一種直流電源及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直流電源及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)電源以其效率高、體積小的優(yōu)勢(shì)在電子設(shè)備的供電電源中占據(jù)了主導(dǎo)的地位，尤其是在較大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。而隨著一些電子設(shè)備如CPU (central processingunit,中央處理器)、FPGA(field_programmable gate array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)的快速更新?lián)Q代，要求對(duì)其供電的電源電壓越來(lái)越低，電流越來(lái)越大，電流動(dòng)態(tài)變化率越來(lái)越高。英特爾公司(Intel)最新的CPU的動(dòng)態(tài)電流變化率甚至超過(guò)了 lOOA/us，這對(duì)開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003]對(duì)于傳統(tǒng)降壓型開(kāi)關(guān)電源，需要通過(guò)低頻濾波器將高壓的開(kāi)關(guān)電壓源信號(hào)濾成平穩(wěn)的低壓電源輸出。此低頻濾波器通常由無(wú)源的功率電感和電容組成，功率電感的大小決定了開(kāi)關(guān)電源輸出電流的變化率。較小的電感值能提高開(kāi)關(guān)電源的電流響應(yīng)速度，但會(huì)帶來(lái)較大紋波電流，從而使開(kāi)關(guān)管、電感的損耗增加，降低電源的效率。較大的電感值能提高電源的效率，但會(huì)降低開(kāi)關(guān)電源的電流響應(yīng)速度。
[0004]當(dāng)前的主要解決方案是靠大量的輸出電容承擔(dān)動(dòng)態(tài)電流，降低對(duì)電感電流快速響應(yīng)的要求，但這使得電源體積過(guò)大和可靠性降低。也有采用開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性電源并聯(lián)的方案，使開(kāi)關(guān)電源工作在較低的帶寬，而線(xiàn)性電源工作在較高的帶寬，在大的電流變化率時(shí)，由線(xiàn)性電源提供主要的電流，以此提高整個(gè)電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。然而線(xiàn)性調(diào)節(jié)器本身效率較低，且在穩(wěn)態(tài)下也需要保持靜態(tài)工作，所以也影響了電源的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種直流電源及其工作方法，能夠在保持較高電源效率的同時(shí)快速跟蹤負(fù)載電流的變化。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種直流電源，包括控制器和至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部，所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部的輸出端彼此相連，所述控制器分別與各所述開(kāi)關(guān)電源部相連；所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部中包括具有第一輸出電感的快速開(kāi)關(guān)電源部和具有第二輸出電感的高效開(kāi)關(guān)電源部，所述第一輸出電感小于所述第二輸出電感；所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部，用于在所述控制器的控制下共同對(duì)外提供輸出電壓；所述控制器，用于根據(jù)輸出電流的變化率控制所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部，以使當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于規(guī)定值時(shí)，通過(guò)所述快速開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓，當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于或等于所述規(guī)定值時(shí)，通過(guò)所述高效開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓。
[0007]具體地，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)電源部包括輸出電感，所述輸出電感的一端通過(guò)接電開(kāi)關(guān)接輸入電源，并通過(guò)接地開(kāi)關(guān)接地，所述輸出電感的另一端接輸出電容；所述控制器具體包括:檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述輸出電流的變化率；控制單元，用于當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，控制所述快速開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)按照脈寬調(diào)制進(jìn)行互補(bǔ)交替地閉合或斷開(kāi)；當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的輸出電流變化率的絕對(duì)值小于或等于所述規(guī)定值時(shí)，控制所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)按照脈寬調(diào)制進(jìn)行互補(bǔ)交替地閉合或斷開(kāi)。
[0008]進(jìn)一步地，所述控制單元，還用于當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的輸出電流的變化率為正且絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，將所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)閉合，接地開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的輸出電流的變化率為負(fù)且絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，將所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，接地開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于所述規(guī)定值時(shí)，將所述快速開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)。
[0009]可選的，所述脈寬調(diào)制包括固定導(dǎo)通時(shí)間調(diào)制或滯環(huán)調(diào)制。
[0010]可選的，所述快速開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率大于所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。
[0011]可選的，所述快速開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率大于所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率的2倍。
[0012]可選的，所述快速開(kāi)關(guān)電源部的輸出電感的電感值小于所述高效開(kāi)關(guān)電源部的輸出電感的電感值的二分之一。
[0013]優(yōu)選的，所述快速開(kāi)關(guān)電源部的輸出電感的電感值是所述高效開(kāi)關(guān)電源部的輸出電感的電感值的十分之一。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供前述直流電源的一種工作方法，包括:
[0015]檢測(cè)所述輸出電流的變化率；
[0016]根據(jù)所述輸出電流的變化率控制所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部，以使當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，通過(guò)所述快速開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓，當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于或等于所述規(guī)定值時(shí)，通過(guò)所述高效開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓。
[0017]具體的，所述根據(jù)所述輸出電流的變化率控制所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部，以使當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于規(guī)定值時(shí)，通過(guò)所述快速開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓，當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于或等于所述規(guī)定值時(shí)，通過(guò)所述高效開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓具體包括:當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，控制所述快速開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)按照脈寬調(diào)制進(jìn)行互補(bǔ)交替地閉合或斷開(kāi)；當(dāng)所述檢測(cè)單元檢測(cè)的電流變化率的絕對(duì)值小于或等于所述規(guī)定值時(shí)，控制所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)按照脈寬調(diào)制進(jìn)行互補(bǔ)交替地閉合或斷開(kāi)；其中，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)電源部的輸出電感的一端通過(guò)接電開(kāi)關(guān)接輸入電源，并通過(guò)接地開(kāi)關(guān)接地，另一端接輸出電容。
[0018]進(jìn)一步的，所述方法還包括:當(dāng)所述輸出電流的變化率為正且絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，將所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)閉合，接地開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)所述輸出電流的變化率為負(fù)且絕對(duì)值大于所述規(guī)定值時(shí)，將所述高效開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，接地開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于所述規(guī)定值時(shí)，將所述快速開(kāi)關(guān)電源部的接電開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)。
[0019]本發(fā)明提供的直流電源及其工作方法，能夠根據(jù)輸出電流的變化率控制每個(gè)開(kāi)關(guān)電源部，以使當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于預(yù)定值時(shí)，使用動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快的快速開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓，從而使輸出電流能夠快速地跟蹤負(fù)載電流的變化，當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于或等于所述預(yù)定值時(shí)，使用動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢但效率較高的高效開(kāi)關(guān)電源部對(duì)外提供輸出電壓，從而能以較高的效率驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因此，從整體上看，能夠在保持較高電源效率的同時(shí)快速跟蹤負(fù)載電流的變化。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例提供的直流電源的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例提供的直流電源的另一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例提供的直流電源的另一種電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例提供的開(kāi)關(guān)電源的工作方法的一種流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種直流電源，包括控制器I和至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2，所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2的輸出端彼此相連形成公共輸出端out，所述控制器I分別與各所述開(kāi)關(guān)電源部2相連；所述至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2中包括具有第一輸出電感的快速開(kāi)關(guān)電源部21和具有第二輸出電感的高效開(kāi)關(guān)電源部22,所述第一輸出電感小于所述第二輸出電感。至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2，用于在控制器I的控制下共同對(duì)外提供輸出電壓；控制器1，用于根據(jù)輸出電流的變化率控制至少兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2，以使當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于規(guī)定值時(shí)，通過(guò)快速開(kāi)關(guān)電源部21對(duì)外提供輸出電壓，當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于或等于所述規(guī)定值時(shí)，通過(guò)高效開(kāi)關(guān)電源部22對(duì)外提供輸出電壓。
[0026]本發(fā)明提供的直流電源，包括多個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2，且這些開(kāi)關(guān)電源部2中的輸出電感不都相等，控制器I能夠根據(jù)輸出電流的變化率控制每個(gè)開(kāi)關(guān)電源部2，以使當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值大于預(yù)定值時(shí)，使用動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快的快速開(kāi)關(guān)電源部21對(duì)外提供輸出電壓，從而使輸出電流能夠快速地跟蹤負(fù)載電流的變化，當(dāng)所述輸出電流的變化率的絕對(duì)值小于或等于所述預(yù)定值時(shí)，使用動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢但效率較高的高效開(kāi)關(guān)電源部22對(duì)外提供輸出電壓，從而能以較高的效率驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因此，從整體上看，本發(fā)明提供的直流電源能夠在保持較高電源效率的同時(shí)快速跟蹤負(fù)載電流