CN113728612A - 反向供电(rpf)电源单元(psu)和相关使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于远程网络配电点单元(DPU)的反向供电(RPF)电源单元(PSU)，该远程网络配电点单元(DPU)由多个客户驻地设备(CPE)反向供电。多个电源转换器，每个电源转换器具有不同的初级绕组并且共享在所述PSU处的变压器的公共次级绕组，其中一次仅操作电源转换器中的一个电源转换器以提供期望的输出电压。

Description

反向供电(RPF)电源单元(PSU)和相关使用方法
技术领域
本发明整体涉及反向供电领域，并且具体地讲，涉及从客户驻地设备反向供电的电源单元。
背景技术
已经开发了各种通信标准，包括数字用户线(xDSL)、超高比特率数字用户线2(VDSL2)、G.hn和G.fast，以通过常规用于路线电话服务的现有双绞铜线来提供从服务提供方(例如，中心局)到客户驻地的高速数据传输。另外，服务提供方通过在中心局和距离客户驻地更近的配电点单元(DPU)之间安装光纤电缆来增加数据带宽。特定DPU可与一束双绞线进行交互以服务相对较少数量的客户驻地连接。这种方法缩短了DPU处的CO接口与客户之间的铜线对的长度，从而允许增加的数据速率。因此，DPU向一个或多个客户驻地设备(CPE)提供电话和/或数据。
由中心局与DPU之间的光学连接所产生的一个困难在于为DPU提供电源的挑战。由于DPU设置在远离中心局的位置，因此安装DPU的本地电源通常是不可用的或昂贵的。
用于DPU的电力可以由反向供电(RPF)电源单元(PSU)提供，其中通过转换从由DPU为其提供电话和/或数据服务的各种CPE接收的电力，从PSU向DPU供电。反向供电标准由ETSI和宽带世界论坛提供。根据这些标准，DPU中的PSU可以结合来自多个CPE的电力贡献，以便为处理语音和数据通信的主配电单元(MDU)供电。在这种布置中，CPE通过在DPU的PSU处进行电源转换，通过双绞铜线为远程DPU提供电力。
虽然目前存在允许DPU从使用铜线的客户驻地设备汲取电力的解决方案，但是目前已知的用于为DPU供电的PSU体积庞大且昂贵。已知的PSU利用最多至16个独立的转换器，每个被转换的电源与特定CPE相关联，每个CPE需要其自身的电源变压器、电源开关和脉宽调制(PWM)逻辑部件，除了大量的模拟部件和光耦合器之外，还用于从铜线汲取电力并在CPE之间提供公平的电力共享，同时还确保转换器之间的完全电气隔离。
因此，本领域需要一种用于实现反向供电(RPF)的配电点单元(DPU)的改进的电源单元(PSU)，其比本领域当前已知的PSU更小并且更具成本效益。
发明内容
根据本发明的各种实施方案，提供了一种改进的反向供电(RPF)电源单元(PSU)。PSU可位于远程网络配电点单元(DPU)节点中，并且由多个客户驻地设备(CPE)装置反向供电。
在一个实施方案中，本发明提供了包括多个电源转换器的反向供电(RPF)电源单元(PSU)。PSU包括至少一个变压器，该至少一个变压器包括多个初级绕组和由多个电源转换器共享的一个次级绕组。本发明的PSU的多个电源转换器中的每一个包括：次级绕组、至少一个变压器的初级绕组中的一个、耦合到一个初级绕组的初级控制器、耦合到一个初级绕组的电源端口，该电源端口用于在共享的次级绕组处提供待转换为输出电压的输入电压，以及耦合到多个电源转换器中的每一者的次级控制器，该次级控制器用于当在共享公共次级绕组的所述多个电源转换器中的两个或更多个电源转换器的电源端口处存在输入电压时激活在其电源端口处存在输入电压的电源转换器中的一个电源转换器。
在一个实施方案中，本发明的PSU还包括延迟电路和观测器电路，以用于防止在其电源端口处具有输入电压的电源转换器中的多于一个电源转换器被同时激活。
在另一个实施方案中，次级控制器包括转向逻辑部件，该转向逻辑部件用于向在其电源端口处存在输入电压的电源转换器中的每个电源转换器提供反馈信号，以实现时分复用(TDM)方案，从而在基本上等同的时间段内激活独立电源转换器中的每个独立电源转换器。
在另外的实施方案中，本发明提供了一种用于操作反向供电(RPF)电源单元(PSU)的方法，该方法包括：当在多个独立电源转换器中的两个或更多个独立电源转换器的电源端口处存在输入电压时，激活在其电源端口处存在输入电压的PSU的多个电源转换器中的仅一个电源转换器，其中一次仅激活电源转换器中的一个电源转换器。在该实施方案中，PSU包括具有多个初级绕组和一个次级绕组的至少一个变压器，并且PSU的多个独立电源转换器中的每一者包括一个次级绕组，多个初级绕组中的一个初级绕组耦合到电源端口，并且初级控制器耦合到初级绕组。该方法还包括将所激活的电源转换器的初级绕组处的输入电压转换为共享的次级绕组处的输出电压。
因此，本发明提供了用于实现反向供电(RPF)的配电点单元(DPU)的改进的电源单元(PSU)，其比本领域当前已知的PSU更小并且更具成本效益。
附图说明
并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了各种实施方案，并且与实施方案的描述一起用于解释下面讨论的原理。除非特别指明，否则在该简要描述中提及的附图不应被理解为按比例绘制。
图1是示出根据本发明的一个实施方案的反向供电(RPF)电源单元(PSU)的框图。
图2是示出根据本发明的一个实施方案的RPF PSU的初级控制器的框图。
图3是示出根据本发明的一个实施方案的RPF PSU的次级控制器的框图。
图4A是示出根据本发明的一个实施方案的用于电源转换器的延迟电路的时分复用(TDM)方案的示意图。
图4B是示出根据本发明的一个实施方案的电源转换器的观测器电路的行为的示意图。
图5是示出根据本发明的一个实施方案的操作反向供电(RPF)电源单元(PSU)的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。虽然本文讨论了各种实施方案，但应当理解，它们不旨在是限制性的。相反，所提出的实施方案旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的各种实施方案的精神和范围内的替代形式、修改形式和等同物。此外，在该具体实施方式中，阐述了许多具体细节以便提供透彻的理解。然而，可在没有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实践实施方案。在其他情况下，并未详细描述熟知的方法、程序、部件和电路以免不必要地模糊所述实施方案的各方面。
应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本发明的教导内容。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还应当理解，术语(诸如在常用字典中定义的术语)应当被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
根据本发明的各种实施方案，提供了一种改进的反向供电(RPF)电源单元(PSU)，其具有减小的尺寸和更少数量的所需部件。一般来讲，本发明的PSU允许多个独立的转换器共享公共磁芯。由于磁芯的尺寸有限，优选地实施预防措施以确保独立转换器中的不超过一个独立转换器同时操作。另外，如果独立转换器中的多于一个独立转换器在其电源端口处存在输入电压，则活动电源端口之间的功率应被平均分配。在一个具体实施方案中，本发明的PSU可用于通过双绞铜线为配电点单元(DPU)供电。
根据标准RPF要求，需要反向供电的PSU来服务于由铜双绞线提供的最多至16个输入电源端口。使用反向供电PSU为DPU供电的活动电源端口的数量可为介于1和16之间的任何数量。作为回路长度的函数，每个电源端口可具有介于32V和60V之间的电压，并且所有电源线彼此流电隔离，以及与变压器的次级侧流电隔离。转换器的次级侧需要提供经过良好调节的12V输出，最高至20W。当输入电源端口中的至少一个输入电源端口连接到电压源时，PSU需要变为活动的，并且当多于一个输入电源端口连接到PSU时，来自所连接的电源端口的功率必须在+/-3％的共享精度内基本上平均分配。上述要求基于本发明的标准，应当理解，本文的实施方案并不固定于本发明的标准，并且可由本领域的技术人员容易地根据可能具有不同要求的未来标准进行调整。
图1示出了根据本发明的一个实施方案的反向供电电源单元(PSU)100。PSU 100包括至少一个变压器147和多个电源转换器，用于将通过双绞线接收的电压转换为期望的输出电压。具体地讲，图1示出了第一电源转换器145和第二电源转换器155。然而，如图所示，任何数量的电源转换器(1至N)均在本发明的范围内。变压器147包括多个初级绕组190、192和单个次级绕组194。这样，电源转换器145、155中的每一者包括变压器147的初级绕组中的一个初级绕组，并且多个电源转换器145、155共享变压器147的次级绕组194。具体地讲，第一电源转换器145包括变压器147的第一初级绕组190，并且第二电源转换器155包括变压器147的第二初级绕组192，并且第一电源转换器145和第二电源转换器155两者共享变压器147的次级绕组194。
在图1中，第一电源转换器145包括共享的次级绕组194、第一初级绕组190、耦合到第一初级绕组190的初级控制器114以及耦合到第一初级绕组190的独立电源端口110。根据反向供电(RPF)标准，受电设备104通过双绞线120从客户驻地设备(CPE)106接收电压。然后由受电设备104在输入端口110处在第一电源转换器145的第一初级绕组190两端建立DC电压(表示为Vin,1)，输入端口110两端的电位限定在Vin,1和Vin,1RTN之间。
第二电源转换器155包括共享的次级绕组194、第二初级绕组192、耦合到第二初级绕组192的初级控制器134以及耦合到第二初级绕组192的独立电源端口130。受电设备124通过双绞线122从客户驻地设备(CPE)126接收电压。然后由受电设备124在输入端口130处在第二电源转换器155的第二初级绕组192两端建立DC电压(表示为Vin,N)，输入端口130两端的电位限定在Vin,N和Vin,N RTN之间。
照此，如图1所示，在第一电源转换器145和第二电源转换器155之间共享次级绕组194。另外，次级控制器150操作以激活电源转换器145、155中的单个电源转换器以将功率从一个激活的电源转换器的初级绕组传输到共享的次级绕组194，从而将电源转换器145、155中的一个电源转换器的相应电源端口110、130处的输入电压转换为共享的次级绕组194处的输出电压170。
因此，在本发明的PSU 100中，具有初级绕组190、192的多个电源转换器145、155共享公共次级绕组194，其中变压器147包括初级绕组190、192和共享的次级绕组194。另外，电源转换器145、155中的每一者被配置为提供维持输出电压170所需的最大全功率，并且由于磁芯的尺寸被限制为输出处所需的最大全功率，因此在一个时间点仅操作电源转换器145、155中的单个电源转换器，从而允许变压器所需的磁性材料总使用量显著减少。
虽然图1仅示出了两个电源转换器145、155，但本发明的PSU 100可包括显著更大数量的电源转换器以提供反向供电电源单元(PSU)。在具体实施方案中，可包括最多至16个电源转换器，以按照本RPF标准通过铜双绞线容纳最多至16个输入电源端口。因此，为DPU供电的活动电源转换器的数量可以是介于1和16之间的任何数量。在一个示例性实施方案中，次级绕组194可从电源转换器145、155的各种输入电压提供良好调节的12V(最高至20W)输出电压170。
虽然电源转换器的数量最多可达16个，但由于单个磁芯具有16个初级绕组和1个次级绕组的变压器在实际实现中存在困难，因此变压器的初级绕组的数量可限于4或8个初级绕组。另外，在许多实际应用中，设备本身的尺寸可被设定成仅用于4或8个输入电源端口。然而，这种限制不改变本发明的一般概念，因为本领域的技术人员将认识到，本发明的概念同样可应用于2或4个变压器的情况。
例如，PSU 100可包括具有两个磁芯的变压器。为了容纳16个电源转换器，在该实施方案中，磁芯中的每个磁芯将具有八个初级绕组和一个次级绕组。缠绕在磁芯中的每个磁芯上的相应次级绕组194彼此并联耦合，以确保在单个时间点操作16个电源转换器中的仅一个电源转换器。例如，假设变压器中存在第一磁芯和第二磁芯，则当与第一磁芯相关联的八个电源转换器中的第一电源转换器正在操作时，第一磁芯的次级绕组上将感应出AC电压。相同的AC电压也将存在于第二磁芯的次级绕组上，并且通过磁感应，第二磁芯的八个初级绕组以及第一磁芯的所有其他七个初级绕组上都将感应出AC电压。从物理角度来看，由于磁变压器的双向特性，第二磁芯的次级绕组将用作初级绕组，而第二磁芯的初级绕组将用作次级绕组。照此，耦合到第二磁芯的初级绕组的电源转换器的观测器电路将继续观察到存在正在运行的另一个转换器，尽管其正在第一磁芯上运行。因此，在多个磁芯的情况下，本发明的配置通过使电源转换器中的每个电源转换器能够观察到存在运行的另一个转换器来确保一次只有一个电源转换器在运行，无论正在运行的转换器与正在观察的电源转换器是在同一磁芯上还是在不同的磁芯上。
如图1所示，第一电源转换器145包括第一初级绕组190，该第一初级绕组在独立电源端口110处接收输入电压，以在第一初级绕组190两端建立由相应初级控制器114控制的电压。初级控制器114另外向次级控制器150提供表示为PR,1的功率存在信号180，以通知次级控制器150：第一电源转换器145具有存在于独立电源端口110处的电压。初级控制器114另外从次级控制器150接收表示为FB，1的反馈信号176，以激活第一电源转换器145并将电能从第一初级绕组190耦合到公共次级绕组194，从而将第一初级绕组190两端的电压转换为公共次级绕组194处的输出电压170。
第二电源转换器155包括第二初级绕组192，该第二初级绕组在独立输入电源端口130处接收输入电压，以在第二初级绕组192两端建立由初级控制器134控制的电压。初级控制器134另外向次级控制器150提供表示为PR,N的功率存在信号182，以通知次级控制器150：第二电源转换器155具有存在于输入电源端口130处的电压。初级控制器134另外从次级控制器150接收表示为FB,N的反馈信号178，以激活第二电源转换器155并将电能从第二初级绕组192耦合到公共次级绕组194，从而将第二初级绕组192两端的电压转换为公共次级绕组194处的输出电压170。
次级控制器150包括用于向电源转换器145、155生成反馈信号176、178的转向逻辑部件160，以及从公共次级绕组电路140接收同步信号174以同步电源转换器145、155的切换的斜坡发生器165。公共次级绕组电路140另外向次级控制器150提供输出信号172以调节输出电压170，该输出信号可为输出电压170的缩放表示。
图2更详细地示出了第二电源转换器155的初级控制器134的示例性实施方案，应当理解，相同的描述可同样适用于任何初级控制器。在该示例性实施方案中，初级控制器134包括延迟电路205和观测器电路210，该延迟电路从独立电源端口130接收输入并向2输入或门260提供输出，该观测器电路向2输入或门260提供输入，或门260具有耦合到3输入或门225的输出。延迟电路205和观测器电路210的功能将在下文进一步描述。3输入或门225还在第二输入处接收来自次级控制器150的转向逻辑部件160的反馈信号178，并且在第三输入处接收比较器220的输出。比较器220将来自晶体管235的反馈信号与参考电压250进行比较，该反馈信号在从晶体管235的源极耦合到地的电阻器245两端产生。用圆点表示的初级绕组192的第一端连接到表现出相应输入电压Vin，N的相应电源端口输入电压130，并且初级绕组192的第二端连接到观测器电路210的输入并连接到晶体管235的漏极。本地振荡器240与锁存电路230结合导致第二电源转换器155的固定切换频率操作。在所示的电源转换器中，通过初级绕组192的最大峰值电流由参考电压250限定。除了磁芯的特性之外，参考电压250与电阻器245的值Rsense、初级绕组192上的匝数、次级绕组194上的匝数组合限定每个循环从初级绕组192传输到次级绕组194的功率量。初级控制器134另外包括光耦合器255，该光耦合器用于在第二电源转换器155的独立电源端口130处存在电压时向次级控制器150提供功率存在信号182。
在图2中，第二电源转换器155是以固定切换频率操作的反激式转换器。然而，这并非旨在进行限制，并且任何其他固定或变频电源转换器拓扑结构均在本发明的范围内。另外，所示的第二电源转换器155被示出为利用峰值电流模式控制来操作。就峰值电流控制反激式拓扑结构而言，峰值电流被限制为最大值，并且固定切换频率操作自动允许电源转换器向次级侧提供固定量的功率。所示的电源转换器设计利用反激式拓扑结构的固有特性。然而，使用各种转换器拓扑结构的不同实施方案均在本发明的范围内。
虽然已经详细描述了电源单元100的第二电源转换器155的初级控制器134拓扑结构，但是用于电源单元的电源转换器中的每个电源转换器的所有初级控制器的电路是相同的。因此，第一电源转换器145的初级控制器114与第二电源转换器155的初级控制器134相同。
由于电源转换器中的每个电源转换器的尺寸被设定为提供公共次级绕组处所需的最大量功率，因此对于所有电源转换器而言，初级绕组、感测电阻器和峰值参考电压上的初级匝数相等。
图3更详细地示出了公共次级绕组电路140和次级控制器150。如图所示，次级绕组电路140包括二极管309、输出电容器311和反馈电阻分压器。反馈电阻分压器包括第一电阻器310和第二电阻器315，以向次级控制器150的误差放大器330的第一输入提供输出信号172。输出参考电压171向误差放大器330提供第二输入。次级控制器150还包括斜坡发生器165和转向逻辑部件160，该斜坡发生器从公共次级绕组电路140接收同步信号174，该转向逻辑部件160从电源转换器中的每个电源转换器接收功率存在信号180、182，并且通过相应的光耦合器340、342向电源转换器中的每个电源转换器提供反馈信号176、178。斜坡发生器165在每个切换周期与当前使用同步信号174操作的电源转换器同步。
次级控制器150利用时分复用(TDM)方案在电源转换器中的每个电源转换器之间共享电源转换，其中电源转换器中的每个电源转换器被操作固定的时间百分比，并且两个电源转换器不同时操作以避免磁芯饱和。TDM方案由次级控制器150的转向逻辑部件160管理。
次级控制器150的转向逻辑部件160从电源转换器145、155中的每一者处的光耦合器255接收分别表示为PR,1、PR,N的功率存在逻辑信号180、182。转向逻辑部件160使用功率存在逻辑信号180、182来确定在某个时间多少输入电源端口和哪些输入电源端口是活动的。转向逻辑部件160然后使能数字反馈信号176、178(分别表示为FB,1、FB,N)并经由光耦合器340、342将其传输到与活动输入电源端口相关联的初级转换器145、155。因此，调节输出电压170所需的反馈信号176、178不以模拟形式传输，而是有利地作为逻辑信号经由光耦合器340、342传输。反馈逻辑信号执行两种功能，其在每个切换周期使能相应的初级转换器，其中如果数字反馈信号176、178为高电平(反相逻辑)，则相关联的独立电源转换器将保持断开，因为独立电源转换器的电源开关响应于锁存电路230的复位输入上通过门225的高电平输入而始终保持断开。在该实施方案中，锁存电路230是复位显性锁存电路，并且当置位输入和复位输入均为低电平时，复位输入将占主导，从而导致输出为低电平。另外，当独立电源转换器被激活时，数字反馈信号176、178在每个切换周期结束电源开关接通时间，从而调制峰值电流，因此，存储在磁芯中的能量和所得的功率被传输到次级侧，从而针对输入线电压和输出负载的变化来调节输出电压170。
为了适当地提供调节，优选的是，次级控制器150中的斜坡发生器165与在任何给定时间活动的初级转换器145、155同步。再次参考图2，每个初级转换器155具有其自己的本地振荡器240。每个初级转换器中的所有振荡器优选地布置成以大致相同的频率操作，但不需要彼此同步。此外，振荡器的相对频率的百分之几范围是可以接受的。另外，次级控制器150中的斜坡发生器165优选地以类似于初级控制器114、134的频率操作，但相对于本地振荡器的任何变化被以下事实吸收：在每个切换周期，斜坡发生器165与在任何给定时间活动的初级转换器重新同步。使用公共次级绕组194上的电压来实现同步，其中每当初级绕组192上的电源开关接通时，同步信号174处的电压改变符号(变为负)。一旦斜坡发生器165和初级控制器的斜坡输出同步，比较器325就将来自误差放大器330的误差电压输出与来自斜坡发生器165的同步斜坡输出进行比较，并且比较器325的输出178经由光耦合器340转向到初级控制器134的晶体管235，作为反馈信号178FB,N到或门225和锁存器230以调制由本地振荡器240启动的晶体管235导通时间，从而限定该切换周期的晶体管占空比并且允许调节由初级绕组传输到次级绕组的能量，这继而提供输出电压170的调节。
根据先前描述的TDM方案，转向逻辑部件160在指定时间段内有效地激活PSU 100的初级转换器145、155中的每一者。转向逻辑部件160检查在任何给定时间存在多少个输入端口，并且假设存在“M”个输入端口，则转向逻辑部件160在等于预先确定的总时间/M的时间内依次激活相关电源转换器。预先确定的总时间是任意的，只要其远高于切换周期即可。因此，不同输入端口之间的功率共享的准确度仅为定时准确度的函数，该定时准确度可非常高并且仅取决于包括在转向逻辑部件160中的定时器(未示出)的分辨率。
图4A提供由次级控制器150的转向逻辑部件160管理的TDM方案的示例性示意图。在该示例性实施方案中，正对两个电源转换器进行排序，然而这并非旨在进行限制，并且可使用TDM方案对任何数量的电源转换器进行排序。在该示例性示意图中，上部电源转换器首先接通405并且具有提供36V的输入电源端口。输出电压410从0V增大到经调节的10V。在5毫秒之后，在415处，上部转换器405由转向逻辑部件160(此处由简单脉冲电压420表示)关断，而其输入电源端口提供60V的下部电源转换器被接通425。假设两个电源转换器之间的切换是快速的(即，在几个切换周期中发生)，则不存在由输出电容器维持的输出电压410的显著下降。
只要次级控制器150由某个电压供应，次级控制器就可控制电源转换器的激活。然而，当PSU 100第一次被激活时，次级控制器150不被电压供应，因此不能提供任何有用的信号。在这种情况下，任何数量的输入电源端口可同时并以未知顺序连接。明显的风险是，如果在次级控制器150上电之前多于一个电源端口变为活动的，则相关电源转换器将同时激活，从而使变压器的磁芯饱和。这种不期望的情况通过观察初级绕组192、194中的每一者两端的电压来解决。
再次参见图2，初级控制器134的观测器电路210保持初级转换器155处于复位状态，即，通过经由门260、225使到锁存电路230的复位输入的信号生效，只要在晶体管235两端检测到切换电压，初级绕组192两端的电压就已经在由延迟电路205提供的固定延迟时间期间切换。这两个条件的组合确保电源转换器中的每个电源转换器感测任何其他电源转换器的存在。在一个实施方案中，观测器电路210可包括比较器或具有触发器电路的比较器。因此，第一转换器一接收到其输入功率130，它就保持等待状态，等待由相应延迟电路205提供的固定延迟时间，并观察其初级绕组192上的电压。如果初级绕组192上的电压正在切换，则这表明另一个第二转换器当前是活动的，并且由另一个转换器传输到次级绕组194的功率被反射到初级绕组192并因此被反射出来。例如，当转换器155响应于独立电源端口130处存在的电压而唤醒时，观测器电路210观察晶体管235的漏极上的电压。如果漏极电压为低电平，则意味着另一个转换器中的另一个晶体管正在操作，并响应初级绕组之间的磁耦合迫使漏极为低电平。然而，如果观测器电路210在晶体管235的漏极上观察到高电平电压，这不能保证另一个转换器未在运行中，则其可能只是当前处于断开状态。因此，当漏极电压为高电平时，观测器电路210在延迟时间期间等待并观察漏极电压是否实际上从低电平切换到高电平然后再次切换到低电平，从而确认存在当前运行的另一个转换器。因为可能发生多于一个或所有输入电压同时出现在电源转换器上的情况，所以为转换器提供彼此不同的延迟时间就足够了。固定延迟时间由延迟电路205提供，并且延迟电路205的每种情况被设置为相应值。一旦次级控制器150处于活动状态，它将使用初级控制器中的每个初级控制器处的信号178使观测器电路210复位，并且控制PSU系统的操作。
图4B提供了观测器电路210的操作的示例性示意图。在图4B中，上部电源转换器和下部电源转换器试图同时开始。在该示例性实施方案中，上部电源转换器具有提供36V的输入电源端口并且首先接通，从而提供来自上部电源转换器455的PWM信号。响应于上部电源转换器接通，输出电压460从0V增大到经调节的10V。在该实施方案中，假设下部电源转换器相对于上电源转换器具有1毫秒的相对延迟。观测器电路210在1毫秒延迟时间期间观察相关联的初级绕组(190,192)。如图所示，因为上部转换器正在运行，所以下部转换器将保持断开，如由下部电源转换器450提供的0V PWM所示，即使在经过1毫秒延迟时间470之后。下部电源转换器的延迟的输出在1毫秒之后将使能信号465提供给下部电源转换器，然而，因为当使能信号465被启动时上部电源转换器接通，所以下部转换器将保持断开。
参考图5，反向供电(RPF)电源单元(PSU)的操作可在第一步骤505处通过在多个电源转换器中的一个或多个电源转换器的输入电源端口处接收输入电压来开始。参考图1，可在PSU 100的电源转换器155的独立电源端口130处接收来自受电设备124的输入电压。
下一个步骤510可包括：操作延迟电路和观测器电路以防止在其电源端口处具有输入电压的电源转换器中的多于一个电源转换器被次级控制器同时激活。参见图2，电源转换器155的延迟电路205和观测器电路210用于防止电源转换器145、155中的多于一者被同时激活。
下一个步骤515可包括：当电源转换器在其独立电源端口处具有输入电压时，从电源转换器的每个初级控制器提供功率存在信号，以通知次级控制器多个电源转换器中的哪些电源转换器在其独立电源端口处具有输入电压。参见图2，当在其独立电源端口130处存在输入电压时，功率存在信号182由电源转换器155的初级控制器134的光耦合器255提供给次级控制器150。
下一个步骤520可包括：当在多个电源转换器中的两个或更多个电源转换器的独立电源端口处存在输入电压时，一次激活在其电源端口处存在输入电压的多个电源转换器中的单个电源转换器。参见图1，次级控制器150响应于功率存在信号180、182而一次激活多个电源转换器145、155中的一者。
最终步骤525可包括：将所激活的电源转换器的初级绕组处的输入电压转换为共享的次级绕组处的输出电压。参见图1，将所激活的电源转换器155的初级绕组192处的输入电压130转换为公共次级绕组194处的输出电压170。
在一个实施方案中，反向供电(RPF)电源单元(PSU)的各部分可以在集成电路中实现为单个半导体管芯。另选地，集成电路可包括电耦合在一起的多个半导体管芯，诸如封装在单个集成电路封装中的多芯片模块。
在各种实施方案中，本发明的系统的部分可在现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中实现。本领域技术人员应当理解，电路元件的各种功能也可被实现为软件程序中的处理步骤。此类软件可用于例如数字信号处理器、网络处理器、微控制器或通用计算机中。
除非如从讨论中显而易见的另有特别说明，否则应当理解，在整个本说明书中，利用诸如“接收”、“确定”、“生成”、“限制”、“发送”、“计数”、“分类”等的术语的讨论可以指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，该计算机系统或类似电子计算设备将表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和转化成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或者其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
本发明可以体现在响应于基于软件的指令而执行动作的各种计算平台上。下文提供了可用于实现本发明的信息技术的前置基础。
本发明的方法可以存储在计算机可读介质上，该计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述各项的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非穷尽列表)将包括以下各项：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备，或前述各项的任何合适的组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与它们结合在一起使用的程序的任何非暂态有形介质。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分传播的数据信号，其中体现了计算机可读程序代码。这种传播的信号可以采用多种形式中的任何一种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是并非计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可传送、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与它们结合在一起使用的程序。然而，如上所指示，由于电路法定主题限制，本发明的作为软件产品的权利要求是体现在诸如计算机硬盘驱动器、闪存-RAM、光盘等的非暂态软件介质中的那些。
计算机可读介质上体现的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、射频等，或者前述各项的任何合适的组合。用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以使用一种或多种编程语言的任何组合来编写，该编程语言包括诸如Java、C#、C++、Visual Basic等面向对象的编程语言以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言。
下文将参照根据本发明的实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由该计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的该指令产生用于实现在一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/动作的装置。
还可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式发挥功能，使得存储在计算机可读介质中的该指令产生包括实现在一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/动作的指令的制品。
还可以将计算机程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，使得在该计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，从而在该计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在一个或多个流程图和/或框图框中指定的功能/动作的过程。
此外，为了讨论和理解本发明的实施方案，应当理解，本领域技术人员使用各种术语来描述技术和方法。此外，在本说明书中，为了进行解释，阐述了许多具体细节以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在一些情况下，为了避免模糊本发明，以框图形式而不是详细地示出熟知的结构和设备。充分详细地描述了这些实施方案以使得本领域普通技术人员能够实践本发明，并且应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以作出逻辑、机械、电气和其他改变。

Claims (20)

1.一种反向供电(RPF)电源单元(PSU)，所述PSU包括：
至少一个变压器，所述至少一个变压器包括多个初级绕组和一个次级绕组；
多个电源转换器，所述多个电源转换器共享所述至少一个变压器的所述次级绕组，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器包括：
所述至少一个变压器的所述多个初级绕组中的唯一一个初级绕组；
耦合到所述唯一一个初级绕组的初级控制器；
耦合到所述唯一一个初级绕组的独立电源端口，所述独立电源端口提供待在所述至少一个变压器的所述次级绕组处转换为输出电压的输入电压；和
次级控制器，所述次级控制器耦合到所述多个电源转换器中的每个电源转换器，所述次级控制器用于当在共享所述次级绕组的所述多个电源转换器中的两个或更多个电源转换器的所述独立电源端口处存在输入电压时一次仅激活在其独立电源端口处存在输入电压的所述电源转换器中的一个电源转换器。
2.根据权利要求1所述的PSU，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器具有峰值电流控制反激式转换器拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的PSU，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器被配置为提供共享的次级绕组处所需的最大功率。
4.根据权利要求1所述的PSU，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器还包括本地振荡器，并且其中所述本地振荡器中的每个本地振荡器具有基本上等同的频率。
5.根据权利要求1所述的PSU，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器的所述初级控制器还包括延迟电路和观测器电路，所述延迟电路和所述观测器电路用于防止在其独立电源端口处具有输入电压的所述电源转换器中的多于一个电源转换器被同时激活。
6.根据权利要求1所述的PSU，其中所述电源转换器中的每个电源转换器还包括耦合到所述独立电源端口的初级光耦合器，当所述电源转换器在其独立电源端口处具有输入电压时，所述初级光耦合器向所述次级控制器提供功率存在信号。
7.根据权利要求1所述的PSU，其中所述次级控制器包括转向逻辑部件，用于向在其独立电源端口处存在输入电压的所述电源转换器中的每个电源转换器提供反馈信号，所述反馈信号实现时分复用(TDM)方案以在基本上等同的时间段内激活所述电源转换器中的每个电源转换器。
8.根据权利要求7所述的PSU，其中所述反馈信号由次级光耦合器提供给所述多个电源转换器中的每个电源转换器。
9.根据权利要求7所述的PSU，其中所述次级控制器还包括：
比较器；
误差放大器，所述误差放大器具有耦合到所述比较器的第一输入的输出，其中所述误差放大器从耦合到公共次级绕组的公共次级绕组电路接收输入；和
斜坡发生器，所述斜坡发生器具有耦合到所述比较器的第二输入的输出，其中所述斜坡发生器从所述公共次级绕组电路接收同步信号，并且其中所述比较器的输出耦合到所述转向逻辑部件以使所述次级控制器与被激活的所述一个电源转换器的本地振荡器同步。
10.根据权利要求1所述的PSU，其中所述输入电压由一个或多个客户驻地设备(CPE)提供。
11.一种配电点单元(DPU)中的反向供电(RPF)电源单元(PSU)，所述PSU包括：
至少一个变压器，所述至少一个变压器包括多个初级绕组和一个次级绕组；
多个电源转换器，所述多个电源转换器共享所述至少一个变压器的所述次级绕组，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器包括：
所述至少一个变压器的所述多个初级绕组中的一个初级绕组；
耦合到一个初级绕组的初级控制器；
耦合到所述一个初级绕组的独立电源端口，所述独立电源端口提供输入电压，所述输入电压将在所述至少一个变压器的所述次级绕组处被转换为输出电压；和
次级控制器，所述次级控制器耦合到所述多个电源转换器中的每个电源转换器，所述次级控制器用于当在共享所述次级绕组的所述多个电源转换器中的两个或更多个电源转换器的所述电源端口处存在输入电压时一次激活在其电源端口处存在输入电压的所述电源转换器中的一个电源转换器。
12.一种操作反向供电(RPF)电源单元(PSU)的方法，所述PUS包括至少一个变压器，所述至少一个变压器包括多个初级绕组和一个次级绕组；以及共享所述至少一个变压器的所述次级绕组的多个电源转换器，所述方法包括：
当在所述多个电源转换器中的两个或更多个电源转换器的独立电源端口处存在输入电压时，激活在其独立电源端口处存在输入电压的所述多个电源转换器中的一个电源转换器，其中一次仅激活所述多个电源转换器中的一个电源转换器，并且其中所述PSU的所述多个电源转换器中的每个电源转换器包括：
所述至少一个变压器的所述多个初级绕组中的一个初级绕组，和
耦合到所述一个初级绕组的初级控制器；以及
将所激活的电源转换器的所述初级绕组处的所述输入电压转换为所述次级绕组处的输出电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器具有峰值电流控制反激式转换器拓扑结构。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器被配置为提供所述共享的次级绕组处所需的最大功率。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个电源转换器中的每个电源转换器还包括本地振荡器。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括操作延迟电路和观测器电路以防止在其电源端口处具有输入电压的所述电源转换器中的多于一个电源转换器被所述次级控制器同时激活。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括当所述电源转换器在其电源端口处具有输入电压时，在激活所述PSU的多个电源转换器中的一个电源转换器之前，将来自所述初级控制器的功率存在信号提供给所述次级控制器，以通知所述次级控制器所述多个电源转换器中的哪些电源转换器在其电源端口处具有输入电压。
18.根据权利要求12所述的方法，其中激活所述PSU的多个电源转换器中的一个电源转换器还包括：
向在其电源端口处存在输入电压的所述电源转换器中的每个电源转换器提供反馈信号；以及
实现时分复用(TDM)方案以使用所述数字反馈信号在基本上等同的时间段内激活所述电源转换器中的每个电源转换器。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括使所述次级控制器与由所述次级控制器激活的所述一个电源转换器的本地振荡器同步。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入电压由一个或多个客户驻地设备(CPE)提供。
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