CN101855819B - 双处理器电源 - Google Patents

Abstract

一种电源包括多个功率单元和与每个功率单元通信的主控制系统。该主控制器包括被配置为接收功率单元控制信息的控制处理器和与所述控制处理器通信的主机，其中所述主机被配置为接收命令和状态信息。

Description

双处理器电源

相关申请和优先权要求

本申请要求2007年9月24日提交的美国临时申请No.60/974,599和2007年9月25日提交的美国临时申请No.60/974,896的优先权，每个所述申请通过引用结合到本文中。

背景技术

本申请公开了一般地且在其各种实施例中涉及具有双处理器架构的电源和使用具有双处理器架构的电源的方法的发明。

在某些应用中，高电压、高电流电源利用模块功率单元(power cell)来处理源与负载之间的功率。此类模块功率单元可以应用于具有各种冗余度的给定电源以改善电源的可用性。可以结合控制系统以充当电源的用户、电源本身、与施加于电源的任何负载之间的接口。例如，图1示出具有九个此类功率单元的电源(例如AC电机驱动)的各种实施例。用具有输入端子A、B、和C；以及输出端子T1和T2的方框来表示图1中的功率单元。在图1中，变压器或其它多绕组装置110在其初级绕组112处接收三相中压功率，并经由单相逆变器(也称为功率单元)阵列向诸如三相AC电机的负载130递送功率。由在本文中称为“相群”的一组串联连接的功率单元来馈送电源输出的每相。

变压器110包括激励多个次级绕组114～122的初级绕组112。尽管初级绕组112被示为具有星形结构，但网状结构也是可行的。此外，尽管次级绕组114～122被示为具有三角形或扩展三角形结构，但如授予Hammond的美国专利No.5,625,545中所述，可以使用其它结构的绕组，该美国专利的公开内容整体地通过引用结合到本文中。在图1的示例中，存在用于每个功率单元的单独次级绕组。然而，图1所示的功率单元和/或次级绕组的数目仅仅是示例性的，且其它数目也是可行的。在美国专利No.5,625,545中公开了关于此类电源的附加细节。

在变压器110与负载130之间连接有任何行列(rank)数目的功率单元。图1的上下文中的“行列”被视为三相组，或跨越功率递送系统的三相中的每一相建立的一组三个功率单元。参照图1，行列150包括功率单元151-153，行列160包括功率单元161-163，且行列170包括功率单元171-173。主控制系统195通过光纤或另一有线或无线通信介质190向本地控制机构发送命令信号并从每个单元接收状态/反馈信息。相似地，通信介质192被主控制系统195用于与电源的用户通信。可以从用户接收命令，且可以向用户返回任何状态/反馈信息。如通信介质190的情况一样，通信介质192可以是光纤或另一有线或无线介质。应注意的是图1所描绘的每相的单元的数目是示例性的，在各种实施例中可以有多于或少于三个的行列。

图2示出表示图1的功率单元的各种实施例的功率单元210的各种实施例。功率单元210包括三相二极管桥式整流器212、一个或多个直流(DC)电容器214、以及H桥逆变器216。整流器212将在单元输入端218处(即在输入端子A、B和C处)接收到的交流(AC)电压转换成跨越整流器212的输出而连接的每个电容器214所支持的基本恒定的DC电压。功率单元210的输出级包括H桥逆变器216，该H桥逆变器216包括两个极，左极和右极，每个极具有两个开关装置。逆变器216使用H桥逆变器216中的半导体装置的脉宽调制(PWM)将DC电容器214两端的DC电压转换成该单元输出端220处(即跨越输出端子T1和T2)的AC输出。

如图2所示，功率单元210还可以包括连接在单元输入端218与整流器212之间的熔丝222。熔丝222可以用于帮助在短路故障的情况下保护功率单元210。根据其它实施例，功率单元210与授予Hammond和Aiello的美国专利No.5,986,909及其衍生美国专利No.6,222,284中所述的那些功率单元相同或类似，所述美国专利的公开内容整体地通过引用结合到本文中。

返回图1，主控制系统195包括单个处理器，该处理器接收与电源相关的操作信息(电压、电流等)、处理该信息、并基于已处理信息生成命令以控制电源的操作。

在许多应用中，给定电源的用户和/或所有者利用与该电源相关的信息来控制在该电源外部的一个或多个系统的操作，并且还利用与所述一个或多个系统相关的信息来控制该电源的操作。对于此类实施方式，处理器接收并处理与电源相关的操作信息，以及与在电源外部的该一个或多个系统相关的信息。

对于某些此类应用，所述单个处理器还可以提供对电源的实时控制。然而，对于其中存在处理并提供更多外部信息的要求的其它应用而言，所述单个处理器在仍保持对电源的实时控制的同时所能够处理并提供的数据量方面受到限制。

发明内容

在一个一般方面，本申请公开了一种电源。该电源包括多个功率单元和与每个功率单元通信的主控制系统。该主控制器包括被配置为接收功率单元控制信息的控制处理器和与所述控制处理器通信的主机，其中所述主机被配置为接收命令和状态信息。

在另一个一般方面，本申请公开了一种用于控制电源的方法，该方法包括在所述电源的第一处理器处接收驱动信息，基于所述功率单元控制信息来生成第一控制命令，在所述电源的第二处理器处接收命令和状态信息，基于所述命令和状态信息来生成指令，将该指令传送到第一处理器，并基于该指令来生成第二控制命令。

附图说明

在本文中结合附图以示例的方式描述本发明的各种实施例。

图1示出电源的各种实施例；

图2示出图1的电源的功率单元的各种实施例；

图3示出具有双处理器架构的电源的各种实施例；以及

图4示出用于控制电源的方法的各种实施例。

具体实施方式

应理解的是本发明的至少某些附图和说明已被简化为集中于与清楚理解本发明有关的元素，同时，出于明了的目的，消除本领域技术人员将认识到的也可以包括本发明的一部分的其它元素。然而，由于此类元素在本领域中众所周知，并且由于这些元素不一定促进对本发明的更透彻理解，所以在本文中未提供此类元素的说明。

图3示出关于电源230中的主控制系统的各种实施例。电源230类似于图1的多单元电源，但包括克服了基于单个处理器的系统的限制的不同主控制系统232。如图3所示，主控制系统232包括现场可编程门阵列(FPGA)、与FPGA通信的控制处理器、电可编程逻辑器件(EPLD)、以及主机。主控制系统232还包括并行总线，并且FPGA、EPLD、以及主机每个都被连接到所述并行总线。

根据各种实施例，FPGA是基于RAM的且被配置为用于与一个或多个数字模拟转换器(DAC)、一个或多个模拟数字转换器(ADC)、功率单元旁路系统(旁路)、多个功率单元(单元)、编码器、一个或多个输入/输出接口(临界I/O)、以及内部网络(驱动/驱动)通信。

可以利用所述数字模拟转换器来将所选的数字信号转换成模拟信号。可以利用所述一个或多个模拟数字转换器来将各种模拟信号(例如电压振幅、电流振幅、单元温度等)转换成数字信号。可以利用所述功率单元旁路系统来绕过电源230的一个或多个故障功率单元。电源230的每个功率单元将操作信息发送到FPGA，并经由FPGA来接收操作命令。所述编码器与电机(例如由电源驱动的电机)相关，将电机的旋转运动或位置转换成电子脉冲的代码，并将该电子脉冲传送到FPGA。所述一个或多个输入/输出接口可以被实现为例如开关、电位计等并允许电源230的用户和/或所有者定义电源230如何装配到较大系统中。可以利用所述内部网络来促进多个电源的互连。

共同地，可以将去往或来自DAC、每个ADC、功率单元旁路系统、每个功率单元、编码器、每个输入/输出接口、以及内部网络的信息视为“驱动”信息。该驱动信息可以包括与功率单元控制相关的特定信息。在操作中，FPGA对接收到的驱动信息执行逻辑操作，然后将结果得到的信息传递到控制处理器。控制处理器接收该结果得到的信息，处理该结果得到的信息，并基于已处理信息生成被传递到FPGA以便分发到适当接口(例如到给定ADC的接口、到给定功率单元的接口等)的操作命令。本质上，FPGA处理内部事务和到适当接口的唯一通信。所述控制处理器可以被实现为数字信号处理器，并连同FPGA一起提供控制负载(例如电机)的功能。如图3所示，该控制处理器可以被配置为用于与闪速存储器和/或随机存取存储器(RAM)通信。

根据各种实施例，EPLD与一个或多个通信模块(例如网络1、网络2等)、存储设备(NVRAM)、以及一个或多个ASCII串行设备(例如MODBUS、PROFIBUS等)通信。EPLD被实现为闪存设备。可以利用所述通信模块来允许电源使用标准通信协议通信。所述存储设备是非易失性存储设备，且可以用来存储用户和/或所有者不希望在掉电时丢失的信息(例如参数、历史等)。所述一个或多个串行接口允许EPLD通过多种不同的现场总线通信。

根据各种实施例，所述主机包括被安装到印刷电路板的处理器。所述主机被配置为用于与紧凑闪存设备、用户I/O接口、以太网接口、视频图形阵列(VGA)接口、小键盘接口、以及一个或多个USB接口通信。共同地，可以将各接口视为“非驱动”接口。共同地，可以将从这些接口接收到的任何信息视为“非驱动”信息或命令和状态信息。

可以利用所述紧凑闪存设备来存储由所述主机执行的程序。用户I/O可以允许用户请求和/或向主机提供信息。此类信息可以包括例如状态查询、电源参数配置、日志信息等。所述以太网接口可以被实现为例如RJ45以太网连接器，且可以用来允许主机跟与之相连的设备通信。所述VGA接口可以被实现为例如DB 15视频连接器，且可以用来驱动与之相连的给定显示器。所述小键盘接口可以被实现为例如RS485接口，且可以用来允许主机跟与之相连的小键盘通信。可以利用所述一个或多个USB接口来允许主机跟与之相连的一个或多个设备通信。例如，根据各种实施例，所述主机可以利用USB接口来与USB鼠标、USB键盘、USB跳跃驱动(jumpdrive)等通信。

在操作中，主机接收和/或提供命令和状态信息，执行系统程序，控制非驱动接口，控制连接到EPLD的模块/设备，并经由并行总线和FPGA将信息传送到控制处理器。提供给控制处理器的信息随后可以导致该控制处理器生成产生电源的操作变化的操作命令。此类信息可以包括例如电源230中的功率单元的数目的指示、可以绕过多少功率单元的指示、在电机达到特定速度时改变连接到电源230的电机的加速度的指令等。与控制处理器相比，所述主机不提供电机控制功能。

根据各种实施例，如图3所示，主控制系统232还可以包括连接到并行总线的通用串行总线(USB)客户端。可以利用USB客户端来对接在与之相连的单独个人计算机上运行的工具。例如，现场服务技术员可以利用USB客户端来将诊断工具对接到主控制系统232。

图4示出用于控制电源的方法300的各种实施例。出于简化的目的，将在将方法300用于电源230的上下文中对该方法300进行描述。

过程在方框310处开始，在那里，由FPGA接收功率单元控制(或“驱动”)信息。从方框310，过程前进到方框320，在那里，FPGA对功率单元控制信息执行逻辑操作并将经操作的功率单元控制信息传送到控制处理器。从方框320，过程前进到方框330，在那里，控制处理器处理经操作的功率单元控制信息，并基于该经操作的功率单元控制信息生成控制命令。从方框330，过程前进到方框340，在那里，控制命令被经由FPGA传送到功率单元。从方框340，过程前进到方框350，在那里，功率单元接收控制命令，并基于该控制命令改变其操作。

从方框350，过程前进到方框360，在那里，主机接收命令和状态(或“非驱动”)信息。从方框360，过程前进到方框370，在那里，主机处理命令和状态信息，并基于已处理的命令和状态信息生成指令。从方框370，过程前进到方框380，在那里，指令被经由并行总线和FPGA传送到控制处理器。从方框380，过程前进到方框330，在那里，重复上文关于方框330、340和350所讨论的相同过程。基于所述命令和状态信息，在方框330处生成控制命令。根据各种实施例，第二控制命令可以仅仅是基于功率单元控制信息在方框330处生成的控制命令的修改，或者可以是完全不同的控制命令。从方框330，过程前进到方框340，在那里，第二控制命令被经由FPGA传送到至少一个功率单元。从方框340，过程前进到方框350，在那里，所述至少一个功率单元接收第二控制命令，并基于该第二控制命令改变其操作。

尽管在顺序过程的上下文中描述了方法300，但是应认识到所述序列可以改变，且可以并发和/或同时地执行该过程的某些步骤。例如，当FPGA在方框310处接收功率单元控制信息时，主机还可以在方框360处接收命令和状态信息。

因此，虽然在本文中已以示例的方式描述了本发明的几个实施例，但本领域的技术人员应认识到在不脱离随附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以实现对所述实施例的各种修改、变更、和改变。

Claims (15)

1.一种具有双处理器架构的电源，包括：

多个功率单元；以及

主控制系统，其与每个所述功率单元通信，其中所述主控制系统包括第一和第二处理器，

其中所述第一处理器包括被配置为接收功率单元控制信息的控制处理器；以及

其中所述第二处理器包括与所述控制处理器双向通信的主机，其中所述主机被配置为接收命令和状态信息。

2.权利要求1所述的电源，还包括与所述控制处理器通信的现场可编程门阵列。

3.权利要求2所述的电源，其中所述现场可编程门阵列被配置为将任何操作命令分发到适当的接口。

4.权利要求3所述的电源，其中所述适当的接口包括数字模拟转换器、模拟数字转换器、功率单元旁路、至少一个功率单元、编码器、输入／输出接口、以及内部网络中的至少一个。

5.权利要求2所述的电源，还包括连接到所述主机和所述现场可编程门阵列的并行总线。

6.权利要求5所述的电源，还包括连接到所述并行总线的电子可编程逻辑器件。

7.权利要求6所述的电源，其中所述电子可编程逻辑器件被配置为与通信模块、存储设备、以及一个或多个串行设备中的至少一个通信。

8.权利要求7所述的电源，其中所述电子可编程逻辑器件被配置为经由所述一个或多个串行设备通过多种不同的现场总线通信。

9.权利要求6所述的电源，其中所述电子可编程逻辑器件被配置为与主机通信。

10.权利要求1所述的电源，其中所述主机被配置为与紧凑闪存设备、用户输入／输出接口、以太网接口、视频图形阵列接口、小键盘接口、以及一个或多个通用串行总线接口中的至少一个通信。

11.一种用于控制具有双处理器架构的电源的方法，该方法包括：

在所述电源的第一处理器处接收控制信息；

基于所述控制信息来生成第一控制命令；

在所述电源的第二处理器处接收命令和状态信息；

基于所述命令和状态信息来生成指令；

将所述指令传送至所述第一处理器；以及

在所述第一处理器中基于所述指令来生成第二控制命令。

12.权利要求11所述的方法，其中接收驱动信息包括经由所述电源的现场可编程门阵列来接收控制信息。

13.权利要求11所述的方法，其中，传送指令包括经由所述电源的现场可编程门阵列来传送指令。

14.权利要求11所述的方法，还包括将以下各项中的至少一个传送至所述电源的功率单元：

基于接收到的控制信息生成的第一控制命令；以及

基于接收到的命令和状态信息生成的第二控制命令，其中所述第二命令是对所述第一命令的更新或完全新命令中的至少一个。

15.权利要求14所述的方法，还包括改变所述功率单元的操作。