数字式能力共享自动平衡系统技术方案

技术编号:13834516 阅读:70 留言:0更新日期:2016-10-14 19:09
本发明专利技术涉及电源变换器,具体而言涉及共享负载的开关式电源变换器,在该电源变换器中,变换器被操作以共享它们之间的能力。本发明专利技术提供了控制器(108),在该控制器中,能力共享控制回路(108a,108b)被设置成确保相关变换器在平均能力下操作。该能力共享控制回路在其反馈路径中具有比例和积分器。该积分器可被启用或禁用。使用中,所述积分器在除了一个以外的所有控制器中被启用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电源变换器,具体而言涉及共享负载的开关式电源变换器。
技术介绍
开关式电源变换器(SMPCs)在电子系统中是常见的。随着现代负载的操作电流需求的增加,使用单点负载(POL)开关式电源变换器(有时候简称为POL’s或POL变换器)越来越难以将电能传输给负载。出于这种原因和其他原因(包含功率处理部件的可用性、部件尺寸和可靠性),通常的做法是从多个POL提供电能给电路,所述多个POL将其输出并联连接以给公共负载供电。每一POL被认是一个供应回路。每一个供应回路可受公共控制器或单个控制器控制。如果存在多个单个POL,重要的是,单个回路共享供应电流给负载的工作以将部件能力平均化,从而最大化系统可靠性。为了实现此目标,单个POL的控制器通常通过额定能力共享总线以适当方式共享装置电流信息(或,更一般来说,能力共享信息)。出于诸多原因,现代POL控制器被实施为数字控制器,控制器以值离散和时间离散的方式共享能力信息。出于多种原因,数字能力共享(DSS)控制器的无主式组合优于主-从方式,因为无主式系统提供优越的系统可靠性。图1示出了这种“无主式”能力共享系统1。为了清楚和简单地进行解释,所示系统仅由两个POL 2a,2b组成。但是请注意,所公开的系统并不局限于两个POL,而可支持任何合理数量的并联POL。在图1中,POL1 2a和POL2 2b将负载电流iototal传输给被表示为RL的公共负载20。在所述表示中,操作切换元件以将电流传输给负载的变换器6a,6b和相关控制器8a,8b被示为一个。但是,实际上,通常为两个但并非总是分离的。通常希望负载电流以平衡方式被传输以使io1=io2(或实际可行地最接近),使得所述两个变换器之间共享能力。因此,在一种已知的控制配置中,每个POL采用两个控制回路10,12。第一回路是高带宽内部控制回路(称为电压控制回路)10a,10b,其保证RL上的检测电压vosense紧密匹配宽频率范围内(从DC到该回路的带宽(通常为若干个10kHz))的所需电压设定值vset。内部(嵌入式)电压控制回路进而被外部电流平衡回路12a,12b控制,所述外部电流平衡回路12a,12b使用输出电流io1,i02的测量结果。所述测量结果被低通滤波器14a,14b适当地过滤。外部电流平衡回路包含数字能力共享(DSS)控制器16a,l6b。一般来说,DSS控制器的控制目的是保证POL装置电流匹配系统中的POL电流的平均值或准平均值。为了实现此目标,系统包括可让不同POL的DSS控制器共享其能力信息的装置。在所示的示例性配置中,控制器试图通过使用仲裁模块18a,18b来共享其能力信息,所述仲裁模块18a、18b进而可以是通用通讯模块(未示出)的部件,控制器通过所述通用通讯模块与其他控制器和其他装置通讯。能力信息通常是POL的输出电流,但也可以例如是温度或温度和电流的组合。同时,每个控制器监测能力共享总线以确定电流最大值和最小值,从而由此确定平均能力值。将意识到,这是准平均值,原因在于,存在两个以上控制器时,最大值和最小值的平均值将不一定直接等于平均值。文献EP2443731号和文献US20120163429-A1号中主要描述了执行这种能力共享的示例性方法,上述两篇文献被本申请的受让人拥有,其全部内容以引用方式组合在文中。在所公开的方法中,每个控制器将其能力值提供给电流共享总线22,存在仲裁系统以让控制器之间共享最高能力值和最低能力值,从而可根据最高能力值和最低能力值估计每个控制器处的平均能力。因此在图1中,电流共享总线22和仲裁块18a,18b的组合用于实现DSS控制器之间的这种信息交换。存在可采用的其他方法,例如,每个装置可按次序共享其能力值(例如,输出电流),每一装置可根据所述能力值确定平均值。更详细而言,在EP专利申请第10726942.5号中公开的方法中,POL通过数字能力共享单总线对其电流信息进行通讯。每当开始传输DSS信息包时,将开始判断,系统中只有一个装置将成功传输其电流作为最小电流值IOmin或最大电流值IOmax信息,并且将变为临时的“传输主设备”。这个信息包将同时被其自己的接收器和其他装置的所有接收器接收。平均值估计器估计系统中的平均电流,从而为电流共享回路提供电流基准。每一装置变为电流源,其中外部电流回路遵循总线电流基准点,同时使用更高BW的内部闭式电压控制回路保持控制电压源运行状况。每个单独的DSS控制器考虑POL输出电流iodcv和平均系统POL电流iosys。因此,DSS控制器试图采取必须的控制动作,使得尽可能地消除装置电流与平均系统电流之间的差。这通常在较宽频率范围内(从DC至DSS控制的带宽(通常可为几kHz))执行。图2中示出了示例性DSS控制器,其中,控制器是包括比例控制器和积分控制器的PI控制器,比例控制器和积分控制器分别具有相应的增益Kp和Ki。积分控制器包括积分器。比例和积分控制器的输出被相加在一起,以从DSS控制器产生控制信号Vadj。该控制信号可用来调节内部(电压)控制回路。可使用多种方法来实现此控制目标。一种方便的方法是,使DSS控制器使用控制信号来调节内部电压控制回路的电压设定值。因此在所示的示例性配置中,提供控制输出Vadj,将该控制输出Vadj与额定输出电压设定目标vsp相加。内部电压控制回路的有效命令输出电压设定值变为Vset=vsp+vadj。将能意识到,通过适当地调节vadj,DSS控制器可实现电流平衡。将能意识到,Vadj可为正值或负值。单点系统故障消除时,无主(又称为“公众”)式电流平衡通常是优选的。出于实际原因,主从式系统不被完全取代可仍被实施。所属领域技术人员将意识到的一个原因是,在诸如涉及嵌入式控制回路和交互式POL的复杂系统中实现稳定控制系统性能极具挑战性。外部电流平衡控制器与内部电压回路控制器之间的不适宜振荡交互以及各POL之间的振荡交互需要被避免。现有技术方法通常通过牺牲静态控制系统性能来避免这些不稳定性。但是,由于这种受牺牲的静态负载调节带来的直接结果是,输出电压设定值具有明显但不适宜的负载依赖性。然而,现今的数字负载(例如,用于处理器的存储器装置)期望与输出电流无关的被严格调节的输出电压。因此,现今的负载期望极佳的负载调节。相比之下,主从式能力共享系统通常可通过防止外部电流共享控制与从POL内的嵌入式电压回路控制之间的交互来避免控制稳定性问题。因此,某些主从式系统可实现良好的静态性能,但是却以上述的不良系统稳定性为代价(如果主装置出现故障,那么存在单点故障)。替换的无主式系统(其具有单个POL,该POL专用于起电压源作用(保证良好的静态输出电压调节性能),与起电流源装置作用的其他剩余POL交互)同样具有系统稳定性不良的问题。这源自于以下事实:电压源POL将其极低的输出阻抗呈现给电流源装置的输出。由于电流源POL被加载极小(且复杂的)的有效阻抗,因此电流源POL的稳定度会大幅受损。
技术实现思路
本专利技术涉及一种改进的配置。与现有技术相比,本申请提供了性能和可靠性方面的优势。在本文提供的系统中,每个POL控制器包括数字能力共享(DSS)控制器,该数字能力共享(DSS)控制器起到用于内部控制回路和外部控制回路的作用;所述本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于负载点变换器的数字控制器,其特征在于,所述数字控制器包括:一个能力共享控制回路,所述控制回路用于采用其他变换器来调节多路负载点变换器之间能力的平衡,所述能力共享控制回路根据能力差值信号实现控制,所述能力差值信号是基于所接收的至少一个变换器的能力共享信号和所述变换器的能力值之间的差值,所述能力共享控制回路包括比例和积分器,所述比例和积分器响应所述差值信号用以提供控制信号;所述积分器能够在启用和禁用状态之间切换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.08 GB 1312202.31. 一种用于负载点变换器的数字控制器,其特征在于,所述数字控制器包括:一个能力共享控制回路,所述控制回路用于采用其他变换器来调节多路负载点变换器之间能力的平衡,所述能力共享控制回路根据能力差值信号实现控制,所述能力差值信号是基于所接收的至少一个变换器的能力共享信号和所述变换器的能力值之间的差值,所述能力共享控制回路包括比例和积分器,所述比例和积分器响应所述差值信号用以提供控制信号;所述积分器能够在启用和禁用状态之间切换。2.根据权利要求1所述的数字控制器,其特征在于,所述数字控制器确定所述积分器在调试或启动时被启用还是被禁用。3.根据权利要求2所述的数字控制器,其特征在于,所述确定是根据所述数字控制器接收的信号做出。4.根据权利要求1或2所述的数字控制器,其特征在于,所述控制器被配置为与其他控制器一起确定所述积分器应该被启用还是被禁用。5.根据前述任一项权利要求所述的数字控制器,其特征在于,所述积分器默认状态是被启用。6.根据前述任一项权利要求所述的数字控制器,其特征在于,所述能力共享信号通过总线传输。7.根据权利要求2所述的数字控制器,其特征在于,所述数字控制器是根据引脚电压或者是通过元件将电压连接到所述数字控制器引脚上做出所述确定。8.根据前述任一项权利要求所述的数字控制器,其特征在于,对于所述能力共享控制回路的积分器,所述接收的至少一个应力共享信号和所述变换器的应力值之间的差值信号有效与否取决于一个二进制码的赋值。9.根据前述任一项权利要求所述的数字控制器,其特征在于,所述接收的至少一个变换器的能力共享信号包括最大能力值和最小能力值,其中,所述差值信号是基于所述最大和最小能力差值的平均值。10.根据权利要求9所述的数字控制器,其特征在于,所述最大和最小能力值之一可由所述数字控制器提供。11.根据前述任一项权利要求所述的数字控制器,其特征在于,所述控制器包括用于与其他控制器一起传递和接收能力信息的通讯模块。12.根据权利要求11所述的数字控制器,其特征在于,所述通讯模块被配置成通过总线传递和接收能力共享信息。13.根据权利要求11所述的数字控制器,其特征在于,所述通讯模块包括判断器,所述判断器允许所述数字控制器传输所述最大或最小能力共享值到总线上。14.根据前述任一项权利要求所述的数字控制器,其特征在于,所述控制器还包括输出控制回路,所述输出控制回路用于根据多路所述变换器的多路测量输出和设定值之间的差值,向负载变换器提供输出控制信号,所述设定值的调节取决于所述能力共享控制回路的反馈控制信号。15.根据权利要求14所述的数字控制器,其特征在于,所述反馈控制信号被限制器限制,用以限制对所述设定值的...

【专利技术属性】
技术研发人员:卡尔·里尼巴兹尔·穆合塔尔伊莱恩·谢里登
申请(专利权)人:罗姆电力华纯有限公司
类型:发明
国别省市:爱尔兰;IE

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