一种包括数字电源管理器和多个电源块在内的供电系统，每个电源块向相应的负载输送功率。电源块包括：非隔离式DC/DC转换器的电源部分、用于提供表示输出电压、输出电流、温度等的模拟电压信号的信号采样和转换电路、以及用于接收脉冲宽度调制(PWM)信号并驱动开关器件的驱动电路。电源块的闭环电压控制和保护功能被集成在数字电源中。数字电源管理器包括包含寄存器的非易失性存储器，所述寄存器包括数字电源管理器配置寄存器、电源块设置寄存器、电源块监控寄存器、以及用户可定义空间。数字电源管理器对每个电源块的操作进行编程和监控，并且还可以包括用户接口，如I2C接口，用于从主机用户系统接收编程数据并向其发送监控数据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式供电系统的管理，更具体地，涉及对分布式供电系统内的负载点稳压器或其他非隔离式DC-DC转换器的阵列的控制和监控。
技术介绍
随着电子和通信技术的发展，供电系统变得越来越复杂。作为结果，对供电系统的功率密度以及可靠性的要求也越来越高。通常电子系统需要若干不同的相对较低的电压电平，如3. 3V、2. 5V、1. 8V、1. 2V等，并且应当精确地调节电压。同时，还需要相对较高的电流电平(例如100A)以及高电流变化率(如1000A/μ s)。由于承载高电流的线路的阻抗容易耗散电能的大部分并且有损于负载调节，长距离地将高电流运送至电子设备不是一种好的方式。因此，电源和其负载间的物理距离应当尽可能短，以避免显著的能量损耗并确保系统稳定性。这意味着，与不同负载不够接近的传统多输出电源不能满足要求。为了解决上述问题，目前广泛采用具有中间总线配置的分布式供电系统。该系统包括两级。在第一级中，对整个系统的AC输入电压进行整流，并将其转换为中间总线电压电平(典型值为8-12V)，并且还在该级中实现电气隔离。在第二级中存在多个非隔离式负载点(POL)稳压器，并且每个非隔离式负载点(POL)稳压器将中间总线电压转换至电子系统所需的多个电平中的每一个。令每个相对较低功率的POL稳压器位于特定电子设备附近的这一配置将有助于改进系统效率和可靠性。典型的分布式供电系统包括多个POL稳压器。采用该方法，对这些POL稳压器的管理将变得非常重要。需要精确地控制和监控不同的操作参数，并迅速诊断每个POL稳压器的故障情形，以获得整个分布式供电系统的良好性能。目前，主要存在三种在分布式系统中控制POL稳压器的管理器模拟控制器、数字电源系统排序器和多数字控制器。在传统供电系统中，用模拟控制方法控制所有POL稳压器。模拟控制是一种非常成熟的技术，其具有相对较低的成本，因此在分布式供电系统架构中具有广泛的应用。模拟控制系统的一个缺陷是主机难以获取每个POL稳压器的工作状态以及难以实现在线控制。为了弥补传统模拟控制的缺陷，采用包括基于数字信号处理器(DSP)或微控制单元(MCU)的数字电源系统排序器在内的控制配置。在该方法中，POL稳压器闭环电压控制仍由模拟设备实现，并且主机通过数字电源系统排序器管理所有POL稳压器。主机发送的用于对POL稳压器操作参数编程的指令以及数字电源系统排序器发送的监控数据均经由基于PMBus协议(一种开放式标准通信协议)的电源管理总线(PMBus)传输。数字电源系统排序器能够经由集成在DSP/MCU上的多种外围设备，感测输出电压，控制开/关状态， 并且为每个POL稳压器的输出电压设置顺序和设置余量。数字电源系统排序器还包括适于与主机通信的PMBus接口。可以根据集成在DSP/MCU上的外围设备的量管理POL稳压器的数量。虽然实现了在线管理，但由于模拟闭环电压控制的缘故，闭环电压控制不够灵活。随着DSP/MCU的计算速度的增加，还使用一种具有多个数字控制器的分布式供电系统。在该系统中，多个数字控制器中的每一个负责多个POL稳压器中的每一个，以进行独立的闭环控制和各种保护。此外，作为从设备，每个数字控制器可以具有与主机的双向通信。该控制实现具有与上述方法类似的在线管理功能，并且还改进了系统设计的灵活性。然而，对于每个POL稳压器，需要具有足够集成外围设备和通信接口的相应的数字控制器。总的系统成本可能很高，并且由于系统中设备太多，通信效率可能很低。因此，具有一种控制和监控分布式供电系统内的电源转换器的管理系统和方法将是有利的。
技术实现思路
本专利技术通过提供适于控制和监控分布式供电系统中的多个电源转换器的数字电源管理器克服了现有技术中的上述和其他缺陷。在本专利技术的实施例中，供电系统包括多个电源块，适于向负载输送功率；以及基于数字信号处理器(DSP)或微控制单元(MCU)的数字电源管理器，适于实现独立的数字闭环控制，执行指令以对操作参数进行编程并监控多个电源块的状况。在本专利技术中，将以不同的方式(例如负载点(POL)稳压器和调压器模块(VRM))实现电源块(即传统非隔离式DC/ DC转换器的仅仅电源部分)。固有地，在仅提供表示输出电压、输出电流、模块温度等的有关模拟电压信号的电源块内不存在闭环控制或保护功能。因此，数字电源管理器对于闭环控制、监控和保护多个电源块是必须的。在该控制系统实现中，充分利用数字电源管理器的计算能力和外围设备资源，以将多个电源块中每一个的闭环电压控制集成至数字电源管理器中。作为结果，无需现有技术中的针对每个电源转换器的独立的模拟/数字控制器，这意味着降低了整个电子系统的成本。此外，由于数字实现的缘故，控制设计将更加灵活。在本专利技术的另一实施例中，至少一主机用户系统有效地耦合至数字电源管理器。主机用户系统将经由数字电源管理器控制和监控电源块操作，并获得故障报告，因此可以以低于现有技术的成本获得更好的系统性能。该数字管理的主要特征如下。1.电源块非隔离式电源块的拓扑可以是降压、升压、升降压等。除了电源转换电路和设备外，电源块包括信号采样和转换电路，可以对输出电压、输出电流、模块温度等进行采样， 并将它们转换为模拟电压信号以提供至外部控制器。另一方面，电源块中的驱动电路从外部控制器接收脉冲宽度调制(PWM)信号，以获得电源块闭环电压控制以及各种保护。电源块本身不包括闭环控制和保护电路，以便降低成本。可以直接对控制器创建至每个电源块的控制连接，而不使用串行数字通信。该进一步简化了电源块的设计，保持了其同其他方法相比相对较低的成本。不对电源块使用串行通信的另一优势在于，消除了可能的通信错误以及提高的控制带宽。2.数字闭环控制已将对多个电源块的数字闭环控制集成在数字电源管理器中。对于每个电源块， 将表示电源块输出电压的模拟信号经由模数转换器(ADC)通道输入至数字电源管理器。将数字化感测输出电压同存储在非易失性存储器中的数字参考值进行比较，以获得误差值。采用控制算法处理的该误差值将调节从数字脉冲宽度调制器(DPWM)产生的占空比。此外， 如果需要闭环电流控制和/或闭环功率控制，则不仅要处理上述误差值，而且要处理电源块的数字化感测平均/峰值输出电流，以调节占空比。数字闭环控制算法被设计为使输出电压跟踪参考电压，同时实现期望的动态性能。每个电源块将具有独立的数字参考值和闭环补偿参数。可以采用数字补偿的难以用模拟设备实现的非线性或异步控制算法，以改进系统性能。此外，数字闭环控制相对地不易受组件容差、老化、温度漂移等的影响。3.输出电压管理采用数字闭环控制，电源块自启动时起就受到精确的输出电压控制。因此，可以通过针对软开/关排序设置相关的数字参考值来方便地控制电源块开/关排序。此外，还可以通过改变数字参考值方便地修整输出电压。4.故障检测和报告数字电源管理器可以根据对不同参数的系统性能敏感度，以不同频率循环查询电源块的关键操作参数(如输出电压、输出电流、输入电压、模块温度等)。如果发生故障，数字电源管理器将根据由故障原因确定的特定优先级，立即关闭、重启或延时重启电源块，从而实现整体系统保护。同时，故障的现场信息将被存储在数字电源管理器的非易失性存储器(例如闪存)中以稍后分析。5. PMBus通信和图形用户界本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种供电系统，包括：多个电源块，每个电源块适于响应于相应的脉冲宽度调制ＰＷＭ控制信号，向相应的负载输送功率；以及数字电源管理器，适于（１）利用集成在所述数字电源管理器中的外围设备，对操作参数进行编程并接收所述多个电源块的监控数据，以及（２）响应于所述监控数据，产生所有电源块的ＰＷＭ控制信号，以实现对所述多个电源块中的每一个所输送的功率的闭环控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：颜佳佳，周远平，简化军，马克·朱特拉斯，
申请(专利权)人：百富澳门离岸商业服务有限公司，
类型：发明
国别省市：MO
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