智能电源及其实现智能供电的方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种智能电源及其实现智能供电的方法。

背景技术：

目前在通讯电子、IT服务器等很多设备的电路板设计中都离不开电源，并且是功率大，电压种类多。按照目前的常用的是分为独立电源模块与板上电源两种，对于板上电源的分布比较零散，电压种类、电流大小、上电时序等各不相同，设计时比较复杂。

板上电源设计是基于所使用的芯片，我们所用的芯片的电源需求都是在数据手册中标出的，大致分为两种，一种是AVS电源，一种是固定值的电源。针对AVS电源供电需求，很多厂商研究开发的多相电源芯片广为使用，是通过读取芯片的VID的值来确定芯片的供电电压。针对固定电压的电源需求是通过LDO或开关稳压芯片进行处理的。上述是目前所采用的芯片供电方式，但是这两种方式还是避免不了因芯片的电源需求种类多，差异大，上电时序要求高等所带来的繁琐的电路设计及可靠性问题。

在中国专利《一种精密调压稳压器》，申请号：CN200810200051，申请日期：2008.09.18中描述了一种精密调压稳压器，满足高压电源的精密调压稳压需求，该稳压器包括低压补偿调控电路、采样电路、比较器、控制电路、隔离驱动电路、调整电路、电子开关、D/A电路、CPU电路；当CPU输出数字电压信号后，D/A将其转换的电压信号，送入比较器中，比较器将送来的基准电压与采样来的电压进行比较，通过控制电路、隔离电路后将电子开关闭合，让整流后的100Hz 电压通过，使采样端的电压升高到基准电压值。这个专利与旧式机械调压器相比，其优势是体积小、重量轻、调压精度高，输出电压连续可调、可直接与单片机等相连实现程控稳压电源，有一定的经济效益。但是该专利所述的电源仅是电源模块的一种实现方式，目前已经被电源芯片所取代，并且这种电源并不具备电源总线并与目标芯片通信来确定电源需求及上电时序，因此并不能解决目前单板电源设计复杂的问题。

英飞凌等几家芯片厂商推出的开关电源稳压控制芯片一般是基于SMBUS总线接口，来通过CPU进行控制输出不同占空比的方波，方波驱动MOS管输出得到设定的电压，但是只能同时输出一种电压值，为芯片供电需要多个此类电源芯片，且不能控制上电时序及通信获取整个芯片的电源需求。

技术实现要素：

本发明提供一种智能电源及其实现智能供电的方法，用以解决现有技术中的单板电源不能满足芯片的电源需求种类多，差异大，上电时序要求高等多供电需求的问题。

依据本发明的一个方面，提供一种智能电源，包括：电源处理模块和电源总线接口；其中，电源总线接口供目标芯片接入智能电源；

所述电源处理模块，用于按照电源总线接口类型的电源需求或目标芯片的电源需求，转换得到N路电压，并将所述N路电压输出至电源总线接口；N为正整数；

所述电源总线接口，包括N个电源供电接口，用于将输入的N路电压通过N个供电接口传输至接入的目标芯片。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述电源处理模块，具体用于当目标芯片接入的电源总线接口是预先定义的标准类电源总线接口时，按照该类标准电源总线接口的电源需求，转换得到N路电压；否则，按照目标芯片的电源需求，转换得到N路电压。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述电源总线接口还包括：通讯接口；

所述电源处理模块，具体用于通过所述电源总线接口的通讯接口向目标芯片的数据存储单元供电，并从该数据存储单元中获取目标芯片的电源需求。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述电源处理模块具体包括：MCU控制单元、程控稳压单元和电压输出单元；

所述MCU控制单元，用于根据电源总线接口类型的电源需求或者目标芯片的电源需求，生成电压控制指令和电压传输指令；以及将所述电压控制指令发送至所述程控稳压单元，将所述电压传输指令发送至所述电压输出单元；

所述程控稳压单元，用于按照所述电压控制指令，将输入的基准电压转换为所需的N路电压，并将所述N路电压输出至所述电压输出单元；

所述电压输出单元，用于按照所述电压传输指令，选择用于传输所述N路电压的N个电压传输通道，以及按照所述电压传输指令指定的供电时序，开启对应的电压传输通道，以将输入的N路电压传输至电源总线接口的N个电源供电接口。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述电源处理模块还包括：DC-DC电源单元，用于将输入智能电源的宽电压转换为所述程控稳压单元所需的基准电压。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述电源处理模块还包括：电源监测单元，用于对所述程控稳压单元输出的各路电压进行检测，并将检测结果上报至所述MCU控制单元；

所述MCU控制单元，还用于判断所述电源监测单元上报的各路电压是否符合所述电源需求，在判断结果为是的情况下，将所述电压传输指令发送至所述电压输出单元。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述MCU控制单元，还用于在判断出所述电源监测单元上报的某路电压不符合所述电源需求时，向所述程控稳压单元发送对该路电压的调整指令。

可选地，本发明所述的智能电源中，所述电源监测单元，还用于对所述程控稳压单元输出的各路电压的电流值进行检测，并将检测结果上报至所述MCU控制单元；

所述MCU控制单元，还用于判断所述电源监测单元上报的电流的总和是否低于设定的过流门限，若是，则将所述电压传输指令发送至所述电压输出单元；否则，发出过流告警。

依据本发明的另一个方面，提供一种智能电源实现智能供电的方法，待供电的目标芯片通过智能电源的电源总线接口接入智能电源；所述方法包括：

智能电源按照电源总线接口类型的电源需求或目标芯片的电源需求，转换得到N路电压；

智能电源将所述N路电压输出至电源总线接口的N个电源供电接口，以对接入的目标芯片进行供电。

可选地，本发明所述的方法中，所述智能电源按照电源总线接口类型或目标芯片的电源需求，转换得到N路电压，具体包括：

当目标芯片接入的电源总线接口是预先定义的标准类电源总线接口时，智能电源按照该类标准电源总线接口的电源需求，转换得到N路电压；否则，按照目标芯片的电源需求，转换得到N路电压。

可选地，本发明所述的方法中，所述电源总线接口还包括通讯接口；

所述智能电源通过所述电源总线接口的通讯接口向目标芯片的数据存储单元供电，并从该数据存储单元中获取目标芯片的电源需求。

可选地，本发明所述的方法中，所述智能电源将所述N路电压输出至电源总线接口的N个电源供电接口前，还包括：根据所述电源需求，对转换得到的N路电压进行校验，若校验通过，则输出N路电压至电源总线接口的N个电源供电接口；否则，对校验不通过的一路或多路电压进行调整，直到校验通过。

可选地，本发明所述的方法中，所述智能电源将所述N路电压输出至电源 总线接口的N个电源供电接口前，还包括：检测输出的N路电压的电流值，若各路电流值的总和超出设定的过流门限，则发出过流告警；否则，输出N路电压至电源总线接口的N个电源供电接口。

本发明有益效果如下：

采用本发明所述的设计方案，尤其是所提出的电源总线设计，可以让板上电源设计更加高效，稳定，提高单板整体设计效率及方便后续的调测与维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种智能电源的结构框图；

图2为本发明实施例二提供的一种智能电源的结构框图；

图3为本发明实施例二提供的一种智能电源设计的应用连接框图；

图4为本发明实施例二提供的一种智能电源设计的工作流程框图；

图5为本发明实施例二提供的一种智能电源设计的又一应用连接框图；

图6为本发明实施例二提供的一种智能电源设计的再一应用连接框图；

图7为本发明实施例三提供的一种智能电源实现智能供电的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种智能电源，如图1所示，所述智能电源具体包括：电源处理模块110和电源总线接口120。而待供电的目标芯片也具有电源总线接口，目标芯片的电源总线接口与智能电源的电源总线接口120对接，实现目标芯片接入智能电源。

电源处理模块110，用于按照电源总线接口120类型的电源需求或目标芯片的电源需求，转换得到N路电压，并将所述N路电压输出至电源总线接口120；N为正整数；

电源总线接口120，包括N个电源供电接口，用于将输入的N路电压通过N个供电接口传输至接入的目标芯片。

基于上述结构框架及实施原理，下面给出在上述结构下的几个具体及优选实施方式，用以细化和优化本发明所述智能电源的功能，以使本发明方案的实施更方便，准确。具体涉及如下内容：

本实施例中，电源处理模块110具体按照电源总线接口120类型的电源需求还是目标芯片的电源需求进行电压转换，受限于电源总线接口的版本模式，具体的：

版本模式一，根据电源供电接口的数量、支持的最大功率、不同电压间的供电时序的不同，可以将电源总线接口定义为不同的类型，并形成类型标准，每类标准的电源供电接口均具有特定的电源供电接口的数量、支持的最大功率、不同电压间的供电时序等。对于标准类的电源总线供电接口，电源处理模块110要按照电源总线供电接口类型的电源需求，进行电压转换。而对于标准类电源总线接口，只能连接具有与该标准类电源总线接口相同的电源总线接口的目标芯片，且可连接多个。

在该模式下，电源处理模块110获知电源总线接口类型的电源需求的方式包括：

方式一，通过配置电源处理模块使相应的电源总线接口输出指定类型的电 源总线的电源需求，如智能电源的1接口，支持A\B型的电源总线，那么可以通过电源处理模块进行配置，将其配置为A或者B类型，具体的配置是在外部的CPU通过电源处理模块的UART接口进行的。

方式二，智能电源的电源总线接口是确定好的电源总线类型，其电源需求属于已知参数。如1接口支持A类型电源总线，2接口支持B类型的，使用时直接对接相应接口的目标芯片即可。

版本模式二，电源总线接口没有标准的电源需求，此时，电源处理模块可以与目标芯片通讯，获取目标芯片的电源需求，并按照获取的电源需求进行电压转换。

在本发明的一个实施例中，电源总线接口120还包括：通讯接口；

电源处理模块110，具体通过电源总线接口120的通讯接口向目标芯片的数据存储单元供电，并从该数据存储单元中获取目标芯片的电源需求。

在本发明的一个具体实施例中，电源处理模块110具体包括：MCU控制单元、程控稳压单元和电压输出单元；其中：

MCU控制单元，用于根据电源总线接口类型的电源需求或者目标芯片的电源需求，生成电压控制指令和电压传输指令；以及将所述电压控制指令发送至所述程控稳压单元，将所述电压传输指令发送至所述电压输出单元；

程控稳压单元，用于按照所述电压控制指令，将输入的基准电压转换为所需的N路电压，并将所述N路电压输出至所述电压输出单元；

电压输出单元，用于按照所述电压传输指令，选择用于传输所述N路电压的N个电压传输通道，以及按照所述电压传输指令指定的供电时序，开启对应的电压传输通道，以将输入的N路电压传输至电源总线接口的N个电源供电接口。

在本发明的一个优选实施例中，电压输出单元由MOS管阵列组成，MCU控制单元通过指令选通MOS管阵列形成的各通道。

在本发明的又一优选实施例中，电源处理模块还包括DC-DC电源单元和/ 或电源监测单元。

DC-DC电源单元，用于将输入智能电源的宽电压转换为所述程控稳压单元所需的基准电压。

电源监测单元，用于对所述程控稳压单元输出的各路电压进行检测，并将检测结果上报至所述MCU控制单元。

MCU控制单元，还用于判断所述电源监测单元上报的各路电压是否符合所述电源需求，在判断结果为是的情况下，将所述电压传输指令发送至所述电压输出单元；而对于判断结果为否的情况，向所述程控稳压单元发送对不符合需求的各路电压的调整指令。可见，本实施例中，通过部署电源监测单元可以提高电压转换的准确度。

在本发明的又一优选实施例中，电源监测单元，还用于对程控稳压单元输出的各路电压的电流值进行检测，并将检测结果上报至MCU控制单元；

MCU控制单元，还用于判断电源监测单元上报的电流的总和是否低于设定的过流门限，若是，则将电压传输指令发送至电压输出单元；否则，发出过流告警。该优选实施例，可以实现对智能电源的过流保护。

采用本发明所述的设计方案，尤其是所提出的电源总线设计，可以让板上电源设计更加高效，稳定，提高单板整体设计效率及方便后续的调测与维护。

实施例二

本发明实施例提供一种智能电源，其通过公开更多的技术细节，对本发明所提供的智能电源的具体供电方式进行更详尽的阐述。

本发明实施例提供的智能电源分别与输入电源及目标芯片连接，智能电源对外提供电源总线接口，目标芯片也具有电源总线接口，设计电路时直接将电源总线接口连接在一起。

如图2所示，本实施例所述智能电源具体包括：电源处理模块及若干电源总线接口。其中：

电源处理模块，用于将外部输入电源按照供电需求进行转换处理；

电源总线接口，连接电源处理模块与目标芯片，用于基于电源处理模块按需转换的电压，为目标芯片供电。

具体的，所述电源处理模块包括：DC-DC电源单元、程控稳压单元、MCU控制单元、电源监测单元和MOS管阵列单元。

其中，MCU控制单元，作为核心处理单元与程控稳压单元、电源监测单元、MOS管阵列单元和电源总线连接，用于与目标芯片通讯，获取目标芯片的电源需求(可选)、根据电源需求，控制程控稳压单元的电压输出、接收电源监测单元的反馈信息，根据该反馈信息，决定是否控制MOS管阵列单元进行选择输出；

DC-DC电源单元，用于将智能电源外部输入的宽电压进行升降压处理得到程控稳压单元所需的基准电压，例如5V电压，所述处理外部输入电压得到5V电压只是一种实现举例，并不限定于得到5V电压，也可以是12V等电压，外部输入电压可为9V-48V宽电压。

程控稳压单元，用于将DC-DC电源单元输出的电压按照MCU控制单元的指令，进行电压转换(主要是降压处理)，得到指令要求的多路电压；

电源监测单元，主要是对程控稳压单元输出的电压进行检测并反馈给MCU控制单元做比对，看是否符合要求；同时，电源监测单元还需对程控稳压单元输出的电流进行监控，并反馈给MCU控制单元，MCU控制单元将其与智能电源的电流门限做比对，防止电源总线过流。

MOS管阵列单元，受控于MCU控制单元，根据电源需求，选择相应通道及按特定时序传输程控稳压单元转换得到的各路电压至电源总线接口。

进一步地，本实施例中，电源总线接口包括若干电源供电接口及通讯接口；其中，通讯接口可以为目标芯片的数据存储部分供电，使得MCU控制单元可以通过该通讯接口与目标芯片通信，获取目标芯片的电源需求；电源供电接口是为目标芯片供电。

本发明中，根据电源供电接口的数量、支持的最大功率、不同电压间的供 电时序的不同，可以将电源总线接口定义为不同的类型。

本发明所述的电源总线接口两种版本模式，分别是：

版本模式一：智能电源需要通过上述的通讯接口来进行读取目标芯片数据存储部分来获取目标芯片的电源需求，从而控制智能电源输出所需要的电源及上电时序，即灵活的对电源总线接口进行配置。

版本模式二：智能电源与目标芯片间不需要进行通信，直接将电源总线接口定义为标准的不同类型，定义不同类型的区分准则是电源供电接口的数量、支持的最大功率、不同电压间的供电时序的差异。同一类型的电源总线接口具有相同的电源需求，使用时直接将对应的拥有相同电源总线接口类型的芯片与智能电源的电源总线接口直接连接即可，智能电源根据各类型的电源总线接口的电源需求，控制智能电源相应电源总线接口输出所需要的电源及上电时序。本发明所述的电源总线是一种设计方案，提出概念，任何通过简单修改供电接口数量、改变通信接口等实现方式均属于本发明保护范围。

上述模式一中智能电源通过电源总线接口与目标芯片连接，目标芯片有确定类型的电源总线接口，连接过程中一定要确保同一类型的电源总线接口连接在一起，智能电源中的MCU控制单元通过本发明所定义的电源总线中的通讯接口来获取目标芯片的电源需求，包括供电电压及上电时序等。MCU控制单元根据获得的电源需求来控制程控稳压模块得到多路不同的电压值的电压，电源监测单元对所得到的电源电压及电流进行监控，监控信息反馈给MCU控制单元，电压电流正常后，MCU控制单元控制MOS管阵列单元，按照电源总线接口的线序所对应的电压值来做好匹配对接，输出所需的电压，此版本的电源总线接口可以通过通讯接口进行灵活配置，即根据目标芯片的动态电源需求可以灵活的配置电源总线接口及智能电源的输出。

如图3所示，为模式一下智能电源设计的一种应用连接框图，采用本连接方式的电源总线接口是可以根据芯片的实际需求灵活配置的。

图3所述连接方式是基于电路板设计时所选芯片接口类型不同，并且各种 电源总线接口有动态配置的需求，在应用过程中需要智能电源与目标芯片进行通信，实时获取芯片电源需求，动态调节电压等参数，这种场景下，芯片的电源需求是变化的，就要求智能电源的每个电源总线接口只能连接一个目标芯片。

如图4所示，为上述场景下智能电源的工作流程，实际应用中本发明所述的智能电源与电路板的电源输入接口连接，电路板总电源上电后，智能电源开始工作，通过智能电源的电源总线接口中的通讯接口来为目标芯片的数据存储器供电并获取电源需求的数据，电源需求的数据包括不同的电压，所需的电流，各个电压的上电顺序。当智能电源中的MCU控制单元正确识别目标芯片的电源需求后，控制程控稳压单元按照电源需求进行稳压输出，如果没有正确识别目标芯片的电源需求则继续读取，解析数据。程控稳压单元的输出连接在电源监测单元上，当电源监测单元监测到的电源电压及输出的通道数正确时会反馈给MCU控制单元，MCU控制单元控制MOS管阵列单元来调整电源总线接口的配置，即电源总线通道与电源电压依据芯片电源进行匹配。如果电源监测单元的监测结果为异常，则反馈给程控稳压单元，进行调整，MOS管阵列单元不做配置，也不对外输出。

上述模式二中是将电源总线中的通讯接口闲置，使用时可以不连接，只连接电源供电接口，此版本的电源总线是固定标准的，不同的接口类型对应的电源需求是一致的，使用过程中直接将相应接口的目标芯片与智能电源的电源总线接口连接，相同的类型的接口芯片可以在功率满足智能电源供电能力的情况下进行总线挂接，即一条电源总线上挂接多个目标芯片。

该模式下，智能电源中的MCU控制单元直接配置有各标准类型电源总线接口的电源需求信息，包括供电电压及上电时序等。MCU控制单元根据配置的电源需求来控制程控稳压模块得到多路不同电压值的电压，电源监测单元对所得到的电源电压及电流进行监控，监控信息反馈给MCU控制单元，电压电流正常后，MCU控制单元控制MOS管阵列单元，按照电源总线接口的线序所对应的 电压值来做好匹配对接，输出所需的电压。

在本发明的又一实施例中，考虑到模式二情况下每条电源总线的电源需求固定，所以，可以将MCU管理单元的功能下发，即可以无需布设MCU管理单元。此时，电源处理模块包括DC-DC电源单元、程控稳压单元、电源监测单元和MOS管阵列单元。其中，电源监测单元包括电压基准单元和比较器单元。

DC-DC电源单元与程控稳压单元连接，程控稳压单元与MOS管阵列单元及电源监测单元连接，MOS管阵列单元与电源总线连接。

上述方案中DC-DC电源单元是对外部输入的宽电压进行转换处理，输出5V或12V等，程控稳压单元将DC-DC电源单元输出的电压按照设定好的参数进行处理输出，输出与电源监测单元连接，电源监测单元内部的比较器单元将采集进来的电压与电压基准进行比较，将采集进来的电流与设定的过流门限进行比较，全部符合要求时才会按照设定好的参数控制MOS管阵列打开通道，对电源总线接口输出电压。

所述的设定好的参数是由电源总线接口的类型确定的，不同的电源总线接口的类型具有固定的输出电压种类、最大输出功率、各电压的上电时序等。

如图5所示，为上述场景下的一种实际应用连接示意图，将需要供电的芯片直接通过电源总线连接在智能电源上，目标芯片的电源总线接口类型必须与智能电源的对应的相同类型的电源总线接口连接，总线上所连接的芯片的总功耗不能超过智能电源的每路端口最大功耗限制，最好是预留一定的余量，防止因芯片的功耗波动导致总功耗超过门限，致使智能电源进入保护断电状态。

如图6所示为一种智能电源设计的又一应用场景，智能电源支持多种电源总线接口类型，因此智能电源实际设计也会根据功率、不同类型的电源总线接口个数来定义不同种类的智能电源。

本实施例描述的为一种支持多种类型电源总线接口的智能电源模块应用场景，如图所示电源总线的每个不同类型的接口都是可以配置的，按照实际的目 标芯片需求来进行配置，例如电源总线类型A、B、C分别连接一个目标IC，这些目标IC的电源需求是不同的，或者有特别需求的，需要进行独立的控制。电源总线类型D接口上连接了多个目标IC，这些目标IC具有相同的电源总线接口，目标芯片总功耗小于智能电源的该电源总线通道的最大输出功率。智能电源的各个电源总线接口通道是可以分别独立控制的。

实施例三

本发明实施例提供一种智能电源实现智能供电的方法，如图7所示，待供电的目标芯片通过智能电源的电源总线接口接入智能电源；所述方法包括如下步骤：

步骤S701，智能电源按照电源总线接口类型的电源需求或目标芯片的电源需求，转换得到N路电压；

步骤S702，智能电源将所述N路电压输出至电源总线接口的N个电源供电接口，以对接入的目标芯片进行供电。

基于上述原理阐述，下面给出几个具体及优选实施方式，用以细化和优化本发明所述方法的功能，以使本发明方案的实施更方便，准确。需要说明的是，在不冲突的情况下，如下特征可以互相任意组合。

本发明实施例中，当目标芯片接入的电源总线接口是预先定义的标准类电源总线接口时，智能电源按照该类标准电源总线接口的电源需求，转换得到N路电压；否则，按照目标芯片的电源需求，转换得到N路电压。

进一步地，本发明实施例中，所述电源总线接口还包括通讯接口；

所述智能电源通过所述电源总线接口的通讯接口向目标芯片的数据存储单元供电，并从该数据存储单元中获取目标芯片的电源需求。

进一步地，在本发明的一个优选实施例中，所述智能电源将所述N路电压输出至电源总线接口的N个电源供电接口前，还包括：根据所述电源需求，对转换得到的N路电压进行校验，若校验通过，则输出N路电压至电源总线接口 的N个电源供电接口；否则，对校验不通过的一路或多路电压进行调整，直到校验通过。

进一步地，在本发明的又一个优选实施例中，所述智能电源将所述N路电压输出至电源总线接口的N个电源供电接口前，还包括：检测输出的N路电压的电流值，若各路电流值的总和超出设定的过流门限，则发出过流告警；否则，输出N路电压至电源总线接口的N个电源供电接口。

采用本发明所述的设计方案，尤其是所提出的电源总线设计，可以让板上电源设计更加高效，稳定，提高单板整体设计效率及方便后续的调测与维护。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是其与其他实施例的不同之处。尤其对于方法实施例而言，由于其基本相似与装置实施例，所以，描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

虽然通过实施例描述了本申请，本领域的技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。