CN112271916A - 一种电源并联均流的控制方法、装置、设备及可读介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源并联均流的控制方法，包括以下步骤：获取反馈电压，并将反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中；以及响应于外环电压或内环电流变换量超过阈值，误差调节器对外环电压或内环电流进行调节。本发明还公开了一种电源并联均流的控制装置、计算机设备和可读存储介质。本发明使多个模块并联组成闭环控制系统，并将线路阻抗作为反馈量参与并联模块的控制，动态调整模块间的电流，达到电流平衡的目的，提高系统的稳定性。

Description

一种电源并联均流的控制方法、装置、设备及可读介质

技术领域

本发明涉及电源电压控制技术领域，尤其涉及一种电源并联均流的控制方法、装置、设备及可读介质。

背景技术

随着人工智能业务的高速发展，AI服务器逐渐成为市场的重要角色。由于处理器是CPU+GPU的组合，功耗很大，AI服务器系统内一般采用54V供电方案。PSU输出的54V电源给GPU板与主板供电，主板是12V供电拓扑，需要加一级54V转12V供电模块。当服务器功率较大时，供电模块需多个并联使用。

实际中的并联模块，其功率等级和控制参数存在一定的误差，导致每个模块所分担的电流并不是完全相等，如果对负载电流不采取特殊的分配手段，那么有可能出现一个或多个模块分担过多电流的情形，结果就可能导致某个模块的热应力过大，系统的稳定性降低。

现有技术中，每一个并联模块是一个闭环的电源系统，放置在PCB板上采用“硬并联”方式，即输入引脚Vin与输出引脚Vout分别连接在一起，通过下垂电流共享方法实现均流。下垂均流法是依据对模块输出阻抗的外部调节，或输出电压的内部负反馈来实现对模块输出外特性斜率的控制。如图1所示，其中，Uo1、Uo2为模块1、模块2的开路输出电压；Zo1、Zo2为模块1、模块2的内阻；Zout1、Zout2为模块1、模块2的线路阻抗；ZL为负载阻抗；Ubus为母线电压或交汇点电压；设Z11＝Zo1+Zout1，Z22＝Zo2+Zout2，经过推导可得出Io1、Io2的表达式如下：

Io1＝(Uo1-UBus)/Z11＝[Z22Uo1+ZL(Uo1-Uo2)]/[Z11Z22+ZL(Z11+Z22)]

Io2＝(Uo2-UBus)/Z22＝[Z11Uo2-ZL(Uo1-Uo2)]/[Z11Z22+ZL(Z11+Z22)]

可以看出，在负载阻抗不变的情况下，Io1、Io2的值可以通过改变Z11、Z22或Uo1、Uo2来调节，即下垂均流法的原理。

因为并联模块本身的下垂特性，Vout会在0-满载输出时有几百mV的下降，造成负载调整率有所降低。虽然各模块内部具有电流负反馈和电压闭环控制，但多个模块并联无外部控制器，属于开环系统，尤其是在负载电流变化较快时，均流特性会很差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种电源并联均流的控制方法、装置、设备及可读介质，使多个模块并联组成闭环控制系统，并将线路阻抗作为反馈量参与并联模块的控制，动态调整模块间的电流，达到电流平衡的目的，提高系统的稳定性。

基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种电源并联均流的控制方法，包括以下步骤：获取反馈电压，并将反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中；以及响应于外环电压或内环电流变换量超过阈值，误差调节器对外环电压或内环电流进行调节。

在一些实施方式中，还包括：对与电源串联的线路阻抗前后电压值进行采样，将线路阻抗前后电压的差值作为采样电压；将采样电压和采样电流的比值作为正反馈量输入到误差调节器中。

在一些实施方式中，还包括：将输出端引脚接到一起，形成公共的输出母线，并接入热插拔保护电路。

在一些实施方式中，对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流包括：对经过第一误差调节器和第一电源输出的电流进行采样，得到第一采样电流；对经过第二误差调节器和第二电源输出的电流进行采样，得到第二采样电流；基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中包括：将第一采样电流和第二采样电流的差值作为内环电流，将内环电流耦合到第一误差调节器和第二误差调节器中。

在一些实施方式中，还包括：对与第一电源串联的第一线路阻抗前后电压值进行采样，将第一线路阻抗前后电压的差值作为第一采样电压；将第一采样电压和第一采样电流的比值作为第一正反馈量输入到第一误差调节器中。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种电源并联均流的控制装置，包括：外环输入模块，配置用于获取反馈电压，并将反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；电流采样模块，配置用于对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；内环输入模块，配置用于基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中；以及调节模块，配置用于响应于外环电压或内环电流变换量超过阈值，误差调节器对外环电压或内环电流进行调节。

在一些实施方式中，还包括电压采样模块，配置用于对与电源串联的线路阻抗前后电压值进行采样，将线路阻抗前后电压的差值作为采样电压；将采样电压和采样电流的比值作为正反馈量输入到误差调节器中。

在一些实施方式中，还包括电路保护模块，配置用于将输出端引脚接到一起，形成公共的输出母线，并接入热插拔保护电路。

本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。

本发明具有以下有益技术效果：使多个模块并联组成闭环控制系统，并将线路阻抗作为反馈量参与并联模块的控制，动态调整模块间的电流，达到电流平衡的目的，提高系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为现有技术中硬并联系统的模型结构图；

图2为本发明提供的电源并联均流的控制方法的实施例的示意图；

图3为本发明提供的电源并联均流的控制方法的实施例的控制原理示意图；

图4为本发明提供的电源并联均流的控制装置的实施例的示意图；

图5为本发明提供的计算机设备的实施例的示意图；

图6为本发明提供的计算机可读存储介质的实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了电源并联均流的控制方法的实施例。图2示出的是本发明提供的电源并联均流的控制方法的实施例的示意图。如图2所示，本发明实施例包括如下步骤：

S01、获取反馈电压，并将反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；

S02、对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；

S03、基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中；以及

S04、响应于外环电压或内环电流变换量超过阈值，误差调节器对外环电压或内环电流进行调节。

在本实施例中，硬并联是一种开环系统，在不考虑线路阻抗的情况下，这种连接方式，可以达到均流的理想效果，但工程应用中，线路阻抗跟PCB的几何结构、材料特性、温度及电流的频率变化息息相关。

图3示出的是本发明提供的电源并联均流的控制方法的实施例的控制原理示意图。如图3所示，在本实施例中，以2个模块并联为例，参考电压Vref作为系统的给定量，母线电压Vbus作为系统的反馈量，引入一种阻抗前馈的方式，通过电流误差动态改变PID调节器的输出值，进而控制并联模块的PWM电路，来实现稳压均流的目的。

在本实施例中，并联模块：像台达的Q54SH系列的直流模块，当板级电源需要的功率较大时，需要多个直流模块并联使用；电压检测：每一个并联模块的输出经过线路阻抗后，到达输出母线的电位是相等的，控制的目的就是为了稳定输出母线的电压，这就需要采集输出母线电压，其AD值作为系统的反馈量来参与控制；PID：环路控制的方式，其输出值是给PWM控制寄存器赋值，整体控制方式是在电压外环与电流内环的基础上，增加输出阻抗这个变量，使控制更加快速稳定。

在本实施例中，在每一个控制周期中，输出母线电压Vbus作为系统反馈量，Vref作为给定量，经过误差调节器PID调节，组成系统的电压外环，电压环可将输出母线电压稳定在Vref附近；系统会通过检测并联模块的输出电压、输出电流、输出母线电压，计算得到每一路的输出阻抗，依此作为参考来优化系统参数；电流信号经过电压环的PID调节，导致系统的暂态响应较大，为了解决这一问题，在系统中加入了输出阻抗前馈，因为该变量包含模块输出电压、输出电流、母线电压，在输出电流变化时，会快速响应；电流环因为暂态响应较大，所以在电流变化幅度不大时以电流环调节为主，一旦电流产生较大幅值变化，阻抗前馈环会迅速响应，快速调节输出电压，达到均流目的。

在本发明的一些实施例中，还包括：对与电源串联的线路阻抗前后电压值进行采样，将线路阻抗前后电压的差值作为采样电压；将采样电压和采样电流的比值作为正反馈量输入到误差调节器中。

在本实施例中，系统会实时采集模块的输出电流，将电流的差值作为负反馈，来实时改变PID调节器的值，加入电流环的目的是给电压环降阶，减小电流冲击时的震荡。

在本发明的一些实施例中，还包括：将输出端引脚接到一起，形成公共的输出母线，并接入热插拔保护电路。

在本实施例中，模块并联时，输出引脚在PCB板上连接一起，形成一个公共的母线，其后通常会接一大功率的热插拔保护电路。

在本发明的一些实施例中，对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流包括：对经过第一误差调节器和第一电源输出的电流进行采样，得到第一采样电流；对经过第二误差调节器和第二电源输出的电流进行采样，得到第二采样电流；基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中包括：将第一采样电流和第二采样电流的差值作为内环电流，将内环电流耦合到第一误差调节器和第二误差调节器中。

在本发明的一些实施例中，还包括：对与第一电源串联的第一线路阻抗前后电压值进行采样，将第一线路阻抗前后电压的差值作为第一采样电压；将第一采样电压和第一采样电流的比值作为第一正反馈量输入到第一误差调节器中。

需要特别指出的是，上述电源并联均流的控制方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于电源并联均流的控制方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。

基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种电源并联均流的控制装置。图4示出的是本发明提供的电源并联均流的控制装置的实施例的示意图。如图4所示，本发明实施例包括如下模块：外环输入模块S11，配置用于获取反馈电压，并将反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；电流采样模块S12，配置用于对经过误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；内环输入模块S13，配置用于基于若干采样电流得到内环电流并将其耦合到若干并联的误差调节器中；以及调节模块S14，配置用于响应于外环电压或内环电流变换量超过阈值，误差调节器对外环电压或内环电流进行调节。

在本发明的一些实施例中，还包括电压采样模块，配置用于对与电源串联的线路阻抗前后电压值进行采样，将线路阻抗前后电压的差值作为采样电压；将采样电压和采样电流的比值作为正反馈量输入到误差调节器中。

在本发明的一些实施例中，还包括电路保护模块，配置用于将输出端引脚接到一起，形成公共的输出母线，并接入热插拔保护电路。

基于上述目的，本发明实施例的第三个方面，提出了一种计算机设备。图5示出的是本发明提供的计算机设备的实施例的示意图。如图5所示，本发明实施例包括如下装置：至少一个处理器S21；以及存储器S22，存储器S22存储有可在处理器上运行的计算机指令S23，指令由处理器执行时实现以上方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质。图6示出的是本发明提供的计算机可读存储介质的实施例的示意图。如图6所示，计算机可读存储介质存储S31有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序S32。

最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，电源并联均流的控制方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由处理器执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被处理器执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。

此外，上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。

本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。

在一个或多个示例性设计中，功能可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，该通信介质包括有助于将计算机程序从一个位置传送到另一个位置的任何介质。存储介质可以是能够被通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为例子而非限制性的，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁性存储设备，或者是可以用于携带或存储形式为指令或数据结构的所需程序代码并且能够被通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它介质。此外，任何连接都可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字用户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术来从网站、服务器或其它远程源发送软件，则上述同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术均包括在介质的定义。如这里所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘利用激光光学地再现数据。上述内容的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源并联均流的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取反馈电压，并将所述反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；

对经过所述误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；

基于若干所述采样电流得到内环电流并将其耦合到所述若干并联的误差调节器中；以及

响应于所述外环电压或所述内环电流变换量超过阈值，所述误差调节器对所述外环电压或所述内环电流进行调节。

2.根据权利要求1所述的电源并联均流的控制方法，其特征在于，还包括：

对与所述电源串联的线路阻抗前后电压值进行采样，将所述线路阻抗前后电压的差值作为采样电压；

将所述采样电压和所述采样电流的比值作为正反馈量输入到所述误差调节器中。

3.根据权利要求1所述的电源并联均流的控制方法，其特征在于，还包括：

将输出端引脚接到一起，形成公共的输出母线，并接入热插拔保护电路。

4.根据权利要求1所述的电源并联均流的控制方法，其特征在于，对经过所述误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流包括：对经过第一误差调节器和第一电源输出的电流进行采样，得到第一采样电流；对经过第二误差调节器和第二电源输出的电流进行采样，得到第二采样电流；

基于若干所述采样电流得到内环电流并将其耦合到所述若干并联的误差调节器中包括：将所述第一采样电流和所述第二采样电流的差值作为内环电流，将所述内环电流耦合到所述第一误差调节器和所述第二误差调节器中。

5.根据权利要求4所述的电源并联均流的控制方法，其特征在于，还包括：

对与所述第一电源串联的第一线路阻抗前后电压值进行采样，将所述第一线路阻抗前后电压的差值作为第一采样电压；

将所述第一采样电压和所述第一采样电流的比值作为第一正反馈量输入到所述第一误差调节器中。

6.一种电源并联均流的控制装置，其特征在于，包括：

外环输入模块，配置用于获取反馈电压，并将所述反馈电压和参考电压之和作为外环电压输入到若干并联的误差调节器中；

电流采样模块，配置用于对经过所述误差调节器和电源输出的电流进行采样，得到采样电流；

内环输入模块，配置用于基于若干所述采样电流得到内环电流并将其耦合到所述若干并联的误差调节器中；以及

调节模块，配置用于响应于所述外环电压或所述内环电流变换量超过阈值，所述误差调节器对所述外环电压或所述内环电流进行调节。

7.根据权利要求6所述的电源并联均流的控制装置，其特征在于，还包括电压采样模块，配置用于对与所述电源串联的线路阻抗前后电压值进行采样，将所述线路阻抗前后电压的差值作为采样电压；将所述采样电压和所述采样电流的比值作为正反馈量输入到所述误差调节器中。

8.根据权利要求6所述的电源并联均流的控制装置，其特征在于，还包括电路保护模块，配置用于将输出端引脚接到一起，形成公共的输出母线，并接入热插拔保护电路。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现1-5任意一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任意一项所述方法的步骤。

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