一种基于PMBus总线的数字电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字电源领域，更具体地，设及一种基于PMBus总线数字电源，该数字 电源采用PMBus总线数字控制器，能稳定输入高频功率的电源。
【背景技术】
[000引 目前绝大多数的数字电源通常采用DSP、DSP与FPGA、ARM与CPLD等方案实现电源 系统的控制与管理。DSP具有软件灵活性，主要用来完成数据采集、控制算法的运算和数据 监控通信等功能；FPGA具有硬件集成度高，高可靠性，高速W及强大的并行处理能力，可用 于高精度PWM的输出。数字电源的基本原理为；DSP或ARM的A/D采样单元将采集到的电 源电压电流信号转化为数字信号，送入DSP或ARM主处理器形成电压环和电流环，与给定的 电压电流数字量进行比较得到误差量，通过PID算法调整数据，输出调整量，调节PWM，从而 调整数字电源的输出。显然，上述数字电源方案无论是在硬件上还是在软件控制算法上，特 别是在控制算法和死区时间控制等方面，实现起来都比较复杂。
[0003] 电源管理总线（PMBus)为控制电源变换和管理器件规定了数字通信协议。采用 PMBus,可根据标准命令集配置、监控和操作电源变换器。尽管PMBus为数字电源发展提供 了新的方向，但现有基于PMBus的数字电源仍存在输出电压控制不精确，故障信号响应、保 护措施不及时等缺陷，影响了数字电源的性能。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于PMBus总 线的高频功率数字电源，其中通过对其关键工艺结构譬如数字补偿方式等进行改进，与现 有技术相比能够有效解决输出电压控制不精确、故障信号响应不及时的问题；并且PMBus 总线数字控制器通过PMBus总线与处理器（MCU、ARM或DSP等）通信，可实现对输入输出电 压电流、温度W及工作状态的监控和控制。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，包 括主回路功率电路和数字控制管理单元，其中：
[0006] 所述主回路功率电路用于输入电压，并用于输出电压；
[0007] 所述数字控制管理单元包括PMBus总线数字控制器、ADC采样调理电路、处理器W 及显示终端，所述PMBus总线数字控制器分别与所述ADC采样调理电路和所述处理器连接， 所述显示终端与所述处理器相连；
[000引所述PMBus总线数字控制器与所述主回路功率电路连接，用于控制所述主回路功 率电路的输出电压；
[0009] 所述ADC采样调理电路用于采样所述主回路功率电路的输入电压、输入电流、输 出电压和输出电流，并将采样得到的各个电压值和电流值调整为所述PMBus总线数字控制 器的ADC输入需要的范围之内，分别得到ADC输入电压、ADC输入电流、ADC输出电压和ADC 输出电流；
[0010] 所述处理器用于将所述PMBus总线数字控制器中的ADC输入电压、ADC输入电流、 ADC输出电压、ADC输出电流信息传递到所述显示终端；
[0011] 所述显示终端用于显示所述主回路功率电路的输入电压、输入电流、输出电压和 输出电流。
[0012] 作为本发明的进一步优选，所述PMBus总线数字控制器内部具有可编程数字补偿 器，用于控制所述主回路功率电路的输出电压；该数字补偿器采用PID数字补偿器架构，包 括一个低频滤波器和一个高频滤波器，所述数字补偿器在Z域中的传递函数H(z)为：
[001引
【主权项】
1. 一种基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，包括主回路功率电路和数字控制管 理单元，其中： 所述主回路功率电路用于输入电压，并用于输出电压； 所述数字控制管理单元包括PMBus总线数字控制器、ADC采样调理电路、处理器以及显 示终端，所述PMBus总线数字控制器分别与所述ADC采样调理电路和所述处理器连接，所述 显示终端与所述处理器相连； 所述PMBus总线数字控制器与所述主回路功率电路连接，用于控制所述主回路功率电 路的输出电压； 所述ADC采样调理电路用于采样所述主回路功率电路的输入电压、输入电流、输出电 压和输出电流，并将采样得到的各个电压值和电流值调整为所述PMBus总线数字控制器的 ADC输入需要的范围之内，分别得到ADC输入电压、ADC输入电流、ADC输出电压和ADC输出 电流； 所述处理器用于将所述PMBus总线数字控制器中的ADC输入电压、ADC输入电流、ADC 输出电压、ADC输出电流信息传递到所述显示终端； 所述显示终端用于显示所述主回路功率电路的输入电压、输入电流、输出电压和输出 电流。
2. 如权利要求1所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述PMBus总线数字控 制器内部具有可编程数字补偿器，用于控制所述主回路功率电路的输出电压；该数字补偿 器采用PID数字补偿器架构，包括一个低频滤波器和一个高频滤波器，所述数字补偿器在z 域中的传递函数为：
其中D为所述低频滤波器增益；C为所述高频滤波器增益；B为所述高频滤波器 零点；A为所述高频滤波器极点；ADD_PZ为添加在所述数字补偿器上的一个额外的零 点或极点；LFG为所述低频滤波器的增益系数，HFG为所述高频滤波器的增益系数， LFG = 5. 968XmX 106/fsw，HFG = 3. 73XmX 105/fsw，m 为比例因子，fsw为开关频率； 当 48. 8kHz < fsw< 97. 7kHz 时，m=l;当 97.7k < 195.时，m = 2;当 I 9 5.3k H ^sir < 390 时，m = 4;当 390. 6kHz < fsw时，m = 8。
3. 如权利要求2所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述m = 1。
4. 如权利要求1所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述主回路功率电路包 括输入保护电路、输入滤波电路、全桥逆变与高频变压器和输出整流滤波电路，其中所述输 入保护电路依次与所述输入滤波电路、全桥逆变与高频变压器和输出整流滤波电路连接； 所述输入保护电路具有电压输入端，用于输入电压。
5. 如权利要求1所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述主回路功率电路的 输出电压经所述PMBus总线数字控制器中的ADC采样调理电路采样得到u ADC;所述u _被送 入所述PMBus总线数字控制器中，并与给定的数字电源输出电压数字量Usrt进行比较，得到 误差量所述PID数字补偿器根据所述u _调整数据，输出移相角Θ调整量；所述PMBus 总线数字控制器内部的数字PWM引擎根据所述Θ调节PWM，从而调整所述数字电源输出的 电压。
6. 如权利要求1所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述PMBus总线数字控 制器还设置有温度检测单元，用于检测温度得到温度值；所述处理器用于将所述温度值传 递到所述显示终端。
7. 如权利要求1所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述显示终端还设有按 钮用于设置预置输出电压；所述预置输出电压的数字量依次经过所述处理器、所述PMBus 总线数字控制器中的PMBus总线传递到所述PMBus总线数字控制器中的EEPROM ;所述 PMBus总线数字控制器根据所述预置输出电压的数字量更新Usrt;所述PID数字补偿器根据 更新后的U srt，调整所述主回路功率电路的输出电压。
8. 如权利要求1 一 7任意一项所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述 PMBus总线数字控制器还具有自适应死区补偿寄存器，所述自适应死区补偿寄存器与所述 PMBus总线数字控制器内部的数字PWM引擎连接，用于实时校准PWM边沿之间的死区时间。
9. 如权利要求1 一 8任意一项所述基于PMBus总线的数字电源，其特征在于，所述 PMBus总线数字控制器还包括PMBus保护模块，用于提供输出过压保护、输出欠压保护、输 出过流保护和过温保护。
【专利摘要】本发明公开了一种基于PMBus总线的数字电源，包括主回路功率电路和数字控制管理单元；数字控制管理单元包括PMBus总线数字控制器、ADC采样调理电路、处理器以及显示终端；PMBus总线数字控制器与主回路功率电路连接，用于控制主回路功率电路的输出电压；ADC采样调理电路用于采样主回路功率电路的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流，分别得到ADC输入电压、ADC输入电流、ADC输出电压和ADC输出电流；处理器用于将ADC输入电压、ADC输入电流、ADC输出电压、ADC输出电流信息传递到显示终端。本发明的数字电源输出电压控制精确、故障信号响应及时，并且能够对输入输出电压电流、温度以及工作状态进行监控和控制。
【IPC分类】H02M3-28
【公开号】CN104767385
【申请号】CN201510175309
【发明人】程友信, 樊呐, 乔洪涛, 常超, 马高育, 周奂斌, 李德炎
【申请人】湖北三江航天万峰科技发展有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月13日