专利名称：一种开关电源的频率的调整方法和开关电源的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种开关电源的频率的调整方法和开关电源的控制装置。
背景技术：
现有技术的电源控制设计中，开关电源的工作频率的变换有以下几种方式1.以开关电源的输出电感输出三角波电流为例当负载电流很轻时，例如，开关电源的IC控制电路侦测到输出电感上的电流最小值低于某个预定值(如0)时，将开关电源的工作频率切换到一个很低的值，使得电源工作在跳频模式(Skip-mode)；反之，当输出电感上的电流最小值高于上述预定值时，则控制开关电源工作在某个固定的工作频率(各种电源转换器控制方式不同时，该固定的工作频率可能会在小范围内波动)。2.当开关电源的负载电流大于上述预定值时，开关电源工作在非跳频模式下，开关电源的工作频率只能固定在一个固定频率下工作。为了在已选定的被动元件下，保证开关电源在重载时输出的电源质量，现有技术通常会为开关电源设计一个较高的工作频率。在用户正常使用期间，实际负载是一直波动的，而且大部分时间负载会低于最大负载设计值。在这种情况下开关电源不需要很高的频率就可以满足输出电源的质量。根据对笔记本电脑的中央处理器(CPU)的开关电源的能量损耗与工作频率的测试数据的分析，电源的能量损耗与其工作频率成正比，即，电源的工作频率越大，电源的能量损耗也就越大，因此，开关电源持续工作在较高频率将增加很多不必要的能量损耗。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种开关电源的频率的调整方法和开关电源的控制装置，提升电源效率，节约电源能耗。为解决上述技术问题，本发明实施例提供方案如下为解决上述技术问题，本发明实施例提供方案如下一种开关电源的频率的调整方法，包括获取所述开关电源的第一负载电流值；确定所述第一负载电流值所属的电流区间；根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定与所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率；调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率。优选地，上述的调整方法中，在所述获取所述开关电源的第一负载电流值之后，还包括
判断所述第一负载电流值是否小于一预定的电流门限值若是，则控制所述开关电源工作在跳频模式，采用脉冲频率调制PFM模式调节所述开关电源的工作频率；否则，进入所述确定所述第一负载电流值所属的第一电流区间的步骤。优选地，上述的调整方法中，所述获取所述开关电源的第一负载电流值包括在所述开关电源工作在非跳频模式下时，采集所述开关电源的负载电流在预定阻抗值的元件上所产生的压降；根据所述压降和所述预定阻抗值，计算得到所述第一负载电流值。优选地，上述的调整方法中，在调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率之后，还包括在所述开关电源工作在所述第一频率下时，采用脉冲宽度调制PWM方式控制所述开关电源的输出电压。优选地，上述的调整方法中，所述对应关系的确定包括将从所述电流门限值到所述开关电源的最大负载电流值的电流范围，划分成至少两个电流区间；测试在每个所述电流区间的负载下，所述开关电源在满足预定的输出电压质量要求时的最小工作频率，得到每个所述电流区间对应的频率。本发明实施例还提供了一种开关电源的控制装置，包括电流获取单元，用于获取所述开关电源的第一负载电流值；区间确定单元，用于确定所述第一负载电流值所属的电流区间；频率确定单元，用于根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定与所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率；频率控制单元，用于调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率。优选地，上述的控制装置中，还包括判断单元，用于在所述电流获取单元获取所述开关电源的第一负载电流值之后， 判断所述第一负载电流值是否小于一预定的电流门限值；第一处理单元，用于在所述第一负载电流值小于所述电流门限值时，控制所述开关电源工作在跳频模式，采用脉冲频率调制PFM模式调节所述开关电源的工作频率；第二处理单元，用于在所述第一负载电流值不小于所述电流门限值时，启动所述区间确定单元。优选地，上述的控制装置中，所述第一获取单元包括压降采集单元，用于在所述开关电源工作在非跳频模式下时，采集所述开关电源的负载电流在预定阻抗值的元件上所产生的压降；计算单元，用于根据所述压降和所述预定阻抗值，计算得到所述第一负载电流值。
优选地，上述的控制装置中，还包括调制单元，用于在所述开关电源工作在所述第一频率下时，采用脉冲宽度调制PWM 方式控制所述开关电源的输出电压。优选地，上述的控制装置中，还包括对应关系确定单元，用于将从所述电流门限值到所述开关电源的最大负载电流值的电流范围，划分成至少两个电流区间；测试在每个所述电流区间的负载下，所述开关电源在满足预定的输出电压质量要求时的最小工作频率，得到每个所述电流区间对应的频率。本发明实施例还提供了一种便携设备，包括一用于供电的开关电源，还包括电流获取单元，用于获取所述开关电源的第一负载电流值；区间确定单元，用于确定所述第一负载电流值所属的电流区间；频率确定单元，用于根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定与所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率；频率控制单元，用于调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率。优选地，上述的便携设备中，还包括判断单元，用于在所述电流获取单元获取所述开关电源的第一负载电流值之后， 判断所述第一负载电流值是否小于一预定的电流门限值；第一处理单元，用于在所述第一负载电流值小于所述电流门限值时，控制所述开关电源工作在跳频模式，采用脉冲频率调制PFM模式调节所述开关电源的工作频率；第二处理单元，用于在所述第一负载电流值不小于所述电流门限值时，启动所述区间确定单元。从以上所述可以看出，本发明实施例提供的开关电源的频率的调整方法和开关电源的控制装置，通过将开关电源的负载电流划分为不同的区间，对于电流值较大的区间，选择较大的工作频率；反之，则选择较小的工作频率，使得工作频率能够跟随负载电流进行恰当的调整，避免了开关电源总是工作在较高频率下所产生的能量损耗，从而提升了电源效率，节约了电源能耗。
图1为本发明实施例所述开关电源的频率的调整方法的流程图；图2为本发明另一实施例所述开关电源的频率的调整方法的流程图；图3为本发明实施例所述开关电源的控制装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例针对现有技术的开关电源设计中存在的问题，提出一种频率智能控制方案，根据负载电流的变化，自动改变开关电源的工作频率，从而提升了电源效率，节约了电源能耗。以下将结合附图，通过具体实施例对本发明做进一步的说明。<实施例1>
请参照图1，本发明实施例所述的开关电源的频率的调整方法，包括以下步骤步骤11，获取所述开关电源的第一负载电流值。本实施例中，优选地在所述开关电源工作在非跳频模式下时，获取所述开关电源的第一负载电流值。非跳频模式是指所述开关电源的负载电流大于所述开关电源在跳频模式下的最大负载电流值。获取所述开关电源的负载电流的方法可以采用压降法，即，在开关电源的输出电路上设置一个具有预定阻抗值的元件，采集述开关电源的负载电流在该元件上所产生的压降，即测量该元件两端的电压差值；然后，将上述压降除以上述预定阻抗值， 即可得到所述开关电源的第一负载电流值。上述元件具体可以利用开关电源的电路中的已有元件，例如开关电源的输出电感或者开关电源的开关管；也可以是在开关电源输出电路上设置一个额外的电阻值很小的精密电阻。步骤12，确定所述第一负载电流值所属的电流区间。步骤13，根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系中至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率。本实施例预先将开关电源支持的负载电流范围划分为至少两个电流区间，并且任意两个电流区间之间都互不重叠。例如，可以将第一电流值到第二电流值的负载电流范围，划分成至少两个电流区间，这里，所述第一电流值大于所述开关电源在跳频模式(Skip mode)下的最大负载电流值，所述第二电流值是所述开关电源能够提供的最大负载电流值， 从而将所述开关电源在非跳频模式下的负载电流范围划分成至少两个电流区间。本实施例中还预先设定电流区间与频率之间的对应关系，在该对应关系中，如果电流区间a的下限电流值大于电流区间b的上限电流值，则电流区间a所对应的频率A，大于电流区间b所对应的频率B。举例说明，假定开关电源支持的最大负载电流能力为Id，IO是一个大于所述开关电源在跳频模式(Skip mode)下的最大负载电流值的电流值(即当开关电源的负载电流为IO时该开关电源工作在非跳频模式下)，将IO Id的电流范围划分为5个电流区间， 如下表1所示。同时，将开关电源的工作频率分成5个等级，例如从小到大分别为ΙΟΟΚΗζ、 200KHz、300KHz、400KHz和500KHz，然后建立如下表1所示的对应关系，表1中每行的电流区间和该行的频率相对应
权利要求
1.一种开关电源的频率的调整方法，其特征在于，包括 获取所述开关电源的第一负载电流值；确定所述第一负载电流值所属的电流区间；根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定与所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率； 调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率。
2.如权利要求1所述的调整方法，其特征在于，在所述获取所述开关电源的第一负载电流值之后，还包括 判断所述第一负载电流值是否小于一预定的电流门限值若是，则控制所述开关电源工作在跳频模式，采用脉冲频率调制PFM模式调节所述开关电源的工作频率；否则，进入所述确定所述第一负载电流值所属的第一电流区间的步骤。
3.如权利要求1所述的调整方法，其特征在于， 所述获取所述开关电源的第一负载电流值包括在所述开关电源工作在非跳频模式下时，采集所述开关电源的负载电流在预定阻抗值的元件上所产生的压降；根据所述压降和所述预定阻抗值，计算得到所述第一负载电流值。
4.如权利要求3所述的调整方法，其特征在于，在调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率之后，还包括在所述开关电源工作在所述第一频率下时，采用脉冲宽度调制PWM方式控制所述开关电源的输出电压。
5.如权利要求2所述的调整方法，其特征在于， 所述对应关系的确定包括将从所述电流门限值到所述开关电源的最大负载电流值的电流范围，划分成至少两个电流区间；测试在每个所述电流区间的负载下，所述开关电源在满足预定的输出电压质量要求时的最小工作频率，得到每个所述电流区间对应的频率。
6.一种开关电源的控制装置，其特征在于，包括电流获取单元，用于获取所述开关电源的第一负载电流值； 区间确定单元，用于确定所述第一负载电流值所属的电流区间； 频率确定单元，用于根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定与所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率； 频率控制单元，用于调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率。
7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还包括判断单元，用于在所述电流获取单元获取所述开关电源的第一负载电流值之后，判断所述第一负载电流值是否小于一预定的电流门限值；第一处理单元，用于在所述第一负载电流值小于所述电流门限值时，控制所述开关电源工作在跳频模式，采用脉冲频率调制PFM模式调节所述开关电源的工作频率；第二处理单元，用于在所述第一负载电流值不小于所述电流门限值时，启动所述区间确定单元。
8.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一获取单元包括压降采集单元，用于在所述开关电源工作在非跳频模式下时，采集所述开关电源的负载电流在预定阻抗值的元件上所产生的压降；计算单元，用于根据所述压降和所述预定阻抗值，计算得到所述第一负载电流值。
9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，还包括调制单元，用于在所述开关电源工作在所述第一频率下时，采用脉冲宽度调制PWM方式控制所述开关电源的输出电压。
10.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括对应关系确定单元，用于将从所述电流门限值到所述开关电源的最大负载电流值的电流范围，划分成至少两个电流区间；测试在每个所述电流区间的负载下，所述开关电源在满足预定的输出电压质量要求时的最小工作频率，得到每个所述电流区间对应的频率。
11.一种便携设备，包括一用于供电的开关电源，其特征在于，还包括 电流获取单元，用于获取所述开关电源的第一负载电流值；区间确定单元，用于确定所述第一负载电流值所属的电流区间； 频率确定单元，用于根据预设的电流区间与频率之间的对应关系，确定与所述第一负载电流值所属的电流区间对应的第一频率，其中，所述对应关系至少包括互不重叠的第一电流区间和第二电流区间，其中，在所述第一电流区间的电流下限值大于所述第二电流区间的电流上限值时，所述第一电流区间对应的频率大于所述第二电流区间对应的频率； 频率控制单元，用于调整所述开关电源的工作频率为所述第一频率。
12.如权利要求11所述的便携设备，其特征在于，还包括判断单元，用于在所述电流获取单元获取所述开关电源的第一负载电流值之后，判断所述第一负载电流值是否小于一预定的电流门限值；第一处理单元，用于在所述第一负载电流值小于所述电流门限值时，控制所述开关电源工作在跳频模式，采用脉冲频率调制PFM模式调节所述开关电源的工作频率；第二处理单元，用于在所述第一负载电流值不小于所述电流门限值时，启动所述区间确定单元。
全文摘要
本发明提供了一种开关电源的频率的调整方法和开关电源的控制装置。本发明通过将开关电源的负载电流划分为不同的区间，对于电流值较大的区间，选择较大的工作频率；反之，则选择较小的工作频率，使得工作频率能够跟随负载电流进行恰当的调整，避免了开关电源总是工作在较高频率下所产生的能量损耗，从而提升了电源效率，节约了电源能耗。
文档编号H02M3/335GK102195484SQ20101012928
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者赵双成, 郭金娥 申请人:联想(北京)有限公司