專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電源控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式電源系統(tǒng)(Distributed Power System)的控制和管理領(lǐng) 域，尤其涉及分布式供電系統(tǒng)中多個(gè)直流-直流(DC-DC)變換器的控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，通常一個(gè)電子系統(tǒng) 中需要的供電電源的種類(lèi)也逐漸增多。通常一個(gè)電子系統(tǒng)可能需要12V， 2.5V， 1.8V和1.2V等不同的供電電壓。同時(shí)，這些供電電源可能需要提供低電壓大電 流(如100A左右的輸出電流)的輸出。如此大的輸出電流就要求供電電源在物 理位置上應(yīng)該盡可能的靠近負(fù)載，否則光是輸電線(xiàn)路上的壓降就能造成很大損耗 并使電壓輸出穩(wěn)壓性能變差。為了解決這些問(wèn)題，中間總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的供電結(jié)構(gòu)目前 被廣泛地采用。在中間總線(xiàn)結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)中，采用多個(gè)非隔離的點(diǎn)負(fù)載電源 (POL-Point of Load)將中間總線(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換成各種系統(tǒng)需要的供電電壓。每個(gè) POL電源只給一個(gè)特定的負(fù)載供電，因此它在物理位置上可以盡可能地靠近負(fù) 載來(lái)解決低壓大電流輸出應(yīng)用中問(wèn)題。
一個(gè)典型的分布式供電系統(tǒng)中可能包括很多個(gè)POL電源，如何對(duì)這些POL 進(jìn)行管理和控制就變成一個(gè)很重要的問(wèn)題。為了更好的管理整個(gè)分布式供電電源 系統(tǒng)，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)其中的每個(gè)點(diǎn)負(fù)載電源的控制、排序和監(jiān)控等功能。目前，業(yè) 界提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議(PMBus)來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)功率控制系統(tǒng)的通信功 能。如圖1所示，這是一個(gè)典型的基于PMBus協(xié)議的電源控制系統(tǒng)，在這個(gè)系 統(tǒng)中， 一個(gè)基于DSP (Digital Signal Processor)或MCU (Micro Controller Unit) 的數(shù)字電源控制器被用來(lái)與系統(tǒng)中的每個(gè)POL進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)POL 電源進(jìn)行控制和監(jiān)控。同時(shí)，用戶(hù)可以通過(guò)上位機(jī)設(shè)定和查看系統(tǒng)的工作參數(shù)和 工作狀態(tài)。數(shù)字電源控制器和單個(gè)POL之間通過(guò)PMBus協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信。在采 用這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，除了功率控制需要實(shí)現(xiàn)PMBus接口的功能之外，每個(gè)單 獨(dú)的POL也需要具備PMBus通信接口 。由于傳統(tǒng)的POL采用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，一般不具備PMBus通信接口，因此不能直接應(yīng)用于這種系統(tǒng)中。實(shí)現(xiàn)這種分布 式供電系統(tǒng)需要采用具有PMBus通信接口的POL模塊，從而增加了整個(gè)系統(tǒng)的 成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，旨在提供一種新穎的電源控制系統(tǒng)。
解決上述問(wèn)題采用的技術(shù)方案是 一種電源控制系統(tǒng)，包括一組給負(fù)載供電 的POL電源、數(shù)字電源控制器和上位機(jī)，其特征在于所述的數(shù)字電源控制器接
收從上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)PMBus命令，控制和監(jiān)控系統(tǒng)中的多個(gè)POL電源， 數(shù)字電源控制器使用DSP芯片上集成的各種外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中POL電源的控 制和監(jiān)控通過(guò)ADC監(jiān)控POL的輸出電壓；通過(guò)數(shù)字I/O來(lái)控制POL的開(kāi)關(guān) 狀態(tài)并對(duì)多個(gè)POL變換器進(jìn)行上、下電和/或排序控制；通過(guò)PWM輸出濾波后 的直流電平來(lái)調(diào)整(TRIM)每個(gè)POL的輸出電壓。
本發(fā)明的電源控制系統(tǒng)，最大優(yōu)點(diǎn)在于基于DSP的數(shù)字電源控制器使用 芯片上集成的各種外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中POL電源的控制和監(jiān)控，它們之間不需 要使用PMBus進(jìn)行通信。系統(tǒng)中所使用的POL就不要具有PMBus通信接口 ， 傳統(tǒng)的POL可以直接應(yīng)用于本系統(tǒng)中，這樣可以降低整個(gè)電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本。
作為本發(fā)明的再進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的數(shù)字電源控制器通過(guò)分頁(yè)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)
對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)POL模塊的單獨(dú)控制。每個(gè)主控制器所控制的POL電源的數(shù)量由
數(shù)字信號(hào)處理芯片上集成的外設(shè)數(shù)量決定。
作為本發(fā)明的更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的數(shù)字電源控制器上還集成了非易失性
存儲(chǔ)器，用以保存系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)、狀態(tài)信息以及其他用戶(hù)自定義的變量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖l是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明電源控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是PWM輸出接一級(jí)RC低通濾波器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D2，本發(fā)明的電源控制系統(tǒng)，包括一組給負(fù)載供電的POL電源、數(shù) 字電源控制器和上位機(jī)，所述的數(shù)字電源控制器包括一個(gè)電源系統(tǒng)控制器、讀寫(xiě) 存貯器、地址存貯器和一組與受控的POL —一對(duì)應(yīng)的ADC、數(shù)字I/O接口 、PWM 脈寬調(diào)制器。
本文所提到的數(shù)字電源控制器包括硬件和軟件兩部分，其硬件基礎(chǔ)是通用的 DSP或MCU，用來(lái)控制POL電源的ADC、數(shù)字I/O 口以及PWM輸出口是這類(lèi) 芯片上面集成的外圍設(shè)備;通過(guò)一套運(yùn)行于DSP或者M(jìn)CU之上的一套相應(yīng)的軟 件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源控制器的各個(gè)功能。數(shù)字電源控制器接收上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的標(biāo) 準(zhǔn)PMBus命令，完成相對(duì)應(yīng)的功能。
所述的數(shù)字電源控制器通過(guò)ADC采樣POL的輸出電壓；通過(guò)數(shù)字I/O來(lái)控 制POL的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并對(duì)多個(gè)POL變換器進(jìn)行上、下電和/或排序控制；通過(guò)PWM 輸出濾波后來(lái)閉環(huán)調(diào)節(jié)每個(gè)POL的輸出電壓。
通過(guò)數(shù)字電源控制器上集成的ADC 口，除了采樣每個(gè)POL的輸出電壓，還 可以采樣系統(tǒng)中其它各種模擬量的大小，如總線(xiàn)電壓等等。
所述的數(shù)字電源控制器通過(guò)PMBus的通信接口與上位機(jī)通信，設(shè)置系統(tǒng)的 工作參數(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。上位機(jī)上包含用戶(hù)界面，可以設(shè)置主電源控制 器的參數(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的故障檢測(cè)和報(bào)告的功能也可以實(shí) 現(xiàn)。
所述的數(shù)字電源控制器需要通過(guò)一個(gè)I2C地址來(lái)控制多個(gè)POL電源，所以 采用了分頁(yè)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)POL的控制和管理。發(fā)送指令到所有頁(yè)，則可以 對(duì)系統(tǒng)中所有POL電源同時(shí)進(jìn)行控制或者獲取所有POL電源的狀態(tài)信息。如果 只需要對(duì)某一個(gè)POL電源進(jìn)行控制和監(jiān)控，則只需要將系統(tǒng)中的頁(yè)指針設(shè)定到 對(duì)應(yīng)的頁(yè)。每個(gè)控制器所控制的POL電源的數(shù)量由數(shù)字信號(hào)處理芯片上集成的 外設(shè)數(shù)量決定。
所述的數(shù)字電源控制器上還集成了非易失性存儲(chǔ)器，用以保存系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān) 鍵參數(shù)、狀態(tài)信息以及其他用戶(hù)自定義的變量。
目前，有很多種方法可以實(shí)現(xiàn)POL電源的電壓調(diào)整(TRIM)功能。由于傳 統(tǒng)的POL電源是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，將采樣到輸出電壓與基準(zhǔn)電壓值做比較，得到的誤差信息用來(lái)反方向調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來(lái)保持輸出電壓穩(wěn)定。所 以，POL電源中電壓調(diào)節(jié)功能通常是通過(guò)改變POL電源的基準(zhǔn)電壓或者電壓采 樣的系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
參照?qǐng)D3，本發(fā)明的數(shù)字電源控制器可以對(duì)系統(tǒng)中的多個(gè)POL電源進(jìn)行閉 環(huán)的輸出電壓(TRIM)調(diào)整。首先，通過(guò)芯片上的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口 (ADC)采樣每 個(gè)POL模塊的輸出電壓，并將結(jié)果與需要的輸出電壓進(jìn)行比較，它們之間的誤 差信息通過(guò)PI調(diào)節(jié)器后將產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的控制電壓送給模塊的TRIM引腳用來(lái) 調(diào)整POL的輸出電壓。該觸發(fā)電壓由模塊上的PWM輸出經(jīng)過(guò)一級(jí)RC低通濾波 器之后實(shí)現(xiàn)，電阻Rf和電容Cf組成了一個(gè)低通濾波器，而電阻Rl可以用來(lái)限 制輸出電壓觸發(fā)的范圍。
本發(fā)明的電源控制系統(tǒng)，有以下特點(diǎn)-
1、 POL變換器不需要集成PMBus接口
采用該結(jié)構(gòu)的數(shù)字電源控制系統(tǒng)可以控制多個(gè)通用的POL變換器(或者其 他類(lèi)型的DC-DC變換器)，POL變換器不需要集成PMBus接口，可以直接應(yīng)用 于本系統(tǒng)中。
2、 采用PWM輸出口來(lái)實(shí)現(xiàn)TRIM功能
通過(guò)數(shù)字電源控制器上的PWM輸出端口來(lái)控制DC-DC變換器的電壓調(diào)整 功能。PWM輸出經(jīng)過(guò)一級(jí)RC低通濾波器之后，產(chǎn)生的直流量連接到DC-DC變 換器的TRIM引腳，從而可以控制DC-DC變換器的輸出電壓。同時(shí)，通過(guò)利用 DSP上的ADC采樣輸出電壓，并將結(jié)果與期望的輸出電壓值比較，使用該誤差 信號(hào)來(lái)控制PWM輸出的直流量大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC-DC變換器輸出電壓的閉 環(huán)觸發(fā)控制。利用這種方法可以實(shí)現(xiàn)精確的輸出電壓控制，因此降低了對(duì)POL 電壓調(diào)整率的要求，從而節(jié)省采購(gòu)POL的成本。
3、 多個(gè)DC-DC變換器的上/下電排序控制
DSP數(shù)字輸出端口輸出連接到POL變換器的ON/OFF輸入口 ，通過(guò)控制數(shù) 字輸出端口輸出的高低電平則可以控制每個(gè)POL的ON/OFF狀態(tài)。通過(guò)設(shè)置一 組數(shù)字輸出端口信號(hào)輸出時(shí)刻之間的延時(shí)，則可以控制一組POL的上/下電排序 控制。
4、 在線(xiàn)更新系統(tǒng)固件的功能Boot Loader功能可以通過(guò)上位機(jī)經(jīng)由PMBus對(duì)控制軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。 5、故障檢測(cè)和報(bào)告的功能
數(shù)字電源控制器通過(guò)PMBus的通信接口與上位機(jī)通信，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中故 障檢測(cè)和報(bào)告的功能。
應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，
任何不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電源控制系統(tǒng)，包括一組給負(fù)載供電的POL電源、數(shù)字電源控制器和上位機(jī)，其特征在于所述的數(shù)字電源控制器接收從上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)PMBus命令，控制和監(jiān)控系統(tǒng)中的多個(gè)POL電源，數(shù)字電源控制器使用DSP芯片上集成的各種外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中POL電源的控制和監(jiān)控通過(guò)ADC監(jiān)控POL的輸出電壓；通過(guò)數(shù)字I/O來(lái)控制POL的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并對(duì)多個(gè)POL變換器進(jìn)行上、下電和/或排序控制；通過(guò)PWM輸出濾波后的直流電平來(lái)TRIM每個(gè)POL的輸出電壓。
2、 如權(quán)利要求l所述的電源控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)字電源控制器通過(guò)分 頁(yè)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)POL模塊的單獨(dú)控制。
3、 如權(quán)利要求2所述的電源控制系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)主控制器所控制的POL 電源的數(shù)量由數(shù)字信號(hào)處理芯片上集成的外設(shè)數(shù)量決定。
4、 如權(quán)利要求l-3任何一項(xiàng)所述的電源控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)字電源控 制器上還集成了非易失性存儲(chǔ)器，用以保存系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)、狀態(tài)信息以 及其他用戶(hù)自定義的變量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電源控制系統(tǒng)，包括一組POL電源、數(shù)字電源控制器和上位機(jī)，所述的數(shù)字電源控制器接收從上位機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)PMBus命令，控制和監(jiān)控系統(tǒng)中的多個(gè)POL電源，數(shù)字電源控制器使用DSP芯片上集成的各種外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中POL電源的控制和監(jiān)控通過(guò)ADC監(jiān)控POL的輸出電壓；通過(guò)數(shù)字I/O來(lái)控制POL的開(kāi)關(guān)狀態(tài)并對(duì)多個(gè)POL變換器進(jìn)行上、下電和/或排序控制；通過(guò)PWM輸出濾波后的直流電平來(lái)TRIM每個(gè)POL的輸出電壓。本發(fā)明基于DSP的數(shù)字電源控制器使用芯片上集成的各種外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中POL電源的控制和監(jiān)控，它們之間不需要使用PMBus進(jìn)行通信，可以降低整個(gè)電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的成本。
文檔編號(hào)G05B19/042GK101552548SQ200810163200
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
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