CN109980939B - 用于电子装置的供电单元和微处理器系统 - Google Patents

用于电子装置的供电单元和微处理器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109980939B
CN109980939B CN201811547359.5A CN201811547359A CN109980939B CN 109980939 B CN109980939 B CN 109980939B CN 201811547359 A CN201811547359 A CN 201811547359A CN 109980939 B CN109980939 B CN 109980939B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
supply unit
voltage
preparation
shutdown process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811547359.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109980939A (zh
Inventor
E·布杜克斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anbofu Technology 2 Co ltd
Original Assignee
Aptiv Technologies Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aptiv Technologies Ltd filed Critical Aptiv Technologies Ltd
Publication of CN109980939A publication Critical patent/CN109980939A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109980939B publication Critical patent/CN109980939B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/28—Supervision thereof, e.g. detecting power-supply failure by out of limits supervision
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3234—Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/3243—Power saving in microcontroller unit
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/462—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc as a function of the requirements of the load, e.g. delay, temperature, specific voltage/current characteristic
    • G05F1/465—Internal voltage generators for integrated circuits, e.g. step down generators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/30—Means for acting in the event of power-supply failure or interruption, e.g. power-supply fluctuations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—Plural DC voltage, e.g. DC supply voltage with at least two different DC voltage levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/16—Means for providing current step on switching, e.g. with saturable reactor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种用于电子装置的供电单元和微处理器系统，该供电单元包括包含可连接到初级电源的输入端子的输入部、包含可连接到电子装置的输出端子并且输出具有不同标称电压电平的至少两个次级电压的输出部、以及电力管理部。电力管理部被配置成在满足关闭条件时执行关闭过程，其中紧急关闭过程包括以受控方式将次级电压的每一个降低到预定的安全电平。

Description

用于电子装置的供电单元和微处理器系统
技术领域
本发明涉及一种用于电子装置，尤其是用于微处理器的供电单元，该供电单元具有：包括可连接到初级电源的输入端子的输入部，该初级电源输出初级电压；包括可连接到电子装置的输出端子并且输出具有不同标称电压电平的至少两个次级电压的输出部。
背景技术
诸如微处理器、网络开关、现场可编程门阵列等的电子装置通常需要提供多个不同的直流电压以进行适当的操作。例如，电子装置可以包括3V输入、1.5V输入和1.2V输入。用于这样的装置的供电单元从电池或电力网络接收初级电压并且将该初级电压变换成多个次级电压。通常，次级电压中的每一个都低于初级电压。初级电压的示例性电平是5伏、12伏、24伏和48伏。
必须注意，电子装置可以连接到分级系列的供电单元，其中系列中的至少一个供电单元如本公开中所描述的那样进行配置。
在系统启动过程期间，应从具有最高标称电平的电压开始依次接通次级电压。在系统关闭过程期间，次级电压不应相互“交叉”，即具有较高标称电平的次级电压应始终高于或等于具有较低标称电平的次级电压。如果不满足该要求，则可能损坏电子装置的集成电路。在当前的供电单元中，难以可靠地确保在任何时间保持预定的关断次序。此外，当前的关断次序可能需要很长的时间段。当微处理器要安装在汽车上时，这些问题尤其严重，因为电动车辆电力网络往往具有相对频繁和突然的电压降。
发明内容
本发明的目的是提供一种供电单元，即使在初级电压突然损失的情况下，该供电单元也保护与其相连的电子装置免受损坏。
根据本发明，电力管理部被配置成在满足关闭条件时执行关闭过程，其中关闭过程包括以受控方式将次级电压中的每一个降低到预定的安全电平。
尤其是，次级电压不是简单地关断，而是以受控方式主动地降低或下拉。因此，不必在随后的电压关断过程之间提供安全时间间隔。因此，关闭过程特别快。由于控制次级电压的下降沿，因此可以确保在任何情况下都满足预定的关断次序。因此，本发明增强了电子装置的安全性。
有利地，使用输入端子将初级电源的电能输入到供电单元中。输出端子可以输出次级电压，其中优选地，在不同的输出端子处输出不同的次级输出电压。
从下文的描述以及附图中可以看出本发明的有利实施方式。
关闭条件可以是例如从外部装置或用户接口接收到常规关闭命令。然而，根据本发明的优选实施方式，供电单元包括连接到电力管理部的电压监控部，电压监控部被配置成检测初级电压的损失并且在检测到初级电压损失时输出电力损失信号，其中关闭过程是在从电压监控部接收到电力损失信号时由电力管理部执行的紧急关闭过程。尤其是，电力损失信号的存在可以是关闭条件。
电力管理部优选被配置成在关闭过程期间降低次级电压，使得在次级电压达到安全电平之前，具有较高标称电压电平的次级电压的实际电平始终等于或者高于具有较低标称电压电平的次级电压的实际电平。因此，避免了可能导致所连接的电子电路损坏的不希望的电压“交叉”。当达到安全电平时，不必进一步控制各个电压的降低，因为非常低的电压的交叉对电子电路来说并不危险。虽然如此，但根据应用，可以提供直到电压电平为零的进一步控制。
如果检测到初级电压降低到预定电平以下，则优选地生成电力损失信号。例如，如果检测到初级电压的降低超过10％、超过20％、超过50％或超过70％，则可以生成电力损失信号。另外，优选地仅在初级电压降低到预定电平以下持续时间长于预定时间阈值时(例如，长于10μs、长于100μs或长于1ms或10ms)时生成电力损失信号。
电力管理部可以被配置成根据各自的预定时间进程在关闭过程期间控制次级电压的降低。预定的时间进程可以例如是通过表示各个次级电压的期望的降低的曲线图来提供的。因此，在关闭过程期间的任何时刻都知道所有次级电压的电压电平。因此，即使在时间上重叠的降低的情况下也可以避免电压交叉。
优选地，预定的时间进程至少实质上是线性进程。这使得实现相对容易。
根据本发明的实施方式，电力管理部被配置成(至少在预定的时间量或一直)在关闭过程期间同时降低次级电压。这种同时降低比顺序降低快得多。
尤其是，电力管理部可以被配置成在关闭过程期间同时开始次级电压的降低和/或被配置成降低次级电压，使得它们同时达到安全电平。因此，完全关闭的时间被最小化。在具有共同开始和共同到达安全电平的次级电压线性降低的情况下，排除了电压交叉。
原则上，电力管理部可以被配置成在关闭过程期间将具有较低标称电压的次级电压降低到安全电平并且仅在此之后开始降低具有较高标称电压的次级电压。该实施方式易于实现。尽管这种关闭过程总的来说是有顺序的，但它比在各个关断步骤之间涉及固定的安全时间间隔的关闭过程更快。
例如，可以使用下拉装置来执行降低次级电压。下拉装置可以包括连接到输出端子中的至少一个的开关(例如，晶体管)，其中，该开关可以将输出端子处的电压电平拉到预定的电压电平(例如，接地)。下拉装置还可以包括与开关串联连接的电阻器。然后，可以使用该电阻器的值来调节相应次级电压降低的速度。有利地，各输出端子连接到单独的下拉装置。在这种情况下，在紧急关闭过程中，开关可以一个接一个地闭合。首先，连接到具有最低标称次级电压的输出端子的开关闭合。然后，连接到具有最低标称次级电压的输出端子的开关闭合。重复该过程，直到连接到最高标称次级电压的开关闭合。可以预先计算降低的速度。闭合各个开关之间的时间间隔可以是预定的并且可以存储在电力管理单元的存储器中。可以同时降低一些或全部次级电压。因此，可以实现次级电压的受控并且快速的降低。
根据本发明的另一实施方式，关闭过程包括逐渐地应用各个衰减来降低次级电压。可以选择足够低的衰减量来排除电压交叉。逐渐降低特别容易实现，因为不需要反馈回路。在供电单元包括DC-DC转换器的情况下，可以执行DC-DC转换器的占空比的预编程的逐步减小以降低次级电压。
优选地，供电单元包括用于次级输出电压的每一个的单独的DC-DC转换器。换句话说，恰好一个DC-DC转换器仅与一个输出端子相连接。DC-DC转换器中的一些或全部可以包括电压传感器，该电压传感器确定由相应的DC-DC转换器输出的电压(即相应的次级电压)。电压传感器可以包括基于电阻器的分压器。原则上，供电单元可以包括用于次级输出电压的至少两个的公共DC-DC转换器。
电源的DC-DC转换器可以是降压转换器，即，逐步降低电压的逐步降压转换器。也可以使用降压-升压转换器或同步升压转换器。
电力管理部可以被配置成将电流(尤其是从输出部)重新注入到电压传感器以便在关闭过程期间降低次级电压。除输出部之外，单独的电流源可以提供重新注入的电流。通过这种重新注入，对相应的DC-DC转换器呈现比实际存在的更高的输出电压电平，从而导致次级电压的降低。换句话说，使DC-DC转换器相信次级电压高于其应有的电压。然后，DC-DC转换器将降低次级电压。因此可以实现对次级电压的掌控或控制。该过程对于模拟DC-DC转换器尤其有利。对于数字DC-DC转换器，可以使用计数器来减小每一步或每n步的脉冲宽度，n是自然数。
根据本发明的另一实施方式，关闭过程包括以反馈控制的方式降低次级电压。换句话说，电力管理单元可以监测次级电压并且可以包括控制回路，其中，控制回路允许次级电压的受控减小。尤其是，电力管理单元可以包括用于每个次级电压的控制回路。这种关闭过程尤其安全可靠。
供电单元可以被配置成允许在关闭过程期间向输入部的反向能量转移。
尤其是，供电单元可以包括具有相应的能量存储器(尤其是线圈)的多个DC-DC转换器，其中，电力管理部被配置成足够快地降低次级电压以允许从能量存储器到输入部的反向能量转移。如果相应的次级电压不能像占空比的变化那样快地降低，则线圈中的电流反转。因此，降压转换器可以成为升压转换器(具有反转的电能流动方向)。因此，电能被转移回输入部(例如，转移到输入端子)并且初级电压被稳定-至少在短时间段内，诸如大约100微秒(μs)。通过能量回收提供的这个额外时间在安全关闭过程方面是有利的。
为了允许电能转移回输入部，DC-DC转换器可以不包括二极管。通常用于DC-DC转换器的二极管可以用开关代替。供电单元中所使用的DC-DC转换器可以具有连接在初级电压与线圈的第一连接器之间的第一开关(例如，晶体管)。线圈的第二连接器可以连接到(或形成)输出端子。对于线圈的第一连接器，连接第二开关，该第二开关可以选择性地建立与参考电位(例如，接地)的连接。在参考电位与线圈的第二连接器之间可以设置电容器。当电能转移回输入部时，第一开关可以闭合(导通)，而第二开关可以断开(不导通)。
供电单元可以是模拟供电单元，其中，电力管理部被配置成通过在输出部处的电流注入在关闭过程期间降低次级电压。电流注入可以在输出部的电压测量部处进行。尤其是，输出部可以包括具有两个电阻器的分压器以控制输出电压。通过在两个电阻器之间，即在分压器的中间注入受控的电流，可以以简单且可预测的方式降低输出电压(如上所述)。上升的注入电流的进程定义了下降的次级电压的进程。
另选地，供电单元可以是具有分别提供次级电压的多个DC-DC转换器的数字供电单元，其中，电力管理部被配置成通过减小DC-DC转换器各自的占空比来在关闭过程期间降低次级电压。这提供了特别简单的实现。
数字供电单元通常包括使用切换技术的DC-DC转换器。这种DC-DC转换器通过暂时存储输入能量并且然后将该能量以不同的电压释放到输出端来将一个电压电平转换为另一电压电平。存储器可以包括诸如电感器和变压器的磁场存储组件或诸如电容器的电场存储组件。控制输出电压的优选技术是脉冲宽度调制(PWM)的方法，其中，通过以快速速率接通和断开电源与负载之间的开关来控制平均电压电平。与断开时段相比，开关接通的时间越长，输出电压越高。“接通”时间与规则时间间隔的比例称为“占空比”。低占空比对应于低输出功率。尤其是数字控制可以轻松地设置所需的占空比。
尤其是，减小各DC-DC转换器的各自占空比的预定时间进程存储在电力管理部的存储器中。在关闭过程期间，所存储的占空比的时间进程用于降低次级电压。另选地，也可以使用上述反馈/控制回路。响应于(例如，由控制回路测量的)次级电压，可以改变相应的DC-DC转换器的占空比以便控制相应的次级电压并且实现相应的次级电压的预定的时间进程。
根据本发明的另一实施方式，安全电平高于0mV且低于500mV，优选地，高于0mV且低于300mV或200mV。不必以受控的方式将次级电压降低到零，因为如果电压高于阈值水平，则仅预期由于电压交叉而引起的对电子电路的损坏。如果选择高于零的安全电平，则关闭过程会更快。此外，如果相应的次级电压未被控制到零，则电压调节器保持在完全可操作的状态。此外，如上所述的反向能量转移只有在输出端仍有能量时(即如果次级电压高于零)才会发生。
电压监控部和电力管理部可以形成在各自的集成电路内。但是，优选地，电压监控部和电力管理部形成在公共集成电路内。这提供了尤其紧凑和轻质的结构。
通过微处理器系统也满足上述目的，该微处理器系统具有微处理器和连接到该微处理器的供电单元，其中，供电单元如上所述进行配置。这种微处理器系统尤其适用于预期偶尔会损失电池电压的汽车应用。
本发明还涉及一种用于执行关闭连接到供电单元的电子装置的方法，其中，供电单元接收初级电压并且向电子装置输出具有不同标称电压电平的至少两个次级电压。
根据本发明，监测初级电压。如果检测到初级电压的损失，则以受控方式将次级电压的每一个降低到预定的安全电平。
这种方法尤其可以通过如上所述的供电单元来实现。
优选地，次级电压同时降低。
本发明还涉及一种具有电动车辆电力网络和如上所述的供电单元的机动车辆。供电单元连接到车辆电力网络并且使用车辆电力网络作为初级电源。机动车辆还包括微处理器，该微处理器电连接到供电单元的输出端子并且由供电单元供应电能。
参考本发明的供电单元的公开内容对于本发明的方法、本发明的微处理器系统和本发明的机动车辆也是如此。
附图说明
随后，参照附图，基于示例性实施方式来更详细地解释本发明，在附图中：
图1是根据现有技术的微处理器系统的示意图；
图2是用于说明图1所示的微处理器系统的系统启动过程和系统关闭过程的图；
图3例示了由于初级电压的突然损失而可能在根据图1的系统中发生的次级电压的进程的交叉；
图4是根据本发明的实施方式的微处理器系统的示意图；
图5例示了由根据图4的微处理器系统的供电单元执行的紧急关闭过程；
图6是示出根据图4的微处理器系统的供电单元的输出部的连接图；以及
图7是示出根据图4的微处理器系统的供电单元的电压转换器部的连接图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据现有技术的供电单元11。该供电单元11包括输入部13和输出部14。输入部13连接到初级电源，诸如电池(未示出)。输出部14连接到微处理器15。在输入部13处，预调节器17将初级电源所输出的初级电压变换为输入电压u0。例如，输入电压u0可以是5V。供电单元11的电力管理部19接收输入电压u0并且生成具有不同标称电压电平的多个次级电压u1-u5。电力管理部19可以包括智能供电电路。
在系统启动期间，次级电压u1-u5根据受控顺序一个接一个地接通，如图2的左侧部分所示。尤其是，最高次级电压u1是第一个要启动的次级电压u1。只有在u1达到其目标值之后，才允许下一个较低电压u2开始上升。该过程持续，直到最低次级电压u5达到其目标值。之后，允许微处理器15运行。
在系统关闭期间，次级电压u1-u5应以相反的次序关断，如图2右侧部分所示。为了避免微处理器15的半导体电路的潜在损坏，重要的是在关闭过程中的任何时候都满足关系u1>u2>u3>u4>u5。两个相应的次级电压也可以相等。
尤其是如果初级电源是汽车电池或车辆电力网络，则初级电压可能会丢失。如果预调节器17失去其供电，则它不能保持输入电压u0。然后，电力管理部19可以针对微处理器15运行断电顺序。但是，如图2右部所示的断电顺序需要相当长的时间。通常，输入电压u0的下降对于实现常规关闭顺序而言太快。在这种情况下，可能发生如图3所示的电压交叉。这种电压交叉(其中不再满足u1>u2>u3>u4>u5)可能损坏微处理器15并且必须在所有情况下都避免。
图4示出了根据本发明配置的供电单元21。与根据图1的供电单元11类似，图4所示的供电单元21包括连接到初级电源的输入部13和连接到微处理器15的输出部14。此外，供电单元21包括将初级电压转换为输入电压u0的预调节器27以及优选包括智能供电电路的电力管理部29。供电单元21接收输入电压u0并且生成具有不同标称电压电平的多个次级电压u1-u5。
电力管理部29的电压监控部30连接到预调节器27和电力管理部29。电压监控部30被配置成检测初级电压的损失并且在检测到初级电压的损失时输出电力损失信号33。优选地，预调节器27、电压监控部30和电力管理部29形成在公共集成电路内。
在从电压监控部30接收到电力损失信号33时，电力管理部执行紧急关闭过程，如下面参照图5所说明的。
在紧急关闭过程期间，次级电压u1-u5中的每一个以受控方式，优选地以反馈控制方式，降低到预定安全电平35。次级电压u1-u5的降低同时地而不是顺序地执行。尤其是，次级电压u1-u5的降低同时开始并且被控制使得次级电压u1-u5呈现线性下降，直到它们同时达到安全电平35。由于次级电压u1-u5同时降低，紧急关闭过程可以特别快速地进行。排除了不希望的电压交叉，因为所述降低是主动控制的并且遵循预定的时间进程。
此外，能量可以从输出部14转移回预调节器17导致输入电压u0的短期稳定36。这种短期稳定36为受控关闭过程提供了更多时间，例如大约0.1ms。因此，时间安全裕度增加。
安全电平35为零是可能的，但不是必须的。优选地，安全电平35略低于体二极管电压电平。例如，安全电平35可以以150mV为目标，以为常规肖特基二极管的300mV阈值提供安全裕度。低于安全电平35，即使发生电压交叉，也不存在破坏性能量脉冲的危险。
可以通过数字控制或模拟控制来监测次级电压u1-u5的同时降低。图6中示出了执行模拟控制的示例性方式。在输出部24处提供包括第一电阻器R1和第二电阻器R2的基于电阻器的分压器37。为了控制输出电压，由可控电流源39提供的控制电流被注入到电阻器R1与电阻器R2之间。可以通过电流源39完全控制降低输出电压的时间进程。为了将调节装置保持在可操作状态，优选不尝试将输出电压降低到零。
如图7所示，电力管理部29可以包括DC-DC转换器40。DC-DC转换器40的每一个包括开关元件41、开关元件42和用于存储能量的线圈45。在常规操作期间，DC-DC转换器40作为降压转换器操作，并且电能从输入部23转移到输出部24，如箭头47所示。但是，如果输出电压不能像占空比的变化那样快地降低，则线圈45中的电流如箭头48所示反向。然后，能量被转移到输入部23，从而导致输入电压u0的稳定36(图5)。因此，不应阻止反向电流。为了避免阻止反向电流，可以省去二极管或用能够双向传导电流的半导体器件(例如，MOSFET)代替二极管。
电力管理部29可以被配置成在接收到系统关闭命令信号时执行常规关闭过程。常规关闭过程可以与紧急关闭过程相同。另选地，常规关闭过程可以是完全顺序的，如图2右侧部分所示。
作为图5中所示的紧急关闭过程的替代方案，可以提供将最低次级电压u5控制地降低到安全电平35，之后控制地降低下一个较高次级电压u4并且根据此原理降低剩余的次级电压u3-u1。这种紧急关闭过程原则上是顺序的，但它仍然比图2右侧部分所示的常规关闭过程更快，因为不需要安全时间间隔。由于该控制，可以精确地计算最大下降时间并且在排序的定义中加以考虑。
图5中所示的紧急关闭过程的另一种替代方案基于逐渐应用各个衰减来降低次级电压。该实施方式尤其适用于数字供电单元。尤其是，可以预先编程逐步降低DC-DC转换器的占空比。不需要反馈。有利的是，可以精确地计算次级电压电平的最大下降时间。此外，该方法易于优化，优选地在完全逻辑的基础上。
图4所示的供电单元21不仅适用于为微处理器15供电，而且适用于需要提供多种不同DC电压电平的任何类型的集成电路。
避免针对关断次级电压的固定渐进时间顺序显著地加快了关闭过程。同时，反向能量转移为完成安全系统关断提供了延长的时间裕度。
参考标号列表
11 供电单元
13 输入部
14 输出部
15 微处理器
17 预调节器
19 电力管理部
21 供电单元
23 输入部
24 输出部
27 预调节器
29 电力管理部
30 电压监控部
33 电力损失信号
35 安全电平
36 稳定
37 分压器
39 电流源
40 DC-DC转换器
41 开关元件
42 开关元件
45 线圈
47 常规电流方向
48 反向电流方向

Claims (17)

1.一种用于电子装置(15)的供电单元(21)，所述供电单元(21)具有：
输入部(23)，所述输入部(23)包括可连接到初级电源的输入端子，所述初级电源输出初级电压，
输出部(24)，所述输出部(24)包括可连接到所述电子装置(15)的输出端子，并且输出具有不同标称电压电平的至少两个次级电压(u1-u5)，以及
电力管理部(29)，
所述电力管理部(29)被配置成在满足关闭条件时执行关闭过程，
其中，所述关闭过程包括将每个所述次级电压(u1-u5)降低到预定安全电平(35)，
其特征在于，
所述电力管理部(29)被配置成在所述关闭过程期间同时降低所述次级电压(u1-u5)，其中，所述电力管理部(29)被配置成在所述关闭过程期间同时开始所述次级电压(u1-u5)的降低，并且降低所述次级电压(u1-u5)使得它们同时达到所述安全电平(35)。
2.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述电子装置(15)是微处理器。
3.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述供电单元(21)包括连接到所述电力管理部(29)的电压监控部(30)，所述电压监控部(30)被配置成检测所述初级电压的损失并且在检测到所述初级电压的损失时输出电力损失信号(33)，
其中，所述关闭过程是在从所述电压监控部(30)接收到电力损失信号(33)时由所述电力管理部(29)执行的紧急关闭过程。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的供电单元，
其特征在于，
所述电力管理部(29)被配置成在所述关闭过程期间降低所述次级电压(u1-u5)，使得在所述次级电压(u1-u5)达到所述安全电平(35)之前，具有较高标称电压电平的次级电压的实际电平始终等于或高于具有较低标称电压电平的次级电压的实际电平。
5.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述电力管理部(29)被配置成根据相应的预定时间进程在所述关闭过程期间控制所述次级电压(u1-u5)的降低。
6.根据权利要求5所述的供电单元，
其特征在于，
所述预定时间进程至少实质上是线性进程。
7.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述关闭过程包括逐渐应用单独的减量来降低所述次级电压(u1-u5)。
8.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述电力管理部(29)被配置成将来自所述输出部(24)的电流重新注入到电压传感器，以便在所述关闭过程期间降低所述次级电压(u1-u5)。
9.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述关闭过程包括以反馈控制方式降低所述次级电压(u1-u5)。
10.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述供电单元被配置成允许在所述关闭过程期间至所述输入部(23)的反向能量转移。
11.根据权利要求10所述的供电单元，
其特征在于，
所述供电单元包括多个DC-DC转换器(40)，所述多个DC-DC转换器(40)具有各自的能量存储器(45)，并且所述电力管理部(29)被配置成足够快地降低所述次级电压(u1-u5)以允许从所述能量存储器(45)至所述输入部(23)的反向能量转移。
12.根据权利要求11所述的供电单元，
其特征在于，
所述能量存储器(45)是线圈。
13.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述供电单元(21)是模拟供电单元并且所述电力管理部(29)被配置成在所述关闭过程期间借助所述输出部(24)处的电流注入来降低所述次级电压(u1-u5)。
14.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述供电单元(21)是具有分别提供所述次级电压(u1-u5)的多个DC-DC转换器(40)的数字供电单元，并且所述电力管理部(29)被配置成在所述关闭过程期间通过减小所述DC-DC转换器(40)各自的占空比来降低所述次级电压(u1-u5)。
15.根据权利要求1所述的供电单元，
其特征在于，
所述安全电平(35)高于0mV且低于500mV。
16.根据权利要求15所述的供电单元，
其特征在于，
所述安全电平(35)高于0mV且低于200mV。
17.一种微处理器系统，该微处理器系统具有微处理器(15)和连接到所述微处理器(15)的供电单元(21)，
其特征在于，
所述供电单元(21)根据前述权利要求中任一项进行配置。
CN201811547359.5A 2017-12-20 2018-12-18 用于电子装置的供电单元和微处理器系统 Active CN109980939B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17209136.5 2017-12-20
EP17209136.5A EP3503334B1 (en) 2017-12-20 2017-12-20 A power supply unit for an electronic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109980939A CN109980939A (zh) 2019-07-05
CN109980939B true CN109980939B (zh) 2021-11-02

Family

ID=60915275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811547359.5A Active CN109980939B (zh) 2017-12-20 2018-12-18 用于电子装置的供电单元和微处理器系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11216056B2 (zh)
EP (2) EP4057108A1 (zh)
CN (1) CN109980939B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629039B1 (en) 2018-09-26 2023-04-05 Aptiv Technologies Limited Solid state power switch device
EP3799242A1 (en) * 2019-09-27 2021-03-31 Aptiv Technologies Limited Electronic device
TWI756936B (zh) * 2020-11-24 2022-03-01 瑞昱半導體股份有限公司 電源供應電路
TWI784748B (zh) * 2021-10-14 2022-11-21 茂達電子股份有限公司 電源管理系統及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7342328B1 (en) * 2004-01-20 2008-03-11 Linear Technology Corporation Methods and circuits for tracking and sequencing multiple power supplies

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05204496A (ja) * 1992-01-29 1993-08-13 Koufu Nippon Denki Kk 電源制御システム
FR2752112B1 (fr) * 1996-07-31 1998-10-23 Sgs Thomson Microelectronics Systeme de detection des passages par zero de la fcem d'un moteur a phases multiples
JP2001218280A (ja) * 2000-02-02 2001-08-10 Sony Corp 電子機器の電源装置
US6920056B2 (en) * 2001-10-31 2005-07-19 Mobility Electronics, Inc. Dual input AC and DC power supply having a programmable DC output utilizing single-loop optical feedback
US7554828B2 (en) * 2001-12-03 2009-06-30 Igo, Inc. Power converter with retractable cable system
FR2842316A1 (fr) * 2002-07-09 2004-01-16 St Microelectronics Sa Regulateur de tension lineaire
US6771052B2 (en) * 2003-01-03 2004-08-03 Astec International Limited Programmable multiple output DC-DC isolated power supply
US7105947B1 (en) * 2003-05-21 2006-09-12 Cisco Technology, Inc. Method and system for voltage tracking and sequencing in a power supply
US7003748B1 (en) * 2003-06-01 2006-02-21 Cadence Design Systems, Inc. Methods and apparatus for defining Manhattan power grid structures beneficial to diagonal signal wiring
US20050210346A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-22 Alberto Comaschi Closed loop dynamic power management
TWI283101B (en) * 2004-08-17 2007-06-21 Int Rectifier Corp Regulator for reducing a transient voltage on a power supply output and method for reducing a voltage transient at a power supply output
US7385375B2 (en) * 2005-02-23 2008-06-10 Coldwatt, Inc. Control circuit for a depletion mode switch and method of operating the same
CN101218623B (zh) * 2005-07-14 2010-12-08 夏普株式会社 有源矩阵型液晶显示装置及其驱动方法
EP2332226A2 (en) * 2008-09-05 2011-06-15 Nxp B.V. Power supply unit and method for controlling a power supply unit
US20100060257A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Firas Azrai Current sensor for power conversion
US8305047B2 (en) * 2009-09-24 2012-11-06 Grenergy Opto, Inc. Safety capacitor discharging method and apparatus for AC-to-DC converters
US8680710B2 (en) * 2010-12-17 2014-03-25 Texas Instruments Incorporated Analog power sequencer and method
US9252563B1 (en) * 2012-03-06 2016-02-02 Pmc-Sierra Us, Inc. Method and apparatus for driving a laser diode
US20160054788A1 (en) * 2014-08-22 2016-02-25 Apple Inc. Parameter-Based Sensor Selection
KR102395148B1 (ko) * 2015-03-03 2022-05-09 삼성디스플레이 주식회사 Dc-dc 컨버터 및 이를 포함하는 표시 장치
US9991793B2 (en) * 2015-07-10 2018-06-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Power supply circuit and control method for the same
WO2017094179A1 (ja) * 2015-12-04 2017-06-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7342328B1 (en) * 2004-01-20 2008-03-11 Linear Technology Corporation Methods and circuits for tracking and sequencing multiple power supplies

Also Published As

Publication number Publication date
US11216056B2 (en) 2022-01-04
EP3503334A1 (en) 2019-06-26
US20190187772A1 (en) 2019-06-20
CN109980939A (zh) 2019-07-05
EP4057108A1 (en) 2022-09-14
EP3503334B1 (en) 2022-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109980939B (zh) 用于电子装置的供电单元和微处理器系统
CN109168326B (zh) 电源装置
US9385600B2 (en) Low-loss step-up and step-down voltage converter
CN109494980B (zh) 通过降压-升压稳压器的调节
US5745352A (en) DC-to-DC converter functioning in a pulse-skipping mode with low power consumption and PWM inhibit
CN109560699B (zh) 具有过冲保护的dc-dc电力转换器
US8373403B1 (en) Circuit for controlling synchronous rectifiers during start-up into pre-biased output voltage
US20120286750A1 (en) Switching regulators with adaptive clock generators and associated methods of control
US20110241642A1 (en) Voltage converter
US8710822B2 (en) Multi-state DC-DC converter having undirectional switches
US6342822B1 (en) Method and apparatus for implementing improved pulse width modulation
US20090034302A1 (en) Dc-dc converter with current overload protection circuit and method
US8957657B2 (en) Startup of DC-DC converters utilizing multiple power segments
EP1580872B1 (en) Control circuit
US11387734B2 (en) Power converter architecture using lower voltage power devices
CN112187022A (zh) 从故障状况恢复后动态增强环路响应
US9148055B2 (en) Power system with electronic impedance switch controls and methods for supplying power to a load
EP2544371A1 (en) Slew rate PWM controlled charge pump for limited in-rush current switch driving
US6683442B1 (en) Soft start of a switching power supply system
US8624640B2 (en) Inductive load driving device
CN116995905A (zh) 实现负电流保护的开关调节器
JP6624339B2 (ja) 電源装置
EP2262086B1 (en) Single-inductor multiple-output converter
JPH09294368A (ja) 電源回路
EP1198057A2 (en) A power supply

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240730

Address after: Luxembourg

Patentee after: Anbofu Technology (2) Co.,Ltd.

Country or region after: Luxembourg

Address before: Babado J San Michael

Patentee before: Aptiv Technologies Ltd.

Country or region before: Barbados

TR01 Transfer of patent right