CN103023325B - 低功耗控制方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于负载的低功耗控制方法，所述负载具有连续变化的工作状态，包括以下步骤：利用安装于负载的传感器获取与负载工作状态正比变化的状态信号V₁；利用状态信号V₁和基准信号V₂产生差分控制信号V₃；将所述差分控制信号V₃与恒定信号相叠加后产生用于控制负载的输出信号V_out1+。同时，本发明还提供了一种与该方法相对应的电路，采用本发明可以为工作状态连续变化的负载提供连续变化的控制信号，从而保证负载具有连续的功率输出，同时采用本发明较现有技术显著降低了功率损耗，提高了可靠性。

Description

低功耗控制方法及电路

技术领域

本发明属于电路设计领域，涉及一种用于具有连续变化工作状态特性的负载的低功耗控制方法及用于该负载的低功耗控制电路。

背景技术

星敏感器是卫星控制系统中的重要姿态测量部件，其中包含星敏感器的探头电路、数据处理电路、致冷器控制电路和二次电源电路。星敏感器的电源输入为一次电源母线，其内部所使用的各种二次电源均由安装在星敏感器内部的二次电源电路提供。

星敏感器所用制冷器具有单向制冷控制功能。根据制冷器的工作特性，当需要大范围降低温度时，需要二次电源电路提供最高5V的电压；当需要小范围调节温度时，需要二次电源电路提供小于5V的电压。因此，制冷器需要一种输出连续可调的二次电源电路为其供电，并且供电电压不能发生突然变化，例如从5V跃变为0V(或0V跃变为5V)，确保制冷元件不会由于电压的突变而遭受损伤。

另外，卫星推进系统所用的阀门装置，卫星控制系统所用的动量轮等，都需要为其提供连续可变的电压。

对于上述类型的负载，现有技术的控制电路如图1所示。该供电线路采用的是在二次电源电路输出端串联功率MOSFET(或功率三极管)进行调压的方法，导致有较大的功率损耗在MOSFET上，在功率无谓损失的同时，降低了MOS器件的可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种用于具有连续变化工作状态特性的负载的低功耗控制方法及用于该负载的低功耗控制电路，采用本发明可以为工作状态连续变化的负载提供连续变化的控制信号，从而保证负载具有连续的功率输出，同时采用本发明较现有技术显著降低了功率损耗，提高了可靠性。

本发明的技术解决方案是：

本发明一方面提供了一种低功耗控制方法，包括以下步骤：

利用安装于负载的传感器获取与负载工作状态正比变化的状态信号V₁；

利用状态信号V₁和基准信号V₂产生差分控制信号V₃；

将所述差分控制信号V₃与恒定信号相叠加后产生用于控制负载的输出信号V_out1+。

进一步的，在上述方法中，所述负载为制冷装置，所述传感器输出与制冷装置工作温度状态相对应的状态信号V₁。

进一步的，在上述方法中，所述状态信号V₁和所述基准信号V₂为电压信号或电流信号。

进一步的，在上述方法中，所述差分控制信号V₃由所述状态信号V₁与基准信号V₂相叠加获得。

进一步的，在上述方法中，所述负载根据输出信号V_out1+的大小变化产生对应大小变化的功率输出。

本发明另一方面提供了一种低功耗控制电路，该电路包括：输出与所述负载的工作状态正比例变化的状态信号V₁的传感器、产生基准信号V₂的基准单元.该电路还包括控制单元和可调电源，

所述控制单元根据状态信号V₁和基准信号V₂输出差分控制信号V₃；

所述可调电源将差分控制信号V₃与恒定信号相叠加后产生用于控制负载工作的输出信号V_out1+。

进一步的，在上述电路中，所述负载为制冷装置，所述传感器输出的状态信号v₁与制冷装置工作温度成正比例变化。

进一步的，在上述电路中，所述控制单元为PID控制器。

进一步的，在上述电路中，所述负载根据输出信号V_out1+的大小变化产生对应大小变化的功率输出。

进一步的，在上述电路中，所述状态信号V₁和所述基准信号V₂为电压信号或电流信号。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)电源电压连续可调：现有技术的电路如图1所示，母线上电开启后，电源实现DC/DC变换功能，将母线电压变换为负载需要的供电电压V_out1+＝5V，并为传感器、基准和P调节器提供电压；传感器安装在负载上，测量得到与负载工作特征相关的电压信号V₁，该信号与基准电压V₂在P调节器内部进行比较，P调节器根据比较信号进行比例控制；该控制信号大于4V时，使得MOSFET完全导通，负载上的电压即为V_out1+；该控制信号小于2V时，使得MOSFET逐渐关闭，此时负载的电压逐渐从5V降低为0V，MOSFET的漏-源电压逐渐从0V升高至5V；在此过程中电源输出电压一致保持不变。

本发明如图3所示，母线上电开启后，可调电源实现DC/DC变换功能，将母线电压变换为负载需要的供电电压V_out1+；传感器安装在负载上，测量得到与负载工作特征相关的电压信号V₁，该信号与基准电压V₂在PID调节器内部进行比较，PID调节器根据比较信号进行PID控制，该控制信号与可调电源的正输出V_out1+进行叠加产生V₃信号并反馈至可调电源，可调电源根据该反馈信号控制其输出电压V_out1+；当V₁连续变化时，V₃同比例产生连续变化，则可调电源输出电压V_out1+反比例产生连续变化。

2)功耗低：现有技术MOSFET上的功率损耗为，

$W_{\mathrm{mosfet}}=I_{\mathrm{load}}{V}_{\mathrm{DS}}=V_{\mathrm{DS}}\frac{5V-V_{\mathrm{DS}}}{R_{\mathrm{load}}}$

其中，R_1oad为负载的等效内阻。

则， $\max W_{\mathrm{mosfet}}=\frac{6.25}{R_{\mathrm{load}}}$

由式(1)可知，现有技术在MOSFET上的功率损耗超过了负载本身所用到的功耗。

在本发明中，由于不再使用MOSFET，则不存在对应的功率损耗，而由于功率损耗的降低，也相应的提高了采用本发明后电路的可靠性。

附图说明

图1为现有技术电路图；

图2为本发明方法流程图；

图3为本发明电路示意图；

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图2所示，本发明所述方法在负载工作后通过以下步骤实现对负载输出功率的连续控制：

1、利用安装于负载的传感器获取与负载工作状态正比变化的状态信号V₁

负载工作后，其工作状态随着输出功率的变化而变化，安装于负载上的传感器可以通过对负载工作状态的感应产生相对应的电信号，以本发明在航天器制冷器上的一种应用为例，制冷器的工作状态为制冷器的工作温度，所述传感器采用热敏电阻，通过对制冷器工作温度的感应，可以输出与工作温度同比例变化的电压信号作为状态信号V₁。同时，该状态信号V₁也可以为通过热敏电阻获得的电流信号。

2、利用状态信号V₁和基准信号V₂产生差分控制信号V₃

基准信号V₂为一恒定的电信号，可以为与上述热敏电阻获得的电压信号相同的电压信号，也可以为电流信号。

通过将状态信号V₁和基准信号V₂进行差分运算可获得差分控制信号V₃，该差分运算可以为状态信号V₁和基准信号V₂的叠加运算。

3、将所述差分控制信号V₃与恒定信号相叠加后产生用于控制负载的输出信号V_out1+

利用上述获得的差分控制信号V₃进一步与恒定信号相叠加便可获得用于控制负载工作的输出信号V_out1+。对应于上述制冷器，该输出信号V_out1+为制冷器的工作电压信号，制冷器根据工作电压的大小变化产生响应变化规律的功率输出，即当工作电压信号增大时，则制冷器增大输出功率；反之，当工作电压减小时，则制冷器减小输出功率。对应于作为输出信号V_out1+的电流信号，制冷器产生同样规律的功率输出。

当负载的输出功率发生变化时，负载的工作状态发生相应的变化，则传感器会再次获得相应的变化后的状态信号V₁，从而可实现对负载输出功率的连续可调，最终实现负载功率的稳定输出。

如图3，为本发明电路示意图。该电路包括与该控制电路相连的负载，安装于负载上的传感器、基准单元、控制单元和可调电源。

连接于该电路的负载具有连续变化工作状态，如制冷器、阀门装置及动量轮等。

传感器可以通过对负载工作状态的感应产生相对应的电信号即状态信号V₁，该状态信号V₁可以为电压信号或电流信号。

基准单元用于产生基准信号V₂，该基准信号V₂与状态信号V₁具有相同的量纲。

控制单元的输入分别接收上述的状态信号V₁和基准信号V₂并对状态信号V₁和基准信号V₂进行差分运算获得差分控制信号V₃，本发明实施例采用PID控制器作为控制单元的一种实现方式，PID控制器接收状态信号V₁和基准信号V₂，通过将状态信号V₁与基准信号V₂进行比较，从而产生一个状态信号V₁相对于基准信号V₂的比较信号作为差分控制信号V₃。

可调电源与控制单元相连，并接收控制单元产生的差分控制信号V₃。在可调电源内部具有一恒定电压用于输出恒定信号，可调电源将差分控制信号V₃与恒定信号叠加后，产生用于控制负载的输出信号V_out1+。

负载在接收到输出信号V_out1+后根据输出信号V_out1+的大小产生对应变化的功率输出。

在本发明实施例中，可产生连续工作状态变化的负载不限于制冷器，还可以为阀门装置及动量轮等提供电源。

通过采用本发明较现有技术显著减低了功率损耗，在如图1所示的现有技术中，在MOSFET上的最大功率损耗为超过了负载本身所用到的最大功耗R_load为负载电阻。

在本发明中，由于不再使用MOSFET，则不存在对应的功率损耗，而由于功率损耗的降低，也相应的提高了采用本发明后电路的可靠性。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种用于负载的低功耗控制方法，所述负载具有连续变化的工作状态，其特征在于，包括以下步骤：

利用安装于负载的传感器获取与负载工作状态正比变化的状态信号V₁；

利用状态信号V₁和基准信号V₂产生差分控制信号V₃；

将所述差分控制信号V₃与恒定信号相叠加后产生用于控制负载的可调电源输出电压V_out1+；

所述负载为制冷装置，所述传感器输出与制冷装置工作温度状态相对应的状态信号V₁；

所述状态信号V₁和所述基准信号V₂为电压信号或电流信号；

所述差分控制信号V₃由所述状态信号V₁与基准信号V₂相叠加获得；

所述负载根据可调电源输出电压V_out1+的大小变化产生对应大小变化的功率输出。

2.一种用于负载的低功耗控制电路，用于具有连续变化工作状态的负载，该电路包括：输出与所述负载的工作状态正比例变化的状态信号V₁的传感器、产生基准信号V₂的基准单元，其特征在于：该电路还包括控制单元和可调电源，

所述控制单元根据状态信号V₁和基准信号V₂输出差分控制信号V₃；

所述可调电源将差分控制信号V₃与恒定信号相叠加后产生用于控制负载工作的可调电源输出电压V_out1+；

所述负载为制冷装置，所述传感器输出的状态信号V₁与制冷装置工作温度成正比例变化；

所述控制单元为PID控制器；

所述负载根据可调电源输出电压V_out1+的大小变化产生对应大小变化的功率输出；

所述状态信号V₁和所述基准信号V₂为电压信号或电流信号。