CN102916574B - 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或者PB电源、一个数字电源控制器以及一个或多个并联的隔离功率级变换器，其特征在于所述的一组POL或者PB电源用于给负载供电；所述的隔离功率级变换器负责输入电压到总线电压的转换，并与所述的数字电源控制器通信，其内部没有控制器；所述的数字电源控制器监控系统中的POL或者PB，并根据隔离功率级变换器的类型进行监控。本发明可以降低成本，节省隔离功率级变换器的PCB空间，提高隔离功率级变换器的功率密度，提高轻载效率，并使整个系统的效率达到最优化。

Description

一种电源控制系统
技术领域
本发明涉及中间总线电源系统(IntermediateBusArchitecture,IBA)领域，具体地说是一种电源控制系统。它提出了新的一种系统架构和方法，用于实现中间总线供电系统中输入电压到总线电压的转换。
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。为了解决这些问题，中间总线结构的供电系统目前被广泛地采用。如图1所示，这是一个传统的中间总线结构电源系统，先采用一个隔离直流/直流变换器将输入电压转换为中间总线电压，然后采用多个非隔离的点负载电源(POL-PointofLoad)将中间总线电压转换成各种系统需要的供电电压。
一个典型的中间总线结构供电系统中，隔离直流/直流变换器将输入电压转换为总线电压，隔离直流/直流变换器可能是调整，半调整或者不调整的变换器。如果是调整的隔离直流/直流变换器，变换器内部会采样输出电压，然后与基准电压作比较，通过模拟的闭环控制使输出电压稳定在一个固定值，一般为+12V；如果是半调整的隔离直流/直流变换器，变换器内部会根据输入电压的变化，调节PWM信号的占空比，使输出电压的变化维持在小范围内；如果是不调整的隔离直流/直流变换器，输出电压为输入电压的一个固定变比。无论是否调整的隔离直流/直流变换器，其内部都需要有一个控制器，来产生PWM控制信号，一般控制器较为昂贵，而且占用PCB空间。如果系统功率较大，就需要将多个隔离直流/直流变换器并联使用来增大输出功率，此时需要每个变换器上面都有均流电路，来保证变换器并联使用时，每个变换器都输出相同的功率，但是均流电路会进一步占用PCB空间。
现在中间总线结构供电系统有了新的形式，如图2所示，是在传统中间总线结构电源系统中增加一个数字电源控制器(DigitalPowerController)，来对各个POL进行监控；在图3中，将传统中间总线结构供电系统中的POL改为功率级变换器(PB-PowerBlock)，PB内部没有控制器，PWM信号由数字电源控制器提供，这是中间总线供电系统的又一种形式。
上述中间总线电源系统中，采用POL(PointofLoad)或者PB(PowerBlock)将总线电压转换为不同的供电电压。如果采用POL，一般会采用单独的数字电源控制器控制多个POL的上电时序，输出电压，以及监控POL各种状态；如果采用PB，也需要数字电源控制器来监控。所以。传统的中间总线结构电源只能监控POL或者PB的状态，不能监控整个系统的状态。
发明内容
本发明要解决的是传统的中间总线式电源控制系统结构存在的上述问题，提出了一种新的电源控制系统的结构，旨在降低成本、提高系统效率和灵活性。
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POL或者PB电源、一个数字电源控制器以及一个或多个并联的隔离功率级变换器(IsolatedPowerBlock)，其特征在于所述的一组POL或者PB电源用于给负载供电；所述的隔离功率级变换器负责输入电压到总线电压的转换，并与所述的数字电源控制器通信，其内部没有控制器；所述的数字电源控制器监控系统中的POL或者PB，同时，所述的数字电源控制器采样每个隔离功率级变换器的电流，由软件来实现各个隔离功率级变换器之间的均流，并根据隔离功率级变换器的类型进行以下监控：如果是调整的隔离功率级变换器，数字电源控制器采样隔离功率级变换器的输出电压，然后内部做数字闭环控制，产生PWM信号使该输出电压稳定在一个固定值；如果是半调整的隔离功率级变换器，数字电源控制器采样隔离功率级变换器的输入电压，调节PWM信号的占空比，使输出电压的变化维持在小范围内；如果是不调整的隔离功率级变换器，数字电源控制器产生固定占空比的PWM信号，使输出电压为输入电压的一个固定变比。
本发明的电源控制系统具有以下优点：
1、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隔离功率级变换器的监控，隔离功率级变换器不需要控制器，这样可以降低整个电源系统实现的成本，同时可以节省隔离功率级变换器的PCB空间，提高隔离功率级变换器的功率密度。
2、本发明的隔离功率级变换器与所述的数字电源控制器通信，隔离功率级变换器可以向数字电源控制器传送输入电压、输入电流、输出电压和温度等状态信息，也可以传送过压、欠压、过流和过温等故障信息；同时数字电源控制器可以对隔离功率级变换器开关机。数字电源控制器可以根据负载情况来调节隔离功率级变换器的输出电压，以使整个系统的效率达到最佳，同时也使系统更为灵活。整个系统的故障检测和报告的功能也可以实现。
3、数字电源控制器有多个PWM通道，可以同时控制多个隔离功率级变换器，并且可以实现多个隔离功率级变换器交错并联工作。交错并联使用可以节省变换器外部滤波用的电感和电容，进而可以进一步降低成本。在轻载情况下，数字电源控制器可以关闭某些相位的隔离功率级变换器，从而进一步提高轻载效率。数字电源控制器内部可以通过软件实现多个隔离功率级变换器之间的均流。
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是现有采用隔离直流/直流变换器的中间总线电源系统的结构示意图。
图2是现有采用数字电源控制器的中间总线电源系统的结构示意图。
图3是现有采用数字电源控制器和PB的中间总线电源系统的结构示意图。
图4是本发明电源控制系统的结构示意图，其中隔离功率级变换器为单个。
图5是本发明电源控制系统的结构示意图，其中隔离功率级变换器为多个并联。
具体实施方式
参照图4，本发明的电源控制系统，由三大部分组成：一组POL或者PB电源，数字电源控制器(以下简称主控制器)和隔离功率级变换器(IsolatedPowerBlock)。
首先，系统中包括一组传统的POL或PB电源用来给负载供电；隔离功率级变换器负责输入电压到总线电压的转换，其内部没有控制器，需要外部提供PWM信号。隔离功率级变换器可以与主控制器进行串行通信。串行总线包括时钟线和信号线，串行通信方式可以是I2C或者SPI。
基于DSP或MCU的主控制器不仅用来控制和监控系统中的POL或者PB，还负责控制和监控隔离功率级变换器。主控制器来决定隔离功率级变换器为调整、半调整或者不调整。如果是调整的隔离功率级变换器，主控制器采样隔离功率级变换器的输出电压，然后内部做数字闭环控制，产生PWM信号使输出电压稳定在一个固定值；如果是半调整的隔离功率级变换器，主控制器采样隔离功率级变换器的输入电压，调节PWM信号的占空比，使输出电压的变化维持在小范围内；如果是不调整的隔离功率级变换器，主控制器产生固定占空比的PWM信号，使输出电压为输入电压的一个固定变比。主控制器可以通过串行通信读取隔离功率级变换器的输入电压、输入电流、输出电压、工作温度等状态信息。主控制器上还实现了基于PMBus的通信接口用来与上位机通信，通过上位机来设置系统的工作参数和监控系统的工作状态。
参照图5，系统中可以有多个隔离功率级变换器并联，数字电源控制器采样每个隔离功率级变换器的电流，由软件来实现各个隔离功率级变换器之间的均流，然后产生相对应的PWM信号，控制相对应的隔离功率级变换器。数字电源控制器可以实现隔离功率级变换器之间交错并联工作，如果系统输出功率较小，也可以关闭交错并联中的某些相的隔离功率级变换器，来进一步提高轻载效率。
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，包括一组点负载电源POL或者功率级变换器电源PB、一个数字电源控制器以及多个并联的隔离功率级变换器，其特征在于所述的一组POL或者PB电源用于给负载供电；所述的隔离功率级变换器负责输入电压到总线电压的转换，并与所述的数字电源控制器通信，其内部没有控制器；所述的数字电源控制器监控系统中的POL或者PB，同时，所述的数字电源控制器采样每个隔离功率级变换器的电流，由软件来实现各个隔离功率级变换器之间的均流，并根据隔离功率级变换器的类型进行以下监控：如果是调整的隔离功率级变换器，数字电源控制器采样隔离功率级变换器的输出电压，然后内部做数字闭环控制，产生PWM信号使该输出电压稳定在一个固定值；如果是半调整的隔离功率级变换器，数字电源控制器采样隔离功率级变换器的输入电压，调节PWM信号的占空比，使输出电压的变化维持在小范围内；如果是不调整的隔离功率级变换器，数字电源控制器产生固定占空比的PWM信号，使输出电压为输入电压的一个固定变比。
2.如权利要求1所述的电源控制系统，其特征在于所述的隔离功率级变换器与所述的数字电源控制器之间采用串行通信。
3.如权利要求2所述的电源控制系统，其特征在于所述的串行通信为I2C或者SPI方式。
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基于PMBus的通信接口与上位机通信，通过上位机来设置系统的工作参数和监控系统的工作状态。
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