一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法及系统

摘要

本发明解决了软件电流保护方式处理时间长，响应能力差和硬件电流保护方式不能对保护阈值进行设置，无法动态调节，集成度低的问题，提供了一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法及系统，基于STM32系列芯片作为主控芯片，通过HRTIM定时器输出PWM脉宽调制信号，PWM脉宽调制信号基于COMP比较器的输出信号作为触发信号，再利用HRTIM定时器设置EEV外部事件作为PWM输出信号的复位信号，该控制方法及系统综合了软件和硬件两种方式的各自优点，充分利用了芯片自身资源和外设特性，提供了一套集成度高、响应能力快和灵活高的Cycle By Cycle(逐周期)限流保护，实现了软件方式的阈值可控制，参考电压可实时动态调节，硬件电路的搭建简单。

说明书

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其是涉及一种基于HRTIM实现数字电源Cycle ByCycle控制方法及系统。

背景技术

在数字电源系统中，当输入端或者输出端的状态发生突变时，如果不能快速的实现保护动作，及时的切断功率元件或者限制功率回路的电流，可能损坏功率元件，甚至损坏整个电源系统。现有的应用到数字电源中的电流保护技术，大多只能通过检测多个周期的电流过流信号来实现系统的保护功能，这种保护的方式在输入端或者输出的状态缓慢变化时可以实现正常的保护，但当输入端或者输出端的状态发生突变时，电源系统的电流会出现很大的波动，这就对保护的快速准确性提出了更高的要求。当电流波动很大的时候，系统必须能够及时快速的切断功率回路。因此迫切需要一种可靠的可以实现限流保护功能的电路。

中国专利公开号CN111917304B，公开日2022年5月10日，发明创造的名称为一种数字电源，该申请方案公开了一种数字电源，其不足之处便是通过软件方式，在一个周期内对电流进行采样，通过采样值与参考值进行对比，超出阈值后，在软件中执行限流保护功能，该软件方式需要采样盒转换时间，由于受限于采样点，对于出现限流情况，ADC未进行采样时，导致限流保护功能不及时，软件处理需要时间，及时响应能力差。

发明内容

本发明解决了软件电流保护方式处理时间长，响应能力差和硬件电流保护方式不能对保护阈值进行设置，无法动态调节，集成度低的问题，提供了一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法及系统。

为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法，包括以下步骤：

S1、主控模块根据HRTIM定时器输出PWM脉宽调制信号；

S2、添加EEV外部事件作为HRTIM定时器的RESET复位信号；

S3、PWM脉宽调制基于COMP比较器的输出信号作为触发信号。

所述基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法还包括，步骤S4、设置EEV外部事件的极性；步骤S5、根据COMP比较器的输入引脚接外部的电信号，将DAC数模转换的输出信号作为参考电压并进行比较。所述主控模块采用了STM32系列芯片作为主控芯片，通过将软件和硬件结合的方式，将HRTIM定时器和COMP比较器以及DAC数模转换模块进行级联，通过软件设置HRTIM的EEV外部事件信号，此EEV信号产生能停止HRTIM定时器的PWM信号输出，再通过硬件将COMP比较器使用DAC数模转换的输出作为参考电压，然后与COMP比较器的输入脚外接外部电流或电压信号，充分利用了STM32系列芯片的资深资源和外设特性，提供了一套集成度高、响应能力快和灵活高的Cycle By Cycle(逐周期)限流保护。

作为优选，所述步骤S3中，当信号有效时，停止PWM的输出，触发信号消失则PWM恢复输出功能。通过对电路中的电信号进行信号设置，当电信号有效时，控制HRTIM定时器停止PWM脉宽调制信号的输出，当电信号无效时，控制HRTIM定时器恢复PWM脉宽调制信号的输出，极大地提高了电路中的响应能力，简化了电路设计，无需附加外围电路就能减少软件处理时间、硬件的响应时间。

EEV事件的极性根据HRTIM的Timer的需求设置EEV事件极性的有效电平。HRTIM定时器中包含有多个Timer，每个Timer既可以独立工作，也可以与其他Timer进行配合工作，根据不同的Timer需求的，指定流入该Timer的不同电流信号，设置不同的有效电平，用以停止PWM脉宽调制信号的输出。

所述步骤S3中，设置EEV外部事件的触发源为COMP比较器的输出，根据COMP比较器的事件来触发HRTIM定时器的输出复位。在整个数字电源的控制系统中，利用HRTIM定时器设置EEV信号，又衔接设置EEV外部事件作为COMP比较器的输出信号，形成一个逐周期，实现了直流电源的Cycle By Cycle的灵活应用，充分利用了STM32系列芯片作为主控芯片的自身资源和外设特性。

作为优选，所述步骤S5中，DAC数模转换的输出信号作为的参考电压，根据主控模块实时动态调节COMP比较器的参考电压。在整个数字电源的控制系统中，利用COMP比较器的自身特性，可以使用DAC数模转换输出信号作为参考电压，通过基于STM32系列芯片的主控芯片，实时动态调节COMP的参考电压值，实现参考电压的可变调节。另外，COMP比较器的参考电压值，根据不同的数字电源控制系统，通过STM32系列芯片利用软件的方式，对COMP比较器的参考电压进行阈值控制，相较于传统方式而言，充分利用了软件的便捷性，灵活性。

一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制系统，包括：主控模块，HRTIM定时器，COMP比较器和DAC数模转换模块，所述主控模块连接HRTIM定时器，所述HRTIM定时器连接COMP比较器，所述主控模块连接DAC数模转换模块。在整个数字电源控制系统中，Cycleby cycle(逐周期)主要通过与主控模块连接的HRTIM定时器来设置EEV外部事件的信号，此信号可以产生能停止HRTIM定时器的PWM脉宽调制信号的输出；所述HRTIM定时器连接COMP比较器，根据COMP比较器的自身资源特性，HRTIM定时器的EEV外部事件信号与COMP比较器的输出信号可以作为等同信号，使得EEV外部事件的信号可以作为复位信号；再通过主控模块，设置COMP比较器的参考电压，所述参考电压为与主控模块连接的DAC数模转换模块的输出信号，通过主控模块，根据实际应用场景需求，进行动态调节。

所述HRTIM定时器由独立主定时器和独立从定时器组成，根据独立主定时器和独立从定时器相互配置互补输出PWM脉宽调制信号。所述HRTIM定时器为一个高精度高分辨率定时器，主要用于数字电源、照明、电源耗材、太阳能逆变器和无线充电灯应用场合，所述HRTIM定时器利用模块化的架构，允许产生独立或者叠加波形，通过带的时序控制单元和各种外部事件的配合，能够产生各种信号PWM，相移等。

本发明的有益效果为：一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法及系统，基于STM32系列芯片作为主控芯片，通过HRTIM定时器输出PWM脉宽调制信号，PWM脉宽调制信号基于COMP比较器的输出信号作为触发信号，再利用HRTIM定时器设置EEV外部事件作为PWM输出信号的复位信号，且恢复后，HRTIM定时器也自动恢复，该控制方法及系统综合了软件和硬件两种方式的各自优点，充分利用了芯片自身资源和外设特性，提供了一套集成度高、响应能力快和灵活高的Cycle By Cycle(逐周期)限流保护，实现了软件方式的阈值可控制，参考电压可实时动态调节，硬件电路的搭建简单。

附图说明

图1是本发明的控制方法的流程图；

图2是本发明的HRTIM定时器的硬件框图；

图3是本发明的COMP比较器的硬件框图；

图4是本发明的HRTIM的设置EEV外部事件图；

图5是本发明的HRTIM的输出复位图；

图6是本发明的COMP的参考电压动态调节图；

具体实施方式

为使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在本实施例中，图4是通过主控模块采用软件页面的方式具体设置HRTIM定时器的TimerC的复位源信号，将HRTIM定时器的TimerC第二个复位源设置为EEV2(外部事件2)。

在本实施例中，图5是通过主控模块采用软件页面的方式，根据EEV2(外部事件2)的调制页面，将COMP比较器的输出信号作为EEV2(外部事件2)的源，用COMP4比较器的事件来触发HRTIM定时器的TimerC输出复位。

在本实施例中，如图1，图4和图5共同所示，一种基于HRTIM实现数字电源Cycle ByCycle控制方法，包括以下步骤：

S1、主控模块根据HRTIM定时器输出PWM脉宽调制信号；

S2、添加EEV外部事件作为HRTIM定时器的RESET复位信号；

S3、PWM脉宽调制基于COMP比较器的输出信号作为触发信号。

所述基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法还包括，步骤S4、设置EEV外部事件的极性；步骤S5、根据COMP比较器的输入引脚接外部的电信号，将DAC数模转换的输出信号作为参考电压并进行比较。所述主控模块采用了STM32系列芯片作为主控芯片，通过将软件和硬件结合的方式，将HRTIM定时器和COMP比较器以及DAC数模转换模块进行级联，通过软件设置HRTIM的EEV外部事件信号，此EEV信号产生能停止HRTIM定时器的PWM信号输出，再通过硬件将COMP比较器使用DAC数模转换的输出作为参考电压，然后与COMP比较器的输入脚外接外部电流或电压信号，充分利用了STM32系列芯片的资深资源和外设特性，提供了一套集成度高、响应能力快和灵活高的Cycle By Cycle(逐周期)限流保护。

所述步骤S3中，当信号有效时，停止PWM的输出，触发信号消失则PWM恢复输出功能。通过对电路中的电信号进行信号设置，当电信号有效时，控制HRTIM定时器停止PWM脉宽调制信号的输出，当电信号无效时，控制HRTIM定时器恢复PWM脉宽调制信号的输出，极大地提高了电路中的响应能力，简化了电路设计，无需附加外围电路就能减少软件处理时间、硬件的响应时间。

如图2所示，HRTIM是一个高精度定时器，它提供了高精度和高灵活度PWM输出，高达12通道PWM信号输出，频率和占空比精度可达184皮秒，自带电压和温度补偿，保证精度不漂移；7个独立定时器(1主+6从)，可互相配置生成灵活多样的PWM波形，可灵活配置成6组互补输出的PWM对，单个PWM周期内最多可达32个set/reset转换；同时还支持多事件响应，6个模拟与数字的错误输入源，10个EEV(外部事件)输入源，事件响应可配置。

EEV事件的极性根据HRTIM的Timer的需求设置EEV事件极性的有效电平。HRTIM定时器中包含有多个Timer，每个Timer既可以独立工作，也可以与其他Timer进行配合工作，根据不同的Timer需求的，指定流入该Timer的不同电流信号，设置不同的有效电平，用以停止PWM脉宽调制信号的输出。

如图1和图4共同所示，所述步骤S3中，设置EEV外部事件的触发源为COMP比较器的输出，根据COMP比较器的事件来触发HRTIM定时器的输出复位。在整个数字电源的控制系统中，利用HRTIM定时器设置EEV信号，又衔接设置EEV外部事件作为COMP比较器的输出信号，形成一个逐周期，实现了直流电源的Cycle By Cycle的灵活应用，充分利用了STM32系列芯片作为主控芯片的自身资源和外设特性。

在本实施例中，图6是通过主控模块采用软件页面的方式，根据COMP4比较器的参考电压调制页面，设置COMP4比较器的参考电压为DAC数模转换模块的DAC3 OUT2，通过主控模块在软件的参考电压调制页面动态修改DAC3 OUT2的输出值，实现参考电压的实时可变调节。

如图1，图5和图6共同所示，所述步骤S5中，DAC数模转换的输出信号作为的参考电压，根据主控模块实时动态调节COMP比较器的参考电压。在整个数字电源的控制系统中，利用COMP比较器的自身特性，可以使用DAC数模转换输出信号作为参考电压，通过基于STM32系列芯片的主控芯片，实时动态调节COMP的参考电压值，实现参考电压的可变调节。另外，COMP比较器的参考电压值，根据不同的数字电源控制系统，通过STM32系列芯片利用软件的方式，对COMP比较器的参考电压进行阈值控制，相较于传统方式而言，充分利用了软件的便捷性，灵活性。

如图3所示，在本实施例中，数字电源控制系统中的每个COMP比较器都具备正向和反向端输入可配置，反向通过连接外部管脚、DAC输出和内部参考电压，来作为比较值与正向输入电压进行比较，当正向输入电压大于参考值时，COMP输出状态会发生改变，同时输出状态可配置。

在本实施例中，基于HRTIM的数字电源Cycle By Cycle(逐周期)的实现，主要通过HRTIM设置EEV信号，此信号产生能停止HRTIM的PWM信号输出；而COMP的输出又能作为EEV的信号，利用COMP可以使用DAC输出作为参考电压，动态调节COMP的参考电压；再使用COMP的INP脚接外部的电流或电压信号，与DAC的输出作为参考电压进行比较，产生输出信号，作为EEV的事件，从而实现直流电源的Cycle by cycle应用。

一种基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制系统，包括：主控模块，HRTIM定时器，COMP比较器和DAC数模转换模块，所述主控模块连接HRTIM定时器，所述HRTIM定时器连接COMP比较器，所述主控模块连接DAC数模转换模块。在整个数字电源控制系统中，Cycleby cycle(逐周期)主要通过与主控模块连接的HRTIM定时器来设置EEV外部事件的信号，此信号可以产生能停止HRTIM定时器的PWM脉宽调制信号的输出；所述HRTIM定时器连接COMP比较器，根据COMP比较器的自身资源特性，HRTIM定时器的EEV外部事件信号与COMP比较器的输出信号可以作为等同信号，使得EEV外部事件的信号可以作为复位信号；再通过主控模块，设置COMP比较器的参考电压，所述参考电压为与主控模块连接的DAC数模转换模块的输出信号，通过主控模块，根据实际应用场景需求，进行动态调节。

所述HRTIM定时器由独立主定时器和独立从定时器组成，根据独立主定时器和独立从定时器相互配置互补输出PWM脉宽调制信号。所述HRTIM定时器为一个高精度高分辨率定时器，主要用于数字电源、照明、电源耗材、太阳能逆变器和无线充电灯应用场合，所述HRTIM定时器利用模块化的架构，允许产生独立或者叠加波形，通过带的时序控制单元和各种外部事件的配合，能够产生各种信号PWM，相移等。

在本实施例中，以STM32G474芯片为例，基于HRTIM实现数字电源Cycle By Cycle控制方法，是基于STM32G474RE芯片作为主控芯片，用HRTIM的Timer C(定时器C)输出互补的PWM信号，添加EEV2事件作为Timer C的RESET信号；配置EEV2的触发源为COMP4(比较器4)的输出，设置EEV2事件的极性，此处由于Timer C的需求是低于指定电流信号停止PWM信号输出，故EEV2的极性为低电平有效；最后根据COMP4的INM引脚对应的DAC3 OUT2，配置DAC3OUT2为COMP4的参考电压。本方案相较于现在的软件或硬件的方式，结合了两种方式的各自优点，充分利用芯片的自身资源和外设特性，将HRTIM和其他外设进行级联，让芯片硬件实现了Cycle By Cycle的电流保护控制，同时还利用COMP和DAC之间的级联及特性，实现了软件方式的阈值可控制；相较于传统方式，没有多余的硬件电路搭建，软件实现相对简单，是一种集成度高、响应速度快和灵活性高的应用方案。