专利名称：数字式压力共享方法
技术领域：
本申请涉及电源转换器，具体地涉及共享负载的开关模 式电源转换器，更特别地涉及在此种电源之间进行通讯和控制的方法。
背景技术：
电源转换器(SMPCs)是电气系统中常见的。随着负载和逻辑电路的工作电压增力口，越来越难以使用单个转换器将功率传送至负载。为了这个以及包括电源处理零部件的可用性、零部件尺寸、可靠性和暂态性能的其他原因，通常的实践是将电源从多个开关模式电路提供至电路，所述开关模式电路的输出并行连接，以将功率提供至公共负载。每个开关电路称为提供一个相。所述相可以带有公共控制器或各个控制器。如果有多个控制器，重要的是所述各个相共享将电流供应至负载的工作，从而对输出零部件压力(press)进行平均，由此使得系统可靠性最大化。为此，所述控制器以主-从构造设置，一个控制器(主机)提供控制信息至其它控制器(从属机)，并且从从属机接收返回的测量结果信息。该信息可以统称为压力信息，由于其涉及控制器如何在它们之间共享压力信息。本申请在于该信息以数字形式共享，从而本申请涉及带有DSS (数字压力共享)的控制器。典型的构造是单个主机输出其局部压力(电流值)至所有从属机，并且所述从属机又尝试通过调节它们的输出电压来匹配主机的负载。实现这一点的控制功能难以设计，其原因在于所述系统响应取决于同时响应于主机输出的从属机的数量。相应地，设计必须对于施加多个带宽限制的最坏情况(最大数量的从属机)是稳健的。此外，如果主机失效，整个系统将失效。本申请目的在于提供备选替代方案。
发明内容
本申请涉及较少主机的(master-less)技术方案，即有多个从属机但是没有主机。在此负载共享方案中，各从属机的负载信息与所有其它从属机共享，并且所述从属机试图匹配平均负载。为此，必须在所述从属机之间共享相当数量的信息。然而，通过数字接口共享所有从属机的信息花费相当长的时间，且依赖于参与负载共享方案的从属机的数量。使用诸如分时或串级链的常规通讯技术来实施此种民主通讯方法是不具有操作性的，因为在串行的情况下太慢或在并行总线的情况下过于复杂。相应地，为了实施负载共享方案，已经开发了新颖的通讯协议和方法。相应地,第一实施例提供一种PWM控制器,所述PWM控制器用于在多相环境中控制相。所述PWM控制器包括控制线路，所述控制线路用于产生用于开关线路的控制信号以提供输出电压。所述控制线路提供控制信号来以一压力水平运行所述开关线路。提供通讯线路，所述通讯线路构造成接收最大压力值和最小压力值。所述控制线路适于将所述压力水平朝所述最大压力值和最小压力值的平均值调节。适当地，所述通讯线路在单线上接收和传送所述压力值。周期性地，所述通讯线路可以传送信号将其自身鉴别于该单线上的其他控制器。所述通讯线路还可以周期性地提供控制器状态至所述单线上的其他控制器。所述压力值可以表示电流测量值和温度测量值中的一个或两个。可选地，第一和第二压力信号可以是表示第一测量值类型(例如电流)的主压力信号。所述通 讯线路可以进一步构造成接收次压力值(例如温度)。在此方案中，所述次压力值可以以低于所述主压力值的频率传送。所述PWM控制器的通讯线路可以构造成在检测到来自另一控制器的通讯时尝试赢得对通讯的仲裁过程。所述仲裁过程可以包括检测包通讯中的每个位以确定是否其他控制器在传送较高优先级位，在其他控制器在传送较高优先级位的情况下，从所述仲裁过程中退出。所述控制器的通讯线路可以构造成同步至包类型的预先限定方式。在第二实施方式中，提供一种PWM控制器，此种PWM控制器用于在多相环境中控制相。所述PWM控制器包括控制线路和通讯线路，所述控制线路用于产生用于开关线路的控制信号以提供输出电压。所述控制线路构造成以一压力水平运行所述开关线路。所述通讯线路构造用于接收来自其他PWM控制器的包中的压力数据，以及将包中的压力数据传送至其他PWM控制器。所述控制器适于在下述情况下中止包的传送另一控制器的基本上同时传送的包具有优先权。通过下述方式确定优先级监测在线上传送的包中的每一位以及在所述线上看到更高优先级位时停止包的传送。所述控制线路可以构造成对于每个压力数据循环接收至少两个不同的值。压力数据的第一值可以是最大压力值，且第二值是最小压力值。适当地，所述通讯线路在共用的单线上传送和接收数据。所述通讯线路可以构造成周期性地在所述线上鉴别自己。在此方式中，至少一个所述压力数据循环表示第一类型测量结果，例如电流；且至少一个所述压力数据循环表示第二类型测量结果，例如温度。表示第二类型测量结果的所述压力数据循环可以以比所述第一类型测量结果低的频率传送。在第三实施方式中，提供一种控制器，所述控制器用于在多相环境中控制相。适当地，所述控制器包括通讯线路，其用于接收至少一个压力信号；电压控制环，其用于控制所述线路的电压输出，所述电压控制环是以第一速率运行的数字控制器；电流控制环，其用于通过更新所述电压控制环的设定点来控制相电流，所述电流控制环以第二速率将更新的设定点提供至所述电压控制环，其中所述第二速率低于所述第一速率；以及压力控制环，其接收来自所述通讯线路的所述至少一个压力信号，以及将电流设定点提供给所述电流控制环，其中所述电流控制环以第三速率将更新的设定点提供至所述电流控制环，其中所述第三速率低于所述第二速率。适当地，所述通讯线路将最小和最大压力信号提供至所述压力控制环，并且所述压力控制环对这些信号进行平均以及将平均压力信号提供至所述压力控制环。所述压力控制环和所述电流控制环可以基本上以相同的速率运行。在再一实施例中，提供一种控制器，所述控制器用于在多相环境中运行开关线路，其中数个开关线路将输出电压的供应共享至公共负载，所述控制器具有电压控制环和电流控制环，所述电压控制环用于确保输出电压保持在设定点，所述电流控制环用于调节所述电压控制环的设定点以调节由所述开关线路提供的共享，其中电压输出偏差的一部分提供作为所述电流控制环的输入。适当地，电压偏差和压力分享之间的平衡可以通过调节提供作为输入的所述输出偏差的部分而获得。
图I是本申请提供的多相方案的示例装置，图2是用于图I中装置的示例包结构，图3是适用于图I中装置的示例控制器，图4是图3的控制器中采用的控制结构的示例结构， 图5是本申请的控制结构的示例结构，图6是图5的控制器内采用的电流控制结构的示例结构。
具体实施例方式在文中示出的DDS方案中，引入较少主机准民主分享方案。在此方案中，采用仲裁来确保仅仅一个或优选两个从属机将它们的信息与所有其它从属机分享。将其压力信息分享的第一从属机会是具有最有最高压力的从属机。在优选的实施例中，具有最小压力的从属机也将分享其压力信息。知道最高压力，各从属机可以将它们自己的压力向上朝着最高压力调节。如果最低压力也是可得的，各从属机可以计算平均压力值(限定为最高和最低压力之间的均值)，并且将它们的压力朝所述平均压力值调节。应该理解的是，在本申请中尽管各设备可以描述为从属机，没有预先限定的主机，并且任何从属机能够成为主机以及将其信息共享，只要它具有最高或最低压力。使用此种方法确保可充分预测的时序，而不管有多少从属机连接至所述系统，最大需要仅仅两个设备(最高压力和最低压力)来以交替方式分享它们的信息。该信息以低的延迟与其它设备改向，使用单线来用于双向串行数据与传送。DSS方案的其它优点和特征将在下文的更详细说明中概括。特别地，现在将说明应用于多相功率转换系统的示例装置(如图I中所示具有多个DSS从属机)的方案。在所述装置中，每个从属机设备供应相位至公共负载。随着从属机设备将功率供应至所述负载，获得从属机设备压力的测量结果。为了便于说明，下面将对主压力作为输出电流测量结果，任选地次压力是温度的方案进行说明。然而，将理解的是，仅仅使用温度压力也将是可以的，或者多压力系统包含电压也是可以的，理想的是DSS从属机试图平衡所有压力。所述从属机设备通过单线DSS总线相互连接，其目的是为了设计和实施容易。使用在此总线上共享的信息，各个DSS从属机能够相互作用以将功率的传送共享至公共负载(未示出)。为了利于压力共享，具有最高压力的第一从属机将其压力信息与其它从属机共享。优选地，具有最低压力的第二从属机也共享其压力。输出电流信息是献于设备压力的最动态的转换器变量，并且是为了表示压力目的而选择的主要变量。从而，在输出电流之外，两个从属机(最高、最低)也可以在DSS总线上共享其温度压力。温度压力是设备压力的相对不太动态的贡献因子，并且不需要相输出电流信息那么频繁地传送。在下文中将对此详细讨论。还可以在总线上传送其他信息。从而，在一个变例中，通过DSS连恶疾的从属机还可以接续地向所有其它从属机鉴别自己(它们的设备地址、它们的状态)。该信息可以用于对其它系统零部件(例如输入过滤器)降低压力，以及例如可以用于优化DSS设备之间的
相位差。本申请的DSS线基于异步数据传送。采用的DSS协议是准民主压力共享，允许连接至所述线的最高压力设备和最低压力设备赢得仲裁，以及传送其信息。结果，连接至所述线的所有设备得知所述线上的最高和最低压力设备。基于此信息，每个从属机设备能够调节其控制器，以尝试匹配所述平均系统压力。 在共享纯压力信息之外，DSS接口可以更广泛地得到使用。特别地，DSS接口可以允许从属机分享与其存在和状态相关的信息(文中将称为从属机信息包)。对于这些从属机信息包，连接至DSS的所有从属机可以获得信息——关于哪些、多少其它从属机通过DSS连接以及关于它们状态的指示。文中提出的DSS系统相对于现有技术提供数个显著优点。首先，能够容纳多个设备。不需要对从属机设备进行编程或预先设置，足以将它们连接至公共DSS总线。由于仅仅最高和最低压力设备赢得仲裁，对于所述总线的争夺的量减少。这样通讯的速度与现有技术方法相比相当地快速。而且，从属机设备中的控制功能是相当简单的，因为它们知道连接至DSS线的设备中的最高和最低压力设备，并且调节它们的控制器以试图匹配平均系统压力。将理解的是，各个从属机设备作为从属机设备运行所仅仅需要的信息是所连接从属机正经受的最高和最低压力，所述系统提供热插拔\交换以及对于故障具有合理的容忍度，其原因在于总线上的不工作设备不干扰DSS系统。在图3中示出用于各从属机设备所采用的通讯线路的示例线路构造。每个从属机具有开-漏(open-drain) I/O线，所述I/O线带有内部拉升电阻——其提供高噪音边缘，并且对共模噪音不敏感。为了更好的噪音边缘，可以采用施密特触发器输入。每个从属机设备构造成以相同的传送速率运行，尽管每个从属机可以监测所述线上边缘传送以及相应地同步他们的局部从属机时钟用于通讯。有利地，如同下文将解释的，每个从属机设备构造成是失效安全的(fail-safe)，由此在DSS线上出现故障的情况下，所述从属机设备可以自动降回独立模式。从对所仲裁过程的详细说明可以清楚的是，任何主动DSS设备可以成为主导从属机以及在所述线上传送包。此外，随着每个包被传送，每个主动从属机设备可以尝试成为主导从属机。此外，可以提供被动DSS设备，其不尝试进行传送其可以由用于监测的系统/纠错系统在整体上使用。对于每个DSS包，参与压力分享方案的每个主动DSS设备可以参与竞争来获得对所述线的控制。这样每个DSS设备可以尝试以其电流值传送最大和最小包。如果没有其他设备存在，所述DSS将把其电流看作最高和最低值，从而确定其电流处在平均值而不需要进行调整。在讨论仲裁方法之前，现在将说明示例DSS包结构，所述结构如图2中所示适当地由下述位组成开始位(dss_start-l位)、信息时钟(dss_info[2:0]-3位)、数据时钟(dss_data[9:0]_共10位)、嵌套在数据位的群组之间的四个同步位(I位每个等于4位)、包校验位(dss_checksum_l位)、以及停止/空闲期间(dss_stop [6:0] _7位)，每个包一共25位。第一同步位(dss_sync[3])位于所述信息时钟和开始三个数据位之间,第二同步位(dss_sync[2])位于开始后三个数据位(dss_data[9:7])之后但是位于接下来的三个数据位(dss_data[6:4])之前,第三同步位(dss_sync[I])位于这三个数据位(dss_data[6:4])之后。最后的同步位(dSS_Sync
)位于接下来的三个数据位(dss_data[3:l])之后但是位于最后和最终的数据位(dss_data
)之前。所述同步位确保逻辑I的或逻辑O的最长不断开序列限于三位，从而7位的停止期间的经过可以由所有DSS设备安全地检测。每个同步位的值与先前位相反。所述校验检测单个位错误。在从属机设备在包中检测到校验错位的情况下，所述从属机设备简单地忽略有问题的包。在已经完成停止期间之后，新的DSS包可以开始，启动新的线竞争回合，现在将讨论新的仲裁过程。 DSS总线是单线总线(文中其可以称为DSS线)，具有一个主导状态(在示例实施例中为逻辑O)以及一个弱状态(逻辑I)。在一个或更多个设备已经发现DSS线空闲之后(即在停止期间之后)，可以开始新的DSS包。在每个DSS包(以开始位开始，接着是信息和数据时钟等)的开始处，每个DSS设备主动地参与压力共享尝试，以获得对所述总线的控制。该过程能够以任一(或甚至多个)设备拉底DSS线来开始。连接至DSS线的所有设备将此识别为新包的开始位，并且将它们自身同步至该开始位(且每个设备也将把所述线拉底)。在少量的时间之后所有DSS设备现在把DSS线拉底。在已经经过位期间之后，所有的设备继续至包中的下一个位，并且传送它们信息时钟的MSB (最显著位)。如果在包传送期间的任何点，有设备希望传送逻辑1，当所述线仍然被拉低至逻辑O时，所述设备将理解它已经失去了所述仲裁过程，并退出所述仲裁过程。这样推行主导状态(逻辑O)的设备将赢得所述仲裁，并且尝试发出弱状态(逻辑I)的设备将认为它们已经在仲裁中失败，并且将撤回对DSS包的其余部分的任何传送。多个设备可以继续所述仲裁过程。注意，可以有两个或更多个设备发出相同的DSS包，每个设备将假定它们已经赢得了仲裁。该事件将不会导致损害，因为已经传送了有效的DSS包。输入数据将适当地通过位期间采样50%。对于相对高的拉高电阻阻抗，将理解的是。DSS线对从O至I的变化的响应将不会是瞬时的。在示例实施方式中，逻辑O是DSS总线上的主导状态。在传送期间，每个DSS设备监测是否它已经失去仲裁。异常的事件是，如果DSS设备尝试传送主导电平(O)但是失去仲裁。在发生此事件的情况下，在DSS设备内设置严重错误标志。该标志是系统故障(例如DSS总线永久固定在I)的指示器。如果DSS设备检测到此种故障，为了保护DSS线驱动器，DSS设备可以使得其发送器失能。所述发送器可以保持失能并持续预先设定的时间，直到电源重置，或者保持失能直到所述错误标志已经通过命令发送而清除(通过独立的控制界面，该控制界面例如可以通过工业标准PMBUS接口提供)。所述包的信息时钟鉴别DSS包的类型。除了含有上述最大压力值(DSS_I0MAX)和最小压力值(DSS_IOMIN)的包之外，所述设备还可以构造成响应于其他包类型。然而，如果一个设备不构造成响应这些其他类型的包，所述设备可以简单的忽略它们。各种DSS包类型中的每一个由DSS信息时钟独一无二地鉴别。示例DSS信息时钟格式在表4中总结。
表I DSS信息时钟
权利要求
1.一种PWM控制器,用于在多相环境中控制相,所述PWM控制器包括 控制线路，用于产生用于开关线路的控制信号以提供输出电压，所述控制线路提供控制信号来以一压力水平运行所述开关线路， 通讯线路，其构造成接收最大压力值和最小压力值， 其中，所述控制线路适于将所述压力水平朝所述最大压力值和最小压力值的平均值调节。
2.如权利要求I所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路在单线上接收所述压力值。
3.如权利要求2所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路在所述单线上传送所述压力值。
4.如权利要求2或3所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路周期性地传送信号将其自身鉴别于单线上的其他控制器。
5.如权利要求4所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路周期性地提供控制器状态至所述单线上的其他控制器。
6.如前述权利要求中任一项所述的PWM控制器，其中，所述压力值包括表示电流测量值的压力信号。
7.如前述权利要求中任一项所述的PWM控制器，其中，所述压力值包括表示温度测量值的压力信号。
8.如前述权利要求中任一项所述的PWM控制器，其中，第一和第二压力信号是表不第一测量值类型的主压力信号。
9.如权利要求8所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路进一步构造成接收次压力值。
10.如权利要求9所述的PWM控制器，其中，所述次压力值以低于所述主压力值的频率传送。
11.如前述权利要求中任一项所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路构造成在检测到来自另一控制器的通讯时尝试赢得对通讯的仲裁过程。
12.如权利要求12所述的PWM控制器，其中，所述仲裁过程包括检测包通讯中的各位是否其他控制器在传送较高优先级位，在其他控制器在传送较高优先级位的情况下，从所述仲裁过程中退出。
13.如前述权利要求中任一项所述的PWM控制器，其中，所述控制器构造成同步至包类型的预先限定方式。
14.一种PWM控制器,用于在多相环境中控制相,所述PWM控制器包括 控制线路，用于产生用于开关线路的控制信号以提供输出电压，所述控制线路构造成以一压力水平运行所述开关线路， 通讯线路，用于接收来自其他PWM控制器的包中的压力数据，以及将包中的压力数据传送至其他PWM控制器，其中所述控制器适于在下述情况下中止包的传送另一控制器的基本上同时传送的包具有优先权，其中所述控制线路构造成对于每个压力数据循环接收至少两个不同的值。
15.如权利要求14所述的PWM控制器，其中，所述通信线路通过下述方式确定优先级监测在线上传送的包中的每一位以及在所述线上看到更高优先级位时停止包的传送。
16.如权利要求14或15所述的PWM控制器，其中，压力数据的第一值是最大压力值。
17.如权利要求16所述的PWM控制器，其中，压力数据的第二值是最小压力值。
18.如权利要求14-17中任一项所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路在共用的单线上传送和接收数据。
19.如权利要求18所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路构造成周期性地在所述线上鉴别自己。
20.如权利要求14-19中任一项所述的PWM控制器，其中，在通讯循环中有多个压力数据循环。
21.如权利要求20所述的PWM控制器，其中，至少一个所述压力数据循环表示第一类型测量结果。
22.如权利要求21所述的PWM控制器，其中，所述第一类型测量结果是电流。
23.如权利要求21或22所述的PWM控制器，其中，至少一个所述压力数据循环表示第二类型测量结果。
24.如权利要求23所述的PWM控制器，其中，所述第二类型测量结果是温度。
25.如权利要求23或24所述的PWM控制器，其中，表示第二类型测量结果的所述压力数据循环以比所述第一类型测量结果低的频率传送。
26.—种PWM控制器,用于在多相环境中控制相,所述PWM控制器包括 控制线路，用于产生用于开关线路的控制信号以提供输出电压，所述控制线路构造成以一压力水平运行所述开关线路， 通讯线路，用于接收来自其他PWM控制器的包中的压力数据，以及在通讯循环中将包中的压力数据传送至其他PWM控制器，其中所述控制器适于在下述情况下中止包的传送另一控制器的基本上同时传送的包具有优先权，其中在通讯循环中有多个压力数据循环，其中至少一个所述压力数据循环表示第一类型测量结果且至少一个所述压力数据循环表示第二类型测量结果。
27.如权利要求26所述的PWM控制器，其中，所述第一类型测量结果是电流。
28.如权利要求26或27所述的PWM控制器，其中，所述第二类型测量结果是温度。
29.如权利要求26所述的PWM控制器，其中，所述通信线路通过下述方式确定优先级监测在线上传送的包中的每一位以及在所述线上看到更高优先级位时停止包的传送。
30.如权利要求26或27所述的PWM控制器，其中，压力数据的第一值是最大压力值。
31.如权利要求30所述的PWM控制器，其中，第二压力数据是最小压力值。
32.如权利要求26至31中任一项所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路在共用的单线上传送和接收压力数据。
33.如权利要求32所述的PWM控制器，其中，所述通讯线路构造成周期性地在所述共用的单线上鉴别自己。
34.如权利要求26至33中任一项所述的PWM控制器，其中，表示第二类型测量值的所述压力数据循环以比所述第一类型测量结果低的频率传送。
35.一种控制器,用于在多相环境中控制相,所述控制器包括 a)通讯线路，用于接收至少一个压力信号， b)电压控制环，用于控制所述线路的电压输出，所述电压控制环是以第一速率运行的数字控制器，c)电流控制环，用于通过更新所述电压控制环的设定点来控制相电流，所述电流控制环以第二速率将更新的设定点提供至所述电压控制环，其中所述第二速率低于所述第一速率，以及 d)压力控制环，其接收来自所述通讯线路的所述至少一个压力信号，以及将电流设定点提供给所述电流控制环，其中所述电流控制环以第三速率将更新的设定点提供至所述电流控制环，其中所述第三速率低于所述第二速率。
36.如权利要求35所述的控制器，其中，所述通讯线路将最小和最大压力信号提供至所述压力控制环，并且所述压力控制环对这些信号进行平均以及将平均压力信号提供至所述压力控制环。
37.如权利要求36所述的控制器，其中，所述压力控制环和所述电流控制环基本上以相同的速率运行。
38.一种数字控制器，用于在多相环境中运行开关线路，其中数个开关线路将输出电压的供应共享至公共负载，所述控制器具有电压控制环和电流控制环，所述电压控制环用于确保输出电压保持在设定点，所述电流控制环用于调节所述电压控制环的设定点以调节由所述开关线路提供的共享，其中电压输出偏差的一部分提供作为所述电流控制环的输入。
39.如权利要求38所述的控制器，其中，电压偏差和压力分享之间的平衡可以通过调节提供作为输入的所述输出偏差的部分而获得。
全文摘要
本发明公开了一种PWM控制器，用于在多相环境中控制相，所述PWM控制器包括控制线路，用于产生用于开关线路的控制信号以提供输出电压，所述控制线路提供控制信号来以一压力水平运行所述开关线路，通讯线路，其构造成接收最大压力值和最小压力值，其中，所述控制线路适于将所述压力水平朝所述最大压力值和最小压力值的平均值调节。
文档编号H02M3/157GK102792573SQ201080036346
公开日2012年11月21日 申请日期2010年6月15日 优先权日2010年6月15日
发明者伊蒙·欧麦里, 卡尔·瑞纳, 安东尼·凯利 申请人:动力威盛公司