳压精度的控制电路，与所述电源电路电性连接，用于控制所述电源电路的稳压精度。

本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，在本发明实施例中，电源稳压精度的控制方法首先对电源的输出电压进行采样，得到第一采样电压，然后根据第一采样电压和电源的输出电压给定值，确定电压补偿值，最后根据电压补偿值和电源的输出电压给定值，调节电源的输出电压。因此，该方法确定电压补偿值之后，在电压补偿值的基础上再可靠调节电源的输出电压，进而保证电源的输出电压的稳压精度，并且，该方法均使用数字控制，控制简单，电路成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的其中一种电源设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的其中一种采样电路的电路结构示意图；

图3是本发明实施例提供的其中一种电源稳压精度的控制方法流程图；

图4是本发明实施例提供的其中一种电源稳压精度的控制方法控制框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的其中电源设备的结构示意图。如图1所示，该电源设备100包括电源电路10和电源稳压精度的控制电路20，所述电源电路10与电源稳压精度的控制电路20电性连接，电源稳压精度的控制电路20用于控制电源电路10的稳压精度。

电源稳压精度的控制电路20包括采样电路21和控制器22，该采样电路21与电源电路10的输出端口电性连接，其用于采样电源电路10的输出电压，所述控制器22包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行下述任一实施例所述的电源稳压精度的控制方法。

在一些实施例中，该采样电路21包括分压电路211和滤波电路212，该分压电路211的第一端与电源电路10的输出端口电性连接，分压电路211的第二端接地，分压电路211的第三端与滤波电路212的第一端电性连接，分压电路211用于对电源电路10的输出电压进行分压，得到分压信号，并将所述分压信号传送至控制器22。

滤波电路212的第二端接地，滤波电路212的第三端与控制器22电性连接，所述滤波电路212用于对所述分压信号进行滤波。

在一些实施例中，请一并参阅图2，该分压电路211包括第一电阻R1和第二电阻R2，滤波电路212包括第三电阻R3和电容C1，其中，第一电阻R1的一端连接电源的输出端口，第一电阻R1的另一端分别连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地，第三电阻R3和电容C1的共同连接点连接控制器22。采样比例为

在一些实施例中，采样电路21还可以通过运算放大器来实现，其适用于高共模抑制比或高开环电压增益的的场合。

控制器22通过自带的ADC功能模块对采样的电源的输出电压进行模数转换，采样的电源的输出电压也可以经过外部ADC转换芯片转换为数字信号以后，再传送至控制器22。

在一些实施例中，控制器22可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制器22还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器22也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。

因此，分压电路211对电源电路10的输出电压Vout*进行分压，分压信号经过滤波电路212滤波以后得到信号Vadc，信号Vadc被传送至控制器22，由控制器22进行处理和分析。控制器22通过该分压信号得到对电源的输出电压的采样电压，再根据采样电压和电源的输出电压给定值，调节电源的输出电压，以保证电源的输出电压的稳定精度。

请参阅图3，图3是本发明实施例提供的其中一种电源稳压精度的控制方法流程图，如图3所示，该电源稳压精度的控制方法S30包括：

步骤S31：对电源的输出电压进行采样，得到第一采样电压；

通过采样电路对电源的输出电压进行采样，获取电源的输出电压。在一些实施例中，对电源的输出电压进行采样以后，首先进行AD转换，再对AD转换结果经过数字滤波器进行数字滤波。由于电源的输出稳压精度主要是强调其稳态下的电压控制能力，因此，该数字滤波器的截止频率可选择至100Hz以内。

另外，第一采样电压的采样点设置在电源的EMI电路之后，因此，若电源带较大的负载，EMI电路线损较大的时，由于第一采样电压的采样点的位置在EMI电路之后，因此后续计算电压补偿值，以及对电源的输出电压进行控制的结果中也包含对该部分电路线损的补偿，从而改善因EMI电路线损造成负载调整率的问题。负载调整率是影响稳压精度的主要因素之一，表现在当负载电流发生变化时电源输出电压相应的变化情况。因此，将采样点设置在电源的EMI电路之后，改善因EMI电路线损造成负载调整率的问题，进而改善电源的稳压精度。

步骤S32：根据第一采样电压和所述电源的输出电压给定值，确定电压补偿值；

通过电压补偿值改善负载调整率，电压补偿值的确定方法可以有多种，在一些实施例中，计算第一采样电压和电源的输出电压给定值的第一电压差，基于所述第一电压差进行PI调节，获得所述电压补偿值。PI控制器的传递函数为：

由于控制的主要作用于电源模块稳态，因此PI参数选择上可以选择相对小一些，通常选取此PI控制器的零点为10Hz，按照50k的控制频率计算，Kp可取值100，Ki可取值0.15。

因此，在本发明实施例中，将第一电压差作为PI控制器的输入，得到电压补偿值。通过数字控制方法确定电压补偿值，控制精确，无需其他硬件电路，减少电路成本。

在另一些实施例中，也可以直接确定电压补偿值，通过第一电压差与补偿系数、校准系数的乘积，获取电压补偿值，其中，补偿系数和校准系数的具体计算方法或数值，可以根据需要而设置。

步骤S33：根据所述电压补偿值和所述电源的输出电压给定值，调节所述电源的输出电压。

确定电压补偿值之后，将电压补偿值和电源的输出电压给定值共同作为电压环的输入，进而调节电源的输出电压，其中电压环为用于调节电源的输出电压的控制环，电压环对电源的输出电压进行闭环控制，其输入为电压环的给定值，其输出为电源的输出电压。

具体地，将所述电压补偿值和所述电源的输出电压给定值进行叠加，得到电压环的电压给定值，所述电压环用于调节所述电源的输出电压，并且，对所述电源的输出电压进行采样，得到第二采样电压，根据所述电压环的电压给定值和所述第二采样电压，调节所述电源的输出电压。相对于仅仅将电源的输出电压给定值作为电压环的电压给定值(即电压环的输入)的方案，该电源稳压精度的控制方法将电压补偿值和电源的输出电压给定值进行叠加之后，再作为电压环的电压给定值(即电压环的输入)，在电压补偿值的基础上再可靠调节电源的输出电压，进而保证电源的输出电压的稳压精度。

另外，第二采样电压的采样点设置在电源的EMI电路之前，与第一采样电压的采样点位置不同。第一采样电压和第二采样电压均为电源的输出电压的采样电压，但采样点的位置不同。

通过电压环的给定值和第二采样电压，调节电源的输出电压时，同样可以使用PI控制器实现。具体地，计算所述电压环的电压给定值和所述第二采样电压的第二电压差，再基于所述第二电压差进行PI调节，获得所述电压环的输出值，基于所述电压环的输出值调节所述电源的输出电压。获得电压环的输出值以后，可以通过PWM方式调节电源的输出电压。

因此，该电源稳压精度的控制方法通过两个控制环对电源的输出电压进行闭环控制，首先，是对电压补偿值的闭环控制，该控制环可以称为稳定环，确定电压补偿值以后，在电压补偿值的基础上，再对电源的输出电压进行比较闭环控制，该控制环为电压环，无论对电源的输出电压进行调节的电压环是数字控制还是模拟控制，该控制方法均可适用，适用范围较广。并且，该方法通过简单的PI控制确定电压补偿值，方式简单，更易实现。

综上，该电源稳压精度的控制方法确定电压补偿值之后，在电压补偿值的基础上再可靠调节电源的输出电压，进而保证电源的输出电压的稳压精度，并且，该方法均使用数字控制，控制简单，电路成本较低。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的其中一种电源稳压精度的控制框图示意图，为了更好地描述该电源稳压精度的控制方法，结合图4，该电源稳压精度的控制方法的工作原理可以描述如下：

首先对框图中的符号和缩写进行说明：

Vref：稳压环给定(电源的输出电压给定值)；

Vref*：电压环的电压给定值；

Vsample：电压环反馈，采样点为EMI电路之前，第二采样电压；

Verr：第二电压差；

H(s)：电压环控制环节，可以为PI控制器；

G(s)：电压环反馈采样电路传递函数：

Vpiout：电压环控制环节的输出，电压环的PI控制器输出；

PWM：主控制芯片发波模块；

Vout：电源模块的输出电压；

EMI：电源模块的输出EMI电路；

Vout*：电源模块的输出端口电压；

Digital Filter：数字滤波器，传递函数为：

Voutfilt*：电源模块的输出端口电压数字滤波结果，即第一采样电压经过数字滤波后的结果；

Verr*：第一电压差；

H(s)*：稳压环PI控制环节，此环节传递函数为：

Vpiout*：稳压环PI输出，即电压补偿值；

该电源稳压精度的控制方法的流程为：首先对电源的输出端口电压Vout*进行AD采样，得到第一采样电压，然后对第一采样电压进行数字滤波，得到数字滤波结果Voutfilt*，再计算经过数字滤波之后的电压Voutfilt*与电源的输出电压给定值Vref的压差，获得第一电压差Verr*，基于第一电压差Verr*进行PI调节，得到电压补偿值Vpiout*；

将电压补偿值Vpiout*与电源的输出电压给定值Vref进行叠加，获得电压环的电压给定值Vref*，并且，对电源的输出电压Vout进行采样，采样点设置在电源的EMI电路之前，得到第二采样电压Vsample，计算电压环的电压给定值Vref*与第二采样电压Vsample的压差，得到第二电压差Verr，基于第二电压差Verr进行PI调节，得到电压环的输出值Vpiout，最后基于电压环的输出值Vpiout调节电源的输出电压Vout。

因此，该电源稳压精度的控制方法通过两个控制环对电源的输出电压进行闭环控制，控制精确，且确定电压补偿值之后，在电压补偿值的基础上再可靠调节电源的输出电压，通过闭环控制可直接补偿电源的负载调整率，进而有效改善电源的输出电压的稳压精度，并且，该方法均使用数字控制，控制简单，电路成本较低。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。