申请/专利权人：艾乐德电子(南京)有限公司

申请日：2018-04-09

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN108319318B

主分类号：G05F1/565

分类号：G05F1/565

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2018.08.17#实质审查的生效;2018.07.24#公开

摘要：本发明提供一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源及方法，包括控制器、功率级模块、PWM产生器、输出电压采样模块和阀值电路，阀值电路耦接在输出电压采样模块的输出端和控制器的输入端，阀值电路设定有过冲阀值VH和下冲阀值VL，当输出电压Vo跌落致使采样电压Vs超过设定的下冲阀值VL时，阀值电路使控制器的反向输入端拉到零电位，当输出电压Vo跃升致使采样电压Vs超过跃升阀值VH时，阀值电路使控制器的反向输入端置高；实现在不影响现有的反馈环路参数，有效减小因开关电源负载突变造成的输出电压幅值突变，以及通过可控输出电压幅值大小进而确保开关电源负载不被损坏及延长使用寿命。

主权项：1.一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，包括控制器、功率级模块、PWM产生器和输出电压采样模块，控制器接受设定值Vref，及输出电压采样模块采集功率级模块和负载之间输出电压Vo后的采样电压Vs，控制器的输出电压Ve去控制PWM产生器，PWM产生器调控功率级模块，其特征在于：还包括阀值电路，阀值电路耦接在输出电压采样模块的输出端和控制器的输入端，阀值电路设定有过冲阀值VH和下冲阀值VL，当输出电压Vo跌落致使采样电压Vs超过设定的下冲阀值VL时，阀值电路使控制器的反向输入端拉到零电位，控制器的输出电压Ve以正饱和电压增加，当输出电压Vo跃升致使采样电压Vs超过跃升阀值VH时，阀值电路使控制器的反向输入端置高，控制器的输出电压Ve以负饱和电压减小；所述阀值电路包括第一、第二比较器、与第一比较器耦接的第一门电路、与第二比较器耦接的第二门电路，第一、第二比较器的输入端接收采样电压Vs，第一、第二门电路输出端接控制器输入端；所述阀值电路包括P沟道的MOS管Q2、N沟道的MOS管Q1和电阻R3，第一门电路为与非门，第二门电路为或非门，第一比较器的反向输入端、第二比较器的正向输入端和输出电压采样模块的输出端连接，第二比较器的输出端经或非门与MOS管Q2的栅极连接，第一比较器的输出端经与非门与MOS管Q1的栅极连接，MOS管Q2的漏极串接电阻R3后与MOS管Q1的漏极和控制器的反向输入端连接，MOS管Q2的源极接受设定值Vref，MOS管Q1的源极连接电源负极；控制器采用误差放大器。

全文数据：一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源及方法技术领域[0001]本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，及其实现的方法。背景技术[0002]开关电源是一种常用的电源设备，开关电源输出端负载在突然加载或卸载时会导致输出电压瞬间跌落和跃升，此电压的瞬态变化会直接影响连接负载的性能和使用寿命，严重时造成负载设备的损坏。[0003]目前，改善该技术问题常用方案一是提高PWM开关器的开关频率，以提高环路响应速度，但是随着PWM开关器的开关频率的提高会增加功率级模块开关管的损耗进而影响整机的效率的问题，二是通过提高反馈环路的响应速度，但又会牵扯到繁杂的环路设计参数与工程上难以精确调试的问题。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源及其实现的方法，通过检测输出端的输出电压的变化，在不影响环路参数设计和不额外提高开关频率的情况下，解决因负载因突然加载或卸载时会导致输出电压瞬间跌落和跃升，直接影响连接负载的性能和使用寿命，及严重时造成负载设备的损坏的问题。[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，包括控制器、功率级模块、PWM产生器和输出电压采样模块，控制器接受设定值Vref，及输出电压采样模块采集功率级模块和负载之间输出电压Vo后的采样电压Vs，输出电压Ve去控制PWM产生器，PWM产生器调控功率级模块，还包括阀值电路，阀值电路耦接在输出电压采样模块的输出端和控制器的输入端，阀值电路设定有过冲阀值VH和下冲阀值VL，当输出电压V0跌落致使采样电压VS超过设定的下冲阀值VL时，阀值电路使控制器的反向输入端拉到零电位，控制器的输出电压Ve以正饱和电压增加，当输出电压Vo跃升致使采样电压Vs超过跃升阀值VH时，阀值电路使控制器的反向输入端置高，控制器的输出电压Ve以负饱和电压减小。[0006]所述阀值电路包括第一、第二比较器、与第一比较器耦接的第一门电路、与第二比较器耦接的第二门电路，第一、第二比较器的输入端接收采样电压Vs，第一、第二门电路输出端接控制器输入端。[0007]所述阀值电路包括P沟道的M0S管Q2、N沟道的M0S管Q1和电阻R3,第一门电路为与非门，第二门电路为或非门，第一比较器的反向输入端、第二比较器的正向输入端和输出电压采样模块的输出端连接，第二比较器的输出端经或非门与M0S管Q2的栅极连接，第一比较器的输出端经与非门与M0S管Q1的栅极连接，M0S管Q2的漏极串接电阻R3后与M0S管Q1的漏极和控制器的反向输入端连接，M0S管Q2的源极接受设定值Vref，M0S管Q1的源极连接电源负极。L〇0〇8]控制器采用误差放大器。[0009]控制器的正向输入端经串接的电阻R1接受设定值Vref，控制器的反向输入端经串接的电阻R2接受采样电压Vs，电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值符合R1=R2=100*R3。[0010]本发明技术方案还提供一种实现输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源的方法，包括如下步骤：采集功率级模块和负载之间输出电压Vo得到采样电压Vs;采样电压Vs—路输入到控制器的输入端，另一路输入到阀值电路的输入端；当输出电压Vo瞬间跌落或者跃升导致采样电压Vs跌落或者跃升的值分别超过阀值电路的设定下冲阀值VL或者过冲阀VH值时，阀值电路触发控制器迅速分别以正饱和电压或者负饱和电压输出，进而使输出电压Vo得以迅速被拉回到正常值。[0011]当输出电压瞬间跌落或者跃升时，采样电压Vs跌落或者跃升的值在设定下冲阀值VL和过冲阀值VH内，阀值电路不会动作，控制器依据输入端的^进行正常的环路调整工作。[0012]输出电压瞬间跌落幅值可控步骤，当开关电源负载瞬间加载时，输出电压Vo瞬间跌落输出电压Vo跌落超过阀值电路中设定的下冲阀值Vl时，此时会触发相连的与非门输出高电平，使与与非门相连的M0S管Q1导通并将误差放大器的反向输入端拉到零电位，此刻误差放大器的输出电压Ve以正饱和电压迅速升高促使PWM产生器迅速变大，进而输出电压Vo从跌落到下冲阀值VL值迅速恢复到正常值；输出电压瞬间跃升幅值可控步骤，当开关电源负载瞬间卸载时，输出电压V〇瞬间跃升，当误差放大器反向输入端的采样电压Vs增大超过过冲阀值VH时，此时会触发相连的或非门输出低电平，使与或非门相连的M0S管Q2导通并将误差放大器的反向输入端高电位，此刻误差放大器的输出电压Ve以负饱和电压迅速减小促使PWM产生器迅速变小，进而输出电压v〇从跃升到过冲阀值VH值迅速恢复到正常值。[0013]输出电压Vo跌落幅值等于设定的下冲阀值VL，输出电压Vo跃升幅值等于设定的过冲阀值VH。_4]或非门相连的M0S管Q2导通后，将设定值Vref电压通过电阻R3叠加在误差放大器的反向输入端，使误差放大器的反向输入端置高。[0015]本发明相对于现有技术跌落最小值VMIN，本发明输出电压Vo跌落小了DELTVL，相对于现有技术跃升最大值VMAX，本发明输出电压Vo跃升小了DELTVH，当开关电源负载突然变化引起输出电压Vo未超过设定的过冲阀值VH和下冲阀值VL值时，则本发明只会参与与阀值电路并联的正常的环路工作，所以本发明技术方案不影响环路参数，同时可以有效减小因负载突变造成的输出电压突变的幅值。[0016]本发明的有益效果是在不影响现有的反馈环路参数，有效减小因开关电源负载突变造成的输出电压幅值突变，以及通过可控输出电压幅值大小进而确保开关电源负载不被损坏及延长使用寿命。附图说明[0017]图1为本发明开关电源的结构原理示意图；图2为现有技术开关电源因负载突变输出电压Vo的波形示意图；图3为本发明开关电源因负载突变输出电压v〇的波形示意图。具体实施方式[G018]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。[0019]实施例如图丨、图2和图3所示，Vref是控制器的设定值，采样电压Vs是输出电压采样模块的输出电压值，输出电压Ve是误差放大器的输出电压值，过冲阀值VH和下冲阀值VL分别是输出电压Vo的跃升和跌落的阀值设定值，电阻阻值R1=R2=i〇〇*R3，Vin是功率级模块输入，输出电压Vo是功率级模块的输出电压。[0020]现有技术中当负载瞬间加载时，输出电压Vo会瞬间跌落，即采样电压Vs逐渐减小至极限最小值VMIN，输出电压Ve逐渐升高促使p丽产生器输出变大，输出电压Vo逐渐变大，这样输出电压Vo会从跌落的最小值恢复到正常值，同样当负载瞬间卸载时，输出电压¥〇会瞬间跃升，即采样电压Vs逐渐增大至极限最大值VMAX，输出电压Ve逐渐减小促使PWM产生器输出变小，输出电压Vo逐渐变小，这样输出电压V〇会从跃升的最大值恢复到正常值输出电压值。[0021^本实施例提供一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，所述开关电源包括采用误差放大器的控制器、功率级模块、PWM产生器和输出电压采样模块，控制器的正向输入端经串接的电阻R1接受设定值Vref，控制器的反向输入端经串接的电阻R2接受输出电压采样模块采集功率级模块和负载之间输出电压Vo后的采样电压Vs，控制器的输出电压Ve去控制PWM产生器，PWM产生器调控带有负载的功率级模块，还包括阀值电路，阀值电路并联在输出电压采样模块的输出端和控制器的反向输入端，阀值电路设定有过冲阀值VH和下冲阀值VL，当输出电压Vo跌落超过设定的下冲阀值VL时，阀值电路使控制器的反向输入端拉到零电位，控制器的输出电压Ve以正饱和电压增加，当输出电压V0跃升超过过冲阀值VH时，阀值电路使控制器的反向输入端高电位，控制器的输出电压Ve以负饱和电压减小。[0022]所述阀值电路包括P沟道的M0S管Q2、N沟道的M0S管Q1、或非门、与非门、第二比较器、第一比较器和电阻R3,第一比较器的反向输入端、第二比较器的正向输入端和输出电压采样模块的输出端连接，第二比较器的输出端经或非门与M0S管Q2的栅极连接，第一比较器的输出端经与非门与M0S管Q1的栅极连接，M0S管Q2的漏极串接电阻R3后与M0S管Q1的漏极和控制器的反向输入端连接，M0S管Q2的源极接受设定值Vref，M0S管Q1的源极连接电源负极。[0023]本实施例还提供一种实现输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源的方法，当负载瞬间加载时，输出电压Vo会瞬间跌落，即采样电压Vs逐渐减小至极限最小值VMIN，在此过程中本实施例实时对输出电压Vo进行检测，当电压跌落超过设定的下冲阀值VL时，此时会触发与非门输出高电平，同时N沟道M0S管Q1导通并将误差放大器反向输入端拉到零电位，此刻输出电压Ve以正饱和电压迅速升高促使PWM迅速变大，输出电压Vo迅速变大，这样输出电压Vo会从跌落到下冲阀值VL值时即迅速恢复到正常值，相对于极限最小值VM頂值电压跌落小了DELTVL值。[0024]同样当负载瞬间卸载时，输出电压Vo会瞬间跃升，即采样电压Vs逐渐增大超过过冲阀值VH时，此时会触发或非门输出低电平，同时P沟道M0S管Q2导通并将设定值Vref电压通过R3叠加在误差放大器反向输入端，此刻输出电压Ve以负饱和电压迅速减小促使PWM迅速变小，输出电压V〇迅速变小，这样输出电压Vo会从跃升至过冲阀值VH值时即迅速恢复到正常值，相对于极限最大值VMAX值电压跃升小了DELTVH值。当负载突然变化引起输出电压未超过设定的过冲阀值VH和下冲阀值Vl值时，只会参与正常的环路工作。[0025]本实施例不影响环路参数，同时可以有效减小因负载突变造成的输出电压突变的幅值，进而确保开关电源负载不被损坏及延长使用寿命。

权利要求：1.一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，包括控制器、功率级模块、PWM产生器和输出电压采样模块，控制器接受设定值Vref，及输出电压采样模块采集功率级模块和负载之间输出电压Vo后的采样电压Vs，输出电压Ve去控制P丽产生器，P丽产生器调控功率级模块，其特征在于:还包括阀值电路，阀值电路耦接在输出电压采样模块的输出端和控制器的输入端，阀值电路设定有过冲阀值VH和下冲阀值VL，当输出电压Vo跌落致使采样电压Vs超过设定的下冲阀值VL时，阀值电路使控制器的反向输入端拉到零电位，控制器的输出电压Ve以正饱和电压增加，当输出电压Vo跃升致使采样电压Vs超过跃升阀值VH时，阀值电路使控制器的反向输入端置高，控制器的输出电压Ve以负饱和电压减小。2.根据权利要求1所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，其特征在于:所述阀值电路包括第一、第二比较器、与第一比较器耦接的第一门电路、与第二比较器耦接的第二门电路，第一、第二比较器的输入端接收采样电压Vs，第一、第二门电路输出端接控制器输入端。3.根据权利要求2所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，其特征在于：所述阀值电路包括P沟道的M0S管Q2、N沟道的M0S管Q1和电阻R3，第一门电路为与非门，第二门电路为或非门，第一比较器的反向输入端、第二比较器的正向输入端和输出电压采样模块的输出端连接，第二比较器的输出端经或非门与M0S管Q2的栅极连接，第一比较器的输出端经与非门与M0S管Q1的栅极连接，M0S管Q2的漏极串接电阻R3后与M0S管Q1的漏极和控制器的反向输入端连接，M0S管Q2的源极接受设定值Vref，M0S管Q1的源极连接电源负极。4.根据权利要求1、2或3所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，其特征在于:控制器采用误差放大器。5.根据权利要求3所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源，其特征在于:控制器的正向输入端经串接的电阻R1接受设定值Vref，控制器的反向输入端经串接的电阻R2接受采样电压Vs，电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值符合R1=R2=100*R3。6.—种实现如权利要求1至3任一项所述的输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源的方法，其特征在于包括如下步骤：采集功率级模块和负载之间输出电压Vo得到采样电压Vs;采样电压Vs—路输入到控制器的输入端，另一路输入到阀值电路的输入端；当输出电压Vo瞬间跌落或者跃升导致采样电压Vs跌落或者跃升的值分别超过阀值电路的设定下冲阀值VL或者过冲阀VH值时，阀值电路触发控制器迅速分别以正饱和电压或者负饱和电压输出，进而使输出电压Vo得以迅速被拉回到正常值；当输出电压瞬间跌落或者跃升时，采样电压Vs跌落或者跃升的值在设定下冲阀值VL和过冲阀值VH内，阀值电路不会动作，控制器依据输入端的Vs进行正常的环路调整工作。7.—种实现如权利6所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源的方法，其特征在于包括如下步骤：输出电压瞬间跌落幅值可控步骤，当开关电源负载瞬间加载时，输出电压Vo瞬间跌落，使得采样电压Vs跌落超过阀值电路中设定的下冲阀值VL时，此时会触发相连的与非门输出高电平，使与与非门相连的M0S管Q1导通并将误差放大器的反向输入端拉到零电位，此刻误差放大器的输出电压Ve以正饱和电压迅速升高促使PWM产生器迅速变大，进而输出电压Vo从跌落到下冲阀值VL值迅速恢复到正常值；输出电压瞬间跃升幅值可控步骤，当开关电源负载瞬间卸载时，输出电压v〇瞬间跃升，使得采样电压Vs增大超过过冲阀值VH时，此时会触发相连的或非门输出低电平，使与或非门相连的MOS管Q2导通并将误差放大器的反向输入端置高，此刻误差放大器的输出电压Ve以负饱和电压迅速减小促使PWM产生器迅速变小，进而输出电压Vo从跃升到过冲阀值VH值迅速恢复到正常值。8.根据权利要求6所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源的方法，其特征在于:输出电压Vo跌落幅值等于设定的下冲阀值VL，输出电压Vo跃升幅值等于设定的过冲阀值VH。9.根据权利要求7所述的一种输出电压瞬间跌落和跃升幅值可控的开关电源的方法，其特征在于:或非门相连的M0S管Q2导通后，将设定值Vref电压通过电阻R3叠加在误差放大器的反向输入端，使误差放大器的反向输入端置高。

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