开关电源、电压动态调整方法及相关组件与流程

本技术涉及电气，特别是涉及一种开关电源、电压动态调整方法及相关组件。

背景技术：

1、现有开关电源的负载突变时，由于输出电感的电流不能突变，通常会造成输出电压的变化，当负载电流变大时通常会造成undershoot（下冲），当负载电流变小时，通常会造成overshoot（过冲），当开关电源响应速度慢、稳定性差时，输出电压overshoot与undershoot超出负载端ic（integrated circuit，芯片）电压标准时，可能造成ic失效。

2、通常情况下，电源工程师会通过调整输出电感的感值、提高开关电源的开关频率或通过调整输出电容的数量、布局、组合方式等方法减小overshoot与undershoot，针对现有开关电源拓扑，电感感值过大会导致开关电源响应速度慢，在负载变换率相同时，vpk-pk（峰峰值电压）值变大，电感感值过小会导致纹波电流与路径寄生负载电阻的乘积变大，效率降低，输出电压纹波过大，提高开关电源的频率会导致功率mos管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金氧半场效晶体管）开关损耗变大，转换效率效率下降，mos管发热严重，散热问题难以解决，使用大量的电容会导致开关电源上电时浪涌电流大，在固定的上电时序要求内可能无法完成上电过程，同时，电容的数量、种类的增多使得量产的产品物料归一化困难，生产成本提升。

3、因此，亟需提出一种能够提高输出响应速度及稳定性的开关电源、电压动态调整方法及相关组件。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高输出响应速度及稳定性的开关电源、电压动态调整方法及相关组件。

2、第一方面，提供一种开关电源，所述开关电源包括动态补偿模块；所述动态补偿模块包括动态补偿控制器和动态补偿单元，所述动态补偿控制器分别与所述动态补偿单元、用电设备端连接，所述动态补偿单元的一端与所述开关电源的输出端连接，所述动态补偿单元的另一端接地；其中，所述动态补偿单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和电容补偿器；所述第一开关的一端、所述第二开关的一端均与所述开关电源的输出端连接，所述第一开关的另一端与所述电容补偿器的第一管脚连接，所述第二开关的另一端与所述电容补偿器的第二管脚连接；所述第三开关的一端和所述第四开关的一端均接地，所述第三开关的另一端与所述电容补偿器的第一管脚连接，所述第四开关的另一端与所述电容补偿器的第二管脚连接。

3、可选的，还包括：所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均由两个晶体管组成，包括：第一晶体管的第一极与第二晶体管的第一极连接，第一晶体管的第二极与开关的一端连接，第二晶体管的第二极与开关的另一端连接，第一晶体管的控制极和第二晶体管的控制极分别与动态补偿控制器连接。

4、可选的，所述动态补偿控制器包括微分器和控制逻辑单元；所述微分器，用于计算并输出用电设备端电压的一阶导数模拟量和二阶导数模拟量；所述控制逻辑单元与所述微分器连接，用于基于所述一阶导数模拟量以及所述二阶导数模拟量判断动态补偿模块的状态，并根据所述动态补偿模块的状态对输出电压进行动态调整。

5、可选的，所述开关电源还包括逻辑控制模块；所述逻辑控制模块的第一端口与所述开关电源的输入端连接，所述逻辑控制模块的第二端口与所述开关电源的输出端连接，所述逻辑控制模块的第三端口接地。

6、可选的，所述逻辑控制模块包括功率级逻辑控制器、第三晶体管和第四晶体管；所述功率级逻辑控制器的一端和所述第三晶体管的控制极连接，所述功率级逻辑控制器的另一端和所述第四晶体管的控制极连接；所述第三晶体管的第一极和所述开关电源的输入端连接，所述第三晶体管的第二极和所述开关电源的输出端连接；所述第四晶体管的第一极和所述开关电源的输出端连接，所述第四晶体管的第二极接地。

7、可选的，所述开关电源还包括电感器和电容器；所述电感器的一端与所述开关电源的输出端连接，所述电感器的另一端与逻辑控制模块的第二端口连接；所述电容器的一端接地，所述电容器的另一端与所述开关电源的输出端连接。

8、第二方面，提供一种电压动态调整方法，所述方法包括：基于动态补偿控制器，获取用电设备端的电压，并根据所述电压，计算确定所述电压对应的一阶导数模拟量和二阶导数模拟量；基于所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量，确定动态补偿模块的状态，并基于所述动态补偿模块的状态，确定开关电源的电压补偿方式；根据所述电压补偿方式，调整所述动态补偿单元中各开关的状态，以对输出电压进行动态调整。

9、可选的，根据所述电压，计算确定所述电压对应的一阶导数模拟量和二阶导数模拟量包括：基于动态补偿控制器中的微分器，监控并获取所述用电设备端的电压；利用所述微分器对所述电压进行两次微分计算处理，分别得到所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量。

10、可选的，基于所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量，确定动态补偿模块的状态包括：基于控制逻辑单元将所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量分别转换第一数字量和第二数字量；响应于检测到所述第一数字量大于第一预设阈值或小于第二预设阈值时，利用计时器开始计时，以获取所述第一数字量大于第一预设阈值或小于第二预设阈值的时间范围；响应于检测到所述时间范围小于或等于预设时间标准值时，定义所述动态补偿模块的状态为初始状态，并将计时器清零；响应于检测到所述时间范围大于预设时间标准值，且所述第一数字量大于第一预设阈值以及所述第二数字量大于第三预设阈值时，定义所述动态补偿模块的状态从初始状态变化为第一补偿状态；响应于检测到所述时间范围大于预设时间标准值，且所述第一数字量小于第二预设阈值以及所述第二数字量小于第四预设阈值时，定义所述动态补偿模块的状态从第一补偿状态变化为第二补偿状态；其中，定义所述预设时间标准值为预设参数与单位时间之间的乘积。

11、可选的，所述方法还包括：响应于检测到所述第一数字量大于或等于第二预设阈值且小于或等于第一预设阈值的时间大于第五预设阈值时，定义所述动态补偿模块的状态从第二补偿状态恢复至初始状态。

12、可选的，基于所述动态补偿模块的状态，确定开关电源的电压补偿方式包括：响应于检测到所述动态补偿模块的状态为初始状态时，定义所述开关电源的电压补偿方式为无补偿；响应于检测到所述动态补偿模块的状态从初始状态变化为第一补偿状态时，基于电容充电电压计算公式，确定所述开关电源的电压补偿方式为增加为补偿电容器充电电流的过冲补偿，所述电容充电电压计算公式包括：

13、；

14、响应于检测到所述动态补偿模块的状态从第一补偿状态变化为第二补偿状态时，基于电容放电电压计算公式，确定所述开关电源的电压补偿方式为增加补偿电容器放电电流的下冲补偿，所述电容放电电压计算公式包括：

15、；

16、其中，表示任意时间内补偿电容器的两端电压，表示补偿电容器两端初始电压，表示补偿电容器充满电时两端电压，为表示充电电阻阻值，c为补偿电容器容值。

17、可选的，根据所述电压补偿方式，调整所述动态补偿单元中各开关的状态，以对输出电压进行动态调整包括：响应于检测到电压补偿方式为无补偿时，调整所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均处于关断状态；响应于检测到电压补偿方式为过冲补偿时，调整所述第一开关和第四开关处于导通状态、以及所述第二开关和第三开关处于关断状态；响应于检测到电压补偿方式为下冲补偿时，调整所述第一开关和第二开关处于导通状态、以及所述第三开关和第四开关处于关断状态。

18、第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：基于动态补偿控制器，获取用电设备端的电压，并根据所述电压，计算确定所述电压对应的一阶导数模拟量和二阶导数模拟量；基于所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量，确定动态补偿模块的状态，并基于所述动态补偿模块的状态，确定开关电源的电压补偿方式；根据所述电压补偿方式，调整所述动态补偿单元中各开关的状态，以对输出电压进行动态调整。

19、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：基于动态补偿控制器，获取用电设备端的电压，并根据所述电压，计算确定所述电压对应的一阶导数模拟量和二阶导数模拟量；基于所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量，确定动态补偿模块的状态，并基于所述动态补偿模块的状态，确定开关电源的电压补偿方式；根据所述电压补偿方式，调整所述动态补偿单元中各开关的状态，以对输出电压进行动态调整。

20、第五方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：基于动态补偿控制器，获取用电设备端的电压，并根据所述电压，计算确定所述电压对应的一阶导数模拟量和二阶导数模拟量；基于所述一阶导数模拟量和二阶导数模拟量，确定动态补偿模块的状态，并基于所述动态补偿模块的状态，确定开关电源的电压补偿方式；根据所述电压补偿方式，调整所述动态补偿单元中各开关的状态，以对输出电压进行动态调整。

21、上述开关电源、电压动态调整方法及相关组件，所述开关电源包括动态补偿模块；所述动态补偿模块包括动态补偿控制器和动态补偿单元，所述动态补偿控制器分别与所述动态补偿单元、用电设备端连接，所述动态补偿单元的一端与所述开关电源的输出端连接，所述动态补偿单元的另一端接地；其中，所述动态补偿单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和电容补偿器；所述第一开关的一端、所述第二开关的一端均与所述开关电源的输出端连接，所述第一开关的另一端与所述电容补偿器的第一管脚连接，所述第二开关的另一端与所述电容补偿器的第二管脚连接；所述第三开关的一端和所述第四开关的一端均接地，所述第三开关的另一端与所述电容补偿器的第一管脚连接，所述第四开关的另一端与所述电容补偿器的第二管脚连接，本技术基于动态补偿模块，减小了开关电源在大电流、高负载变换率下输出电压的overshoot与undershoot，可以在相同响应速度情况下可以减少主板电容的使用数量，降低成本，同时，在相同开关频率下，保证开关电源应对大电流阶跃的能力，提高了开关电源的响应速度及输出电压的稳定性。