專利名稱：數字式壓力共享方法
技術領域：
本申請涉及電源轉換器，具體地涉及共享負載的開關模 式電源轉換器，更特別地涉及在此種電源之間進行通訊和控制的方法。
背景技術：
電源轉換器(SMPCs)是電氣系統中常見的。隨著負載和邏輯電路的工作電壓增力口，越來越難以使用單個轉換器將功率傳送至負載。為了這個以及包括電源處理零部件的可用性、零部件尺寸、可靠性和暫態性能的其他原因，通常的實踐是將電源從多個開關模式電路提供至電路，所述開關模式電路的輸出并行連接，以將功率提供至公共負載。每個開關電路稱為提供一個相。所述相可以帶有公共控制器或各個控制器。如果有多個控制器，重要的是所述各個相共享將電流供應至負載的工作，從而對輸出零部件壓力(press)進行平均，由此使得系統可靠性最大化。為此，所述控制器以主-從構造設置，一個控制器(主機)提供控制信息至其它控制器(從屬機)，并且從從屬機接收返回的測量結果信息。該信息可以統稱為壓力信息，由于其涉及控制器如何在它們之間共享壓力信息。本申請在于該信息以數字形式共享，從而本申請涉及帶有DSS (數字壓力共享)的控制器。典型的構造是單個主機輸出其局部壓力(電流值)至所有從屬機，并且所述從屬機又嘗試通過調節它們的輸出電壓來匹配主機的負載。實現這一點的控制功能難以設計，其原因在于所述系統響應取決于同時響應于主機輸出的從屬機的數量。相應地，設計必須對于施加多個帶寬限制的最壞情況(最大數量的從屬機)是穩健的。此外，如果主機失效，整個系統將失效。本申請目的在于提供備選替代方案。

發明內容
本申請涉及較少主機的(master-less)技術方案，即有多個從屬機但是沒有主機。在此負載共享方案中，各從屬機的負載信息與所有其它從屬機共享，并且所述從屬機試圖匹配平均負載。為此，必須在所述從屬機之間共享相當數量的信息。然而，通過數字接口共享所有從屬機的信息花費相當長的時間，且依賴于參與負載共享方案的從屬機的數量。使用諸如分時或串級鏈的常規通訊技術來實施此種民主通訊方法是不具有操作性的，因為在串行的情況下太慢或在并行總線的情況下過于復雜。相應地，為了實施負載共享方案，已經開發了新穎的通訊協議和方法。相應地,第一實施例提供一種PWM控制器,所述PWM控制器用于在多相環境中控制相。所述PWM控制器包括控制線路，所述控制線路用于產生用于開關線路的控制信號以提供輸出電壓。所述控制線路提供控制信號來以一壓力水平運行所述開關線路。提供通訊線路，所述通訊線路構造成接收最大壓力值和最小壓力值。所述控制線路適于將所述壓力水平朝所述最大壓力值和最小壓力值的平均值調節。適當地，所述通訊線路在單線上接收和傳送所述壓力值。周期性地，所述通訊線路可以傳送信號將其自身鑒別于該單線上的其他控制器。所述通訊線路還可以周期性地提供控制器狀態至所述單線上的其他控制器。所述壓力值可以表示電流測量值和溫度測量值中的一個或兩個。可選地，第一和第二壓力信號可以是表示第一測量值類型(例如電流)的主壓力信號。所述通 訊線路可以進一步構造成接收次壓力值(例如溫度)。在此方案中，所述次壓力值可以以低于所述主壓力值的頻率傳送。所述PWM控制器的通訊線路可以構造成在檢測到來自另一控制器的通訊時嘗試贏得對通訊的仲裁過程。所述仲裁過程可以包括檢測包通訊中的每個位以確定是否其他控制器在傳送較高優先級位，在其他控制器在傳送較高優先級位的情況下，從所述仲裁過程中退出。所述控制器的通訊線路可以構造成同步至包類型的預先限定方式。在第二實施方式中，提供一種PWM控制器，此種PWM控制器用于在多相環境中控制相。所述PWM控制器包括控制線路和通訊線路，所述控制線路用于產生用于開關線路的控制信號以提供輸出電壓。所述控制線路構造成以一壓力水平運行所述開關線路。所述通訊線路構造用于接收來自其他PWM控制器的包中的壓力數據，以及將包中的壓力數據傳送至其他PWM控制器。所述控制器適于在下述情況下中止包的傳送另一控制器的基本上同時傳送的包具有優先權。通過下述方式確定優先級監測在線上傳送的包中的每一位以及在所述線上看到更高優先級位時停止包的傳送。所述控制線路可以構造成對于每個壓力數據循環接收至少兩個不同的值。壓力數據的第一值可以是最大壓力值，且第二值是最小壓力值。適當地，所述通訊線路在共用的單線上傳送和接收數據。所述通訊線路可以構造成周期性地在所述線上鑒別自己。在此方式中，至少一個所述壓力數據循環表示第一類型測量結果，例如電流；且至少一個所述壓力數據循環表示第二類型測量結果，例如溫度。表示第二類型測量結果的所述壓力數據循環可以以比所述第一類型測量結果低的頻率傳送。在第三實施方式中，提供一種控制器，所述控制器用于在多相環境中控制相。適當地，所述控制器包括通訊線路，其用于接收至少一個壓力信號；電壓控制環，其用于控制所述線路的電壓輸出，所述電壓控制環是以第一速率運行的數字控制器；電流控制環，其用于通過更新所述電壓控制環的設定點來控制相電流，所述電流控制環以第二速率將更新的設定點提供至所述電壓控制環，其中所述第二速率低于所述第一速率；以及壓力控制環，其接收來自所述通訊線路的所述至少一個壓力信號，以及將電流設定點提供給所述電流控制環，其中所述電流控制環以第三速率將更新的設定點提供至所述電流控制環，其中所述第三速率低于所述第二速率。適當地，所述通訊線路將最小和最大壓力信號提供至所述壓力控制環，并且所述壓力控制環對這些信號進行平均以及將平均壓力信號提供至所述壓力控制環。所述壓力控制環和所述電流控制環可以基本上以相同的速率運行。在再一實施例中，提供一種控制器，所述控制器用于在多相環境中運行開關線路，其中數個開關線路將輸出電壓的供應共享至公共負載，所述控制器具有電壓控制環和電流控制環，所述電壓控制環用于確保輸出電壓保持在設定點，所述電流控制環用于調節所述電壓控制環的設定點以調節由所述開關線路提供的共享，其中電壓輸出偏差的一部分提供作為所述電流控制環的輸入。適當地，電壓偏差和壓力分享之間的平衡可以通過調節提供作為輸入的所述輸出偏差的部分而獲得。


圖I是本申請提供的多相方案的示例裝置，圖2是用于圖I中裝置的示例包結構，圖3是適用于圖I中裝置的示例控制器，圖4是圖3的控制器中采用的控制結構的示例結構， 圖5是本申請的控制結構的示例結構，圖6是圖5的控制器內采用的電流控制結構的示例結構。
具體實施例方式在文中示出的DDS方案中，引入較少主機準民主分享方案。在此方案中，采用仲裁來確保僅僅一個或優選兩個從屬機將它們的信息與所有其它從屬機分享。將其壓力信息分享的第一從屬機會是具有最有最高壓力的從屬機。在優選的實施例中，具有最小壓力的從屬機也將分享其壓力信息。知道最高壓力，各從屬機可以將它們自己的壓力向上朝著最高壓力調節。如果最低壓力也是可得的，各從屬機可以計算平均壓力值(限定為最高和最低壓力之間的均值)，并且將它們的壓力朝所述平均壓力值調節。應該理解的是，在本申請中盡管各設備可以描述為從屬機，沒有預先限定的主機，并且任何從屬機能夠成為主機以及將其信息共享，只要它具有最高或最低壓力。使用此種方法確保可充分預測的時序，而不管有多少從屬機連接至所述系統，最大需要僅僅兩個設備(最高壓力和最低壓力)來以交替方式分享它們的信息。該信息以低的延遲與其它設備改向，使用單線來用于雙向串行數據與傳送。DSS方案的其它優點和特征將在下文的更詳細說明中概括。特別地，現在將說明應用于多相功率轉換系統的示例裝置(如圖I中所示具有多個DSS從屬機)的方案。在所述裝置中，每個從屬機設備供應相位至公共負載。隨著從屬機設備將功率供應至所述負載，獲得從屬機設備壓力的測量結果。為了便于說明，下面將對主壓力作為輸出電流測量結果，任選地次壓力是溫度的方案進行說明。然而，將理解的是，僅僅使用溫度壓力也將是可以的，或者多壓力系統包含電壓也是可以的，理想的是DSS從屬機試圖平衡所有壓力。所述從屬機設備通過單線DSS總線相互連接，其目的是為了設計和實施容易。使用在此總線上共享的信息，各個DSS從屬機能夠相互作用以將功率的傳送共享至公共負載(未示出)。為了利于壓力共享，具有最高壓力的第一從屬機將其壓力信息與其它從屬機共享。優選地，具有最低壓力的第二從屬機也共享其壓力。輸出電流信息是獻于設備壓力的最動態的轉換器變量，并且是為了表示壓力目的而選擇的主要變量。從而，在輸出電流之外，兩個從屬機(最高、最低)也可以在DSS總線上共享其溫度壓力。溫度壓力是設備壓力的相對不太動態的貢獻因子，并且不需要相輸出電流信息那么頻繁地傳送。在下文中將對此詳細討論。還可以在總線上傳送其他信息。從而，在一個變例中，通過DSS連惡疾的從屬機還可以接續地向所有其它從屬機鑒別自己(它們的設備地址、它們的狀態)。該信息可以用于對其它系統零部件(例如輸入過濾器)降低壓力，以及例如可以用于優化DSS設備之間的
相位差。本申請的DSS線基于異步數據傳送。采用的DSS協議是準民主壓力共享，允許連接至所述線的最高壓力設備和最低壓力設備贏得仲裁，以及傳送其信息。結果，連接至所述線的所有設備得知所述線上的最高和最低壓力設備。基于此信息，每個從屬機設備能夠調節其控制器，以嘗試匹配所述平均系統壓力。 在共享純壓力信息之外，DSS接口可以更廣泛地得到使用。特別地，DSS接口可以允許從屬機分享與其存在和狀態相關的信息(文中將稱為從屬機信息包)。對于這些從屬機信息包，連接至DSS的所有從屬機可以獲得信息——關于哪些、多少其它從屬機通過DSS連接以及關于它們狀態的指示。文中提出的DSS系統相對于現有技術提供數個顯著優點。首先，能夠容納多個設備。不需要對從屬機設備進行編程或預先設置，足以將它們連接至公共DSS總線。由于僅僅最高和最低壓力設備贏得仲裁，對于所述總線的爭奪的量減少。這樣通訊的速度與現有技術方法相比相當地快速。而且，從屬機設備中的控制功能是相當簡單的，因為它們知道連接至DSS線的設備中的最高和最低壓力設備，并且調節它們的控制器以試圖匹配平均系統壓力。將理解的是，各個從屬機設備作為從屬機設備運行所僅僅需要的信息是所連接從屬機正經受的最高和最低壓力，所述系統提供熱插拔\交換以及對于故障具有合理的容忍度，其原因在于總線上的不工作設備不干擾DSS系統。在圖3中示出用于各從屬機設備所采用的通訊線路的示例線路構造。每個從屬機具有開-漏(open-drain) I/O線，所述I/O線帶有內部拉升電阻——其提供高噪音邊緣，并且對共模噪音不敏感。為了更好的噪音邊緣，可以采用施密特觸發器輸入。每個從屬機設備構造成以相同的傳送速率運行，盡管每個從屬機可以監測所述線上邊緣傳送以及相應地同步他們的局部從屬機時鐘用于通訊。有利地，如同下文將解釋的，每個從屬機設備構造成是失效安全的(fail-safe)，由此在DSS線上出現故障的情況下，所述從屬機設備可以自動降回獨立模式。從對所仲裁過程的詳細說明可以清楚的是，任何主動DSS設備可以成為主導從屬機以及在所述線上傳送包。此外，隨著每個包被傳送，每個主動從屬機設備可以嘗試成為主導從屬機。此外，可以提供被動DSS設備，其不嘗試進行傳送其可以由用于監測的系統/糾錯系統在整體上使用。對于每個DSS包，參與壓力分享方案的每個主動DSS設備可以參與競爭來獲得對所述線的控制。這樣每個DSS設備可以嘗試以其電流值傳送最大和最小包。如果沒有其他設備存在，所述DSS將把其電流看作最高和最低值，從而確定其電流處在平均值而不需要進行調整。在討論仲裁方法之前，現在將說明示例DSS包結構，所述結構如圖2中所示適當地由下述位組成開始位(dss_start-l位)、信息時鐘(dss_info[2:0]-3位)、數據時鐘(dss_data[9:0]_共10位)、嵌套在數據位的群組之間的四個同步位(I位每個等于4位)、包校驗位(dss_checksum_l位)、以及停止/空閑期間(dss_stop [6:0] _7位)，每個包一共25位。第一同步位(dss_sync[3])位于所述信息時鐘和開始三個數據位之間,第二同步位(dss_sync[2])位于開始后三個數據位(dss_data[9:7])之后但是位于接下來的三個數據位(dss_data[6:4])之前,第三同步位(dss_sync[I])位于這三個數據位(dss_data[6:4])之后。最后的同步位(dSS_Sync
)位于接下來的三個數據位(dss_data[3:l])之后但是位于最后和最終的數據位(dss_data
)之前。所述同步位確保邏輯I的或邏輯O的最長不斷開序列限于三位，從而7位的停止期間的經過可以由所有DSS設備安全地檢測。每個同步位的值與先前位相反。所述校驗檢測單個位錯誤。在從屬機設備在包中檢測到校驗錯位的情況下，所述從屬機設備簡單地忽略有問題的包。在已經完成停止期間之后，新的DSS包可以開始，啟動新的線競爭回合，現在將討論新的仲裁過程。 DSS總線是單線總線(文中其可以稱為DSS線)，具有一個主導狀態(在示例實施例中為邏輯O)以及一個弱狀態(邏輯I)。在一個或更多個設備已經發現DSS線空閑之后(即在停止期間之后)，可以開始新的DSS包。在每個DSS包(以開始位開始，接著是信息和數據時鐘等)的開始處，每個DSS設備主動地參與壓力共享嘗試，以獲得對所述總線的控制。該過程能夠以任一(或甚至多個)設備拉底DSS線來開始。連接至DSS線的所有設備將此識別為新包的開始位，并且將它們自身同步至該開始位(且每個設備也將把所述線拉底)。在少量的時間之后所有DSS設備現在把DSS線拉底。在已經經過位期間之后，所有的設備繼續至包中的下一個位，并且傳送它們信息時鐘的MSB (最顯著位)。如果在包傳送期間的任何點，有設備希望傳送邏輯1，當所述線仍然被拉低至邏輯O時，所述設備將理解它已經失去了所述仲裁過程，并退出所述仲裁過程。這樣推行主導狀態(邏輯O)的設備將贏得所述仲裁，并且嘗試發出弱狀態(邏輯I)的設備將認為它們已經在仲裁中失敗，并且將撤回對DSS包的其余部分的任何傳送。多個設備可以繼續所述仲裁過程。注意，可以有兩個或更多個設備發出相同的DSS包，每個設備將假定它們已經贏得了仲裁。該事件將不會導致損害，因為已經傳送了有效的DSS包。輸入數據將適當地通過位期間采樣50%。對于相對高的拉高電阻阻抗，將理解的是。DSS線對從O至I的變化的響應將不會是瞬時的。在示例實施方式中，邏輯O是DSS總線上的主導狀態。在傳送期間，每個DSS設備監測是否它已經失去仲裁。異常的事件是，如果DSS設備嘗試傳送主導電平(O)但是失去仲裁。在發生此事件的情況下，在DSS設備內設置嚴重錯誤標志。該標志是系統故障(例如DSS總線永久固定在I)的指示器。如果DSS設備檢測到此種故障，為了保護DSS線驅動器，DSS設備可以使得其發送器失能。所述發送器可以保持失能并持續預先設定的時間，直到電源重置，或者保持失能直到所述錯誤標志已經通過命令發送而清除(通過獨立的控制界面，該控制界面例如可以通過工業標準PMBUS接口提供)。所述包的信息時鐘鑒別DSS包的類型。除了含有上述最大壓力值(DSS_I0MAX)和最小壓力值(DSS_IOMIN)的包之外，所述設備還可以構造成響應于其他包類型。然而，如果一個設備不構造成響應這些其他類型的包，所述設備可以簡單的忽略它們。各種DSS包類型中的每一個由DSS信息時鐘獨一無二地鑒別。示例DSS信息時鐘格式在表4中總結。
表I DSS信息時鐘
權利要求
1.一種PWM控制器,用于在多相環境中控制相,所述PWM控制器包括 控制線路，用于產生用于開關線路的控制信號以提供輸出電壓，所述控制線路提供控制信號來以一壓力水平運行所述開關線路， 通訊線路，其構造成接收最大壓力值和最小壓力值， 其中，所述控制線路適于將所述壓力水平朝所述最大壓力值和最小壓力值的平均值調節。
2.如權利要求I所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路在單線上接收所述壓力值。
3.如權利要求2所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路在所述單線上傳送所述壓力值。
4.如權利要求2或3所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路周期性地傳送信號將其自身鑒別于單線上的其他控制器。
5.如權利要求4所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路周期性地提供控制器狀態至所述單線上的其他控制器。
6.如前述權利要求中任一項所述的PWM控制器，其中，所述壓力值包括表示電流測量值的壓力信號。
7.如前述權利要求中任一項所述的PWM控制器，其中，所述壓力值包括表示溫度測量值的壓力信號。
8.如前述權利要求中任一項所述的PWM控制器，其中，第一和第二壓力信號是表不第一測量值類型的主壓力信號。
9.如權利要求8所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路進一步構造成接收次壓力值。
10.如權利要求9所述的PWM控制器，其中，所述次壓力值以低于所述主壓力值的頻率傳送。
11.如前述權利要求中任一項所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路構造成在檢測到來自另一控制器的通訊時嘗試贏得對通訊的仲裁過程。
12.如權利要求12所述的PWM控制器，其中，所述仲裁過程包括檢測包通訊中的各位是否其他控制器在傳送較高優先級位，在其他控制器在傳送較高優先級位的情況下，從所述仲裁過程中退出。
13.如前述權利要求中任一項所述的PWM控制器，其中，所述控制器構造成同步至包類型的預先限定方式。
14.一種PWM控制器,用于在多相環境中控制相,所述PWM控制器包括 控制線路，用于產生用于開關線路的控制信號以提供輸出電壓，所述控制線路構造成以一壓力水平運行所述開關線路， 通訊線路，用于接收來自其他PWM控制器的包中的壓力數據，以及將包中的壓力數據傳送至其他PWM控制器，其中所述控制器適于在下述情況下中止包的傳送另一控制器的基本上同時傳送的包具有優先權，其中所述控制線路構造成對于每個壓力數據循環接收至少兩個不同的值。
15.如權利要求14所述的PWM控制器，其中，所述通信線路通過下述方式確定優先級監測在線上傳送的包中的每一位以及在所述線上看到更高優先級位時停止包的傳送。
16.如權利要求14或15所述的PWM控制器，其中，壓力數據的第一值是最大壓力值。
17.如權利要求16所述的PWM控制器，其中，壓力數據的第二值是最小壓力值。
18.如權利要求14-17中任一項所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路在共用的單線上傳送和接收數據。
19.如權利要求18所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路構造成周期性地在所述線上鑒別自己。
20.如權利要求14-19中任一項所述的PWM控制器，其中，在通訊循環中有多個壓力數據循環。
21.如權利要求20所述的PWM控制器，其中，至少一個所述壓力數據循環表示第一類型測量結果。
22.如權利要求21所述的PWM控制器，其中，所述第一類型測量結果是電流。
23.如權利要求21或22所述的PWM控制器，其中，至少一個所述壓力數據循環表示第二類型測量結果。
24.如權利要求23所述的PWM控制器，其中，所述第二類型測量結果是溫度。
25.如權利要求23或24所述的PWM控制器，其中，表示第二類型測量結果的所述壓力數據循環以比所述第一類型測量結果低的頻率傳送。
26.—種PWM控制器,用于在多相環境中控制相,所述PWM控制器包括 控制線路，用于產生用于開關線路的控制信號以提供輸出電壓，所述控制線路構造成以一壓力水平運行所述開關線路， 通訊線路，用于接收來自其他PWM控制器的包中的壓力數據，以及在通訊循環中將包中的壓力數據傳送至其他PWM控制器，其中所述控制器適于在下述情況下中止包的傳送另一控制器的基本上同時傳送的包具有優先權，其中在通訊循環中有多個壓力數據循環，其中至少一個所述壓力數據循環表示第一類型測量結果且至少一個所述壓力數據循環表示第二類型測量結果。
27.如權利要求26所述的PWM控制器，其中，所述第一類型測量結果是電流。
28.如權利要求26或27所述的PWM控制器，其中，所述第二類型測量結果是溫度。
29.如權利要求26所述的PWM控制器，其中，所述通信線路通過下述方式確定優先級監測在線上傳送的包中的每一位以及在所述線上看到更高優先級位時停止包的傳送。
30.如權利要求26或27所述的PWM控制器，其中，壓力數據的第一值是最大壓力值。
31.如權利要求30所述的PWM控制器，其中，第二壓力數據是最小壓力值。
32.如權利要求26至31中任一項所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路在共用的單線上傳送和接收壓力數據。
33.如權利要求32所述的PWM控制器，其中，所述通訊線路構造成周期性地在所述共用的單線上鑒別自己。
34.如權利要求26至33中任一項所述的PWM控制器，其中，表示第二類型測量值的所述壓力數據循環以比所述第一類型測量結果低的頻率傳送。
35.一種控制器,用于在多相環境中控制相,所述控制器包括 a)通訊線路，用于接收至少一個壓力信號， b)電壓控制環，用于控制所述線路的電壓輸出，所述電壓控制環是以第一速率運行的數字控制器，c)電流控制環，用于通過更新所述電壓控制環的設定點來控制相電流，所述電流控制環以第二速率將更新的設定點提供至所述電壓控制環，其中所述第二速率低于所述第一速率，以及 d)壓力控制環，其接收來自所述通訊線路的所述至少一個壓力信號，以及將電流設定點提供給所述電流控制環，其中所述電流控制環以第三速率將更新的設定點提供至所述電流控制環，其中所述第三速率低于所述第二速率。
36.如權利要求35所述的控制器，其中，所述通訊線路將最小和最大壓力信號提供至所述壓力控制環，并且所述壓力控制環對這些信號進行平均以及將平均壓力信號提供至所述壓力控制環。
37.如權利要求36所述的控制器，其中，所述壓力控制環和所述電流控制環基本上以相同的速率運行。
38.一種數字控制器，用于在多相環境中運行開關線路，其中數個開關線路將輸出電壓的供應共享至公共負載，所述控制器具有電壓控制環和電流控制環，所述電壓控制環用于確保輸出電壓保持在設定點，所述電流控制環用于調節所述電壓控制環的設定點以調節由所述開關線路提供的共享，其中電壓輸出偏差的一部分提供作為所述電流控制環的輸入。
39.如權利要求38所述的控制器，其中，電壓偏差和壓力分享之間的平衡可以通過調節提供作為輸入的所述輸出偏差的部分而獲得。
全文摘要
本發明公開了一種PWM控制器，用于在多相環境中控制相，所述PWM控制器包括控制線路，用于產生用于開關線路的控制信號以提供輸出電壓，所述控制線路提供控制信號來以一壓力水平運行所述開關線路，通訊線路，其構造成接收最大壓力值和最小壓力值，其中，所述控制線路適于將所述壓力水平朝所述最大壓力值和最小壓力值的平均值調節。
文檔編號H02M3/157GK102792573SQ201080036346
公開日2012年11月21日 申請日期2010年6月15日 優先權日2010年6月15日
發明者伊蒙·歐麥里, 卡爾·瑞納, 安東尼·凱利 申請人:動力威盛公司