專利名稱：傳送數(shù)字電源控制系統(tǒng)的濾波器補償系數(shù)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源電路，具體地說，涉及對開關(guān)式電源電路的參數(shù)進行編程的數(shù)字電源控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
開關(guān)式電源是在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的，用來將可得到的直流(DC)或交流(AC)電平電壓變換成另一個DC電平電壓。降壓變換器是一種特別的開關(guān)式電源，它通過切換進入與負載連接的輸出電感器的電流的流動有選擇地將能量存儲在輸出電感器內(nèi)，為負載提供經(jīng)調(diào)整的DC輸出電壓。它包括兩個通常用MOSFET晶體管配置的功率開關(guān)。與負載并聯(lián)的濾波電容器降低輸出電流的紋波。脈寬調(diào)制(PWM)控制電路用來以交替方式控制功率開關(guān)的選通，以控制輸出電感器內(nèi)電流的流動。PWM控制電路用通過反饋環(huán)路傳送的反映輸出電壓和/或電流電平的信號，根據(jù)變化的負載狀況調(diào)整施加給功率開關(guān)的工作循環(huán)。
傳統(tǒng)的PWM控制電路用諸如運算放大器、比較器和象用于環(huán)路補償?shù)碾娮杵骱碗娙萜髂菢拥臒o源器件之類的模擬電路組件以及某些象邏輯門和觸發(fā)器那樣的數(shù)字電路組件構(gòu)成。但是，所希望的是完全使用數(shù)字電路來代替模擬電路組件，因為數(shù)字電路占用較小的物理空間，汲取較少的功率，而且可以實現(xiàn)可編程功能或自適應(yīng)控制技術(shù)。
傳統(tǒng)的數(shù)字控制電路包括將表示需控制的信號(例如，輸出電壓(Vo))與基準之差的誤差信號變換成具有n個比特的數(shù)字信號的模數(shù)變換器(ADC)。數(shù)字控制電路用數(shù)字誤差信號控制數(shù)字脈寬調(diào)制器，數(shù)字脈寬調(diào)制器給具有工作循環(huán)的功率開關(guān)提供控制信號，使得電源的輸出值跟蹤基準。數(shù)字控制電路可以還包括諸如具有所關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)的無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器之類的數(shù)字濾波器。傳遞函數(shù)包括定義IIR濾波器的操作的補償系數(shù)。所希望的是具有改變這些補償系數(shù)或?qū)@些補償系數(shù)編程的能力，以便定義對于具體負載狀況的數(shù)字濾波器的操作。
由于電子系統(tǒng)經(jīng)常需要以不同的離散電壓和電流電平提供功率，因此已知的是將中間總線電壓分配到電子系統(tǒng)各處，而在電子系統(tǒng)內(nèi)的耗電點處包括獨自的負載點(POL)調(diào)整器，例如開關(guān)式DC/DC變換器。特別是，各電子電路配有各自的POL調(diào)整器，用來將中間總線電壓變換成本電子電路所需的電壓電平。一個電子系統(tǒng)可以包括多個POL調(diào)整器，用來將中間總線電壓變換成各個電壓電平。理想的是，將POL調(diào)整器設(shè)置成靠近相應(yīng)的電子電路，以便使布在電子系統(tǒng)內(nèi)的低電壓大電流線的長度最小化。中間總線電壓可以用小電流線輸送給多個POL調(diào)整器，使損耗最小。
采用這種分布式處理方法，需要協(xié)調(diào)對電源系統(tǒng)的這些POL調(diào)整器的控制和監(jiān)視。POL調(diào)整器通常在對獨自的POL調(diào)整器進行激活、編程和監(jiān)視的電源控制器配合下工作。在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的是控制器用多連接的并行總線對每個POL調(diào)整器進行激活和編程。例如，并行總線可以傳送使每個POL調(diào)整器接通和斷開的啟用/停用比特和對POL調(diào)整器的輸出電壓設(shè)置點編程的電壓標識(VID)代碼比特?？刂破鬟€可以用其他連接監(jiān)測每個POL調(diào)整器輸送的電壓/電流，以便檢測POL調(diào)整器的故障狀況。這種控制系統(tǒng)的缺點是它使整個電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和尺寸加大。
因此，有益的是提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)的這些及其他一些缺點的對開關(guān)式電源進行數(shù)字控制的系統(tǒng)和方法。還有益的是提供一種對分布式電源系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)控開關(guān)式電源的操作進行控制和監(jiān)視的系統(tǒng)和方法。具體地說，有益的是提供一種對分布式電源系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)控開關(guān)式電源的數(shù)字濾波器補償系數(shù)進行編程的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種對分布式電源系統(tǒng)內(nèi)數(shù)控開關(guān)式電源的數(shù)字濾波器補償系數(shù)進行編程的系統(tǒng)和方法。
在本發(fā)明的一個實施例中，電源控制系統(tǒng)包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合根據(jù)反饋測量結(jié)果控制功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器的負載點(POL)調(diào)整器。數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器。一個串行數(shù)據(jù)總線與每個POL調(diào)整器連接。有一個系統(tǒng)控制器接到串行數(shù)據(jù)總線上，適合通過串行數(shù)據(jù)總線向多個POL調(diào)整器傳送數(shù)字數(shù)據(jù)。數(shù)字數(shù)據(jù)包括對多個濾波器系數(shù)編程的編程數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器還包括適合從中接收編程數(shù)據(jù)的用戶接口。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了一種控制多個負載點(POL)調(diào)整器的方法。每個POL調(diào)整器包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合根據(jù)反饋測量結(jié)果控制功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器。數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器。這種方法包括下列步驟(a)接收對多個濾波器系數(shù)編程的編程數(shù)據(jù)；(b)通過與多個POL調(diào)整器連接的公共數(shù)據(jù)總線串行發(fā)送編程數(shù)據(jù)；以及(c)按照編程數(shù)據(jù)對多個POL調(diào)整器中的一些有關(guān)POL調(diào)整器的多個濾波器系數(shù)進行編程。具體地說，接收步驟還包括接收來自用戶的編程數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的又一個實施例中，提供了一種負載點調(diào)整器，這種負載點調(diào)整器包括一個適合將中間電壓變換為輸出電壓的電源變換電路。電源變換電路包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合根據(jù)反饋測量結(jié)果控制功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器。數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器。一個串行數(shù)據(jù)總線接口適合傳送來自與它連接的外部串行數(shù)據(jù)總線的編程信息。一個控制器與串行數(shù)據(jù)總線接口和電源變換電路連接，適合根據(jù)通過串行數(shù)據(jù)總線接口接收到的編程數(shù)據(jù)確定多個濾波器系數(shù)。
在本發(fā)明的又一個實施例中，提供了一種對電源控制系統(tǒng)編程的方法。電源控制系統(tǒng)包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合根據(jù)反饋測量結(jié)果控制功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器的負載點(POL)調(diào)整器。數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器。這種方法包括(a)顯示至少一個模擬一個示范性負載點調(diào)整器的操作的屏幕，所述至少一個屏幕包括用戶可為示范性負載點調(diào)整器的特性選擇的值；(b)接收選擇用戶可選擇的值的用戶輸入；(c)計算與用戶輸入相應(yīng)的數(shù)字濾波器系數(shù)；以及(d)有選擇地將與所計算的濾波器系數(shù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給多個負載點調(diào)整器中的至少一個負載點調(diào)整器，供對所述數(shù)字濾波器編程用。


從以下參考附圖對優(yōu)選實施例的詳細說明中熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以更為全面地理解用于將濾波器系數(shù)傳送給電源系統(tǒng)內(nèi)多個負載點調(diào)整器的系統(tǒng)和方法以及實現(xiàn)本發(fā)明的其他優(yōu)點和目的，在這些附圖中圖1示出了具有數(shù)字控制電路的開關(guān)式電源；圖2示出了提供高、低飽和信號的窗式快速ADC；圖3示出了具有無限沖激響應(yīng)濾波器和誤差控制器的數(shù)字控制器；圖4示出了按照本發(fā)明的一個實施例傳送濾波器補償系數(shù)的示范性控制系統(tǒng)；
圖5示出了POL控制系統(tǒng)的示范性POL調(diào)整器；圖6示出了POL控制系統(tǒng)的示范性系統(tǒng)控制器；圖7為示出模擬POL調(diào)整器的操作的圖形用戶界面(GUI)的示范性屏幕示意圖；以及圖8為示出對數(shù)字控制器的補償系數(shù)進行編程的GUI的示范性屏幕示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種對開關(guān)式電源進行數(shù)字控制的方法。具體地說，本發(fā)明提供了一種對分布式電源系統(tǒng)內(nèi)數(shù)控開關(guān)式電源的數(shù)字濾波器補償系數(shù)進行編程的系統(tǒng)和方法。在以下的詳細說明中，同樣的單元標號用來標注在一個或多個圖內(nèi)所示的同樣的單元。
圖1示出了按照本發(fā)明的一個實施例設(shè)計的具有數(shù)字控制電路的示范性開關(guān)式電源10。電源10包括將輸入DC電壓Vin變換成輸出DC電壓Vo加到電阻性負載20(Rload)上的降壓變換器的布局。電源10包括一對用MOSFET器件配置的功率開關(guān)12、14。高側(cè)功率開關(guān)12的源極端接到輸入電壓Vin上，低側(cè)功率開關(guān)14的源極端接地，而功率開關(guān)12、14的漏極端接在一起確定一個相節(jié)點。輸出電感器16串聯(lián)在相節(jié)點與提供輸出電壓Vo的端子之間，而電容器18與電阻性負載Rload并聯(lián)。相應(yīng)的驅(qū)動器22、24交替地對功率開關(guān)12、14的柵極端進行驅(qū)動。驅(qū)動器22、24又由數(shù)字控制電路30控制(在下面說明)。功率開關(guān)12、14的通、斷提供在相節(jié)點上具有大體矩形波形的中間電壓，由輸出電感器16和電容器18形成的濾波器將矩形波形變換成基本上為DC的輸出電壓Vo。
數(shù)字控制電路30接收來自電源10的輸出部分的反饋信號。如圖1所示，反饋信號與輸出電壓Vo相應(yīng)，雖然可以理解反饋信號也可以(或還可以)與電阻性負載Rload所汲取的輸出電流或表示需由數(shù)字控制電路30控制的任何其他信號相應(yīng)。反饋通道還可以包括將所檢測的輸出電壓Vo降低到典型電壓電平的分壓器(未示出)。數(shù)字控制電路30提供工作循環(huán)被控制成將輸出電壓Vo(或輸出電流)調(diào)整到所希望的電平的脈寬調(diào)制波形。即使這個示范性的電源10示為具有降壓變換器的布局，但可以理解這種用數(shù)字控制電路30對電源10進行的反饋環(huán)路控制同樣適用于諸如隔離和非隔離結(jié)構(gòu)的升壓和降壓-升壓變換器之類的其他已知電源的布局和稱為電壓模式、電流模式、電荷模式和/或平均電流模式控制器的不同控制策略。
具體地說，數(shù)字控制電路30包括模數(shù)變換器(ADC)32、數(shù)字控制器34和數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM)36。ADC 32還包括接收作為輸入的反饋信號(即，輸出電壓Vo)和電壓基準(Ref)、產(chǎn)生表示輸入之差(Ref-Vo)的數(shù)字電壓誤差信號(VEdk)的窗式快速ADC。數(shù)字控制器34具有將電壓誤差信號VEdk變換成數(shù)字輸出提供給DPWM 36的傳遞函數(shù)G(z)，DPWM 36將該信號變換成具有成比例的脈寬的波形(PWMk)。數(shù)字控制器34接收用于傳遞函數(shù)G(z)的濾波器補償系數(shù)作為輸入，這在下面還要進一步說明。如以上所說明的那樣，DPWM 36所產(chǎn)生的脈沖調(diào)制波形PWMk通過相應(yīng)的驅(qū)動器22、24接到功率開關(guān)12、14的柵極端上。
圖2示出了用于數(shù)字控制電路30的示范性窗式快速ADC 40。ADC 40接收作為輸入的電壓基準Ref和輸出電壓Vo。電壓基準加到包括串聯(lián)在基準電壓端與接到正電源電壓(VDD)上的電流源之間的電阻器42A、42B、42C、42D和串聯(lián)在基準電壓端與接地的電流源之間的電阻器44A、44B、44C、44D的電阻階梯的中央。這些電阻器各有相應(yīng)的電阻值，與電流源一起確定多個高于和低于電壓基準Ref的電壓增量。電阻值和/或電流源的大小可以選擇成確定ADC 40的LSB分辨力。包括多個正側(cè)比較器46A、46B、46C、46D和多個負側(cè)比較器48A、48B、48C、48D的比較器陣列接到電阻階梯上。正側(cè)比較器46A、46B、46C、46D各有一個接到輸出電壓Vo上的非倒相輸入端和一個接到電阻器42A、42B、42C、42D中的相應(yīng)電阻器上的倒相輸入端。類似地，負側(cè)比較器48A、48B、48C各有一個接到輸出電壓Vo上的非倒相輸入端和一個接到電阻器44A、44B、44C、44D中的相應(yīng)電阻器上的倒相輸入端。負側(cè)比較器48D有一個接地的非倒相輸入端和接到輸出電壓Vo上的倒相輸入端?？梢岳斫猓梢园ǘ嘁恍┑碾娮杵骱捅容^器，以增大電壓增量數(shù)，從而增大ADC 40的范圍，而圖2中只是示范性地示出了數(shù)量有限的電阻器和比較器。
ADC 40還包括與比較器46A、46B、46C和48A、48B、48C的輸出端連接的邏輯器件52。邏輯器件52接收比較器輸出，提供表示數(shù)字電壓誤差VEdk的多比特(例如，4比特)并行輸出。舉例來說，超過基準電壓Ref一個電壓增量(例如，5mV)的輸出電壓Vo將使比較器46B、46A、48A、48B和48C的輸出成為高電平，而使比較器46C、46D和48D的輸出保持為低電平。邏輯器件52將這解釋為邏輯電平9(或二進制的1001)，產(chǎn)生所關(guān)聯(lián)的電壓誤差信號VEdk?？梢岳斫?，電壓基準Ref是可變的，以便移動ADC 40的窗口。如果輸出電壓Vo超過電阻階梯的最高電壓增量，比較器46D的輸出端就提供一個HIGH(高)飽和信號。類似地，如果輸出電壓Vo低于電阻階梯的最低電壓增量，比較器48D的輸出端就提供一個LOW(低)飽和信號。
在圖3中示出了具有數(shù)字濾波器和ADC 40的數(shù)字控制器。數(shù)字濾波器進一步包括根據(jù)以前的電壓誤差輸入VEdk和以前的輸出PWM′k產(chǎn)生輸出PWM′k的無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器。如以上所說明的那樣，ADC 40提供電壓誤差輸入VEdk。數(shù)字濾波器輸出PWM′k提供給數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM)36，數(shù)字脈寬調(diào)制器36將脈寬調(diào)制控制信號(PWMk)提供給電源的功率開關(guān)。
IIR濾波器以方框圖形式示出，包括多個第一延遲寄存器72、74、...、76(各標為z-1)、多個具有系數(shù)71、73、...、77(標為C0、C1、...、Cn)的第一數(shù)學(xué)運算器(乘法器)、多個第二數(shù)學(xué)運算器(加法器)92、94、96、多個第二延遲寄存器82、84、...、86(各標為z-1)和多個具有系數(shù)83、87(標為B1、...、Bn)的第三數(shù)學(xué)運算器(乘法器)。第一延遲寄存器72、74、76各保存電壓誤差VEdk以前的一個采樣，這個采樣再用系數(shù)71、73、77中的一個相應(yīng)系數(shù)加權(quán)。類似地，第二延遲寄存器82、84、86各保存輸出PWM′k以前的一個采樣，這個采樣再用系數(shù)83、87中的一個相應(yīng)系數(shù)加權(quán)。加法器92、94和96將經(jīng)加權(quán)的輸入和輸出采樣合并在一起?？梢岳斫?，IIR濾波器內(nèi)可以包括多一些的延遲寄存器和系數(shù)，而圖3中只是示范性地示出了有限的幾個。圖3中所示的數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)是以下傳遞函數(shù)G(z)的示范性實現(xiàn)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>誤差控制器62接收多個反映ADC 40和數(shù)字濾波器的誤差狀況的輸入信號。具體地說，誤差控制器62接收來自ADC 40的分別反映輸出電壓Vo高于和低于ADC電壓窗口的HIGH和LOW飽和信號。數(shù)學(xué)運算器(加法器)92、94、96各向誤差控制器62提供一個反映數(shù)學(xué)運算器的溢出狀況(即，進位比特)的溢出信號。數(shù)字濾波器還包括在到達上、下范圍極限時對輸出PWM′k限幅的范圍限制器81。在這種情況下，范圍限制器81為誤差控制器62提供相應(yīng)的極限信號。
誤差控制器62用這些輸入信號改變數(shù)字濾波器的操作，以便改善數(shù)字濾波器對改變的負載狀況的響應(yīng)性。誤差控制器62與各個第一延遲寄存器72、74、76和第二延遲寄存器82、84、86連接，以使得能對存儲在其中的值復(fù)位和/或預(yù)置。如在這里所使用的，“復(fù)位”是指將值設(shè)置為初始值(例如，零)，而“預(yù)置”是指將值設(shè)置為另一個預(yù)定數(shù)值。特別是，誤差控制器62可以用改變電源特性的預(yù)定值代替電壓誤差VEdk和輸出PWM′k以前的采樣。誤差控制器62接收需用作系數(shù)71、73、...、77和83、...、87的數(shù)據(jù)值作為外部輸入。可以理解，可以通過為系數(shù)71、73、...、77和83、...、87選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)值對數(shù)字濾波器的特性進行編程。
數(shù)字控制器還包括允許在PWM′k輸出信號和誤差控制器62所提供的預(yù)定輸出信號之間進行選擇的多路轉(zhuǎn)換器64。誤差控制器62所提供的選擇信號確定讓哪個信號通過多路轉(zhuǎn)換器64。在ADC 40進入HIGH或LOW飽和時，誤差控制器62通過控制多路轉(zhuǎn)換器64將PWM′k信號設(shè)置為特定的預(yù)定值(或一系列部分取決于以前采樣的值)。為了從這種狀況平滑地恢復(fù)，誤差控制器也可以通過再加載多個第一延遲寄存器72、74、76和多個第二延遲寄存器82、84、86，改變這些經(jīng)延遲的輸入和輸出采樣。這將保證反饋環(huán)路在ADC 40從飽和恢復(fù)時的受控特性。
舉例來說，如果ADC 40所遭受的是正飽和，即LOW信號從低電平狀態(tài)改變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，就可以將PWM′k采樣復(fù)位為零，以有助于減小誤差。通過將PWM′k采樣復(fù)位為零，傳送給電源10的高側(cè)功率開關(guān)12的脈寬趨于零，從而有效地斷開對電阻性負載20(見圖1)的供電。為了從這種情況平滑地恢復(fù)，也可以將采樣PWM′k-1、PWM′k-2、...、PWM′k-n復(fù)位為零或者預(yù)置為另一值以便允許平滑恢復(fù)。類似地，如果ADC 40所遭受的是負飽和，即HIGH信號從低電平狀態(tài)改變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，就可以將PWM′k采樣預(yù)置為最大值，以增大傳送給高側(cè)功率開關(guān)12的脈寬，減小誤差。此外，在發(fā)生數(shù)字濾波器內(nèi)部數(shù)字溢出時，誤差控制器62可以采取措施防止電源功率開關(guān)的不受控制的命令，諸如改變數(shù)字濾波器的輸入和輸出采樣。
在本發(fā)明的一個實施例中圖1的開關(guān)式電源還包括設(shè)置在電子系統(tǒng)的耗電點處的負載點(POL)調(diào)整器。電源控制系統(tǒng)包括多個同樣的POL調(diào)整器、至少一個與多個POL調(diào)整器連接的數(shù)據(jù)總線和一個接到數(shù)據(jù)總線上適合向多個POL調(diào)整器發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)和從多個POL調(diào)整器接收數(shù)字數(shù)據(jù)的系統(tǒng)控制器。系統(tǒng)控制器通過串行總線傳送數(shù)據(jù)以便用系數(shù)71、73、...、77和83、...、87的值對數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)G(z)進行編程。
現(xiàn)在參見圖4，圖中示出了按照本發(fā)明的實施例設(shè)計的POL控制系統(tǒng)100。具體地說，POL控制系統(tǒng)100包括系統(tǒng)控制器102、前端調(diào)整器104和配置成一個陣列的多個POL調(diào)整器106、108、110、112和114。在這里所示出的POL調(diào)整器包括但不局限于負載點調(diào)整器、負載供電調(diào)整器、DC/DC變換器、電壓調(diào)整器和熟悉該技術(shù)的人員通常所知的所有其他可編程電壓或電流調(diào)整裝置。在一些單獨的POL調(diào)整器之間配置有設(shè)備內(nèi)部接口，用來控制諸如電流共享或并行工作之類的特定相互作用，例如配置在POL0 106與POL1 108之間的電流共享接口(CS1)和配置在POL4 112與POLn 114之間的CS2。在圖4所示的這個示范性配置中，POL0 106和POL1 108以并行模式工作，產(chǎn)生電流能力增大的輸出電壓Vo1，POL2 110產(chǎn)生輸出電壓Vo2，而POL4 112和POLn 114也以并行模式工作，產(chǎn)生輸出電壓Vo3，當(dāng)然可以理解，可以有益地使用其他POL調(diào)整器組合和其他數(shù)量的POL調(diào)整器。
前端調(diào)整器104通過中間電壓總線為這些POL調(diào)整器提供中間電壓，前端調(diào)整器14可以就是另一個POL調(diào)整器。系統(tǒng)控制器102和前端調(diào)整器104可以集成在單個單元內(nèi)，也可以配置成分開的器件?；蛘?，前端調(diào)整器104可以通過多個中間電壓總線為這些POL調(diào)整器提供多個中間電壓。系統(tǒng)控制器102可以從中間電壓總線獲得它的功率。
系統(tǒng)控制器102通過在圖4中示為synch/data(同步/數(shù)據(jù))總線的單向或雙向串行總線寫入和/或讀出數(shù)字數(shù)據(jù)(無論同步還是異步地)與這些POL調(diào)整器通信。Synch/data總線可以包括允許數(shù)據(jù)異步發(fā)送的雙線串行總線(例如，I2C)或允許數(shù)據(jù)同步發(fā)送(即，與時鐘信號同步)的單線串行總線。為了對陣列內(nèi)任何指定的POL尋址每個POL用一個可以是硬連線或其他方法設(shè)定的唯一地址加以標識。例如，系統(tǒng)控制器102通過synch/data總線傳送數(shù)據(jù)，以對每個POL調(diào)整器的數(shù)字濾波器傳遞函數(shù)G(z)系數(shù)進行編程。系統(tǒng)控制器102還通過在圖4中示為Ok/fault(正確/故障)總線的第二單向或雙向串行總線與這些POL調(diào)整器通信，進行故障管理。通過將多個POL調(diào)整器接到一個共同的OK/fault總線上將它們組合在一起，允許這些POL調(diào)整器在有故障狀況的情況下具有相同的行為。此外，系統(tǒng)控制器102還通過用戶接口總線與對POL控制系統(tǒng)10進行編程、設(shè)置和監(jiān)視的用戶系統(tǒng)通信。最后，系統(tǒng)控制器102通過單獨的線與前端調(diào)整器104通信，以禁止前端調(diào)整器工作。
圖5中詳細地示出了POL控制系統(tǒng)10的示范性POL調(diào)整器106。圖4中的其他POL調(diào)整器具有基本上相同的配置。POL調(diào)整器106包括電源變換電路142(例如，為圖1的開關(guān)式電源)、串行接口144、POL控制器146、默認配置存儲器148和硬連線設(shè)置接口150。電源變換電路142按照通過串行接口144接收到的設(shè)置、硬連線設(shè)置150或默認設(shè)置將輸入電壓(Vi)變換為所希望的輸出電壓(Vo)。電源變換電路142還可以包括輸出電壓、電流、溫度及其他用來進行局部控制和通過串行接口144傳回系統(tǒng)控制器的參數(shù)的監(jiān)控傳感器。電源變換電路142還為獨立應(yīng)用產(chǎn)生Power Good(電源好，PG)輸出信號，以便提供簡化的監(jiān)控功能。串行接口144通過synch/data和OK/fault串行總線向系統(tǒng)控制器102發(fā)送命令和消息。默認配置存儲器148存儲在沒有通過串行接口144或硬連線設(shè)置接口150接收到編程信號的情況下的POL調(diào)整器106的默認配置。默認配置選擇成使得POL調(diào)整器106在沒有編程信號的情況下在“安全”狀態(tài)下工作。
硬連線設(shè)置接口150與外部連接通信，以在不用串行接口144的情況下對POL調(diào)整器編程。硬連線設(shè)置接口150可以包括作為輸入的POL的地址設(shè)置(Addr)，以按地址(即，POL的標識符)改變或設(shè)置其中的一些設(shè)置，例如，相移、啟用/停用比特(En)、修整(TRIM)、VID代碼比特，以及選擇對不同的輸出濾波器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的不同的(預(yù)定義的)數(shù)字濾波器系數(shù)組。此外，地址還在通過串行接口144進行通信操作期間標識POL調(diào)整器。配平輸入允許連接一個或多個規(guī)定POL調(diào)整器輸出電壓電平的外部電阻。類似地，VID代碼比特可用來對POL調(diào)整器編程，以得到所希望的輸出電壓/電流電平。啟用/停用比特通過觸發(fā)成數(shù)字高電平/低電平信號使POL調(diào)整器接通/斷開。
POL控制器146接收和優(yōu)先化對POL調(diào)整器的設(shè)置。如果沒有通過硬連線設(shè)置接口150或串行接口144接收到設(shè)置信息，POL控制器146就接入存儲在默認配置存儲器148內(nèi)的參數(shù)。或者，如果通過硬連線設(shè)置接口150接收到設(shè)置信息，POL控制器146就應(yīng)用那些參數(shù)。因此，默認設(shè)置應(yīng)用于所有不能或沒有通過硬布線設(shè)置的參數(shù)。硬連線設(shè)置接口150接收到的設(shè)置可以被通過串行接口144接收到的信息蓋寫。因此，POL調(diào)整器可以以獨立模式、完全可編程模式或兩者結(jié)合的模式工作。這種編程的靈活性使多個不同的電源應(yīng)用能用單個一般的POL調(diào)整器來滿足，從而降低了成本，簡化了POL調(diào)整器的制造。
舉例來說，系統(tǒng)控制器102通過synch/data總線向特定的POL調(diào)整器106傳送數(shù)據(jù)值，供對數(shù)字濾波器系數(shù)編程用。串行接口144接收到這些數(shù)據(jù)值后就傳送給POL控制器146。POL控制器再將這些數(shù)據(jù)值與一些指令一起傳送給電源變換電路142，對數(shù)字濾波器系數(shù)進行編程。
圖6示出了POL控制系統(tǒng)100的示范性系統(tǒng)控制器102。系統(tǒng)控制器102包括用戶接口122、POL接口124、控制器126和存儲器128。用戶接口122通過用戶接口總線將消息發(fā)送給用戶和接收來自用戶的消息。用戶接口總線可以由使用標準接口協(xié)議的串行或并行雙向接口例如I2C接口提供。諸如監(jiān)測值或新的系統(tǒng)設(shè)置之類的用戶信息通過用戶接口122發(fā)送。POL接口124對通過synch/data和OK/fault串行總線給/來自POL調(diào)整器的數(shù)據(jù)進行變換。POL接口124通過synch/data串行總線發(fā)送設(shè)置數(shù)據(jù)和接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，而通過Ok/fault串行總線接收指出所連接的POL調(diào)整器中的至少一個POL調(diào)整器內(nèi)的故障狀況的中斷信號。存儲器128包括用來存儲對與系統(tǒng)控制器102連接的POL調(diào)整器的系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)(例如，輸出電壓、電流限制設(shè)置點，定時數(shù)據(jù)，等等)的非易失性存儲器。按需要任選的是，還可以將一個輔助的外部存儲器132與用戶接口122連接，以便為監(jiān)測數(shù)據(jù)或設(shè)置數(shù)據(jù)提供增大的存儲器容量。
控制器126與用戶接口122、POL接口124和存儲器128連接?？刂破?26具有將停用信號(FE DIS)傳送給前端調(diào)整器104的外部端口。在POL控制系統(tǒng)100啟動時，控制器126從內(nèi)部存儲器128(和/或外部存儲器132)讀出系統(tǒng)設(shè)置，據(jù)此通過POL接口124對POL調(diào)整器進行編程。每個POL調(diào)整器根據(jù)系統(tǒng)程序設(shè)計以規(guī)定的方式設(shè)置和啟動。在正常工作期間，控制器126對任何來自用戶或POL調(diào)整器的命令或消息解碼，予以執(zhí)行?？刂破?26監(jiān)視POL調(diào)整器的性能，將這信息通過用戶接口122報告給用戶。POL調(diào)整器還可以由用戶通過控制器126編程成對諸如過電流或過電壓狀況之類的故障執(zhí)行特定的自主反應(yīng)?；蛘撸梢詫OL調(diào)整器編程成只是將故障狀況報告給系統(tǒng)控制器102，由系統(tǒng)控制器102按照預(yù)先規(guī)定的設(shè)置確定適當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施，例如通過FE DIS控制線關(guān)斷前端調(diào)整器。
監(jiān)測部件130可以是按需要任選的，用來監(jiān)視電源系統(tǒng)的不是通過synch/data或OK/fault總線與控制器102連接的其他一個或多個電壓或電流電平的狀態(tài)。監(jiān)測部件130可以向控制器126提供這信息，以與涉及POL控制系統(tǒng)10的其他信息相同的方式通過用戶接口報告給用戶。這樣，POL控制系統(tǒng)10可以提供與電子系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)存在的電源系統(tǒng)的某些向后兼容性。
如以上所說明的那樣，系統(tǒng)控制器102具有與對POL控制系統(tǒng)的性能進行編程和監(jiān)視的用戶系統(tǒng)通信的接口。用戶系統(tǒng)包括直接或者通過網(wǎng)絡(luò)與接口連接的計算機，它具有適合與系統(tǒng)控制器102通信的適當(dāng)軟件。如在該技術(shù)中所知，計算機配備有諸如基于MicrosoftWindowsTM界面之類的基于圖形的用戶界面(GUI)，含有可動的窗口、圖標和鼠標。GUI可以包括標準的經(jīng)預(yù)編程的表示文本和圖形的格式，如在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)通常所知的。從系統(tǒng)控制器102接收到的信息通過GUI顯示在計算機屏幕上，用戶可以通過對GUI的特定屏幕作一些改變來對POL控制系統(tǒng)的操作進行編程和監(jiān)視。
圖7例示了用來模擬POL調(diào)整器的操作的GUI的示范性屏幕。屏幕示出了具有與以上結(jié)合圖1所說明的示范性開關(guān)式電源10相應(yīng)的布局的POL調(diào)整器。POL調(diào)整器包括一對用MOSFET器件配置的功率開關(guān)、一個輸出電感器LO和一個電容器CO18。POL調(diào)整器的輸出端通過π型濾波器與負載電阻RL連接，π型濾波器由串聯(lián)的電感L1和內(nèi)阻RL1、處在π型濾波器第一端的電容C1和內(nèi)阻RC1和處在π型濾波器第二端的電容C2和內(nèi)阻RC2組成。POL調(diào)整器還包括為功率開關(guān)提供PWM驅(qū)動信號和接收作為反饋信號的輸出電流ILO和輸出電壓VO的控制電路。輸出電壓可以通過設(shè)置一個開關(guān)從傳輸線任何一端檢測。
GUI使用戶可以定義POL調(diào)整器的各個參數(shù)的值，以便模擬它的工作情況。每個用戶可定義的參數(shù)包括一個允許用戶輸入所希望的數(shù)據(jù)值的欄。用戶可以諸如通過定義π型濾波器的第一端的電壓V1、π型濾波器第二端的電壓V2、電壓延遲、上升和下降時間以及功率開關(guān)驅(qū)動脈沖的寬度和周期選擇輸出電壓的參數(shù)。用戶也可以選擇負載分配參數(shù)，包括定義π型濾波器的電阻、電容和電感。用戶也可以定義負載電阻和負載電流特性。
一旦用戶為POL調(diào)整器選擇了所希望的參數(shù)后，GUI就可以根據(jù)所選用的參數(shù)執(zhí)行模擬。圖8例示了以圖形示出POL調(diào)整器的傳遞函數(shù)G(z)的GUI的示范性屏幕。傳遞函數(shù)以圖形示出了增益的幅度和相位隨頻率的改變情況。作為模擬的一部分，計算出數(shù)字PWM的數(shù)字濾波器的濾波器系數(shù)，顯示在屏幕上。用戶可以用調(diào)整傳遞函數(shù)的極點和零點的滑動電位器改變增益曲線的形狀，可以反復(fù)對POL調(diào)整器進行模擬，直到性能結(jié)果滿足要求。于是，用戶能選擇一個適當(dāng)?shù)陌粹o將所選擇的數(shù)字濾波器系數(shù)用于在一個特定的印刷電路板上的單個POL調(diào)整器或一個POL調(diào)整器組或所有的POL調(diào)整器組。這個操作會使所選擇的濾波器系數(shù)存儲在系統(tǒng)控制器102內(nèi)所含的非易失性存儲器內(nèi)，再通過synch/data總線如以上所說明的那樣傳送給每個適當(dāng)?shù)腜OL調(diào)整器。
從上面對分布式電源系統(tǒng)內(nèi)數(shù)控開關(guān)式電源的數(shù)字濾波器補償系數(shù)進行編程的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實施例的說明中，熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員顯然可以看到業(yè)已實現(xiàn)了這種系統(tǒng)的一定優(yōu)點。也應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以對這些實施例進行各種修改、調(diào)整和替換。本發(fā)明進一步由以下權(quán)利要求書定義。
權(quán)利要求
1.一種電源控制系統(tǒng)，所述電源控制系統(tǒng)包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合響應(yīng)反饋測量結(jié)果控制所述至少一個功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器的負載點(POL)調(diào)整器，所述數(shù)字控制器進一步包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器；一個與所述多個POL調(diào)整器有效連接的串行數(shù)據(jù)總線；以及一個與所述串行數(shù)據(jù)總線連接的適合通過所述串行數(shù)據(jù)總線向所述多個POL調(diào)整器傳送數(shù)字數(shù)據(jù)的系統(tǒng)控制器，所述數(shù)字數(shù)據(jù)包括用于對所述多個濾波器系數(shù)編程的編程數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1的電源控制系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)控制器還包括適合從中接收所述編程數(shù)據(jù)的用戶接口。
3.權(quán)利要求1的電源控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字濾波器還包括一個無限沖激響應(yīng)濾波器。
4.權(quán)利要求3的電源控制系統(tǒng)，其中所述無限沖激響應(yīng)濾波器提供以下傳遞函數(shù)G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>其中PWM(z)為數(shù)字控制輸出，VEd(z)為誤差信號，而所述多個濾波器系數(shù)包括作為輸入側(cè)濾波器系數(shù)的C0、...、Cn和作為輸出側(cè)濾波器系數(shù)的B1、...、Bn。
5.權(quán)利要求1的電源控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字控制器還包括一個提供表示所述反饋測量結(jié)果與基準值之間的差的數(shù)字誤差信號的模數(shù)變換器，所述數(shù)字濾波器根據(jù)當(dāng)前和以前的誤差信號與以前的控制輸出之和提供數(shù)字控制輸出；一個適合根據(jù)誤差狀況修改所述數(shù)字濾波器的操作的誤差控制器；以及一個向所述至少一個功率開關(guān)提供控制信號的數(shù)字脈寬調(diào)制器，所述控制信號具有與所述數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈寬。
6.一種控制多個負載點(POL)調(diào)整器的方法，每個POL調(diào)整器包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合響應(yīng)反饋測量結(jié)果控制所述至少一個功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器，所述方法包括下列步驟接收用于對所述多個濾波器系數(shù)編程的編程數(shù)據(jù)；通過與所述多個POL調(diào)整器有效連接的公共數(shù)據(jù)總線串行發(fā)送所述編程數(shù)據(jù)；以及按照所述編程數(shù)據(jù)對所述多個POL調(diào)整器中的相應(yīng)POL調(diào)整器的所述多個濾波器系數(shù)編程。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述接收步驟還包括接收來自用戶的所述編程數(shù)據(jù)。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述編程步驟還包括將所述數(shù)字濾波器編程成提供以下傳遞函數(shù)G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>其中PWM(z)為數(shù)字控制輸出，VEd(z)為誤差信號，而所述多個濾波器系數(shù)包括作為輸入側(cè)濾波器系數(shù)的C0、...、Cn和作為輸出側(cè)濾波器系數(shù)的B1、...、Bn。
9.一種負載點調(diào)整器，所述負載點調(diào)整器包括一個適合將中間電壓變換為輸出電壓的電源變換電路，所述電源變換電路包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合響應(yīng)反饋測量結(jié)果控制所述至少一個功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器；一個適合傳送來自與之連接的外部串行數(shù)據(jù)總線的編程信息的串行數(shù)據(jù)總線接口；以及一個與所述串行數(shù)據(jù)總線接口和所述電源變換電路連接的控制器，所述控制器適合根據(jù)通過所述串行數(shù)據(jù)總線接口接收到的編程數(shù)據(jù)確定所述多個濾波器系數(shù)。
10.權(quán)利要求9的負載點調(diào)整器，其中所述數(shù)字控制器還包括一個提供表示所述輸出測量結(jié)果與基準值之間的差的數(shù)字誤差信號的模數(shù)變換器，所述數(shù)字濾波器根據(jù)當(dāng)前和以前的誤差信號與以前的控制輸出之和提供數(shù)字控制輸出；一個適合根據(jù)誤差狀況修改所述數(shù)字濾波器的操作的誤差控制器，以及一個向所述至少一個功率開關(guān)提供控制信號的數(shù)字脈寬調(diào)制器，所述控制信號具有與所述數(shù)字控制輸出相應(yīng)的脈寬。
11.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述模數(shù)變換器還包括一個窗式快速模數(shù)變換器。
12.權(quán)利要求11的負載點調(diào)整器，其中所述窗式快速模數(shù)變換器提供反映所述模數(shù)變換器負飽和的HIGH信號和反映所述模數(shù)變換器正飽和的LOW信號。
13.權(quán)利要求9的負載點調(diào)整器，其中所述數(shù)字濾波器還包括一個無限沖激響應(yīng)濾波器。
14.權(quán)利要求13的負載點調(diào)整器，其中所述無限沖激響應(yīng)濾波器提供以下傳遞函數(shù)G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1·z-1+C2·z-2+...+Cn·z-n1-B1·z-1-B2·z-2-...-Bn·z-n]]>其中PWM(z)為數(shù)字控制輸出，VEd(z)為誤差信號，C0、...、Cn為輸入側(cè)系數(shù)，而B1、...、Bn為輸出側(cè)系數(shù)。
15.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述數(shù)字濾波器還包括一個適合在達到上或下范圍極限時對所述數(shù)字控制輸出進行限幅的范圍限制器。
16.權(quán)利要求15的負載點調(diào)整器，其中所述范圍限制器在達到所述上或下范圍極限時向所述誤差控制器提供極限信號。
17.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述數(shù)字控制器還包括一個與所述誤差控制器和所述數(shù)字濾波器連接的多路轉(zhuǎn)換器，所述誤差控制器根據(jù)所述誤差狀況向所述多路轉(zhuǎn)換器提供傳送給所述數(shù)字脈寬調(diào)制器的替代數(shù)字控制輸出。
18.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述誤差控制器還適合根據(jù)所述誤差狀況用預(yù)定值來預(yù)置所述以前的誤差信號中的至少一個誤差信號。
19.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述誤差控制器還適合根據(jù)所述誤差狀況用預(yù)定值來預(yù)置所述以前的控制輸出中的至少一個控制輸出。
20.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述誤差控制器還適合根據(jù)所述誤差狀況將所述以前的誤差信號中的至少一個誤差信號復(fù)位為初始值。
21.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述誤差控制器還適合根據(jù)所述誤差狀況將所述以前的控制輸出中的至少一個控制輸出復(fù)位為初始值。
22.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述誤差狀況還包括所述模數(shù)變換器飽和。
23.權(quán)利要求10的負載點調(diào)整器，其中所述誤差狀況還包括所述數(shù)字濾波器數(shù)學(xué)溢出。
24.一種對包括多個負載點(POL)調(diào)整器的電源控制系統(tǒng)編程的方法，每個POL調(diào)整器包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合響應(yīng)反饋測量結(jié)果控制所述至少一個功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器，所述方法包括下列步驟顯示至少一個模擬示范性負載點調(diào)整器的操作的屏幕，所述至少一個屏幕包括用戶可為所述至少一個負載點調(diào)整器的特性選擇的值；接收用戶輸入以選擇所述用戶可選擇的值；計算與所述用戶輸入相應(yīng)的數(shù)字濾波器系數(shù)；以及有選擇地將與所述所計算的濾波器系數(shù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給所述多個負載點調(diào)整器中的至少一個負載點調(diào)整器，以對所述數(shù)字濾波器編程。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述用戶可選擇的值包括組件值、輸出電壓、輸出電流和負載中至少一個。
26.權(quán)利要求24的方法，所述方法還包括用與所述所計算的濾波器系數(shù)相應(yīng)的所述數(shù)據(jù)對所述至少一個負載點調(diào)整器的所述數(shù)字濾波器編程。
27.權(quán)利要求24的方法，其中所述有選擇地傳送的步驟還包括接收用戶輸入，以有選擇地將所述數(shù)據(jù)傳送給所述多個負載點調(diào)整器中的所選擇的一個負載點調(diào)整器、所述多個負載點調(diào)整器中的指配給一個組的多個負載點調(diào)整器和所述電源控制系統(tǒng)的所有所述多個負載點調(diào)整器。
全文摘要
提供了一種對分布式電源系統(tǒng)內(nèi)數(shù)控開關(guān)式電源的數(shù)字濾波器補償系數(shù)進行編程的方法和系統(tǒng)。分布式電源系統(tǒng)包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關(guān)和一個適合響應(yīng)反饋測量結(jié)果控制功率開關(guān)的操作的數(shù)字控制器的負載點(POL)調(diào)整器。數(shù)字控制器還包括一個具有由多個濾波器系數(shù)定義的傳遞函數(shù)的數(shù)字濾波器。串行數(shù)據(jù)總線與每個POL調(diào)整器連接。系統(tǒng)控制器接到串行數(shù)據(jù)總線上，適合通過串行數(shù)據(jù)總線向多個POL調(diào)整器傳送數(shù)字數(shù)據(jù)。數(shù)字數(shù)據(jù)包括用于對多個濾波器系數(shù)編程的編程數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器還包括適合從中接收編程數(shù)據(jù)的用戶接口。
文檔編號G06F1/32GK101076937SQ200580008019
公開日2007年11月21日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者阿萊恩·查普斯 申請人:大動力公司