CN1762080A

CN1762080A - 从多个电源聚集电能的方法和装置

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Publication number: CN1762080A
Application number: CNA2004800074584A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·J·布兰克
Original assignee: UTStarcom Inc
Current assignee: Tasm Mobile Transmission Co ltd
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: WO2004093285A3; MXPA05010731A; US7259474B2; WO2004093285A2; BRPI0408644A; CA2517838A1; US20040201933A1; CA2517838C; CN100555790C

Abstract

一种用于从多个电源聚集电能的方法和装置，产生单直流稳定电压。该装置(10)包括多个从属电压转换器(20)和主脉宽调制器电路(22)。提供多个直流电源，通过连接至所述多个直流电源的多条传输线汲取电流。每个直流电源的开路电压未知。所述多条传输线的每条传输线具有线路电阻。所述多条传输线中的至少一些传输线的线路电阻很大。从汲取的电流产生该单直流稳定电压。

Description

从多个电源聚集电能的方法和装置

背景技术

当向电子系统供电时，必须密切关注一个或多个电源以及如何最佳地从多个电源向电子系统传递电能。几乎所有的电源都具有有限的容量向负载供电。电源具有的局限性是由其发电装置以及将发电装置连接至负载或电子系统的传输线所确定的。

典型地，电子系统被设计为具有一电源规格。电源系统被设计以满足该系统的电源规格的要求。在电源系统的设计中，确定负载与发电装置之间的传输线的尺寸，以使电力被以可接受的损耗程度传送，并且有足够的电力到达负载。规定发电装置要能够提供负载电能加上传输线损耗大小的能量。

在电信系统、例如公共交换电话网(PSTN)的情况下，存在能够用作对位于远程的电子系统供电的传输线的电线网络。典型地，使用单个电源经单对电线向一或多个负载供电。由于直流(DC)电源以及电话信号是在这对电线上馈送，所以位于远程的电子系统通常称作被“跨度供电(span-powered)”。沿电线对的长度常采用多个信号中继器，以保持电力和信号完整性。如果电子系统需要比所能提供(即使以100％的效率)的电力还要多的电力，那么电源就必须被具有更大容量的电源所替换。替换电源可能极其昂贵。在某些情况下是不可能替换电源的。

被越来越频繁使用的一种电信设备是数字用户线路访问多路复用器(DSLAM)。DSLAM可对例如家用或商用计算机使用者的用户实现高速数据通信例如xDSL通信。因为DSLAM的高电力需求，所以DSLAM被置于中心局(CO)或可容易且充足地获取电力的其它环境。由于DSLAM的电力需求所规定的这种放置需求，在北美估计有4千万到8千万人无法接收到xDSL服务。如果DSLAM能被远程放置并且远程供电，那么许多无法接收到xDSL服务的人将能够收到这种服务。但是，目前无法满足远程放置的DSLAM或其它类似设备的电力需求。

用于某些系统以传递更高电流并提高电力系统可靠性的一种方法是使用并联电能转换器。典型地，多个电能转换器连接至单一电源，通过将每个电能转换器的输出连接在一起，每个电能转换器向负载提供电流，这也被称为“或”电能(power OR’ing)。由于如果一个电能转换器失效，还有多余的并联电能转换器继续向负载供电，所以提高了可靠性。“或”电能经常用于计算机系统中以向微处理器供电。在此类系统中，具有一个电源，并且从电源至电力系统的传输线没有大的电阻，因此不会引起大的电力损耗。

常用的另一种方法是从多个DC电源例如太阳能电池聚集电能。典型地，来自多个太阳能电池板的DC电流通过使用多个逆变器(inverter)而转换为交流(AC)电源。多个逆变器是彼此同步的，并且利用AC电源输电线路(power grid)将多个太阳能电池板的输出组合在一起。AC电源输电线路以交流电的形式聚集、传输并分配大量电力。虽然太阳能电池有电力限制，但是如同上述“或”电能的情形一样，从电源、即太阳能电池到电力系统的传输线具有非常小的电阻。而且，太阳能电池的输出电压通常是已知的，并且从电池到电池的输出电压基本相等。此外，就其电能容量而言，AC电源输电线路比太阳能系统的输出大得多，因而可靠性和向负载的电力传送取决于输电线路，而不是仅向输电线路供能的DC电源或太阳能电池。

上述方法并不适用于解决上述的向位于远程的DSLAM供电的问题。PSTN的单个电线对不能提供DSLAM所需的电力。此外，部分地由于PSTN的发电装置和传输线的特性，利用连接至多个电线对的多个电能转换器的上述方法不能产生DSLAM所需的稳压直流(DC)电源。

在PSTN中，传输线的特性是未知的，并且从线到线之间可能变化很大。一些线可能极短并且具有很小的电阻，而其它线可能极长并且具有几千欧数量级的极大的线路电阻。此外，无法准确得知发电装置的电压。因此，现有技术中为聚集DC电源而使用并联电能转换器将导致在一些传输线上产生过度电力损耗，并在其它传输线上导致过度的电流消耗，因而导致过度的电力损耗。这种特性导致了电能转换器输出的不稳定和振荡特性。

因此，当前需要一种方法和装置，用于从具有未知特性的多个电源聚集电能并产生单一、稳定的直流电压。

发明内容

作为介绍，以下优选实施例提供了用于从多个电源聚集电能的方法和装置。该装置产生用于向负载供电的单直流稳定电压。该装置通过多条传输线连接至多个直流电源。每个直流电源具有开路电压。虽然最大开路电压是已知的，但开路电压可能是未知的。所述多条传输线的每条传输线具有线路电阻。该线路电阻可能是未知的。而且，该线路电阻可以很大。从所述电源通过所述多条传输线汲取电流。该装置从汲取的电流产生该单直流稳定电压。对于每条传输线，汲取的电流受到这样的限制，使得当汲取电流时与该传输线上的电压相应的闭路电压为开路电压的至少一半。该电流可以进一步被限制，以限制从每个电源汲取的最大电能。该装置包括主脉宽调制器电路和多个从属电压转换器。该主脉宽调制器电路生成主脉宽调制信号。所述多个从属电压转换器中的每个从属电压转换器连接至所述多条传输线中的一条传输线。每个从属电压转换器接收该主脉宽调制信号。可操作每个从属电压转换器来改变该主脉宽调制信号，从而保持开路电压与闭路电压之间的电压关系，并限制从连接至该从属电压转换器的电源排出的最大电能。每个从属电压转换器使用该主脉宽调制信号来切换通过一功率级汲取的电流。该功率级生成输出电压。可以实施多种不同的功率级。将全部所述从属电压转换器的输出电压结合以形成该单直流稳定电压。

作为一般的介绍给出前述说明，其不应被用以限制所附权利要求的范围。下面将参照附图说明优选实施例。

附图说明

图1示出连接至多个直流电源及一个电子系统的电能聚集装置；

图2示出用于从多个电源聚集电能的方法；

图3是该电能聚集装置的详细视图；

图4示出该电能聚集装置的主脉宽调制器电路的实施例；

图5示出该电能聚集装置的从属电压转换器的实施例；

图6是该主脉宽调制器电路的详细示意图；

图7示出该从属电压转换器的详细示意图。

具体实施方式

参照图1，示出了电能聚集装置10。电能聚集装置10包括多个输入端IN_0到IN_n，以及一个输出端OUT。输入端通过多条传输线(line)连接至多个直流电源V₀到V_n。所述多条传输线的每条线具有由电阻器R_S0到R_Sn表示的线路电阻。输出端OUT连接至电子系统12。简言之，电能聚集装置10通过传输线从电源汲取电流，并在输出端OUT上产生单直流稳定电压V_OUT。术语“传输线”应理解为包括电线对(wire pair)，因此可与术语“电线对”互换使用。

至少某些传输线的线路电阻R_Sn可能是未知的。并且，至少某些传输线的线路电阻很大。较大线路电阻的一个例子为5千欧的线路电阻，致使总的环路阻抗约为10千欧。较大线路电阻的另一个例子为这样的线路电阻：其中，从电源吸取的电能的不可忽略的一部分、例如大于一定百分比的电能被耗费在传输线中。此外，至少对于某些电源，开路电压、也就是由标号V₀到V_n表示的直接跨接在电源两端的电压可能不是已知的。在一个实施例中，尽管开路电压未知，但是每个电源的最小和最大开路电压是已知的。例如，在一种规格中，最小开路电压为160伏，最大开路电压为200伏。

闭路电压V_closed(0)到V_closed(n)根据从电源经传输线流到电能聚集装置10的电流而变化。例如，当流经传输线的电流增大时，闭路电压V_closed(n)降低。此外，由于每条传输线的线路电阻从传输线到传输线之间可能变化，所以即使当经过每条传输线汲取相等的电流时，每条传输线的闭路电压也可能极大地变化。

传输线可以包括以下传输线，例如PSTN传输线、普通老式电话系统(POTS)传输线、双绞线以及xDSL传输线。xDSL传输线可以包括：HDSL传输线、例如HDSL2传输线和HDSL4传输线，以及ADSL传输线，SHDSL传输线和VDSL传输线。虽然某些电信标准目前不允许电能馈送到某些类型的传输线上，但这只是电信标准的限制而非电能聚集装置的限制。电能聚集装置可被实施为与实质上任何类型的多个电线对一起使用，每个电线对具有其自己的电源。特别是，根据对于HDSL电力的规格，开路电压V_n可以从160伏变到200伏。对于HDSL电力的最小闭路电压设定为约110伏，其大于最大开路电压的一半。此外，HDSL规格将从HDSL2对汲取的电能限定为15瓦。对于两对HDSL4，电能限制总计为25瓦，或每个电线对12.5瓦。

图2示出用于从多个电源聚集电能的方法。通过电能聚集装置10的电能聚集电路来实施该方法。设置多个例如上述那样的直流电源V_n(步骤14)。通过与直流电源连接的多条传输线汲取电流(步骤16)。如上所述，至少某些传输线可能具有未知的线路电阻R_S。并且，至少某些传输线具有较大的线路电阻。此外，虽然最大开路电压已知，但至少某些直流电源的开路电压可能是未知的。

在电流汲取中，对于每条传输线来说，所汲取的电流量被限制为使得闭路电压至少为最大开路电压的一半。此外，所汲取的电流量可依据其它规格被进一步限制。例如，对于HDSL2线，最大开路电压为200伏。此外，如上所述，依据该规格，从HDSL2电源汲取的电能应不大于15瓦。因此，在HDSL2的情形，通过传输线所汲取的电流量被限制为最大15W/200V或75mA。在一个实施例中，电流被限制为约67mA，以对元件偏差限度(component tolerance)提供附加的缓冲区。通过以此方式限制电流，从HDSL2源将引出不多于15瓦的电能。在许多环境中，将汲取远少于15瓦的电能，因为开路电压可以小于200伏，并且在汲取到最大电流之前，线路电阻Rs能够使闭路电压V_closed(n)降低至100伏或最大开路电压的一半。如果线路电阻Rs非常小，则可以从电压源汲取最大15瓦的电能同时不会造成过低的闭路电压。

设定电压限制以使V_closed(n)为开路电压的至少一半，因为当满足此电压关系时，在电源与电能聚集装置之间发生最大电能传输。通过汲取超过使V_closed(n)为开路电压至少一半的附加电流产生负回流(return)，由此，越来越多的电量耗费在传输线上，而不是传递到电能聚集装置并从而传递到负载。在一个实施例中，闭路电压V_closed(n)被允许降低至110伏，其总是大于最大开路电压200伏的一半。10伏的裕度(margin)能够允许元件偏差限度，并且由于电能与电流关系的非线性特性，10伏的裕度不会显著降低电能聚集装置的电能容量。对于HDSL4而言，对于两个电线对的每个电线对，电能限制设定为12.5瓦。

再次参阅图2，从汲取的电流中产生单直流稳定电压(步骤18)。在一个实施例中，直流稳定电压V_OUT为12伏，并且可用于传递到连接至电能聚集装置10的电子系统12的最大电能标称为：通过多条传输线汲取的电能和减去电能聚集装置10所耗费的电能。

在单直流稳定电压产生过程中，使用脉宽调制信号切换所汲取的电流。具体地说，对于每条传输线，依据由主脉宽调制信号形成的脉宽调制信号来切换电流，这将在下面说明。对于每条传输线，这种切换产生了单独的脉宽调制电压。该单独的脉宽调制电压被整流和滤波以形成每条传输线的直流电压。每条传输线的直流电压与所有其它传输线的直流电压相结合，从而形成单直流稳定电压。

主脉宽调制信号的占空周期依据单直流稳定电压的电压而变化。例如，如果单直流稳定电压降低，则主脉宽调制信号的占空周期增大。主脉宽调制信号的占空周期可以足够大，从而如果主脉宽调制信号直接用于控制切换所汲取的电流，则从至少某些传输线中将能够汲取最大电流，并且在某些情形下能够汲取大于最大电流的电流。在一个实施例中，占空周期的范围是从约5％到约50％。

连接至每条传输线的电路接收主脉宽调制信号。主脉宽调制信号控制所汲取电流的切换。对于每条传输线，如果如上述那样超出了电流限制或电压限制，则通过减小或限制主脉宽调制信号的脉宽以使不再超出电流限制或电压限制，调整主脉宽调制信号。简言之，通过限制主脉宽调制信号的脉宽，从传输线汲取较少的电流，并且对于每条传输线能够保持最佳的电力传输特性。如果均未超出电流限制和电压限制，则主脉宽调制信号的脉宽不受连接至每条传输线的电路所限制。

图3是示出实施上述方法的电能聚集装置10的详细视图。电能聚集装置10包括：多个从属电压转换器20(0)到20(n)，以及主脉宽调制器控制电路22。每个从属电压转换器20(0)到20(n)包括：输入电压端口IN_n，输出电压端口OUT_n，以及同步输入端sync_n。每个从属电压转换器的输入电压端口IN_n连接至传输线，其依次连接至电源。全部从属电压转换器20(0)到20(n)的输出电压端口OUT_n相接合以形成电能聚集装置10的输出OUT。从属电压转换器20(0)到20(n)是相同的，并且应当理解：用于一个从属电压转换器的任何标号同样适用于全部从属电压转换器。因此，标号20(n)本身是指包括多个从属电压转换器中的任何一个。

主脉宽调制器控制电路22包括输入端，该输入端与连接在一起的输出电压端口OUT相连接；并且还包括标注为sync的同步输出端。该同步输出端依次连接至多个从属电压转换器20(0)到20(n)中的每一个的同步输入端sync_n。简言之，参照图2及上述方法，电流被汲取至每个从属电压转换器，并且生成了单直流稳定电压V_OUT。主脉宽调制器控制电路22从V_OUT接收电能，并形成主脉宽调制信号24，其按每个从属电压转换器20(0)到20(n)的需要而被调整，以控制所汲取电流的切换并产生各自的电压输出OUT_0到OUT_n。

图4示出主脉宽调制器控制电路22的一个实施例。主脉宽调制器控制电路22包括：具有输入端和输出端的主脉宽调制器50，误差信号放大器电路49，连接至主脉宽调制器50输出端的电容器52，以及连接至电容器52的隔离(isolation)装置56。主脉宽调制器控制电路22的输入端in连接至主脉宽调制器50和误差信号放大器电路49。因而，主脉宽调制器50和误差信号放大器电路49接收单直流稳定电压V_OUT。V_OUT跨接在VDD和GND之间向主脉宽调制器50提供电源，并且误差信号放大器电路49提供基于电压V_OUT的信号54。

误差信号放大器电路49包括电阻53，该电阻53与连接至放大器51的反相输入端的电阻47相连接。反馈电阻57连接在放大器51的反相输入端与输出端之间。非反相输入端连接至参考电压VREF。在一个实施例中，VREF是由主脉宽调制器(PWM)通过分压器提供。

主脉宽调制器50输出脉宽调制信号55，该脉宽调制信号55具有与信号54成比例变化的占空周期。脉宽调制信号55通过电容器52被馈送至隔离装置56。电容器52去除信号55的DC分量以防止隔离装置56饱和，该隔离装置56例如为变压器。可以使用其它隔离装置，例如光隔离器，在此情况下不需要电容器52，并且信号55可以直接连接至隔离装置56。隔离装置56输出多个相同的同步输出信号24，sync_0到sync_n，其向上述的从属转换器提供主脉宽调制信号。主脉宽调制器控制电路22也可以在主脉宽调制器50中含有外部同步输入EXTSYNC。该外部同步输入可用于使主脉宽调制器50与外部时钟同步。

对于主脉宽调制器50，可以采用许多不同的脉宽调制器。一种此类脉宽调制器为德州仪器公司(Texas Instruments Inc.)出产的部件号为UCC25702的高级电压模式脉宽调制器，本领域普通技术人员非常了解其工作原理。隔离装置56可以是变压器，例如脉冲变压器。一种此类脉冲变压器是Coiltronics出产的部件号为VPH1-1400的脉冲变压器。可以使用其它类型的变压器。也可使用其它隔离装置，例如光隔离器。而且，可以并联使用多个变压器或其它隔离装置，以提供比单一变压器所可能提供的同步输出更多的同步输出。误差信号放大器电路49包括：电阻器，电容器，以及运算放大器例如Maxim部件号MAX4321。

图5示出电能聚集装置10的从属电压转换器20(n)的一个实施例。从属电压转换器20(n)包括：输入整流器60，低通滤波器62，v-伺服电路64，包含电流感应电阻器68的i-伺服电路66，脉宽限幅器70，同步电路72，包含启动电阻器77和启动电容器79的启动电路76，以及功率级(power stage)78。

输入整流器60整流输入端口IN_n上的输入电压。虽然输入电压是直流电压，但存在极性反转的可能性。整流器60确保正确的极性被施加至低通滤波器62。滤波器62滤波整流后的输入电压，以生成经过滤波的输入电压+VIN_n。在一个实施例中，滤波器62为包括电阻器、电容器和电感器的低通滤波器，并且该低通滤波器具有2.55kHz的截止频率和双极滤波响应。

由于主脉宽调制器控制电路22是由来自从属电压转换器20(0)到20(n)的输出电压V_OUT供电的，所以当电力施加到任一从属电压转换器的输入端口IN_n时，启动电路76开始工作。当电力最初施加至从属电压转换器20(n)的输入端口IN_n时，电压出现在+VIN_n与-VIN_n之间。连接至+VIN_n的启动电阻器77提供电流至启动电容器79，该启动电容器79连接在启动电阻器77与-VIN_n之间。启动电路76感测电容器电压，并且当感测到足够电压时，使同步电路72和脉宽限幅器70在脉宽限幅器输出端80生成振荡信号。脉宽限幅器输出端80连接至功率级78。功率级78生成输出电压V_OUT，其出现在从属电压转换器的输出电压端口OUT_n上。在一个实施例中，输出电压约为12伏，并且脉宽限幅器输出端80上的振荡信号在约260kHz自由摆动(free-running)。输出电压V_OUT使主脉宽调制器控制电路22生成主脉宽调制器输出24。

在上述启动操作之后，来自主脉宽调制器控制电路22的主脉宽调制器信号24由同步电路72接收，作为图4和图5所示的信号Pulse_n。主脉宽调制器信号24的频率比从属电压转换器的振荡信号的频率高。在启动操作之后，脉宽限幅器输出端80与主脉宽调制器信号24具有相同的频率。在一个实施例中，主脉宽调制器信号24约为285kHz。同步电路72提供主脉宽调制器信号24至脉宽限幅器，如标注为82的箭头所示。在另一实施例中，主脉宽调制器信号24初始为285kHz，并且在外部同步信号被提供至主脉宽调制器控制电路22之后为312.5kHz。

脉宽限幅器70限制从同步电路72接收的主脉宽调制器信号82的脉宽。依据来自v-伺服电路64和i-伺服电路66的输出而限制脉宽。v-伺服电路64确保能够保持在开路电压与闭路电压之间的上述电压关系，以使闭路电压为开路电压的至少一半。i-伺服电路66确保从电源汲取的电能不过量。例如，如以上所述，能够从HDSL2电线对汲取的最大电能为15瓦。

v-伺服电路64将滤波的输入电压+VIN_n与参考电压相比较，并输出v-伺服电压。i-伺服电路66经电流感测电阻器68感测通过连接至从属电压转换器20(n)的传输线所汲取的电流，并输出i-伺服电压。v-伺服电压和i-伺服电压通过多个二极管84传送至脉宽限幅器70，如图5所示。在此构造中，v-伺服电压和i-伺服电压中较高的电压将使得脉宽限幅器70限制脉宽，从而确保始终不会超过电压限制和电流限制。

在一个实施例中，v-伺服电路和i-伺服电路各包括运算放大器、电阻器和电容器，并且电流感测电阻器可以为10欧姆的电阻器。在一个实施例中，运算放大器为National Semiconductor出产的LMC6462运算放大器。在一个实施例中，脉宽限幅器70、同步电路72和启动电路76为单一集成装置。一个典型装置是Texas Instruments出产的部件号为UCC25701的高级电压模式脉宽调制器。在使用UCC25701的一个实施例中，UCC25701的“ILIM”管脚通过例如为IN4148W二极管的多个二极管84并通过电阻分压器来接收v-伺服电压和i-伺服电压。主脉宽调制信号Pulse_n在经过反相和电平转移之后，在“SYNC”管脚上被接收。限幅的脉宽调制输出信号通过UCC25701提供在“OUT”管脚上。启动电阻器77和电容器79连接至“VDD”管脚和“FB”管脚。UCC25701还提供5.0伏参考电压，其由v-伺服电路用于电压比较，并由i-伺服电路用于电流比较。

功率级78接收脉宽限幅信号80，并在输出电压端口OUT_n上生成输出电压V_OUT。功率级78包括功率MOS场效应晶体管(MOSFET)85、电阻器86、变压器88、整流器90和低通滤波器92。本领域普通技术人员对于功率级是非常熟知的，并且可以使用许多功率级拓扑技术。在一个实施例中，功率级78包括前向转换器。其它实施例包括回扫转换器、cuk转换器、单端初级感应转换器、中心抽头推挽转换器、全桥转换器和半桥转换器。可以使用多种其它的功率级拓扑技术。

图6是主脉宽调制器控制电路22的详细示意图。参照图6和图4，U1(UCC25702)为主PWM 50。R1(2.8千欧)、C3(6800pF)和R3(332欧)组成阻抗53，R11(1.00千欧)为电阻器47。U2(MAX4321)为具有反馈阻抗57的放大器51，该反馈阻抗57包括C1(5600pF)、C2(560pF)和R2(4.02千欧)。来自U2的输出端54连接至U1的FB管脚。U2的非反相输入端连接至包括电阻器R9(11.3千欧)、R10(10千欧)和R14(10千欧)的分压器，该分压器从U1的VREF管脚上输出的5伏参考电压在U2的非反相输入端上生成3.2伏电压。电源从U1的VREF供应至U2。U1的OUT管脚将脉宽调制信号55提供至电容器52，该电容器52为C4(0.1μF)。外部同步输入可以被供应至U1的SYNC管脚。示出两个相同的隔离装置56：T1(SMD12_PULSE_XFMR)和T2(SMD12_PULSE_XFMR)，以提供八个相同的脉冲输出24：PULSE_0到PULSE_7。元件C6、C7、C10、C5、R12、C8、C9、R4和D1是用于提供用于U1和主脉宽调制器电路正常工作的电压稳定性和电压电平，这是本领域普通技术人员应知的。

图7是从属电压转换器的详细示意图。参阅图7和图5，D2(HD04)为整流器60。低通滤波器62包括LI(150μH)、L2(150μH)、R18(10欧)、C12(10μF)、C13(1.0μF)、C16(1.0μF)和C14(1.0μF)。v-伺服电路64包括U3B(LMC6462)、C11(220pF)、C15(10000pF)和R20(10千欧)。该v-伺服电路将来自包括R19(210千欧)和R21(10千欧)的分压器的电压与通过电阻器R22(10千欧)的5伏参考电压5V_REF_0相比较。i-伺服电路66包括U3A(LMC6462)、C18(220pF)、C19(10000pF)和R23(10千欧)，并且感测电阻器R27(10欧，图5的标号68)上的电流。二极管84为D4(IN4148W)和D9(1N4148)，并且它们的输出通过连接至电容器C27(200pF)的电阻器R34(49.9千欧)而连接至脉宽调制器U5(UCC25701)的管脚ILIM。

启动电阻器77为R28(392千欧)，电容器79为C32(0.1μF)和C29(10μF)。同步电路72包括晶体管Q1(TP0610)、Q3(2N7002)和Q4(2N7002)，R35(22.1欧)，R39(22.1欧)，R33(499欧)，C25(1.0μF)和R44(4.75千欧)。Q1和Q3形成逆变器和电平转移器，用于反相并将用于脉冲信号PULSE_0的适当偏压提供至U5的SYNC输入端。当初始供电时，Q4与C25和R44在短时间段(由C25和R44的值所限定)内将SYNC输入限制为较低，以允许U5生成上述的振荡器输出，并允许主脉宽调制器电路有时间开始产生其信号，其后Q4开路并在U5的SYNC输入端上接收脉冲信号。

功率级78包括晶体管Q2(IRFR420A，图5的标号85)、R42(0.25欧，图5的标号86)、变压器T3(EP13_SMD10，图5的标号88)、由二极管D7(10BQ100)和D10(10BQ100)组成的整流器90、以及由L3(47μH)、C24(1.0μF)和C23(22μF)组成的低通滤波器92。

线性稳压器(regulator)U4(MAX1616)产生12伏电压12V_BIAS_0，用于向U3B和U3A供电，并在启动后通过D11(1N4148W)向U5供电。U4通过利用D6(1N4184W)和C22(1.0μF)来整流和滤波来自变压器T3的信号而接收输入电能。U5由经过滤波的输入电压+VIN_0供电，因而一旦在整流器D2的TIPO和RINGO两端加电就尽快开始产生信号。U5还在管脚VREF上提供5伏参考电压。

通过图6的主脉宽调制器电路和图7的从属电压转换器，电能聚集装置包括八个输入端和八个从属电压转换器。八个输入端中的每一个可以连接至HDSL2传输线或HDSL4传输线的一半。图7的从属电压转换器的一个方案是电能仅由连接至传输线的那些从属电压转换器消耗。也就是说，如果从属电压转换器的输入端保持为未连接，则除去由Q1和Q3的寄生效应以及由电阻器R40(1.00千欧)所耗费的可以忽略的电能之外，这个从属电压转换器不消耗任何电能。因此，附加的从属电压转换器可被增加至电能聚集装置，用于提供对附加传输线(即使那些附加传输线还未被利用)的支持，而不会产生副作用。

前述具体描述已说明了用于从多个电源聚集电能的方法和装置。所述电源可以具有未知特性。该装置通过从所述电源汲取的电流产生单直流稳定电压。本发明可具有多个替换实施例。例如，主脉宽调制器电路能够从任何一个从属电压转换器的初级侧接收输入，而不是从全部从属电压转换器的次级侧接收输入。在一个不同的实例中，主控制器生成电流指令电压(currentcommand voltage)，而不是在每个从属电压转换器使用主脉宽调制器信号。电流指令电压经隔离边界传送至使用光隔离或其它隔离装置的每个从属电能转换器。全部从属电能转换器随后将均等份额的负载电流提供至负载。在另一实施例中，数字主控制电路对于每个从属电能转换器生成电流指令信号。每个从属电能转换器使用其各自的电流指令信号来控制从传输线汲取多少电流。

前述具体描述仅讨论了本发明能够采用的许多形式中的一部分。前述具体描述应被理解为本发明能够采用的所选形式的举例说明，不应作为对于本发明的限制。仅以包括所有等效范围的所附权利要求书来限定本发明的范围。

Claims

1、一种用于从多个电源聚集电能的电能聚集方法，包括如下步骤：

通过多条传输线中的每条传输线汲取电流，所述每条传输线连接至多个直流电源之一，其中所述多条传输线中的至少一些传输线具有大的线路电阻；以及

从通过所述多条传输线汲取的电流产生单直流稳定电压。

2、如权利要求1所述的电能聚集方法，其中所述多条传输线中的每条传输线具有由连接至该传输线的直流电源提供的最大开路电压，并且还包括如下步骤：

限制通过所述多条传输线中的每条传输线汲取的电流，以使跨接在该传输线两端的闭路电压为该传输线的最大开路电压的至少一半。

3、如权利要求2所述的电能聚集方法，其中限制汲取的电流的步骤还包括：限制通过所述多条传输线中的每条传输线汲取的电流，以使从所述多个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大为15瓦。

4、如权利要求2所述的电能聚集方法，其中限制汲取的电流的步骤还包括：限制通过所述多条传输线中的每条传输线汲取的电流，以使从所述多个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大为12.5瓦。

5、如权利要求1所述的电能聚集方法，其中该单直流稳定电压为12伏。

6、如权利要求1所述的电能聚集方法，其中该大的线路电阻小于约10千欧。

7、如权利要求1所述的电能聚集方法，其中所述多条传输线包括xDSL传输线。

8、如权利要求7所述的电能聚集方法，其中所述xDSL传输线是从HDSL2传输线和HDSL4传输线中选择的。

9、如权利要求1所述的电能聚集方法，其中还包括如下步骤：切换在传输线上汲取的电流。

10、如权利要求9所述的电能聚集方法，其中切换的步骤还包括：

形成具有脉宽和占空周期的主脉宽调制信号；以及

利用用于该传输线的主脉宽调制信号切换汲取的电流。

11、如权利要求10所述的电能聚集方法，其中该传输线具有由连接至该传输线的直流电源提供的最大开路电压，并且还包括如下步骤：

限制该主脉宽调制信号的脉宽，以使跨接在传输线两端的闭路电压为该最大开路电压的至少一半。

12、如权利要求10所述的电能聚集方法，其中该传输线具有由连接至该传输线的直流电源提供的最大开路电压，并且还包括如下步骤：

限制该主脉宽调制信号的脉宽，以使从该直流电源汲取的电能最大为15瓦。

13、如权利要求10所述的电能聚集方法，其中还包括如下步骤：

限制该脉宽，以使从该直流电源汲取的电能最大为12.5瓦。

14、如权利要求10所述的电能聚集方法，其中形成主脉宽调制信号的步骤还包括如下步骤：

依据该单直流稳定电压改变该占空周期。

15、如权利要求10所述的电能聚集方法，其中还包括如下步骤：对切换的电流进行整流和滤波。

16、一种电能聚集装置，包括实施权利要求1至15中任一项所述的电能聚集方法的电路。

17、一种电能聚集装置，包括：

电能聚集电路，其通过多条传输线从多个直流电源汲取电流，每个直流电源由所述多条传输线中的一条传输线连接至该电能聚集电路，每个直流电源具有开路电压和已知的最大开路电压，所述多条传输线中的每条传输线具有线路电阻，其中至少一些线路电阻很大；该电能聚集电路限制通过该传输线汲取的电流，以使在汲取电流时跨接在该传输线两端的闭路电压为该最大开路电压的至少一半，该电能聚集电路从汲取的电流产生单直流稳定电压。

18、如权利要求17所述的电能聚集装置，其中该电能聚集电路还包括：

一个主脉宽调制器电路，用于生成主脉宽调制器信号；以及

多个从属电压转换器，其中每个从属电压转换器连接至所述多条传输线中的一条传输线，其中每个从属电压转换器接收该主脉宽调制器信号，其中每个从属电压转换器运行为依据电压比较和电流测量来调整该主脉宽调制器信号，其中该主脉宽调制器信号用于通过该从属电压转换器的功率级切换从该传输线汲取的电流。

19、如权利要求18所述的电能聚集装置，其中所述主脉宽调制器信号的占空周期依据该单直流稳定电压而变化。

20、如权利要求18所述的电能聚集装置，其中该功率级包括：

从前向转换器、回扫转换器、cuk转换器、单端初级感应转换器、中心抽头推挽转换器、全桥转换器和半桥转换器中选择的一个转换器。

21、如权利要求18所述的电能聚集装置，其中所述多个从属电压转换器中的每个从属电压转换器运行为调整所述主脉宽调制器信号，以使从所述多个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大约为15瓦。

22、如权利要求18所述的电能聚集装置，其中所述多个从属电压转换器中的每个从属电压转换器运行为调整所述主脉宽调制器信号，以使从所述多个直流电源中的每个直流电源汲取的电能最大约为12.5瓦。

23、如权利要求18所述的电能聚集装置，其中所述多个从属电压转换器中的每个从属电压转换器包括启动电路，用于开始该从属电压转换器的启动工作。

24、一种用于产生单直流稳定电压的电能聚集装置，包括：

多个从属电压转换器，每个从属电压转换器包括输入电压端口、输出电压端口和同步输入端，每个从属电压转换器的该输入电压端口连接至多条传输线中的一条传输线，每条所述传输线连接至多个直流电源中的一个直流电源，所述多个从属电源转换器的全部输出电压端口在一个联合输出电压端口处接合；以及

主脉宽调制器电路，包括主脉宽调制器电路输入端和主脉宽调制器电路输出端，该主脉宽调制器电路输入端连接至该联合输出电压端口，该主脉宽调制器电路输出端连接至每个从属电压转换器的该同步输入端。

25、如权利要求24所述的电能聚集装置，其中该主脉宽调制器电路还包括外部同步输入端。

26、如权利要求24所述的电能聚集装置，其中该主脉宽调制器电路包括：

主脉宽调制器，其包括输入端和输出端；

误差信号放大器电路，其连接至所述联合输出电压端口，并连接至所述主脉宽调制器的所述输入端；

电容器，其连接至所述主脉宽调制器的所述输出端；以及

隔离装置，其连接至所述电容器，并连接至所述主脉宽调制器电路输出端。

27、如权利要求24所述的电能聚集装置，其中每个从属电压转换器还包括：

同步电路，其连接至该主脉宽调制器电路输出端，该同步电路接收主脉宽调制器信号；

输入整流器，其连接至该输入电压端口；

滤波器，其连接至该输入整流器，该滤波器生成经过滤波的输入电压；

启动电阻器，其连接至该滤波器；

启动电容器，其连接至该启动电阻器；以及

启动电路，其连接至该同步电路，该启动电路从该启动电阻器和该启动电容器接收启动信号，该启动信号使该启动电路、该同步电路和脉宽限幅器生成振荡信号；

v-伺服电路，该v-伺服电路将经过滤波的输入电压与参考电压相比较；

i-伺服电路，其包括电阻器，用于感测该输入电压端口上的电流阈值；

脉宽限幅器，其连接至该v-伺服电路和该i-伺服电路；该脉宽限幅器从该同步电路接收该主脉宽调制器信号，并输出脉宽限幅器输出信号；以及

功率级，其连接至该脉宽限幅器，通过依据该脉宽限幅器输出信号对经过滤波的输入电压进行切换和滤波，该功率级在该输出电压端口上生成输出电压；该功率级接收该振荡信号；该输出电压使该主脉宽调制器电路向该同步电路输出该主脉宽调制器信号。

28、如权利要求27所述的电能聚集装置，其中该功率级包括从前向转换器、回扫转换器、cuk转换器、单端初级感应转换器、中心抽头推挽转换器、全桥转换器和半桥转换器中选择的转换器。

29、如权利要求27所述的电能聚集装置，其中该脉宽限幅器、所述同步电路和所述启动电路为单一集成装置。

30、如权利要求27所述的电能聚集装置，其中该主脉宽调制器电路还包括外部同步输入端。

31、一种用于产生单直流稳定电压的电能聚集装置，包括：

多个从属电压转换器，每个从属电压转换器经由多条传输线中的一条传输线连接至多个直流电源中的一个直流电源，每个从属电压转换器包括：连接至所述多条传输线中的一条传输线的整流器装置，用于对开路电压整流；连接至该整流器装置的滤波器装置，用于生成经过滤波的电压；启动装置，用于从经过滤波的电压生成启动信号；脉宽调制器装置，用于生成脉宽调制器输出；连接至该脉宽调制器装置的同步装置，用于使该脉宽调制器装置依据所述启动信号将启动周期初始化，并用于在该启动周期之后将主脉宽调制器输出信号提供至该脉宽调制器装置；功率级装置，用于通过切换所述经过滤波的电压、依据该脉宽调制器的输出来生成直流电压；i-伺服装置，用于使该脉宽调制器装置调整该脉宽调制器的输出；v-伺服装置，用于使该脉宽调制器装置调整该脉宽调制器的输出；以及线性稳压器装置，用于向该i-伺服装置和该v-伺服装置提供电能；以及

主脉宽调制器电路，其连接至所述多个从属电压转换器，该主脉宽调制器电路包括：误差信号放大器装置，用于生成与该单直流稳定电压成比例的误差信号；主脉宽调制器装置，用于接收该误差信号并生成经主脉宽调制后的输出信号；以及隔离装置，用于隔离经主脉宽调制后的输出信号。