CN101552548A - 一种电源控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源控制系统，包括一组POL电源、数字电源控制器和上位机，所述的数字电源控制器接收从上位机发送过来的标准PMBus命令，控制和监控系统中的多个POL电源，数字电源控制器使用DSP芯片上集成的各种外设来实现对系统中POL电源的控制和监控：通过ADC监控POL的输出电压；通过数字I/O来控制POL的开关状态并对多个POL变换器进行上、下电和/或排序控制；通过PWM输出滤波后的直流电平来TRIM每个POL的输出电压。本发明基于DSP的数字电源控制器使用芯片上集成的各种外设来实现对系统中POL电源的控制和监控，它们之间不需要使用PMBus进行通信，可以降低整个电源系统实现的成本。

Description

一种电源控制系统
技术领域
本发明涉及分布式电源系统(Distributed Power System)的控制和管理领域，尤其涉及分布式供电系统中多个直流-直流(DC-DC)变换器的控制领域。
背景技术
随着电子技术的发展，电子系统的复杂程度也越来越高，通常一个电子系统中需要的供电电源的种类也逐渐增多。通常一个电子系统可能需要12V，2.5V，1.8V和1.2V等不同的供电电压。同时，这些供电电源可能需要提供低电压大电流(如100A左右的输出电流)的输出。如此大的输出电流就要求供电电源在物理位置上应该尽可能的靠近负载，否则光是输电线路上的压降就能造成很大损耗并使电压输出稳压性能变差。为了解决这些问题，中间总线结构的供电结构目前被广泛地采用。在中间总线结构电源系统中，采用多个非隔离的点负载电源(POL-Point of Load)将中间总线电压转换成各种系统需要的供电电压。每个POL电源只给一个特定的负载供电，因此它在物理位置上可以尽可能地靠近负载来解决低压大电流输出应用中问题。
一个典型的分布式供电系统中可能包括很多个POL电源，如何对这些POL进行管理和控制就变成一个很重要的问题。为了更好的管理整个分布式供电电源系统，需要实现对其中的每个点负载电源的控制、排序和监控等功能。目前，业界提出了一个标准的通讯协议(PMBus)来实现这样一个功率控制系统的通信功能。如图1所示，这是一个典型的基于PMBus协议的电源控制系统，在这个系统中，一个基于DSP(Digital Signal Processor)或MCU(Micro Controller Unit)的数字电源控制器被用来与系统中的每个POL进行通信，从而实现对每个POL电源进行控制和监控。同时，用户可以通过上位机设定和查看系统的工作参数和工作状态。数字电源控制器和单个POL之间通过PMBus协议来进行通信。在采用这种结构的系统中，除了功率控制需要实现PMBus接口的功能之外，每个单独的POL也需要具备PMBus通信接口。由于传统的POL采用模拟技术实现，一般不具备PMBus通信接口，因此不能直接应用于这种系统中。实现这种分布式供电系统需要采用具有PMBus通信接口的POL模块，从而增加了整个系统的成本。
发明内容
本发明要解决的现有技术存在的上述问题，旨在提供一种新颖的电源控制系统。
解决上述问题采用的技术方案是：一种电源控制系统，包括一组给负载供电的POL电源、数字电源控制器和上位机，其特征在于所述的数字电源控制器接收从上位机发送过来的标准PMBus命令，控制和监控系统中的多个POL电源，数字电源控制器使用DSP芯片上集成的各种外设来实现对系统中POL电源的控制和监控：通过ADC监控POL的输出电压；通过数字I/O来控制POL的开关状态并对多个POL变换器进行上、下电和/或排序控制；通过PWM输出滤波后的直流电平来调整(TRIM)每个POL的输出电压。
本发明的电源控制系统，最大优点在于：基于DSP的数字电源控制器使用芯片上集成的各种外设来实现对系统中POL电源的控制和监控，它们之间不需要使用PMBus进行通信。系统中所使用的POL就不要具有PMBus通信接口，传统的POL可以直接应用于本系统中，这样可以降低整个电源系统实现的成本。
作为本发明的再进一步的改进，所述的数字电源控制器通过分页模式来实现对系统中每个POL模块的单独控制。每个主控制器所控制的POL电源的数量由数字信号处理芯片上集成的外设数量决定。
作为本发明的更进一步的改进，所述的数字电源控制器上还集成了非易失性存储器，用以保存系统运行的关键参数、状态信息以及其他用户自定义的变量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是现有技术的结构框图。
图2是本发明电源控制系统的结构框图。
图3是PWM输出接一级RC低通滤波器的示意图。
具体实施方式
参照图2，本发明的电源控制系统，包括一组给负载供电的POL电源、数字电源控制器和上位机，所述的数字电源控制器包括一个电源系统控制器、读写存贮器、地址存贮器和一组与受控的POL一一对应的ADC、数字I/O接口、PWM脉宽调制器。
本文所提到的数字电源控制器包括硬件和软件两部分，其硬件基础是通用的DSP或MCU，用来控制POL电源的ADC、数字I/O口以及PWM输出口是这类芯片上面集成的外围设备；通过一套运行于DSP或者MCU之上的一套相应的软件来实现数字电源控制器的各个功能。数字电源控制器接收上位机发送过来的标准PMBus命令，完成相对应的功能。
所述的数字电源控制器通过ADC采样POL的输出电压；通过数字I/O来控制POL的开关状态并对多个POL变换器进行上、下电和/或排序控制；通过PWM输出滤波后来闭环调节每个POL的输出电压。
通过数字电源控制器上集成的ADC口，除了采样每个POL的输出电压，还可以采样系统中其它各种模拟量的大小，如总线电压等等。
所述的数字电源控制器通过PMBus的通信接口与上位机通信，设置系统的工作参数和监控系统的工作状态。上位机上包含用户界面，可以设置主电源控制器的参数和监控系统的运行状态。整个系统的故障检测和报告的功能也可以实现。
所述的数字电源控制器需要通过一个I2C地址来控制多个POL电源，所以采用了分页模式来实现对多个POL的控制和管理。发送指令到所有页，则可以对系统中所有POL电源同时进行控制或者获取所有POL电源的状态信息。如果只需要对某一个POL电源进行控制和监控，则只需要将系统中的页指针设定到对应的页。每个控制器所控制的POL电源的数量由数字信号处理芯片上集成的外设数量决定。
所述的数字电源控制器上还集成了非易失性存储器，用以保存系统运行的关键参数、状态信息以及其他用户自定义的变量。
目前，有很多种方法可以实现POL电源的电压调整(TRIM)功能。由于传统的POL电源是一个闭环控制系统，将采样到输出电压与基准电压值做比较，得到的误差信息用来反方向调节PWM信号的占空比来保持输出电压稳定。所以，POL电源中电压调节功能通常是通过改变POL电源的基准电压或者电压采样的系数来实现的。
参照图3，本发明的数字电源控制器可以对系统中的多个POL电源进行闭环的输出电压(TRIM)调整。首先，通过芯片上的模数转换接口(ADC)采样每个POL模块的输出电压，并将结果与需要的输出电压进行比较，它们之间的误差信息通过PI调节器后将产生一个对应的控制电压送给模块的TRIM引脚用来调整POL的输出电压。该触发电压由模块上的PWM输出经过一级RC低通滤波器之后实现，电阻Rf和电容Cf组成了一个低通滤波器，而电阻R1可以用来限制输出电压触发的范围。
本发明的电源控制系统，有以下特点：
1、POL变换器不需要集成PMBus接口
采用该结构的数字电源控制系统可以控制多个通用的POL变换器(或者其他类型的DC-DC变换器)，POL变换器不需要集成PMBus接口，可以直接应用于本系统中。
2、采用PWM输出口来实现TRIM功能
通过数字电源控制器上的PWM输出端口来控制DC-DC变换器的电压调整功能。PWM输出经过一级RC低通滤波器之后，产生的直流量连接到DC-DC变换器的TRIM引脚，从而可以控制DC-DC变换器的输出电压。同时，通过利用DSP上的ADC采样输出电压，并将结果与期望的输出电压值比较，使用该误差信号来控制PWM输出的直流量大小，从而实现对DC-DC变换器输出电压的闭环触发控制。利用这种方法可以实现精确的输出电压控制，因此降低了对POL电压调整率的要求，从而节省采购POL的成本。
3、多个DC-DC变换器的上/下电排序控制
DSP数字输出端口输出连接到POL变换器的ON/OFF输入口，通过控制数字输出端口输出的高低电平则可以控制每个POL的ON/OFF状态。通过设置一组数字输出端口信号输出时刻之间的延时，则可以控制一组POL的上/下电排序控制。
4、在线更新系统固件的功能
Boot Loader功能可以通过上位机经由PMBus对控制软件进行现场升级。
5、故障检测和报告的功能
数字电源控制器通过PMBus的通信接口与上位机通信，可以实现系统中故障检测和报告的功能。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种电源控制系统，包括一组给负载供电的POL电源、数字电源控制器和上位机，其特征在于所述的数字电源控制器接收从上位机发送过来的标准PMBus命令，控制和监控系统中的多个POL电源，数字电源控制器使用DSP芯片上集成的各种外设来实现对系统中POL电源的控制和监控：通过ADC监控POL的输出电压；通过数字I/O来控制POL的开关状态并对多个POL变换器进行上、下电和/或排序控制；通过PWM输出滤波后的直流电平来TRIM每个POL的输出电压。
2、如权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于所述的数字电源控制器通过分页模式来实现对系统中每个POL模块的单独控制。
3、如权利要求2所述的电源控制系统，其特征在于每个主控制器所控制的POL电源的数量由数字信号处理芯片上集成的外设数量决定。
4、如权利要求1-3任何一项所述的电源控制系统，其特征在于所述的数字电源控制器上还集成了非易失性存储器，用以保存系统运行的关键参数、状态信息以及其他用户自定义的变量。
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