一种过功率保护控制方法及开关电源、电子设备与流程

1.本技术涉及电源保护技术领域，具体涉及一种过功率保护控制方法及开关电源、电子设备。


背景技术：

2.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。
3.现有的开关电源是以硬件电路检测为基础实现的架构，当开关电源输出功率超过电路额定功率时，目前常用两种处理方式：其一是电源直接关闭输出；其二是电源输出回路在恒压和恒流状态下进行来回切换。对于这两种处理方式，都会使得电源无法为电路提供稳定的输出，从而使电路的工作状态不稳定。
4.比如，当开关电源在打开输出超过电路的额定功率时，电路会检测出恒压输出异常，此时电路会由恒压（cv）输出模式转变为恒流（cc）输出模式，直到电路功率会回归到额定功率范围内；在电路识别出恒流输出达不到所需要的输出设置值时，会由恒流输出模式切换为恒压输出模式；然而，电路输出稳定时，其输出功率又会超过额定功率，如此电路又要由恒压输出模式切换为恒流输出模式，如此反复进行模式切换。在反复的模式切换过程中，往往会导致电路输出震荡，从而使得开关电源无法提供稳定输出的条件。


技术实现要素：

5.本技术主要解决的技术问题是：如何克服现有开关电源发生的电路输出震荡情况。为解决上述技术问题，本技术提出一种过功率保护控制方法及开关电源、存储介质。
6.根据第一方面，一种实施例中提供一种用于开关电源的过功率保护控制方法，包括：获取开关电源输出的瞬时功率；在所述瞬时功率超过预设的第一功率，且持续的过功率计时超过预设的第一时间时，控制所述开关电源进入过功率保护模式；在所述过功率保护模式下，计算过功率保护的执行电压，并控制所述开关电源根据所述执行电压进行直流输出。
7.所述在所述瞬时功率超过预设的第一功率，且持续的过功率计时超过预设的第一时间时，控制所述开关电源进入过功率保护模式，包括：将所述瞬时功率与所述第一功率进行比较，在所述瞬时功率超过所述第一功率时，判断当前是否处于所述过功率保护模式；若是则继续维持所述过功率保护模式；若否则对所述瞬时功率的过功率持续时间进行统计，在持续的过功率计时超过所述第一时间的情况下，控制所述开关电源立刻进入所述过功率保护模式。
8.所述对所述瞬时功率的过功率持续时间进行统计，包括：判断当前是否处于过功率计时状态；若否则从当前时刻开始计时，直至所述瞬时功率低于所述第一功率；若是则将
持续的过功率计时与所述第一时间进行比较，直至持续的过功率计时超过所述第一时间。
9.将所述瞬时功率与所述第一功率进行比较，在所述瞬时功率没有超过所述第一功率时,执行以下步骤：判断当前是否处于所述过功率保护模式，若是则对所述瞬时功率的低功率持续时间进行统计，在持续的低功率计时超过预设的第二时间的情况下，控制所述开关电源退出所述过功率保护模式。
10.所述对所述瞬时功率的低功率持续时间进行统计，包括：判断当前是否处于低功率计时状态；若否则从当前时刻开始计时，直至所述瞬时功率超过所述第一功率；若是则将持续的低功率计时与所述第二时间进行比较，直至持续的低功率计时超过所述第二时间。
11.所述获取开关电源输出的瞬时功率，包括：获取所述开关电源输出的瞬时电流和瞬时电压，根据所述瞬时电流和所述瞬时电压计算得到所述开关电源输出的瞬时功率。
12.所述在所述过功率保护模式下，计算过功率保护的执行电压，并控制所述开关电源根据所述执行电压进行直流输出，包括：设所述过功率保护模式下进行过功率保护的执行电压为v
pro
，且用公式表示为；其中，v
meas
、i
meas
、p
meas
分别为所述瞬时电压、瞬时电流和瞬时功率，p
set
为预设的控制保护功率，r
in
为所述开关电源的电源等效电阻，δ为预设的控制保护系数且满足;获取所述开关电源的输出电压参数且表示为v
set
，以及将v
set
与v
pro
进行数值比较；所述输出电压参数用于设定所述开关电源的输出电压大小；若v
pro
大于v
set
，则控制所述开关电源基于所述输出电压参数进行直流输出；若v
pro
小于或等于v
set
，则配置所述输出电压参数的值为v
pro
，并控制所述开关电源基于配置的输出电压参数进行直流输出。
13.根据第二方面，一种实施例中提供一种过功率保护的开关电源，其包括：输入端口，用于接入交流电或直流电；主电路，用于对所述输入端口输入的交流电进行整流或变压以产生恒压的直流电，或者对所述输入端口输入的直流电进行稳压或逆变以产生恒压的直流电；输出端口，用于对所述主电路产生的直流电进行输出；检测电路，用于对所述输出端口输出的直流电进行瞬时功率的检测；控制电路，用于通过上述第一方面中所述的过功率保护控制方法对所述主电路进行控制，并调节所述主电路产生的直流电。
14.根据第三方面，一种实施例中提供一种电子设备，其包括：如上述第二方面中所述的开关电源；一个或多个用电组件，每个所述用电组件用于在所述开关电源输出的直流电驱动作用下进行工作。
15.根据第四方面，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上述第一方面中所述的过功率保护控制方法。
16.本技术的有益效果是：依据上述实施例的一种过功率保护控制方法及开关电源、电子设备，其中过功率保护控制方法包括：获取开关电源输出的瞬时功率，在瞬时功率超过预设的第一功率，且持续的过功率计时超过预设的第一时间时，控制开关电源进入过功率保护模式；在过功率保护模式下，计算过功率保护的执行电压，并控制开关电源根据执行电压进行直流输出。第一方面，技术方案通过软件算法对开关电源的过功率情况进行控制优化，利用过功率计时能
够过滤掉因外部回路不稳定导致的电路瞬时过载的震荡情况；第二方面，技术方案在过功率保护模式下严格控制开关电源的输出电压大小，如此使得开关电源在过功率情况下也可以稳定持续带载，从而满足外部用电设备稳定工作的需求；第三方面，技术方案以开关电源的瞬时输出量来计算过功率保护的执行电压，实时进行直流输出的参数调整，能做以最高效的方式防止电路震荡的发生。
附图说明
17.图1为本技术一种实施例中开关电源的结构图；图2为本技术另一种实施例中开关电源的结构图；图3为本技术一种实施例中用于开关电源的过功率保护控制方法的流程图；图4为一种具体实施例中过功率保护控制方法的流程图；图5为本技术一种实施例中电子设备的结构图；图6为本技术又一种实施例中开关电源的结构图。
具体实施方式
18.下面通过具体实施方式结合附图对本技术作进一步详细说明。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技术能被更好的理解。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，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术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。
19.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。
20.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。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
21.实施例一、请参考图1，本实施例中公开一种过功率保护的开关电源，该开关电源主要包括输入端口11、主电路12、输出端口13、检测电路14和控制电路15，下面分别说明。
22.输入端口11可以是电力输入的接线端子，主要用于接入交流电或直流电，比如，在输入端口11上接入ac220v的交流市电，或者在输入端口11上接入dc110v的直流电。
23.主电路12既可以对输入端口11输入的交流电进行转换处理，也可以对输入端口输出的直流电进行转换处理。比如，在一种情况下，主电路12主要对输入端口11输入的交流电进行整流以产生恒压的直流电；在另一种情况下，主电路12对输入端口11输入的直流电进行稳压以产生恒压的直流电。可以理解，交流整流处理、直流稳压处理均是构成主电路12的常规电路结构，对整理或稳压的原理不做具体说明。
24.在一个具体实施例中，主电路12可以具有冲击电流限幅、输入滤波、整流、逆变、输出滤波的相关电路；其中，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，输入滤波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，整流作用是将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，逆变作用是将整流后的直流电变为高频交流电；输出滤波作用是根据负载需要提供稳定可靠的直流电源。
25.输出端口13可以是电力输出的接线端子，比如插针、快速接头、usb接头、焊盘等，主要用于对主电路12产生的直流电进行直流输出。可以理解，由于主电路12能够产生一些等级的恒压直流电，所以输出端口13输出的恒压直流电可以具有多个恒压等级，比如3.3v、5v、10v、12v、15v、24v、36v等，不同的恒压等级可驱动不同的用电组件，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。当然，输出端口13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。
26.检测电路14可以包括电流检测、电压检测、功率检测的相关电路，主要对输出端口13上通过的直流电的瞬时功率进行检测，甚至对直流电的瞬时电流、瞬时电压也进行检测，并将检测信号发送至控制电路15以进行处理。可以理解，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14还可以具有模数转换器（adc），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控制电路15进行处理。
27.控制电路15可以是单片机、cpu、fpga、微处理器为主的逻辑运算电路，其与主电路12、检测电路14信号连接，主要用于根据检测电路14的检测信号对主电路进行控制。比如，控制电路15通过预设的过功率保护控制方法对主电路12进行整流或稳压控制，以调节主电路产生的直流电。需要说明的是，在控制电路15中预设的过功率保护控制方法可以参考下文的实施例二和实施例三。
28.在另外一个实施例中，参见图2，开关电源还可以包括辅助电源16，该辅助电源16用于实现对控制电路15的软件启动，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。
29.实施例二、本实施例中公开一种用于开关电源的过功率保护控制方法，应用的开关电源可以参考实施例一中的图1和图2，并且过功率保护控制方法主要在开关电源的控制电路15上执行。
30.在本实施例中，请参考图3，过功率保护控制方法主要包括步骤310
‑
330，下面分别说明。
31.步骤310，获取开关电源输出的瞬时功率。比如图1，控制电路15通过检测电路14来测量得到输出端口13上直流电的瞬时功率值，甚至还可以借助检测电路14测量得到输出端口上直流电的瞬时电流值和瞬时电压值。
32.比如在一个具体实施例中，控制电路15获取开关电源输出的瞬时功率时，可以先获取开关电源输出的瞬时电流和瞬时电压，然后根据瞬时电流和瞬时电压计算得到开关电源输出的瞬时功率。
33.步骤320，在瞬时功率超过预设的第一功率，且持续的过功率计时超过预设的第一
时间时，控制开关电源进入过功率保护模式。
34.可以理解，开关电源都有额定输出功率的限制，当输出直流电的瞬时功率超过额定输出功率时就认为开关电源发生了过功率的情况，此时必须对输出功率进行调节，以免开关电源自身造成损坏，甚至对下游使用的用电组件造成影响。那么，可将开关电源的额定输出功率看作是第一功率，只要瞬时功率超过第一功率并持续第一时间，就认为确切发生了过功率情况，则控制电路15需要即刻控制主电路12进入过功率保护模式。
35.需要说明的是，在过功率保护模式下，控制电路15需要调节主电路12产生的直流电的电压和/或电流，从而使得输出直流电的功率得以降低。
36.步骤330，在过功率保护模式下，计算过功率保护的执行电压，并控制开关电源根据执行电压进行直流输出。
37.可以理解，虽然控制电路15能够以调节主电路12产生的直流电的电压方式来降低输出功率，但是电压变化较大则会直接影响到下游用电组件的正常工作性能，所以控制电路15还必须计算过功率保护的执行电压，从而控制主电路12以执行电压产生相应的直流电，既可以降低输出功率，也可以尽量避免对下游用电组件的性能影响。
38.在本实施例中，上面的步骤320主要涉及过功率判断的过程，那么结合图1过功率判断具体可以包括以下步骤：（1）控制电路15将检测到的瞬时功率与第一功率（如额定输出功率360w）进行比较，在瞬时功率超过第一功率的情况下，会判断当前是否处于过功率保护模式。
39.（2）若判断当前处于过功率保护模式，则控制电路15继续维持过功率保护模式。可以理解，此时开关电源已经启动了过功率保护，就无需控制电路15再次判断进入过功率保护模式。
40.（3）若判断当前没有处于过功率保护模式，则控制电路15对瞬时功率的过功率持续时间进行统计，在持续的过功率计时超过第一时间（比如50ms）的情况下，控制开关电源立刻进入过功率保护模式。可以理解，瞬时功率的偶尔增大可能是输入电力或用电组件的短时不稳定导致的意外情况，为了避免这一意外情况造成开关电源频繁进入过功率保护模式的情形发生，有必要过功率持续时间进行统计，只有在持续过功率计时超过第一时间时才需要进入过功率保护模式，从而排除那些意外情况。
41.需要说明的是，这里涉及的第一时间可以由用户事先设定，而且第一时间的长短与图1中主电路12的自身电路结构有关系，对于容易产生震荡的主电路则要增长第一时间，对于不容易产生震荡的主电路则要缩短第一时间；通常来说，对于整流前后都进行滤波处理的主电路，由于震荡消除能力较好，则可以采用较短的第一时间。
42.在一个具体实施例中，对瞬时功率的过功率持续时间进行统计时，可以进行以下操作：控制电路15判断当前是否处于过功率计时状态；若否则从当前时刻开始计时，直至瞬时功率低于第一功率，在计时过程中出现瞬时功率低于第一功率的情况则可清除本次过功率计时，恢复计时器为初始状态；若是则将持续的过功率计时与第一时间进行比较，直至持续的过功率计时超过第一时间，此时可终止当前计时并进入过功率保护模式。
43.在本实施例中，由于控制电路15是将瞬时功率与第一功率进行了比较，那么还可能出现瞬时功率没有超过第一功率的情况，此时需要控制电路15执行以下步骤：控制电路15判断当前是否处于过功率保护模式，若是则对瞬时功率的低功率持续时间进行统计，在
持续的低功率计时超过预设的第二时间的情况下，控制开关电源退出过功率保护模式。
44.可以理解，过功率保护模式只是为了应对开关电源发生过功率输出的情况，在过功率输出情况消除之后就要让开关电源退出过功率保护模式，以恢复到正常的功率输出状态。此外，判断持续的低功率计时超过第二时间的目的是排除偶尔低功率的意外情况发生，避免反复退出过功率保护模式，从而维护过功率保护模式下直流电以执行电压输出的稳定性。
45.在一个具体实施例中，控制电路15对瞬时功率的低功率持续时间进行统计时，可以执行以下操作：判断当前是否处于低功率计时状态；若否则从当前时刻开始计时，直至瞬时功率超过第一功率，在计时过程中出现瞬时功率大于第一功率的情况则可清除本次低功率计时，恢复计时器为初始状态；若是则将持续的低功率计时与第二时间（如50ms）进行比较，直至持续的低功率计时超过第二时间。
46.在本实施例中，上面的步骤330主要涉及过功率保护的过程，那么结合图1，过功率保护具体包括以下步骤：（1）设过功率保护模式下进行过功率保护的执行电压为v
pro
，那么控制电路15可通过下面的公式计算得到执行电压，且公式表示为；其中，v
meas
、i
meas
、p
meas
分别为检测电路14在输出端口13上测量得到的瞬时电压、瞬时电流和瞬时功率，p
set
为预设的控制保护功率，r
in
为开关电源的电源等效电阻，δ为预设的控制保护系数且满足。
47.（2）控制电路15获取开关电源的输出电压参数且表示为v
set
，以及将v
set
与v
pro
进行数值比较；这里的输出电压参数v
set
用于设定开关电源的输出电压大小，比如设定输出电压参数为5v，则开关电源就要按照5v进行直流电的输出。
48.（3）若v
pro
大于v
set
，则控制电路15控制开关电源基于输出电压参数（大小为v
set
）进行直流输出，使得输出的直流电稳定在输出电压参数所表示的电压大小。
49.（4）若v
pro
小于或等于v
set
，则控制电路15配置输出电压参数的值为v
pro
，即暂时将v
pro
赋值给v
set
，那么，控制电路15就可以控制开关电源基于配置的输出电压参数（大小为v
pro
）进行直流输出。
50.本领域的技术人员可以理解，在本实施例的技术方案中，在过功率保护模式下严格控制开关电源的输出电压大小，如此使得开关电源在过功率情况下也可以稳定持续带载，从而满足外部用电设备稳定工作的需求。此外，本实施例的技术方案以开关电源的瞬时输出量来计算过功率保护的执行电压，实时进行直流输出的参数调整，能做以最高效的方式防止电路震荡的发生。
51.实施例三、为清楚理解本技术的技术方案，接下来将通过一个实施例对过功率保护控制方法进行完整说明，具体可参考图1中的开关电源结构和图4中的方法流程图。
52.步骤401，开关电源中的控制电路15控制主电路12按照输出电压参数所表示的电压大小产生直流电，并由输出端口13进行直流输出。
53.步骤402，控制电路15通过检测电路14获取输出端口13的瞬时输出量（如输出直流电的瞬时电压、瞬时电流和瞬时功率），然后根据这些瞬时的输出量进行判断。
54.步骤403，判断瞬时功率是否超过第一功率（如开关电源的额定功率350w），若是则进入步骤404，反之进入步骤409。
55.步骤404，判断当前是否处于过功率保护模式，若是则直接进入步骤408，反之进入步骤405。
56.步骤405，判断当前是否处于过功率计时状态，若是则进入步骤406，反之进入步骤407。
57.步骤406，判断持续的过功率计时是否超过第一时间（如50ms），若是则进入步骤408，反之返回步骤402。
58.步骤407，在当前没有处于过功率计时的情况下，开始过功率计时，然后返回步骤402。
59.步骤408，在持续的过功率计时超过第一时间的情况下，则即刻进入过功率保护模式。并且，在过功率保护模式下，计算功率保护的执行电压。计算执行电压的过程可以参考公式。
60.在步骤408之后进入步骤414，开始过功率保护的控制。
61.步骤409，在瞬时功率没有超过第一功率的情况下，判断当前是否处于过功率保护模式，若是则进入步骤410，反之返回步骤402。
62.步骤410，判断当前是否处于低功率计时状态，若是则进入步骤411，反之进入步骤412。
63.步骤411，判断持续的低功率计时是否超过预设的第二时间（如50ms），若是则进入步骤413，反之返回步骤402。
64.步骤412，在当前没有处于低功率计时的情况下，开始低功率计时，然后返回步骤402。
65.步骤413，在持续的低功率计时超过第二时间的情况下，则即刻退出过功率保护模式。
66.步骤414，由于计算得到了过功率保护的执行电压，所以能够判断执行电压（如v
pro
）是否大于输出电压参数（如v
set
），若是则进入步骤415，反之进入步骤416。
67.步骤415，控制电路15控制主电路12基于输出电压参数（大小为v
set
）进行直流输出，使得输出的直流电稳定在输出电压参数所表示的电压大小。
68.步骤416，控制电路15控制主电路12基于配置的输出电压参数（即执行电压，此时大小为v
pro
）进行直流输出，使得输出的直流电稳定在输出电压参数所表示的电压大小。
69.本领域的技术人员可以理解，在实施例的技术方案通过软件算法对开关电源的过功率情况进行控制优化，利用过功率计时能够过滤掉因外部回路不稳定导致的电路瞬时过载的震荡情况；而且，过功率保护模式下严格控制开关电源的输出电压大小，如此使得开关电源在过功率情况下也可以稳定持续带载，从而满足外部用电设备稳定工作的需求。
70.实施例四、基于实施例一中公开的开关电源，以及实施例二和实施例三中公开的过功率保护控制方法，在本实施例中公开一种电子设备。
71.请参考图5，公开的电子设备主要包括开关电源21、一个或多个用电组件（如附图标记22、23）。
72.开关电源21具体可参考实施例一中开关电源的结构，主要包括输入端口11、主电路12、输出端口13、检测电路14和控制电路15，其中控制电路15能够执行实施例二和实施例三中公开的过功率保护控制方法。
73.对于一个或多个用电组件，每个用电组件（如附图标记22或23）用于在开关电源输出的直流电驱动作用下进行工作。可以理解，用电组件可以是各种芯片、芯片的外围电路、信号放大器件、显示器件、按键电路、发声电路等，具体不做限制。
74.需要说明的是，由于一个或多个用电组件需要不同恒定电压等级的直流电，所以开关电源21应当具有一种或多种等级的直流输出能力，如3.3v、5v、10v、12v、15v、24v、36v等，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。
75.需要说明的是，由于一个或多个用电组件对开关电源21的直流输出能力有着很高的要求，直流供电应当尽量稳定且不会出现过功率的情况，所以需要开关电源21中的控制电路15对主电路12进行过功率包括的控制，从而促使输出端口13输出一定时间内电压恒定或变化较小的直流电。
76.需要说明的是，本实施例中的电子设备可以是需要直流供电的日常电子产品，如示波器、分析仪、电脑、移动终端等，具体类型可不做严格限制。
77.实施例五、请参考图6，本实施例中公开一种开关电源，其主要包括存储器51和处理器52。
78.其中，存储器51作为计算机可读存储介质，主要用于存储程序，该程序可以是实施例二和实施例三中过功率保护控制方法对应的程序代码。
79.其中，处理器52与存储器51连接，用于执行存储器51中存储的程序以实现过功率保护控制方法。处理器52实现的功能可以图3中的步骤310
‑
330，以及图4中的步骤401
‑
416，这里不再进行详细说明。
80.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。
81.以上应用了具体个例对本技术进行阐述，只是用于帮助理解本技术技术方案，并不用以限制本技术。对于所属技术领域的技术人员，依据本技术的思想，还可以做出若干简
单推演、变形或替换。