JP2011502463A - 負荷点レギュレータのアレイおよび補助デバイスの制御システム - Google Patents

負荷点レギュレータのアレイおよび補助デバイスの制御システム Download PDF

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Abstract

電力制御システムは、少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータと、少なくとも１つの非プログラマブル補助電圧レギュレータと、共通シリアル・データ・バスを通じて少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータと少なくとも１つの補助電圧レギュレータとに動作上接続されたシステム・コントローラとを含む。少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータは、受け取ったプログラミング・データによって定められる特性を有する、対応する出力電圧を供給し、更に少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータの動作ステータスを反映する監視データを供給するように構成されている。少なくとも１つの非プログラマブル補助電圧レギュレータは、イネーブル信号に応答して、対応する出力電圧を供給するように構成されている。システム・コントローラは、シリアル・データ・バスを通じてプログラミング・データを送り、監視データを受け取るように構成されている。データ監視回路が、少なくとも１つの補助電圧レギュレータに動作上接続されており、アナログ測定値を受け取り、監視データを伝達する。
【選択図】図３

Description

関連出願のデータ
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０に基づいて、現在は２００７年９月４日付けの米国特許第７，２６６，７０９号として発行されている米国特許出願第１１／３５４，５５０号の継続出願である、米国特許出願第１１／７６０，６６０号の一部継続出願として、優先権を主張する。
発明の分野
本発明は、電力制御システムに関し、更に特定すれば、負荷点レギュレータのアレイおよびその他の補助デバイスを制御、プログラミング、および監視するシステムに関する。
電子システムの一層の複雑化によって、電子システムでは、数種類の異なる別々の電圧および電流レベルで電力を供給しなければならないことが普通となっている。例えば、電子システムは、３ｖ、５ｖ、９ｖ等のような電圧を必要とする別々の回路を含む場合がある。更に、これらの回路の多くは、比較的低い電圧（例えば、１ｖ）を必要とするが、これと共に比較的高い電流（例えば、１００Ａ）も必要とする。電子デバイスを通して比較的長い距離にわたって比較的高い電流を低い電圧で供給することは、多くの理由から望ましくない。第１に、低い電圧で高い電流の線を比較的長く乱暴に走らせると、回路ボードのかなりの面積を浪費し、回路ボード上における信号線のルーティングを混雑させる。第２に、高い電流を通す線のインピーダンスは、大量の電力を消費し、負荷調整(load regulation)を複雑化することが多い。第３に、負荷要件の変化に対処するように電圧／電流特性を個別に設計することは困難である。
これらの電力要件を満たすためには、電子システム全体に中間バス電圧を配電すること、そして個別負荷点（「ＰＯＬ」）レギュレータ、即ち、ＤＣ／ＤＣ変換器を、当該電子システム内部の電力消費点に含ませることが知られている。即ち、ＰＯＬレギュレータをそれぞれの電子回路と共に含ませて、中間バス電圧を、電子回路が要求するレベルに変換する。電子システムには、複数のＰＯＬレギュレータを含み、中間バス電圧を複数の電圧レベルの各々に変換するものもある。理想的なのは、ＰＯＬレギュレータを対応する電子回路に隣接して物理的に配置して、電子システムを通る低電圧で高電流の線の長さを最小に抑えることである。損失を最小に抑える低電流線を用いると、中間バス電圧を複数のＰＯＬレギュレータに供給することができる。
この配電手法では、電力システムのＰＯＬレギュレータ群の制御および監視を連携する必要がある。ＰＯＬレギュレータは、一般に、電源コントローラと共に動作し、電源コントローラは、個々のＰＯＬレギュレータを活性化、プログラミング、および監視する。当技術分野では、このコントローラが多重接続並列バスを用いて各ＰＯＬレギュレータを活性化およびプログラミングすることが知られている。例えば、並列バスは、各ＰＯＬレギュレータをオンおよびオフに切り換えるためにイネーブル／ディスエーブル・ビットを伝達し、ＰＯＬレギュレータの出力電圧設定点をプログラミングするために電圧識別（ＶＩＤ）コード・ビットを伝達することができる。更に、コントローラは、各ＰＯＬレギュレータによって供給される電圧／電流を監視するために追加の接続を用いて、ＰＯＬレギュレータの障害状態を検出することもできる。このような制御システムの欠点は、電子ステム全体の複雑さが増すこと、そしてサイズが大きくなることである。
また、当技術分野では、システム・サポート機能のために、電子システムに種々の別のデバイス（補助デバイスとも呼ばれている）を含ませることも周知である。これらのデバイスは、線形レギュレータ、低ドロップ・アウト（ＬＤＯ）線形レギュレータ、またはその他の電源のように、低電力調整を行い、機械動作スイッチ、磁気動作制御スイッチ、熱および磁気理例、時間遅延リレー、およびアクチュエータのように、デバイスの切り換えを行い、モータ制御を行い、送風機およびファンのように、温度制御を行い、光、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ビデオ表示モニタ、ゲージ、周辺デバイスのように、視覚指示デバイスを設けること等ができる。場合によっては、ファンの動作をＰＯＬレギュレータの活性化と同期して制御するというように、これらの補助デバイスの制御を電力システムのＰＯＬレギュレータと調和をとって連携することが望ましいこともある。しかしながら、従来の分散電力システムは、ＰＯＬレギュレータに加えて他の補助デバイスを制御する柔軟性を備えていない。
したがって、分散電力システム内においてＰＯＬレギュレータおよびその他の補助デバイスを制御および監視するシステムおよび方法を有することができれば有利であろう。
本発明は、分散電力システム内においてＰＯＬレギュレータおよび補助デバイスを制御、プログラミング、および監視するシステムおよび方法を提供する。
本発明の一実施形態では、電力制御システムは、少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータと、少なくとも１つの非プログラマブル補助電圧レギュレータと、共通シリアル・データ・バスを通じて少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータと前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータとに動作上接続されているシステム・コントローラとを含む。少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータは、受け取ったプログラミング・データによって定められる特性を有する、対応する出力電圧を供給し、更に少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータの動作ステータスを反映する監視データを供給するように構成されている。少なくとも１つの非プログラマブル補助電圧レギュレータは、イネーブル信号に応答して対応する出力電圧を供給するように構成されている。システム・コントローラは、シリアル・データ・バスを通じてプログラミング・データを送り監視データを受け取るように構成されている。データ監視回路が、少なくとも１つの補助電圧レギュレータに動作上接続されており、そこからアナログ測定値を受け取り、監視データをシステム・コントローラに伝達する。
以下の好ましい実施形態の詳細な説明を検討することにより、当業者には、複数のＰＯＬレギュレータおよび補助デバイスを制御および監視する方法およびシステムを一層深く理解でき、その付加的な利点や目的も明らかとなろう。添付図面を参照し、これらについて最初に端的に説明する。
図１は、先行技術の分散電力供給システムを示す。 図２は、並列制御バスを用いた先行技術のＰＯＬ制御システムを示す。 図３は、本発明の一実施形態にしたがって構成したＰＯＬ制御システムの一例を示す。 図４は、ＰＯＬ制御システムのＰＯＬレギュレータの一例を示す。 図５は、ＰＯＬ制御システムのシステム・コントローラの一例を示す。 図６は、補助デバイスの制御を行うＰＯＬ制御システムの代替実施形態を示す。 図７は、図６の実施形態にしたがって補助デバイスの動作を制御するためのグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）の一例を示す。 図８は、補助デバイスの監視および制御を行うＰＯＬ制御システムの別の代替実施形態を示す。 図９は、補助デバイスの監視および制御を行うＰＯＬ制御システムの更に別の代替実施形態を示す。
本発明は、分散電力システム内においてＰＯＬレギュレータおよび補助デバイスを制御および監視するシステムおよび方法を提供する。以下に続く詳細な説明では、同様の要素番号を１つ以上の図に示される同様の要素を記述するために用いることとする。
最初に図１を参照すると、先行技術の分散配電システムが示されている。この先行技術の分散配電システムは、入手可能なＡＣ電力を一次ＤＣ電源、例えば、４８ボルトに変換するＡＣ／ＤＣ変換器１２を含む。一次ＤＣ電源は、印刷回路ボード１４のような、複数の電子システムにＤＣ電力を配電する一次電源バスに接続されている。このバスは、更に、バッテリ１８にも結合することができる。バッテリ１８は、一次電源バスに接続されている電子システムのために、バックアップ電源を提供する。ＡＣ／ＤＣ変換器１２がＤＣ電力を一次電源バスに供給しているときに、バッテリ１８は最大充電状態に維持される。ＡＣ電力の損失またはＡＣ／ＤＣ変換器１２での障害という事態が発生した場合、バッテリ１８の容量によって定められる、限られた時間期間だけバッテリ１８はＤＣ電力を一次電源バスに供給し続ける。
印刷回路ボード１４は、更に、ＤＣ／ＤＣ変換器も含むことができる。このＤＣ／ＤＣ変換器は、一次バス電圧を、５ボルトまたは１２ボルトというような、中間電圧レベルに低下させる。この中間電圧は、次に、印刷回路ボード１４上にある複数の回路に設けられている中間電源バスを通じて配電される。各回路には、負荷点（「ＰＯＬ」）レギュレータが関連付けられており、ＰＯＬ２２、２４、および２６のように、各回路に近接して配置されている。各ＰＯＬレギュレータは、ＰＯＬ２２、２４、および２６がそれぞれ供給する１．８ボルト、２．５ボルト、および３．３ボルトというような、電子回路が要求する低電圧、高電流レベルに、中間バス電圧を変換する。尚、ここに記載した電圧レベルは総じて例示であり、印刷回路ボード１４上にある電子回路の個々の必要性に合わせて、他の電圧レベルを選択することも可能であることは認められてしかるべきである。ＰＯＬ２２、２４、２６をそれらに対応する電子回路に近接して配置することによって、印刷回路ボード１４上の低電圧、高電流線の長さを最小に抑える。更に、中間電源バスは、比較的低い電流を通すように構成することもでき、これによってライン・インピーダンスによる電力損失も極力抑えることができる。しかし、この分散電力供給システムは、ＰＯＬ２２、２４、２６の挙動を監視および制御する方法を提供するのではない。
図２は、電力供給コントローラ３２と、複数のＤＣ／ＤＣ変換器３４、３６、３８、および４２とを有する先行技術のＤＣ／ＤＣ変換器制御システムを示す。ＤＣ／ＤＣ変換器３４、３６、３８、および４２は、各々、電源バス（図１に関して先に説明した）に接続されており、この電源バスは入力電圧を供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器３４、３６、３８、および４２は、各々、低電圧、高電流出力を供給する。この出力は、それぞれの検知抵抗器４６、５２、５６、および６２、ならびにそれぞれのスイッチ４８、５４、５８、および６４を通過する。コントローラ３２は、制御信号をＤＣ／ＤＣ変換器３４、３６、３８、および４２に、複数の６ビット並列バスを通じて供給する。これら並列バスの各々は、イネーブル／ディスエーブル・ビットおよび５つのＶＩＤコード・ビットを通す。ＶＩＤコード・ビットは、所望の出力電圧／電流レベルに合わせて、ＤＣ／ＤＣ変換器をプログラミングする。また、コントローラ３２は、検知抵抗器４６、５２、５６、および６２を用いて、ＤＣ／ＤＣ変換器３４、３６、３８、および４２の挙動の監視も行う。具体的には、コントローラ３２は、検知抵抗器の出力側における電圧を検出することによって、各ＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を監視し、そして検知抵抗器の両端にかかる電圧を検出することによって、検知抵抗を通過する出力電流を監視する。各ＤＣ／ＤＣ変換器の電圧および電流検知には、２本の別個の線が必要となるので、この４変換器システムの例の電圧および電流状態を検知するためには、８本の別個の線が必要となる。更に、コントローラ３２は、スイッチ４８、５４、５８、および６４のゲート端子に接続されているスイッチ・イネーブル線を有し、これによってコントローラ３２は、ＤＣ／ＤＣコントローラ３４、３６、３８、および４２の内の任意のものからの出力を遮断すること、またはターン・オン／オフ・スルー・レート(turn-on/off slew rate)を制御することができる。
動作の一例では、コントローラ３２は制御パラメータ（例えば、出力電圧設定点）をＤＣ／ＤＣ変換器３４に、６ビット並列バスのＶＩＤコード部分を通じて供給する。次いで、コントローラ３２は、６ビット並列バスのイネーブル／ディスエーブル部分を通じて、ＤＣ／ＤＣ変換器３４を活性化する。一旦活性化されると、ＤＣ／ＤＣ変換器３４は電源バス電圧（例えば、４８ボルト）を、選択された出力電圧に変換する。次いで、コントローラ３２は、電圧監視線を通る電圧を測定することによって、出力電圧が所望の電圧になっていることを検証する。出力電圧が容認可能な範囲内に納まっている場合、スイッチ・イネーブル線を通じてスイッチ４８を活性化することによって、この出力電圧を負荷（図示せず）に供給する。次いで、コントローラ３２は電圧監視線を通る出力電圧を監視し、検知抵抗器の両端に生ずる電圧降下（即ち、電流監視線と電圧監視線との間における電圧差）を測定することによって、ＤＣ／ＤＣ変換器３４によって生成される出力電圧および出力電流を連続的に監視することができる。コントローラ３２がＤＣ／ＤＣ変換器３４の障害状態（例えば、出力電圧が特定の閾値よりも低下したこと）を検出した場合、コントローラ３２はＤＣ／ＤＣ変換器をディスエーブルしリセットすることができる。コントローラ３２は、同様に、その他のＤＣ／ＤＣ変換器３６、３８、および４２とも通信する。
図２の制御システムに伴う欠点は、６ビット並列バスを用いて各ＤＣ／ＤＣ変換器を制御し、別個の３線出力接続を用いて各ＤＣ／ＤＣ変換器の挙動を監視することによって、電子システム全体の複雑さが増すこと、そしてサイズが大きくなることである。言い換えると、コントローラ３２は、４つのＤＣ／ＤＣ変換器３４、３６、３８、および４２と通信するために、３６個の別個の接続を利用する。電子システムの複雑さおよび電力要件が増大するに連れて、コントローラの接続数も線形的に増大する。
これより図３を参照すると、本発明の一実施形態によるＰＯＬ制御システム１００が示されている。具体的には、ＰＯＬ制御システム１００は、システム・コントローラ１０２、フロント・エンド・レギュレータ１０４、およびアレイ状に配列された複数のＰＯＬレギュレータ１０６、１０８、１１０、１１２、および１１４を含む。ここに示すＰＯＬレギュレータは、負荷点レギュレータ、負荷電力レギュレータ、ＤＣ／ＤＣ変換器、電圧レギュレータ、および当業者には一般に周知のその他全てのプログラマブル電圧または電流規制デバイスを含むが、これらに限定されるのではない。個々のＰＯＬレギュレータ間にデバイス内インターフェースを設けて、電流共有または並列化(parallelling)のような具体的な相互作用、例えば、ＰＯＬ０ １０６とＰＯＬ１ １０８との間に設けられる電流共有インターフェース（ＣＳ１）、およびＰＯＬ４ １１２とＰＯＬｎ １４との間に設けられるＣＳ２を制御する。図３に示す構成例では、ＰＯＬ０ １０６およびＰＯＬ１ １０８が並列モードで動作して、電流容量(current capability)を増大させた出力電圧ＶＯ１を生成し、ＰＯＬ２ １１０が出力電圧ＶＯ２を生成し、ＰＯＬ４ １１２およびＰＯＬｎ １１４が並列モードで動作して、出力電圧ＶＯ３を生成するが、ＰＯＬレギュレータの他の組み合わせや他の数のＰＯＬレギュレータを利用すると有利なこともあり得ることは認められてしかるべきである。
フロント・エンド・レギュレータ１０４は、中間電圧を複数のＰＯＬレギュレータに、中間電圧バスを通じて供給し、単に別のＰＯＬレギュレータを構成することもできる。システム・コントローラ１０２およびフロント・エンド・レギュレータ１０４は、１つのユニットの中に一緒に統合してもよく、または別個のデバイスとして設けてもよい。あるいは、フロント・エンド・レギュレータ１０４は、複数の中間電圧をＰＯＬレギュレータ群に複数の中間電圧バスを通じて供給することもできる。システム・コントローラ１０２は、その電力を中間電圧バスから引き出すことができる。
システム・コントローラ１０２は、同期／データ・バスのような、図３に示す単一方向または双方向シリアル・バスを通じてディジタル・データを書き込むおよび／または読み取る（同期または非同期のいずれかで）ことによって、複数のＰＯＬレギュレータと通信する。同期／データ・バスは、データを非同期で送信することができる二線シリアル・バス（例えば、Ｉ２Ｃ）、またはデータを同期して送信することができる（即ち、クロック信号に同期させる）単線シリアル・バスを構成することができる。アレイにおける任意の具体的なＰＯＬにアドレスするために、各ＰＯＬは一意のアドレスで識別され、この一意のアドレスは当該ＰＯＬの中にハードワイヤで設定するか、またはその他の方法で設定することができる。また、システム・コントローラ１０２は、ＯＫ／障害バスのような、図３に示す第２単一方向または双方向シリアル・バスを通じて、障害管理のために複数のＰＯＬレギュレータと通信する。複数のＰＯＬレギュレータを共通のＯＫ／障害バスに接続することによってこれらを共に集合化することにより、ＰＯＬレギュレータ群は、障害状態の場合に、同じ振る舞いを呈することができる。また、システム・コントローラ１０２は、ＰＯＬ制御システム１０をプログラミング、設定、および監視するために、ユーザ・インターフェース・バスを通じてユーザ・システムと通信する。最後に、システム・コントローラ１０２は、フロント・エンド・レギュレータの動作をディスエーブルするために、別の線を通じてフロント・エンド・レギュレータ１０４と通信する。
ＰＯＬ制御システム１０の代表的ＰＯＬレギュレータ１０６を図４に更に詳しく示す。図３のその他のＰＯＬレギュレータは、実質的に同一の構成を有する。ＰＯＬレギュレータ１０６は、電力変換回路１４２、シリアル・インターフェース１４４、ＰＯＬコントローラ１４６、デフォルト・コンフィギュレーション・メモリ１４８、およびハードワイヤ設定インターフェース１５０を含む。電力変換回路１４２は、シリアル・インターフェース１４４、ハードワイヤ設定１５０、またはデフォルト設定によって受け取った設定値に応じて、入力電圧（Ｖｉ）を所望の出力電圧（Ｖｏ）に変換する。また、電力変換回路１４２は、ローカル制御に用いられ、シリアル・インターフェース１４４を通じてシステム・コントローラに返送される、出力電圧、電流、温度、およびその他のパラメータの監視センサも含むことができる。また、電力変換回路１４２は、簡略監視機能を設けるために、単体用途に合わせて電力良好（ＰＧ）出力信号を発生することもできる。シリアル・インターフェース１４４は、同期／データおよびＯＫ／障害シリアル・バスを通じて、コマンドおよびメッセージをシステム・コントローラ１０２から受け取り、そしてコマンドおよびメッセージをシステム・コントローラ１０２に送る。デフォルト・コンフィギュレーション・メモリ１４８は、プログラミング信号がシリアル・インターフェース１４４やハードワイヤ設定インターフェース１５０を通じて受信されない場合に、ＰＯＬレギュレータ１０６のためのデフォルト・コンフィギュレーションを格納する。このデフォルト・コンフィギュレーションは、プログラミング信号がない場合にＰＯＬレギュレータ１０６が「安全な」状態で動作するように選択される。
ハードワイヤ設定インターフェース１５０は、外部接続と通信して、シリアル・インターフェース１４４を用いずに、ＰＯＬレギュレータをプログラミングする。ハードワイヤ設定インターフェース１５０は、入力として、設定値の一部、例えば、位相変位、イネーブル／ディスエーブル・ビット（Ｅｎ）、トリム(trim)、およびＶＩＤコード・ビットを、アドレス（即ち、ＰＯＬの識別子）の関数として変更または設定するために、ＰＯＬのアドレス設定値（Ａｄｄｒ）を含むことができる。更に、アドレスは、シリアル・インターフェース１４４を通じた通信動作の間、ＰＯＬレギュレータを特定する。トリム入力は、１つ以上の外部抵抗器の接続が、ＰＯＬレギュレータに素津力電圧レベルを定めることを可能にする。同様に、ＶＩＤコード・ビットは、所望の出力電圧／電流レベルに合わせてＰＯＬレギュレータをプログラミングするために用いることができる。イネーブル／ディスエーブル・ビットは、ディジタル高／低信号を切り換える(toggle)ことによって、ＰＯＬレギュレータをオン／オフすることを可能にする。
ＰＯＬコントローラ１４６は、ＰＯＬレギュレータの設定値を受け取り、その優先順位を決定する。ハードワイヤ設定インターフェース１５０またはシリアル・インターフェースのいずれを通じても設定情報が受け取られない場合、ＰＯＬコントローラ１４６は、デフォルト・コンフィギュレーション・メモリ１４８に格納されているパラメータにアクセスする。あるいは、ハードワイヤ設定インターフェース１５０を通じて設定情報を受け取った場合、ＰＯＬコントローラ１４６はこれらのパラメータを適用する。つまり、デフォルト設定値は、ハード・ワイヤ接続(hard wiring)によって設定できないまたはされないパラメータの全てに適用される。ハードワイヤ設定インターフェース１５０によって受け取られた設定値は、シリアル・インターフェース１４４を通じて受け取られた情報によって上書きすることができる。したがって、ＰＯＬレギュレータは、単体モード、完全プログラマブル・モード、またはその組み合わせで動作することができる。このプログラミングの柔軟性によって、複数の異なる電力用途を１つの汎用ＰＯＬレギュレータによって充足させることができ、これによってＰＯＬレギュレータのコストを削減し、製造を簡素化することが可能になる。
ＰＯＬ制御システム１００のシステム・コントローラ１０２の一例を図５に示す。システム・コントローラ１０２は、ユーザ・インターフェース１２２、ＰＯＬインターフェース１２４、コントローラ１２６、およびメモリ１２８を含む。ユーザ・インターフェース１２２は、ユーザ・インターフェース・バスを通じて、メッセージをユーザ（またはホスト）に送り、そしてメッセージをユーザ（またはホスト）から受け取る。ユーザ・インターフェース・バスは、標準的なインターフェース・プロトコルを用いたシリアルまたはパラレル双方向インターフェース、例えば、Ｉ２Ｃインターフェースによって設けることができる。監視値または新たなシステム設定値のようなユーザ情報は、ユーザ・インターフェース１２２を通じて送信される。ユーザ（またはホスト）との通信は、直接でもよいし、あるいはローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を通じてでもよい。ユーザは、直接ユーザ・インターフェース・バスに結合することによって、ＰＯＬ制御システムを監視、制御、および／またはプログラミングする目的で、ＰＯＬ制御システムにアクセスすることができる。ユーザ・システムは、ＰＯＬ制御システムに関するステータス情報の表示を可能にする、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）のようなユーザ・インターフェースを含むことが多い。
ＰＯＬインターフェース１２４は、同期／データおよびＯＫ／障害シリアル・バスを通じたＰＯＬレギュレータへ／からのデータを変換する。ＰＯＬインターフェース１２４は、同期／データ・シリアル・バスを通じて通信し、設定データを送信し監視データを受信し、更にＯＫ／障害シリアル・バスを通じて通信して、接続されているＰＯＬレギュレータ群の内少なくとも１つにおける障害状態を示す割り込み信号を受信する。メモリ１２８は、システム・コントローラ１０２に接続されているＰＯＬレギュレータに対する設定パラメータ（例えば、出力電圧、電流制限設定点、タイミング・データ等）を格納するために用いられる不揮発性メモリ記憶デバイスを備えている。任意であるが、補助的な外部メモリ１３２もユーザ・インターフェース１２２に接続して、監視データまたは設定データのためのメモリ容量増大に備えてもよい。
コントローラ１２６は、ユーザ・インターフェース１２２、ＰＯＬインターフェース１２４、およびメモリ１２８に動作可能に接続されている。コントローラ１２６は、ディスエーブル信号（ＦＥ ＤＩＳ）をフロント・エンド・レギュレータ１０４に伝達するための外部ポートを有する。ＰＯＬ制御システム１００の起動時に、コントローラ１２６は内部メモリ１２８（および／または外部メモリ１３２）からシステム設定値を読み出し、それに応じてＰＯＬインターフェース１２４を通じてＰＯＬレギュレータ群をプログラミングする。すると、システム・プログラミングに応じて、既定の仕方でＰＯＬレギュレータの各々が設定され起動される。通常動作の間、コントローラ１２６はユーザまたはＰＯＬレギュレータ群から来る任意のコマンドまたはメッセージをデコードし実行する。コントローラ１２６は、ＰＯＬレギュレータの挙動を監視し、この情報をユーザ・インターフェース１２２を通じてユーザに返送して報告する。また、ＰＯＬレギュレータは、過電流状態または過電圧状態のような、障害に対して具体的な自律的反作用を実行するように、コントローラ１２６を通じてユーザによってプログラミングすることもできる。あるいは、ＰＯＬレギュレータは、障害状態をシステム・コントローラ１０２に報告するようにだけプログラミングすることもでき、次いで、システム・コントローラ１０２は、既定の設定値に応じて、しかるべき補正措置を決定する。例えば、ＦＥ ＤＩＳ制御線を通じてフロント・エンド・レギュレータを停止させる。
監視ブロック１３０を任意に設けて、コントローラ１０２に動作可能に接続されていない他の電力システムの１つ以上の電圧または電流レベルの状態を、同期／データ・バスまたはＯＫ／障害バスを通じて監視することもできる。監視ブロック１３０は、ＰＯＬ制御システム１００に関する他の情報と同様に、ユーザ・インターフェースを通じてユーザに報告するために、この情報をコントローラ１２６に供給することができる。このように、ＰＯＬ制御システム１００は、電子システム内に既に存在する電力システムとの下位互換性を設けることができる。
図３に戻って、システム・コントローラ１０２は、初期コンフィギュレーション・データを各ＰＯＬレギュレータ（即ち、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４）を供給するように構成されている。尚、初期コンフィギュレーション・データは、以下のタイプのデータの内１つ以上を含むことができるが、これらに限定されるのではないことは認められてしかるべきであろう。出力電圧設定点データ（即ち、所望の出力電圧）、出力電流設定点データ（即ち、最も高い所望の出力電流）、下限電圧データ（即ち、最も低い所望の出力電圧）、上限電圧データ（即ち、最も高い所望の出力電圧）、出力電圧スルー・レート・データ（即ち、所望の出力スルー・レート）、イネーブル／ディスエーブル・データ（即ち、ＰＯＬレギュレータ出力のオン／オフ切り換え）、タイミング・データ（例えば、ターン・オン遅延、ターン・オフ遅延、障害復元時間等）、および／または当業者には一般に周知であるその他のあらゆるタイプのＰＯＬプログラミング・データ。一旦初期コンフィギュレーション・データが受信されると、ＰＯＬコントローラ１４６（図４参照）は、この初期コンフィギュレーション・データの少なくとも一部をメモリに格納するように構成されている。格納された初期コンフィギュレーション・データの少なくとも一部は、所望の出力を生成するために用いられる。例えば、受信／格納された初期コンフィギュレーション・データのタイプに応じて、特定の電圧レベル、特定のスルー・レート等を含むように出力を生成することができる。
出力を生成した後、ＰＯＬコントローラ１４６は、障害監視データを（例えば、外部デバイス、検知回路等から）受信するように構成されている。障害監視データは、ＰＯＬレギュレータまたはその出力に関する情報を収蔵しており、メモリに格納される。ＰＯＬコントローラ１４６は、状態に応答して（例えば、要求を受けた、既知のパラメータを超過した、レジスタの内容が変更された等）、障害監視データの少なくとも一部をシステム・コントローラ１０２に供給するように構成されている。尚、障害監視データは、以下のタイプのデータの内１つ以上を含むことができるが、これらに限定されるのではないことは認められてしかるべきである。実際の出力電圧データ（即ち、測定した出力電圧）または電圧比較データ（例えば、測定した出力電圧が最高所望出力電圧よりも上かまたは下か、測定した出力電圧は最低所望出力電圧よりも上かまたは下か、等）を含むことができる出力電圧データ、実際の出力電流データ（例えば、測定した出力電流）または電流比較データ（例えば、測定した出力電流は最高所望出力電流よりも上かまたは下か）を含むことができる出力電流データ、実際の温度データ（即ち、測定したＰＯＬレギュレータ、更に特定すれば、その熱発生素子の温度データ）または温度比較データ（例えば、ＰＯＬレギュレータ（またはその素子）の温度が既知の値よりも上かまたは下か等）、および／または当業者には一般に周知であるその他のあらゆるタイプのＰＯＬ障害監視データ。また、障害監視データは、障害状態の存在を表すデータに限定されるのではないことも認められてしかるべきである。例えば、ＰＯＬレギュレータが容認可能なパラメータの範囲内（例えば、容認可能な温度範囲内）で動作していることを示す障害監視データも、本発明の主旨および範囲内に該当すると見なす。
障害監視データは、システム・コントローラ１０２またはＰＯＬコントローラ１４６のいずれかによって用いられ、ＰＯＬレギュレータを監視および／または制御することができる。言い換えると、ＰＯＬコントローラ１４６は、障害監視データを用いて、ＰＯＬステータス情報（即ち、特定のＰＯＬレギュレータに対応するデータ、またはその出力）をシステム・コントローラ１０２に提供すること、または特定の条件を満たすときに（例えば、ステータス・レジスタが変化した、温度限度を超過した等）ＰＯＬレギュレータをディスエーブルすることのいずれもが可能である。あるいは、システム・コントローラ１０２は、障害監視データを用いて、ＰＯＬステータス情報をアドミニストレータに提供する、特定のＰＯＬレジスタをディスエーブルする、または今後の使用のために障害監視データを格納することもできる。例えば、本発明の一実施形態では、各ＰＯＬレギュレータは、一意のＩＤデータ（例えば、連番、製造日等）を含み、ＩＤレジスタに格納されている。これによって、システム・コントローラ１０２はＰＯＬステータス情報および一意のＩＤデータをアドミニストレータに提供することが可能になる。
本発明の別の実施形態では、各ＰＯＬレジスタは、更に、少なくとも１つのセンサ回路を含む。このセンサ回路は、障害監視データ、または障害監視データを生成するために用いることができるデータ（例えば、メモリに格納されている情報と一緒に）のいずれかを生成するために用いることができる。尚、ここに記載したようなセンサ回路は、検出対象とする情報のタイプに応じて様々である（例えば、回路、位置、入力等に関して）ことは認められてしかるべきである。例えば、電流を検出するセンサ回路は、温度を検出するセンサ回路とは異なる回路を含み、異なる入力を有し、異なる場所に置かれることもあり得る。
ＰＯＬ制御システム１０は、４種類の異なる動作モードを可能にする。第１動作モードでは、システム・コントローラがなく、ＰＯＬレギュレータは、他のＰＯＬレギュレータとの相互作用を行わずに、独立して機能する。ＰＯＬレギュレータは、各々、ローカル・フィードバックおよび制御システムを含み、それら自体の挙動を規制し、更にインターフェースを制御してローカル・プログラミングを可能にする。更に、ＰＯＬレギュレータはデフォルトの設定値も含み、ローカル・プログラミングやシステム・コントローラからのデータがない場合、ＰＯＬレギュレータはデフォルト設定値に戻ることができる。言い換えると、ＰＯＬレギュレータの各々は、システム・コントローラや、他のＰＯＬレギュレータとの相互作用の必要性がない、単体デバイスとして動作することができる。
第２動作モードでは、システム・コントローラがなく、ＰＯＬレギュレータは、電流共有またはインターリーブ(interleaving)の目的で相互動作する。ＰＯＬレギュレータは、電流共有インターフェースを通じて互いに通信する。同期／データ線を用いて、同期情報を伝達し、ＰＯＬレギュレータの位相インターリーブを可能にすることもできる。この場合、ハードワイヤ接続を通じてアドレスを入力することによって、位相をローカルにプログラミングする。第１または第２動作モードのいずれにおいても、同期を除いて、ＰＯＬレギュレータ間で伝達される情報があるのが一般的であり、プログラミング情報を伝達する必要はない。
第３動作モードでは、ＰＯＬレギュレータ群はアレイとして動作し、システム・コントローラが、各ＰＯＬレギュレータの挙動、および全体としてのアレイを連携させる。システム・コントローラは、同期／データ・シリアル・バスを通じてＰＯＬレギュレータの各々の動作をプログラミングし、これによってＰＯＬレギュレータの予め決められている設定値を無効にする。同期／データ・シリアル・バスは、更に、同期情報を伝達してＰＯＬレギュレータの同期およびインターリーブを可能にするために用いられる。この動作モードは、電流共有インターフェースを通じたデバイス間通信を含まない。
最後に、第４動作モードは、システム・コントローラを用いた中央制御、および一定の機能によるローカル制御の双方を含む。このように、ＰＯＬレギュレータは、システム・コントローラによって連携が取られるアレイとして動作し、更に電流共有のような機能を実行するために互いに相互動作する。
本発明の代替実施形態を図６に示す。この実施形態では、ＰＯＬ制御システムは、付加的に、一例のＬＤＯ２４０、２５０のような、複数の補助デバイスを含むことができる。これらの補助デバイスは、通例、ＰＯＬレギュレータよりもネットワーク処理能力および／または情報処理能力(intelligence)に劣り、場合によっては基本レベル（例えば、イネーブル／ディスエーブル）コマンドだけにしか応答しない場合もある。この代替ＰＯＬ制御システムは、システム・コントローラ２０２と、複数のＰＯＬレギュレータ１０６、１０８とを含む。システム・コントローラ２０２は、ＰＯＬレギュレータと共に補助デバイスの動作を監視および制御することによって、システム・レベルの解決策を提供する。システム・コントローラ２０２は、概略的に、図３に関して先に論じたシステム・コントローラ２０２と構成が同様である。尚、図６は図３の実施形態との相違を示し、簡略化のためにその他の詳細を省略していることは認められてしかるべきであろう。
この代替ＰＯＬ制御システムは、更に、補助デバイス制御システム２３０も含む。補助デバイス制御システム２３０は、複数の補助デバイス・コントローラ２３２を更に含む。尚、制御下にある個々の補助デバイスの各々と、別個の補助デバイス・コントローラを関連付けてもよいことは認められてしかるべきである。補助デバイス制御システム２３０は、システム・コントローラ２０２の一部であってもよく（例えば、同じ回路または半導体デバイスに統合する）、またはＰＯＬ制御システムの別個の物理コンポーネントとして設けてもよい。
更に、補助デバイス・コントローラ２３２、２３４は、それぞれのインターフェース２３２ａ、設定レジスタ２３２ｂ、ならびにオン／オフおよび監視ロジック２３２ｃを含む。インターフェース２３２ａは、ＰＯＬ制御システムの他のエレメントと同期／データ・バスを通じて通信するように構成されている。システム・コントローラ２０２は、同期／データ・シリアル・バスおよびＯＫ／障害シリアル・バスを通じてのＰＯＬレギュレータへ／からのデータを変換するインターフェース２２４を含む。インターフェース２２４は、同期／データ・シリアル・バスを通じて通信して設定データを送信し、監視データを受信し、更にＯＫ／障害シリアル・バスを通じて通信して、接続されているＰＯＬレギュレータの内少なくとも１つにおける障害状態を示す割り込み信号を受信する。インターフェース２３２ａは、同期／データ・バスに結合され、同じタイプのデータを補助デバイスと交換する。先に論じたように、同期／データ・バスは、複数のデバイス間で情報を送受信するのに適した単線または二線通信バス（例えば、Ｉ２Ｃ）とすることができる。
設定レジスタ２３２ｂは、補助デバイスの動作パラメータを定める。これらのレジスタ２３２ｂは、補助デバイスについての設定パラメータ（例えば、ターン・オン遅延、ターン・オフ遅延、入力／出力信号の極性（即ち、アクティブのローまたはハイのコンフィギュレーション）、障害コンフィギュレーション、グループ・メンバーシップ等）を格納するために用いられるメモリを備えている。設定レジスタ２３２ｂにロードされるデータ値は、システム・コントローラによって、同期／データ・バスを通じて供給することができる。
オン／オフおよび監視ロジック２３２ｃは、補助デバイスとの直接インターフェースを設ける。即ち、ロジック２３２ｃは、設定レジスタ２３２ｂの値、および同期／データ・バスを通じて受信したコマンドに応答して、イネーブルおよびディスエーブル・コマンドを補助デバイスに供給する。例えば、オン・オフ・ロジック２３２ｃは、設定レジスタ２３２ｂにおいて定められているタイミング・データ（例えば、ターン・オン遅延）に応じて、イネーブル・コマンドを補助デバイスに供給する。補助デバイスは、電力良好信号のような、応答監視信号を供給して、補助デバイスの動作ステータスを反映する。次いで、監視ロジック２３２ｃはこのステータス情報を、同期／データ・バスを通じてというようにして、逆方向にシステム・コントローラ２２６に伝達する。尚、補助デバイスへの他のタイプのコマンド、および補助デバイスからの他のタイプのステータス監視情報も、個々のシステムの必要性および補助デバイスの用途に応じて利用できることは認められてしかるべきである。つまり、システム・コントローラ２２６は、それがＰＯＬデバイスを監視および制御するのと同様に、ＰＯＬ以外のデバイスでも制御および監視することができる。
補助デバイス・コントローラ２３２は、一意のアドレスによって識別することができる。このアドレスは、補助デバイス・コントローラにハードワイヤで設定すること、またはその他の方法で設定することができる。システム・コントローラ２０２は、同期／データ・バスを通じて補助デバイスに伝達されるデータ・メッセージの中でこのアドレスを用いることができる。あるいは、補助デバイス・コントローラ２３２を直接システム・コントローラ２２６によってアドレスして、設定値の一部をアドレスの関数として（即ち、補助デバイスの識別子）変更または設定することもできる。また、システム・コントローラ２２６を通す必要なく、補助デバイス・コントローラ２３２をユーザまたはホストによって直接アドレスすること、またはハードワイヤで接続することもできる。
図７は、図６の実施形態にしたがって補助デバイスの動作をプログラミングするために用いられるグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）の一例のスクリーン・ショットを示す。先に論じたように、ユーザは、システム・コントローラ２２６を通じてユーザ・インターフェース・バスに直接結合することによって、ＰＯＬ制御システムを監視、制御、および／またはプログラミングする目的で、ＰＯＬ制御システムにアクセスすることができる。ユーザ・システムは、ＰＯＬ制御システムに関するステータス情報の表示を可能にするＧＵＩを含むことが多い。図７のＧＵＩは、補助デバイスおよびＰＯＬレギュレータのターン・オン／オフ遅延を図で表示している。
即ち、タイムライン・グラフが含まれており、ターン・オン／オフ時点（即ち、時点０）に続いてミリ秒単位で時間量が示されている。グラフの最上部には、オン／オフ・ラインが、時点０（即ち、ターン・オン時点）において発生した正ステップ関数を示し、タイム・ラインは負ステップ関数によって時点０にリセットする（即ち、ターン・オフ時点）。２つの補助デバイス例（即ち、Ａｕｘ１、Ａｕｘ２）についての活性化波形が、同様のステップ関数を示しており、これらは各時点０からずれており、ターン・オン遅延およびターン・オフ遅延を反映している。Ａｕｘ１は、約２５ミリ秒のターン・オン遅延、および約１０ミリ秒のターン・オフ遅延を示す。同様に、Ａｕｘ２は、約１００ミリ秒のターン・オン遅延、および約１０ミリ秒のターン・オフ遅延を示す。また、このグラフはＰＯＬレギュレータについてのターン・オン遅延およびターン・オフ遅延も示す。左下にあるスライド可能なツール・バーによって、ユーザは適したポインティング・デバイスを用いてターン・オン遅延およびターン・オフ遅延の大きさを調節することができる。ＧＵＩの右辺に沿ったボタンによって、ユーザはプログラミングしたターン・オン遅延およびターン・オフ遅延を個々の補助デバイスに適用すること、または指定したグループの補助デバイス全てに適用すること、またはボード全体の補助デバイス全てに適用することができる。尚、図７のＧＵＩは、補助デバイスの他のパラメータをプログラミングするように構成することも可能であることは認められてしかるべきである。一旦ユーザがプログラミングを完了したなら、先に論じたように、しかるべきデータ値が、対応する補助デバイス・コントローラの中にある該当する設定レジスタにロードされる。
尚、補助デバイスの挙動を監視するために、同様のＧＵＩを用いてもよいことは認められてしかるべきである。ユーザは、システム・コントローラへのユーザ・インターフェースを通じてＧＵＩにアクセスし、補助デバイスおよびＰＯＬレギュレータの動作ステータスを示すグラフを見ることができる。例えば、障害状態の場合、ユーザはＧＵＩを用いて、補助デバイスおよび／またはＰＯＬレギュレータを選択的にオフにして、それらのシーケンシングまたはグルーピングを変更し、そして他の補正処置を講ずることによって、ＰＯＬ制御システムの動作を変更することができる。
図６の実施形態に伴う欠点は、補助デバイスから得られるステータス情報が、必然的に限定されることである。図６の実施形態例では、補助デバイスは、電力良好ステータス信号を供給するのみである。この電力良好ステータス信号は、それが２つの状態、即ち、容認可能な給電状態および容認できない給電状態しか反映することができないという意味で、「二値」である。ある種の用途には、システム・コントローラが、ＰＯＬレギュレータ１０６、１０８から受ける情報（例えば、出力電圧、出力電流、温度等）と同様に、補助デバイス・コントローラ２３２から更に詳細な監視情報を受けることができれば有利であろう。
本発明の代替実施形態を図８に示す。この実施形態では、ＰＯＬ制御システムは実質的に図６におけると同一であり、更にアナログ／ディジタル変換回路（ＡＤＣ）２３２ｄが補助デバイス・コントローラ２３２、２３４に付加されている。ＡＤＣ２３２ｄは、出力電圧（ＶＯ１）、出力電流（Ｉｏ１）、および温度（Ｔ１）のような種々のアナログ信号を複数の補助デバイスから受け取る。ＡＤＣ２３２ｄは、これらのアナログ出力をディジタル表現に変換し、それをシステム・コントローラ・ロジック２２６にインターフェース２２４を通じて伝達する。
代替案では、図９に示すように、補助デバイス・コントローラ２３２、２３４にＡＤＣ２３２ｄを付加する代わりに、別個の監視回路２６０を含ませてもよい。監視回路２６０は、図５に関して先に論じた監視ブロック１３０と同様に動作する。監視回路２６０は、補助デバイス（１つ又は複数）からアナログ信号、例えば、出力電圧、出力電流、温度等を受け取る。注記すべきは、監視回路２６０を同期／データ・バスに動作上接続しなくてもよく、これらの監視データ信号をアナログまたはディジタル形態で直接コントローラ・ロジック２２６に伝達してもよいことである。
以上、ＤＣ／ＤＣ電力変換器のアレイおよび補助デバイスを制御および監視する方法およびシステムの好ましい実施形態について説明したが、本システムの一定の利点が達成されたことは、当業者には明白なはずである。また、本発明の範囲および主旨以内において、種々の修正、適応化、および代替実施形態も可能であることも認められてしかるべきである。更に、本発明は以下の特許請求の範囲によって定められるものとする。

Claims (18)

  1. 電力制御システムであて、
    受け取ったプログラミング・データによって定められる特性を有する、対応する出力電圧を供給するように構成された少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータであって、該少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータの動作ステータスを反映する監視データを供給するように構成された、少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータと、
    イネーブル信号に応答して対応する出力電圧を供給するように構成された、少なくとも１つの非プログラマブル補助電圧レギュレータと、
    共通シリアル・データ・バスを通じて前記少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータと前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータとに動作上接続されており、前記シリアル・データ・バスを通じて前記プログラミング・データを送り、前記監視データを受け取るように構成された、システム・コントローラと、
    前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータに動作上接続されており、前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータからアナログ測定値を受け取り、対応する監視データを前記システム・コントローラに伝達するデータ監視回路と、
    を含む、電力制御システム。
  2. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記データ監視回路は、更に、前記アナログ測定値をディジタル信号に変換するように構成されたアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、電力制御システム。
  3. 請求項２記載の電力制御システムにおいて、前記ＡＤＣ回路は、前記ディジタル信号を前記システム・コントローラに前記共通シリアル・バスを通じて伝達する、電力制御システム。
  4. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記データ監視回路は、前記対応する監視データを前記システム・コントローラに、前記共通シリアル・バスとは別の通信チャネルを通じて伝達する、電力制御システム。
  5. 請求項１記載の電力制御システムであって、更に、前記システム・コントローラと前記少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータおよび前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータとの間において障害管理情報を通す第２シリアル・データ・バスを含む、電力制御システム。
  6. 請求項５記載の電力制御システムであって、更に、中間電圧を前記少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータに、中間電圧バスにおいて供給するフロント・エンド・レギュレータを含む、電力制御システム。
  7. 請求項６記載の電力制御システムにおいて、前記フロント・エンド・レギュレータが、１つのデバイス内において前記システム・コントローラと組み合わされた、電力制御システム。
  8. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記システム・コントローラは、更に、前記プログラミング・データをユーザから前記少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータに伝達するように構成されたユーザ・インターフェースを含む、電力制御システム。
  9. 請求項８記載の電力制御システムであって、更に、前記ユーザ・インターフェースに動作上結合されたグラフィカル・ユーザ・インターフェースを含み、該グラフィカル・ユーザ・インターフェースは、前記プログラミング・データをユーザが発生することを可能にするように構成された、電力制御システム。
  10. 請求項６記載の電力制御システムにおいて、前記少なくとも１つのプログラマブル電圧レギュレータは、更に、前記中間電圧を所望の出力電圧に変換するように構成された電力変換回路を含む、電力制御システム。
  11. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータは、各々、更に一意のアドレスを含む、電力制御システム。
  12. 請求項１１記載の電力制御システムにおいて、前記システム・コントローラは、前記シリアル・データ・バスを通じて送られる前記プログラミング・データと共に前記一意のアドレスを含む、電力制御システム。
  13. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータは、更に、線形レギュレータを含む、電力制御システム。
  14. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記少なくとも１つの補助電圧レギュレータは、更に、低ドロップ・アウト（ＬＤＯ）線形レギュレータを含む、電力制御システム。
  15. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記プログラマブル・データは、ターン・オン遅延、ターン・オフ遅延、入力／出力信号の極性、障害コンフィギュレーション、およびグループ・メンバーシップの内少なくとも１つを含む、電力制御システム。
  16. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記シリアル・データ・バスは、更に、Ｉ２Ｃバスを含む、電力制御システム。
  17. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記シリアル・データ・バスは、更に、二線バスを含む、電力制御システム。
  18. 請求項１記載の電力制御システムにおいて、前記シリアル・データ・バスは、更に、単線バスを含む、電力制御システム。
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