供电单元与具动态均流的电源供应系统技术方案

一种供电单元与一种具动态均流的电源供应系统。具动态均流的电源供应系统包含均流母线与通过均流母线互相连接的供电单元。均流母线提供第一电流信号。各供电单元具有自身电流母线以提供第二电流信号。各供电单元的控制处理器包含：主动式均流单元接收第一电流信号与第二电流信号且进行比较，以产生补偿电压；平均电流单元接收第一电流信号与第二电流信号，且比较第一电流信号的平均值与第二电流信号的平均值的差值，以产生平均电压；降压式电流单元接收第二电流信号，以产生降压补偿电压；整合计算单元接收补偿电压、平均电压以及降压补偿电压，且根据补偿电压、平均电压以及降压补偿电压，使供电单元的输出电流大致相等。使供电单元的输出电流大致相等。使供电单元的输出电流大致相等。

【技术实现步骤摘要】
供电单元与具动态均流的电源供应系统


[0001]本专利技术是有关一种供电单元与具动态均流的电源供应系统，特别涉及一种具有连续动态负载均流控制的电源供应系统。

技术介绍

[0002]随着网际网络的发展，运算需求的日益增加，扮演基础运算引擎的中央处理器(CPU)与绘图处理器(GPU)的功能与效能越来越强大，导致系统的动态负载变化越来越剧烈，因此电源供应器的动态负载均流表现也越显重要。
[0003]如图1所示，其为针对绘图处理器的动态负载测试波形示意图。因此，如图1所示的连续动态负载波形(即EDPP,electric data peak processing)可看出：峰值负载(或称最大负载(peak load))最大可到达大于200％的额定负载，时间持续为小于200us(即T1的时间长度)。在T2(小于1ms)时，为150％的额定负载。如此，依序往下降的动态负载状态。
[0004]对于并联的供电单元(或称电源供应单元，power supply unit,PSU)而言，将上述的EDPP进行负载测试时，若仅用一般的均流技术，则容易发生供电单元输出电流不均流的现象。
[0005]举例来说，将多台的供电单元通过将其输出接在一起，再接上系统负载，以共同对系统负载进行供电。若仅用一般的主动式均流(active current sharing)技术，其为利用均流母线(current
‑
sharing bus)连接于多台供电单元之间，并且通过均流母线上的信号和电源内部的电流检测信号相减，将输出电流较低的电源提高其输出电压来达到均流的目的，此法在稳定负载下能够实现精准的均流表现；而，其缺点为对于连续的动态负载状态，无法提供实时的负载响应。
[0006]具体地，主动式均流的实现方式是通过均流母线的电流信号(I
SHARE_BUS
)与各台供电单元的电流信号(I
LOCAL_BUS
)进行比较(电流相减)，其中均流母线的电流信号为该等复数台供电单元的最大输出电流(或与该最大输出电流正相关比例的电流信号)，因此，通过两电流的比较，可获知各台供电单元的输出电流与所有供电单元中最大输出电流的差距(即I
SHARE_BUS
‑
I
LOCAL_BUS
)。并且，将两电流相减后的误差量(即电流差值)通过控制器(例如，但不限制为PI(比例
‑
积分)控制器)产生电压增量，再将该电压增量提供至参考电压，即可将供电单元的输出电流较小者进行拉升其输出电流，以实现均流的效果。在连续动态的负载操作下，I
SHARE_BUS
及I
LOCAL_BUS
会随着负载变动，受限于信号响应速度及控制器频宽的影响，当负载变动的程度愈剧烈，电压补偿的速度将无法赶上负载变化，导致动态均流表现不佳。
[0007]此外，另一种一般的均流技术，称为降压式(droop)均流技术。对降压式均流技术而言，则不需要如前揭主动式均流所提供的均流母线对所有供电单元进行连结，只需要使用各台供电单元的内部电流信号，其原理为，供电单元的输出电压会随着负载越大而减小，可参见图6A所示。如此，通过降压式均流技术，可因应负载大小的变动而自然地改变输出电压的大小，进而实现均流的目的。通常，实现的电路是通过使用运算放大器(OPA)和电流感测电阻，由运算放大器所组成的差分放大电路将负载电流通过电流感测电阻两端所产生的
电压差放大，再将此放大信号加入电压反馈电路，即当负载电流增大时，则对输出电压进行调降；当负载电流减小时，则对输出电压进行调升。
[0008]一般而言，降压式均流技术多使用于以太网络供电(power over Ethernet,PoE)系统。由于以太网络供电系统的供电装置(即供电单元)的输出电压较高(一般为54V)，电压的可变动范围较大，因此，通过简单的降压式均流架构，即可实现均流的目的。而，其缺点为了达到高准确度(精度)的均流效果，降压(droop)斜率要大，此时会牺牲输出电压的负载调节率(load regulation)；且降压斜率精度要高，设计的要求较为严苛。换言之，若要同时达到良好的均流效果和负载调节率，使用降压(droop)斜率设计则相对困难。
[0009]为此，如何设计出一种供电单元与具动态均流的电源供应系统，解决现有技术所存在的问题与技术瓶颈，乃为本公开专利技术人所研究的重要课题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的一目的在于提供一种供电单元，解决现有技术的问题。
[0011]为实现前揭目的，本专利技术所提出的供电单元包含电源转换器、电流检测电路、检测信号周边电路以及控制处理器。电源转换器提供输出电流与输出电压。电流检测电路检测输出电流，且提供相应输出电流大小的电流信号。检测信号周边电路接收输出电压、电流信号以及均流母线信号，且分别转换输出电压、均流母线信号以及电流信号为输出电压信号、第一电流信号以及第二电流信号。控制处理器接收输出电压信号、第一电流信号以及第二电流信号，且根据输出电压信号、第一电流信号以及第二电流信号执行主动式均流控制、平均电流误差补偿控制以及降压式均流控制，以产生控制信号，用以对输出电压进行控制，以调整输出电流的大小。
[0012]通过所提出的供电单元，通过整合主动式均流控制、降压式均流控制以及平均电流误差补偿控制，结合各均流控制的优点，即达到连续的快速动态负载下，提升电压补偿速度以及提高均流精度，使并联的各供电单元于动态负载下的输出电流大致相等，实现最佳化的均流效果。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种具动态均流的电源供应系统，解决现有技术的问题。
[0014]为实现前揭目的，本专利技术所提出的具动态均流的电源供应系统包含均流母线与复数供电单元。均流母线提供第一电流信号。该等供电单元通过均流母线互相连接。该等供电单元各自具有自身电流母线，提供第二电流信号。各供电单元的控制处理器包含主动式均流单元、平均电流单元、降压式电流单元以及整合计算单元。主动式均流单元接收第一电流信号与第二电流信号，且比较第二电流信号与第一电流信号)，以产生补偿电压。平均电流单元接收第一电流信号与第二电流信号，且比较第一电流信号的平均值与第二电流信号的平均值的差值，以产生平均电压。降压式电流单元接收第二电流信号，以产生降压补偿电压。整合计算单元接收补偿电压、平均电压以及降压补偿电压，且根据补偿电压、平均电压以及降压补偿电压，使供电单元的输出电流大致相等。
[0015]通过所提出的具动态均流的电源供应系统，通过整合主动式均流控制、降压式均流控制以及平均电流误差补偿控制，结合各均流控制的优点，即达到连续的快速动态负载下，提升电压补偿速度以及提高均流精度，使并联的各供电单元于动态负载下的输出电流
大致相等，实现最佳化的均流效果。
[0016]为了能更进一步了解本专利技术为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，相信本专利技术的目的、特征与特点，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种供电单元，包含：一电源转换器，提供一输出电流与一输出电压；一电流检测电路，检测该输出电流，且提供相应该输出电流大小的一电流信号；一检测信号周边电路，接收该输出电压、该电流信号以及一均流母线信号，且分别转换该输出电压、该均流母线信号以及该电流信号为一输出电压信号、一第一电流信号以及一第二电流信号；以及一控制处理器，接收该输出电压信号、该第一电流信号以及该第二电流信号，且根据该输出电压信号、该第一电流信号以及该第二电流信号执行一主动式均流控制、一平均电流误差补偿控制以及一降压式均流控制，以产生一控制信号，用以对该输出电压进行控制，以调整该输出电流的大小。2.如权利要求1所述的供电单元，其中该检测信号周边电路，为一降压电路，以分别降压转换该输出电压、该均流母线信号以及该电流信号为该输出电压信号、该第一电流信号以及该第二电流信号。3.如权利要求1所述的供电单元，还包含：一均流母线信号周边电路；其中，该控制处理器对该第二电流信号进行数字滤波以提供一均流信号至该均流母线信号周边电路；其中，该均流母线信号周边电路将该均流信号放大，且提供至一外部均流母线。4.如权利要求1所述的供电单元，还包含：一开关驱动电路，接收该控制信号，且通过该控制信号控制该电源转换器的至少一开关元件。5.一种具动态均流的电源供应系统，包含：一均流母线，提供一第一电流信号；复数供电单元，通过该均流母线互相连接，其中该复数供电单元各自具有一自身电流母线，提供一第二电流信号，各该供电单元的一控制处理器包含：一主动式均流单元，接收该第一电流信号与该第二电流信号，且比较该第二电流信号与该第一电流信号，以产生一补偿电压；一平均电流单元，接收该第一电流信号与该第二电流信号，且比较该第一电流信号的平均值与该第二电流信号的平均值的差值，以产生一平均电压；一降压式电流单元，接收该第二电流信号，以产生一降压补偿电压；以及一整合计算单元，接收该补偿电压、该平均电压以及该降压补偿电压，且根据该补偿电压、该平均电压以及该降压补偿电压，使该复数供电单元的输出电流大致相等。6.如权利要求5所述的具动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：林祈宏，王国华，林煜杰，王贤凯，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：