用于中间总线架构供电控制器的电压范围确定的制作方法

用于中间总线架构供电控制器的电压范围确定的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于中间总线架构电源系统中的中间总线电压(VIB)的电压控制器的范围确定设备、一种中间总线架构电源系统以及一种提供中间总线架构电源系统中的受控的中间总线电压被允许在其内变化的范围的方法、计算机程序和计算机程序产品。范围确定设备获取针对受控的中间总线电压的范围(R3)，该范围基于与控制的当前时间间隔相对应的统计数据已经被确定，以及向电压控制器提供该范围以用于电压控制器在当前时间间隔中将中间总线电压(VIB)控制在确定的范围内。
【专利说明】
用于中间总线架构供电控制器的电压范围确定
技术领域
[0001] 本发明设及中间总线架构电源系统领域，并且更具体地设及运样的系统中的中间 总线电压的控制。本发明更特别地设及用于中间总线架构电源系统中的中间总线的电压控 制器的范围确定设备、中间总线架构电源系统W及提供允许中间总线架构电源系统中的受 控的中间总线电压在其中变化的范围的方法、计算机程序和计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 对诸如高性能化SI电路(例如处理器、ASIC和FPGA)等负载的供电是要求高的，因 为运些类型的负载需要多个低的供应电压。运些类型的负载可W在诸如数据通信和电信网 络等无线通信网络中提供，其中通信网络也可W是无线通信网络，诸如长期演进化TE)或宽 带码分多址(WCDMA)通信网络。负载比如可W被提供作为基站(通常称为nodeB或enodeB)、 网关GPRS支持节点(GGSN)或服务GPRS支持节点（SGSN)中的电路，其中GPRS是通用分组无线 电业务的首字母缩写。
[0003] 正因为如此，需要能够调节供应电压。为了提供运样的调节W及解决与运些种类 的负载的供电相关联的其他问题，出现了所谓的中间总线架构（IBA)电源，其可W经由两级 电压变换布置从输入电源提供若干严格调节的电压。
[0004] 运一类型的供电比如在W0 2012/007055和W0 2010/149205中描述。
[0005] 供电通常包括经由中间电压总线连接至输入供电系统W及若干负载点调节器 (POL)的一个或多个中间总线变换器（IBC)，其中运些负载连接至运些POL。运一结构通常还 包括主板功率管理器(BPM)。
[0006] 在运些文档中，W0 2012/007044比如描述了如何能够基于负载来控制中间电压总 线的电压。
[0007] 运在许多方面是高效的。然而，有时可能存在问题，因为要做出的控制的裕度是静 止的。因此，受控的中间总线电压的范围是固定的。实际上，需要使用运样的大的范围使得 可W利用中间总线电压的全摆幅。因此，所实现的功率效率没有得到优化。
[000引因此，需要改变允许中间总线处的控制电压在其中变化的范围W便获得更高的功 率效率。

【发明内容】

[0009] -个目的是提供一种允许IBA供电系统中的中间电压总线的电压在其中变化的灵 活的范围。
[0010] 运一目的根据第一方面通过用于电压控制器的范围确定设备来实现。电压控制器 生成用于控制中间总线架构电源系统中的中间总线电压的控制信号。中间总线电压包括经 由中间总线架构电源系统中的中间电压总线从第一级DC到DC功率变换器向至少一个第二 级DC到DC功率变换器输出的电压。范围确定设备包括作用于计算机程序指令的处理器，借 此范围确定设备(900)可操作W :
[0011] 获取针对受控的中间总线电压的范围，该范围基于与控制的当前时间间隔相对应 的统计数据已经被确定，W及
[0012] 向电压控制器提供该范围用于电压控制器。
[0013] 从而，电压控制器能够在当前时间间隔中将中间总线电压控制在所确定的范围 内。
[0014] 运一目的根据第二方面还通过具有电压控制器和根据第一方面的范围确定设备 的中间总线架构电源系统来实现。
[0015] 运一目的根据第Ξ方面通过一种提供通过电压控制器的控制而允许中间总线架 构电源系统中的受控的中间总线电压在其中变化的范围的方法来实现。中间总线电压包括 经由中间总线架构电源系统中的中间电压总线从第一级DC到DC功率变换器向至少一个第 二级DC到DC功率变换器输出的电压。方法包括：
[0016] 获取针对受控的中间总线电压的范围，该范围基于与控制的当前时间间隔相对应 的统计数据已经被确定，W及
[0017] 向电压控制器提供该范围。
[0018] 从而，电压控制器能够在当前时间间隔中将中间总线电压控制在所确定的范围 内。
[0019] 运一目的根据第四方面通过一种用于提供允许中间总线架构电源系统中的受控 的中间总线电压在其中变化的范围的计算机程序来实现。计算机程序包括当在范围确定设 备中被运行时使得范围确定设备进行W下操作的计算机程序代码：
[0020] 获取针对受控的中间总线电压的范围，该范围基于与控制的当前时间间隔相对应 的统计数据已经被确定，W及
[0021] 向电压控制器提供该范围用于电压控制器。
[0022] 从而，电压控制器能够在当前时间间隔中将中间总线电压控制在所确定的控制值 范围内。
[0023] 运一目的根据第五方面通过一种用于提供允许中间总线架构电源系统中的受控 的中间总线电压在其中变化的范围的计算机程序产品来实现。计算机程序产品在数据载体 上被提供并且包括根据第四方面的计算机程序代码。
[0024] 存在与各个方面相关联的若干优点。在使用统计值时可W减小系统中的随着时间 的功率损失。运是由于W下事实：范围是动态的并且因此可W利用中间总线电压的更大摆 幅。还使得能够在低到高过渡之后更快地过渡到低功率损失状态。统计值的使用还可W确 保电源系统将中间总线电压保持在合适电平。还可W获得高水平的定制。
[0025] 根据第一方面的一个变型，范围确定设备还操作W获取与当前时间间隔相关联的 所述统计数据。在运种情况下，范围是通过基于统计数据来确定范围而获得的。
[0026] 根据第Ξ方面的对应变型，方法还包括获取与当前时间间隔相关联的统计数据。 在此，范围的获取通过基于统计数据来确定范围而实现。
[0027] 统计数据可W与对应于当前时间间隔的参考时间间隔相联系。参考时间间隔可W 与当前时间间隔的一天中的时刻相联系。其另外可W与当前时间间隔的一星期中的天相联 系。其还可W与当前时间间隔的月相联系。
[0028] 范围进而可W被提供作为至少一个范围限度值。范围限度值可W基于参考时间间 隔的平均中间总线电压。替选地或者另外地，范围限度值可w基于参考时间间隔中中间总 线电压的标准偏差。
[0029] 统计数据可W与对应于当前时间间隔的气象环境条件的气象数据相联系。
[0030] 根据第一方面的另一变型，范围确定设备在操作W获取范围时还操作在参数 化的等式中应用统计值。
[0031] 根据第Ξ方面的对应变型，范围的获取包括在具有控制值范围数据的表格中读取 与当前时间间隔相对应的字段。
[0032] 还可W包括中间总线架构电源系统的数学模型，其中统计数据是数学模型的部 分。
[0033] 根据第一方面的另外的变型，范围确定装置在操作W获取范围时还操作将中 间总线架构电源系统中的控制的结果与数学模型中的处理的对应结果相比较，基于比较而 更新数学模型，W及通过在由数学模型提供的中间总线架构电源系统中的状态的估计来获 取范围。
[0034] 根据第Ξ方面的对应变型，获取范围包括:在中间总线架构电源系统的数学模型 中施加来自电压控制器的控制信号，将中间总线架构电源系统中的控制的结果与数学模型 中的处理的对应结果相比较，基于比较而更新数学模型，W及通过在由数学模型提供的中 间总线架构电源系统中的状态的估计来获取范围。
[0035] 应当强调，术语"包括(comprises)/包括(comprising)"当在本说明书中使用时被 理解为规定所指出的特征、整体、步骤或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整 体、步骤、部件或其组的存在或添加。
【附图说明】
[0036] 现在将参考附图仅作为示例详细解释本发明的实施例，在附图中：
[0037] 图1是中间总线架构电源系统的示意图；
[0038] 图2是图1的IBA电源系统中的电压控制器的示意图；
[0039] 图3是图1的IBA电源系统中的范围确定设备的示意图；
[0040] 图4示出了范围确定设备的替选实现；
[0041] 图5示出了在一天期间的中间总线电压变化的统计值连同基于运些统计值确定并 且在控制总线电压时使用的范围值的示例；
[0042] 图6示出了用于估计要在提供范围时使用的负载数据的方法步骤的流程图；
[0043] 图7示出了提供范围的方法的第一实施例中的方法步骤的流程图；
[0044] 图8示出了提供范围的方法的第二实施例中的方法步骤的流程图；
[0045] 图9示出了提供范围的方法的第二实施例中的方法步骤的流程图；
[0046] 图10示意性地示出了用于实现第四实施例的连接至系统和电压控制器的范围确 定设备；
[0047] 图11示出了提供范围的方法的第四实施例中的方法步骤的流程图；
[0048] 图12示出了 IB对莫块中电压控制器和范围确定设备的一个替选布置；
[0049] 图13示出了PIM模块中电压控制器和范围确定设备的另一替选布置;W及
[0050] 图14示出了 BPM模块中电压控制器和范围确定设备的另外的替选布置。
【具体实施方式】
[0051 ]中间总线架构（IBA)电源系统对用于向诸如高性能超大规模集成(ULSI)电路(例 如处理器、ASIC和FPGA)等负载提供电力的用途是令人感兴趣的。运些电路也可W设置在通 信网络、诸如电信网络中，其中通信网络也可W是无线通信网络，诸如长期演进化TE)或宽 带码分多址(WCDMA)通信网络。负载比如可W被提供作为基站中的电路，其通常称为nodeB 或enodeB、网关GPRS支持节点（GGSN)或服务GPRS支持节点（SGSN)，其中GPRS是通用分组无 线电业务的首字母大写。
[0052] 图1是一个运样的IBA电源系统100的示意图。图1中的IBA电源系统100是包括数目 η个(其中n> 1)并联禪合的第一级DC/DC变换器200到250的两级配电网络，第一级DC/DC变 换器200到250的输出经由中间电压总线（IVB)连接至数目K个(其中Κ> 1)第二级DC/DC变换 器500-1到500-Κ。第一级变换器200到250在电压Vdch下连接至输入电源总线300,其通常在 36-75V、18-36V或18-60V之间的电压Vdch下。每个第一级变换器还可W经由可选的对应滤波 单元1010和1020连接至输入电源总线300。运样的滤波单元有时称为电源输入模块(PIM)。 PIM(PIMi)1010和(PIMn)1020因此连接至输入电源总线并且每个向对应第一级变换器递送 经过OR和滤波后的电源电压(mains vo；Uage)。
[0053] 第一级DC/DC变换器200到250中的每个优选地是隔离的DC/DC变换器。第一级变换 器通常也称为中间总线变换器(IBC)。具有运样的第一级DC/DC变换器或IBC的IBA供电系统 具有制造高效和成本有效的优点，因为与输入电源总线的隔离(其通常需要使用包括变压 器的相对成本较高的部件）由相对少数目的变换器(或者其中n = l，通过单个变换器)来提 供。替选地，IBC可W是与输入功率总线300非隔离的。IBC优选地每个用开关模式电源 (SMPS)运一高效形式来实现，SMI^可W完全被调节或者被行调节W将输入电源总线电压变 换成IVB上的更低的中间总线电压VibdIBC也可W是固定比率变换器。
[0化4] IBC 200可W配备有信号处理器210和输入/输出（I/O)接口220,电压控制器700通 过I/O接口220可W对IBC 200进行数字化控制和管理，电压控制器700将在下面详细描述。 控制信号和信息可W经由管理总线(MB)800形式的信息通道在控制器700与IBC 200之间交 换，MB 800可W是并行的或串行的。IBC 200能够根据所接收的控制信号调节其输出处的ViB 值。其余IBC类似地配置。例如，第η IBC 250具有信号处理器260和输入/输出（I/O)接口 270，电压控制器700通过I/O接口 270可W控制第η IBC 25(LPIM(PIMi) 1010到(PIMn) 1020也 可W连接至管理总线800。
[0055]通常，IBC 200到250中的两个或多个可W设置为电流共享布置使得它们向第二级 DC到DC变换器并行地提供电力。运些IBC之间的电流共享所需要的信息可W经由电流共享 总线CSBi在运些IBC之间交换。在图1中，电源变换器系统的第一级中存在一个电流共享总 线(CSB)，但是可W使用多于一个运样的CSB。
[0化6] 如图1所示，IBC经由IVB连接至数目K个第二级DC/DC变换器500-巧化00-K的输入。 多个第二级DC/DC变换器中的每个可W是SMPS形式的非隔离WL调节器。然而，第二级DC/DC 变换器不限于运样的变换器，替选地可W是非开关式变换器，诸如低压差化DO)(线性)调节 器。另外，替选地，第二级DC/DC变换器中的一些或全部可W是隔离的，但是如果隔离由IBC 来提供，则从成本角度来说非隔离的第二级DC/DC变换器是有利的。每个POL向其负载600-k 递送调节后的输出电压Vout_k。
[0057] P化调节器500-1和500-2可W设置为电流共享布置W向公共负载600-1递送电力。 电流共享所需要的信息经由电流共享总线CSB2在运些POL调节器之间交换。然而，更一般 地，在POL级中可W存在大量电流共享总线CSBi、……、CSBj，并且可W在两个到高至m(其中m < k)个POL调节器之间执行电流共享。
[005引每个POL变换器设置有信号处理器510和输入/输出（I/O)接口 520,控制器700可W 经由管理总线800通过I/O接口 520数字化控制和管理每个POL变换器。
[0059] IBC和POL可W具有任何类型的合适的拓扑结构，并且可W是任何合适的类型。它 们因此可 W 是邮。4、8〇〇31:、1311。4-13〇〇31:等。
[0060] 如在图1中可见，还存在连接至管理总线的范围确定设备(畑0)900。其角色是设置 电压控制器700要在其中操作的范围。运一范围设置将在稍后更详细地描述。
[0061 ] 最后，存在也连接至管理总线800的可选的主板功率管理器(BPM)IIOOdBPM 1100 是在更高层级控制电源系统的控制器。
[0062] 图2是图1所示的电压控制器700的详细图示。控制器700包括用于从IBC 200和250 并且优选地还从POL变换器500-巧化00-K接收信息的输入/输出（1/0)或接收部分710。接收 部分710经由管理总线800连接至IBC和POL变换器的1/0接口，运使得能够在其之间交换信 息和控制信号。特别地，控制器700的接收部分710被配置成接收设及IBC的操作条件的信 息，包括所测量的IBC的输入电流iDm、……、iDCHn W及优选地其输入电压Vdch的值。替选地或 者另外地，接收部分可W被配置成接收IBC的输出电流Im、……、IiBn和输出电压的值、优选 地连同输入电压Vdch的值。接收部分710还可W被配置成接收设及POL调节器的操作条件的 信息，包括所测量的POL的相应输出电压Vok和输出电流I Dk。
[0063] 电压控制器的接收部分710另外可W被配置成从IBC和POL变换器接收其他参数， 诸如其占空比、溫度、系统状态信息W用于故障监控和诊断等。运些参数可W由控制器用于 任何有用的或期望的目的，例如用于实现安全特征，诸如保护切断，运确保临界参数(诸如 部件溫度)不超过预定口限。替选地，控制器700可W向高层实体(诸如BPM 1100)或者向可 W被定位成远离在其上形成IBA电源系统100的主板的系统，转发所接收的信息中的一些或 全部。
[0064] 如图2所示，电压控制器700还可W包括处理器720、工作存储器730和存储计算机 可读指令的指令胆存器740,运些指令在由处理器720执行时使得处理器执行下文中描述的 评估系统效率的测量(例如，输入到IBA系统的电流或功率或者系统的功率损失）W及生成 用于基于运一评估来设置中间总线电压的控制信号的处理操作。指令胆存器740可W包括 预先加载有计算机可读指令的ROM。替选地，指令胆存器740可W包括RAM或类似类型的存储 器，并且可W从携带计算机可读指令的计算机程序产品（诸如计算机可读存储介质750(诸 如CD-ROM等)或者计算机可读信号760)向指令胆存器740输入计算机可读指令。
[0065] 在所公开的电压控制器700的变型中，包括处理器720、工作存储器730和指令胆存 器740的组合770构成效率测量单元和控制信号生成器，W用于生成使得IBC设置中间总线 电压的控制信号。现在将参考图1和2详细描述效率测量单元和控制信号生成器。
[0066] 如图2所示，电压控制器700包括与接收部分710通信的效率测量单元770。效率测 量单元770可W被布置成通过使用接收部分710已经接收的值确定输入到IBC 200到250的 电流或者输入电流和输入电压二者来确定输入到IBA电源系统的功率的测量。
[0067] 更具体地，效率测量单元770可W被配置成计算输入到IBA电源系统的功率Pin,作 为系统效率的测量，即乘积
[0068] 替选地，如果输入电压Vdch的变化可忽略，则输入到IBA电源系统的电流Idch可W作 为系统效率的测量。作为另外的替选，IBA电源系统中的功率损失可W作为系统效率的测 量;也就是，经由IBC输入到IBA系统的功率（即图1中的乘积IdchVdch)与由IBA系统经由POL变 换器500-1到500-K输出的功率(换言之，由输出电流和电压之积给出的全部POL变换器的相 应功率输出之和
么差。
[0069] 在运些情况中的任一情况下，输入电流Idch可W简单地通过对IBC 200到250所测 量的电流iDCHi的值进行求和使得
来确定。
[0070] 替选地，总的中间总线电流
可W通过对所测量的由IBC输出的电流 IiBi值进行求和来确定，并且可W由效率测量单元770在IBC的功率损失模型中使用W计算 总输入电流Idch。IBC的功率损失函数PiBC可W表不为输入电压Vdch、输出电压ViB和输出电流 IiB的函数，即？16。=加。(￥議，￥16，116)。为了得到更高的准确性，优选的是还将18(：的溫度1'考 虑在内，使得？16。=加(；（￥〇甜，￥16，116，1')。输入电流因此简单地是1〇01=加(；/￥〇甜=邑16(；(￥〇甜，￥16， Ι?Β,Τ)。函数fiBC和/或gIBC可W通过物理IBC的功率损失测量来获得并且可W被建模为通常 为二阶的多项式，多项式系数可W通过例如最小二乘回归分析来获得。当然，可W使用其他 数学模型，然而多项式函数易于计算并且因此是优选的。代替最小二乘，可W使用其他回归 工具，诸如最小绝对偏差。
[0071] 如W上所指出的，电压控制器还可W包括控制信号生成器770。控制信号生成器 770被布置成基于由效率测量单元确定的效率测量值来生成用于由IBC 200到250用于设置 中间总线电压ViB的控制信号。控制信号生成器可W在由此确定的时间或者响应于IBC做出 的控制信号请求而优选地使用功率管理总线(PMBus)协议，经由MB800向IBC传输所生成的 控制信号。IBC被配置成使用所接收的控制信号来调节中间总线电压。更特别地，可W采用 设置和优化算法或电流裕度算法。可W在W0 2012/007055中找到使用两个不同的设置和优 化算法和电流裕度算法的控制细节。
[0072] W上描述的电压控制器700的操作全部提供用于优化的系统效率的基于实际负载 条件的中间总线电压ViB的调节。在其内控制W上描述的中间总线电压的范围在传统上已经 被固定。实际上，通常必须使用大的范围使得可W利用ViB的全摆幅。因此，没有优化所实现 的功率效率。
[0073] 因此，感兴趣的是得到在其中获得更高的功率效率的控制。
[0074] 运可W在与IBA电源系统的负载相关的统计值或趋势用于影响控制的情况下来实 现。
[0075] 运一问题通过使用范围确定设备900来解决，范围确定设备900提供允许由电压控 制器来在其中控制中间总线电压的范围，该范围基于统计负载改变而变化。
[0076] 图3是图1所示的范围确定设备900的可能实现的详细图示。范围确定设备900包括 用于向电压控制器700提供范围的输入/输出（I/O)单元910。1/0单元910还可W从统计值提 供设备接收统计数据。统计数据可W包括由统计值提供设备历史上所确定的统计负载数 据。统计负载数据还可W包括统计中间总线电压。统计值还可W根据采集业务统计值的时 间间隔来组织，运些时间间隔可W称为参考时间间隔。
[0077] 如图3所示，范围确定设备900还可W包括处理器920、工作存储器930和存储计算 机可读指令的指令胆存器940,运些计算机可读指令在由处理器920执行时使得处理器执行 下文中描述的用W确定电压控制器700的范围的处理操作。处理操作还可W包括基于统计 值而确定范围界定数据，其中范围界定数据可W包括确定直接用于形成范围的数据，诸如 范围的限度，或可W在某个进一步处理之后用于形成范围的数据，诸如中间总线电压的平 均值或平均和标准偏差。运些稍后的处理操作也可W称为统计值处理操作。指令胆存器940 可W包括预先加载有计算机可读指令的ROM。替选地，指令胆存器940可W包括RAM或类似类 型的存储器，并且可W从具有计算机程序指令960的计算机程序产品(诸如计算机可读存储 介质950)向指令胆存器940输入计算机可读指令。
[0078] 在所公开的范围确定设备900的变型中，包括处理器920、工作存储器930和指令胆 存器940的组合970构成用于向电压控制器并且可选地还向统计值处理单元提供范围的范 围确定单元。
[0079] 处理器920还连接至包括统计数据(诸如统计负载数据）的数据库DB 980。统计数 据可W包括由操作者测量和输入的数据。替选地，电源系统本身可W比如连续地测量和/或 更新统计数据，使得能够提供具有历史统计数据的数据库。运一统计数据可W是比如由POL 测量或者由电压控制器报告的统计中间总线电压。统计数据另外地或者取而代之可W包括 在历史中间总线电压上做出的统计计算的结果。
[0080] 处理器在作用于W上提及的计算机代码时因此实现范围确定功能，其使用统计负 载数据用于确定要将中间总线电压控制在其内的范围，并且还有可能实现统计值处理功能 W用于估计可W由其确定范围的负载数据。
[0081] 图4中示出了范围确定设备的替选框图示意图，其示出了包括范围确定单元(RDU) 990和统计值处理单元(S皿)995的设备900。
[0082] 统计数据可W在数据库980中提供。范围确定设备900内的数据库980的设置是可 选的。作为替选，其可W设置在系统中的某个其他地方并且经由总线800来访问。统计数据 因此可W由范围确定单元(RDU)990 W及由统计值处理单元(S皿)995来访问。统计值替选地 可W是系统模型的部分，即包括第一变换器级和第二变换器级的中间总线系统的数学模 型。统计值也可W是参数化的等式的部分。
[0083] 现在还参考图5和图6来描述可W如何确定范围，图5示出了中间总线电压的统计 变化W及关于运样的统计变化而确定的范围，图6示出了用于基于统计业务变化来处理统 计负载数据或负载变化的数个方法步骤。
[0084] 数据通信网络或电信网络(诸如但不限于LTE或WCDMA)中的业务可W取决于比如 一天中的时刻和天的类型在相当程度上变化。如果IBV供电系统在运样的网络中被提供用 于负载的供电，则负载也示出类似的变化。因此，在控制中使用统计值可W是令人感兴趣 的。由于电压控制器控制中间总线电压，所W运一中间总线电压的统计值的使用可W是令 人感兴趣的。运些统计值因此可w用于影响允许中间总线电压在其中变化的范围。
[0085] 比如，中间总线电压能够例如由POL或IBC来测量和报告，或者例如能够由电压控 制器700向统计值处理单元(S皿)995报告经由控制获得的期望的中间总线电压，SHU 995然 后将其存储在数据库980中。
[0086] 因此能够基于允许将中间总线电压控制在其内的范围来获得中间总线电压统计 值。图5还示出了被确定用于中间总线电压的统计变化的数个范围。
[0087] 图5示出了工作日的统计值的示例。还能够将一周的统计值考虑在内，其中业务在 工作日和周末之间可W不同。由此中间总线电压也可W相应变化。还能够针对一周的每天 单独考虑统计值。还能够在统计值中将按年的业务、即每个月的业务W及基于不同天气条 件的业务考虑在内。
[0088] 周末的业务情况比如可W不同于工作日的业务情况。即使没有测量，但是很容易 想到美好夏日的业务情况不同于有风且寒冷的冬日。另外，运些差异在中间总线电压的变 化中很清楚。所采集的统计值因此除了取决于时间还具有气象依赖性。所采集的统计数据 因此可W与气象数据有关联。
[0089] 因此，能够使用典型的工作日、周末、美好夏日、有风且寒冷的冬日等的统计值作 为用于确定范围的输入。
[0090] 根据一些方面，所估计的中间总线电压的统计特性(诸如标准偏差和平均）用于确 定范围。还能够使用其他类型的统计测量，诸如方差和中值。
[0091 ]作为示例，能够基于统计业务变化数据，在一年中的具体一天、在具体的天气条件 下、在具体的地方预测具体设备上的负载情况的平均和标准偏差。具体地，中间总线电压ViB 将在其中操作的范围可W随着统计值变化。范围因此可W是允许中间总线电压在当前时间 间隔期间在其中变化的范围。
[0092] 在图5中，图示了在不同ViB范围下的构思。运些范围可W被提供作为ViB电压的实 际最大和最小调节水平。
[0093] 如果作为示例使用每小时一个范围，则一天能够具有24个不同的范围，表示为R1、 R2、……、R24。例如，在早上3点，使用的范围是R3，在5点，使用R5，W此类推。控制的当前时 间间隔在本示例中因此是在工作日期间的小时。
[0094] 范围（在运种情况下是R1、R2、……、R24)可W包括关于中间总线电压ViB的最小值、 最大值或者最小值和最大值两者的信息。通常，每个时间间隔中的上限值和下限值可W使 用W下表达式根据统计值来计算：
[0095] VlBmin = VlBavg-n*VlBstd (1)
[0096] VlBmax = VlBavg+n*VlBstd (2)
[0097] 其中，ViBavg是每个时间间隔中的平均ViB水平，ViBstd是每个时间间隔中的ViB水平的 标准偏差，η是置信度，其中n = l，2,3(或者在请求高于6西格玛的置信区间的情况下更大）。
[0098] 可见，范围因此可W被提供作为至少一个范围限度值，运一范围限度值基于参考 时间间隔的平均中间总线电压。另外地或者作为替代，其可W基于参考时间间隔中中间总 线电压的标准偏差。
[0099] 步骤1210,统计值处理单元(S皿)995因此可W比如从业务统计值提供设备获得统 计值，诸如中间总线电压变化的统计值，步骤1220,处理统计值，诸如确定针对采集统计值 的各个时间间隔的中间总线电压的统计值，如平均值和中值w及标准偏差w及甚至确定范 围，运些范围是参考时间间隔。还可W基于统计值确定范围。步骤1230,处理的结果然后可 W存储在设及参考时间间隔的数据库980中的一个或多个对应表格中。统计值提供设备可 W是POUIBC或电压控制器，其向统计值处理单元(S皿)955有规律地发送中间总线电压值， S册955在接收到统计数据时执行处理并且将结果存储在数据库980中。替选地，另外的实 体、诸如BPM具有所有的统计数据，即参考时间间隔的中间总线电压值，并且将运些值发送 给统计值处理单元(S皿)995用于处理。
[0100] 针对不同时间间隔确定的范围因此可表格提供。然而，其也可W被提供作为 参数化的函数的部分。作为替选，用于确定范围的统计数据可W被提供作为IBA电源系统的 数学模型的部分。
[0101] 统计中间总线电压值水平W及范围因此可W由统计值处理单元(S册)995来确定。 运一单元W上被描述为范围确定设备900的部分。作为替选，运一单元995可W被设置在范 围确定设备900外部，比如在BPM 1100中。
[0102] 针对工作日的表格的示例可W看起来如下：
[0103]
[0104] 表1
[0105] 现在将参考图7描述第一实施例，图7示出了由范围确定设备执行的提供范围的方 法的流程图。
[0106] 步骤1240,范围确定单元(RDU)990获取用于受控的中间总线电压的范围，运一范 围基于对应于控制的当前时间间隔的统计数据来确定。当前时间间隔在此是电压控制器 700当前在其中执行控制的间隔。范围的获取可W通过范围确定单元(RDU)990从数据库980 取回对应于当前时间间隔的范围来执行。如果当前时间是12月的周Ξ上午01:30,则当前时 间间隔可W在一天的上午1点到2点之间。在运种情况下，范围基于在对应参考时间间隔（即 表示对应表格中的相同时间的时间间隔）中收集的统计值，运一表格可W是工作日表格，在 12月的工作日或周Ξ的表格处的用于一周的相同的一天的表格等。参考时间间隔因此可W 链接至当前时间间隔的一天中的时刻化）、当前时间间隔的一周中的一天W及当前时间间 隔的一月。运一范围数据可W从数据库中对应表格中的一个或多个范围字段来获得。在W 上时间示例中，可W假定W运一方式获得范围R3。替选地，使用具有根据当前时间间隔的参 数变量的参数化的等式或者使用针对当前时间间隔的系统模型。
[0107] 步骤1250,一旦W上述方式中的任一方式获得范围，则将运一范围提供给电压控 制器700,用于电压控制器在当前时间间隔内将中间总线电压(ViB)控制在所确定的范围内。 之后，电压控制器(700)在控制中应用该范围。
[0108] W运一方式，存在基于统计业务变化而确定的范围并且从而获得了更高效的控 制。
[0109] 现在，参考图8描述第二实施例，图8示出了用于确定范围的数个步骤的流程图。在 运种情况下，使用基于表格的解决方案。
[0110] 因此数据库980中存在至少一个表格，运一表格作为替选可W由BPM 1100来提供。 然而，应当认识到，可W实现任意数目的表格。在最简单的情况下，仅使用一个表格，其可W 是适用于每天的表格。在运种情况下没有区分工作日和周末、月或者不同的天气条件。另 夕h可W随着采集新的统计值，有规律地更新表格中的数据。表格因此可W包括范围并且仅 范围。作为替选，能够在表格中提供统计值，诸如针对参考时间间隔计算的中间总线电压的 平均和标准偏差，并且范围确定单元(RDU)990因此将基于运些值计算范围。在某种高级情 况下，可W使用针对工作日的一个表格W及针对周末的另一表格。在非常高级的情况下，可 W使用大量表格，并且使用与实际的时刻、天、周、月或事件(其可W是某一天，例如新年前 夜、有风且寒冷的冬日或者某个情况，比如灾难)有关的数据来选择要使用的表格。表格因 此还可W链接至气象数据，并且如果在当前控制期间存在气象环境条件，则可W取回链接 至当前时间间隔的参考时间间隔的范围，运一气象条件对应于与表格相关联的气象数据。
[0111] 步骤1260,基于当前时间间隔是哪个，比如在上午11点到12点之间，范围确定单元 (RDU)990从表格的至少一个对应字段取回数据，其中所取回的数据与参考时间间隔相关。 其在此可W取回上部范围字段中的范围的上限W及下部范围字段中的范围的下限，并且然 后将范围数据提供给电压控制器，步骤1270"RDU 990因此可W读取数据库的表格中的字 段，该字段对应于当前时间间隔并且包括控制值范围数据。替选地，其可W从表格中的两个 字段采集平均和标准偏差并且基于运些值来确定范围。
[0112] 本示例具有快速运一优点，因为其基于取回预先计算的范围值或者基于先前做出 的统计计算来很容易地计算范围。
[0113] 之后，步骤1270，范围确定单元(RDU)990将范围数据发送给电压控制器700，W用 于在中间总线电压的控制中使用。
[0114] 现在，参考图9来描述第立实施例。在运种情况下，范围确定单元990提供包括至少 一个等式的参数化的等式的集合。
[0115] 集合中的等式可W是用于确定范围下限的等式并且可W基于W上等式（1)。集合 中的另一等式可W被提供用于确定范围上限并且可W基于W上等式(2)。集合中的另外的 等式可w是用于确定标准偏差的等式，并且集合中的又一等式可w是用于确定平均的等 式。在运种情况下，数据库可W仅包括各种参考时间间隔中的中间总线电压，运一中间总线 电压可W是W上提及的所估计的、测量的或者期望的中间总线电压。
[0116] 在运一第Ξ实施例中，步骤1280,从数据库取回统计值，诸如参考时间间隔的中间 总线电压或统计数据，诸如与当前时间间隔对应的参考时间间隔中的中间总线电压的平均 和标准偏差。然后将数据输入到等式中（步骤1290)，并且从其中获得范围（步骤1300)，运一 范围然后被提供给电压控制器700(步骤1310)。
[0117] 运具有W下优点由范围确定单元(RDU)990执行一些附加处理为代价减小了由 统计值处理单元(S皿)995执行的预处理。
[0118] 现在参考图10和11描述第四实施例，其中图10示意性地示出了连接至系统100和 电压控制器700的范围确定单元(RDU)990,图14示出了由范围确定单元990执行的提供范围 的方法中的方法步骤的流程图。
[0119] 本实施例基于递归滤波器或算法，例如卡尔曼滤波，并且基于提供IBA供电系统的 数学模型的观测器的使用，该观测器通过范围确定单元(RDU)990来提供。IBA供电系统100 可W被认为是输入信号U被提供至其中并且其提供大量输出y(诸如中间总线电压和电流） 的黑盒。具有观测器的范围确定单元(RDU)990接收相同的输入信号U。系统包括若干未知状 态X，并且数学模型提供运些状态的估计龙。观测器因此还提供所估计的输出信号来。观测器 还提供数个等式：
[0122] 其中A、B、C、D和L是具有模型的理想系统常数的矩阵，并且k表示时刻。表示范围的 所估计的状态i因此可W通过关于矩阵A、B、C、D和L的知识来获得。由于输入和输出已知，所 W能够获得状态的估计，运些估计通过迭代被精细化。在此，系统常数包括从业务负载统计 值而获得的设置。从W上等式可见，能够获得连续更新的所估计的状态iW用于形成范围。
[0123] 在第四实施例的方法中，步骤1320,范围确定单元(RDU)990从电压控制器接收控 制信号U。步骤1330,运一控制信号(其也被电压控制器施加给实际的IBA供电系统100)然后 被插入到IBA供电系统的数学模型中。之后，步骤1340,范围确定单元(RDU)990接收处理结 果y，其可W是所测量的中间总线电压和/或电流。步骤1350,范围确定单元(RDU)990之后将 实际处理结果y与模型中的所估计的处理结果束相比较，并且更新模型（步骤1360)，运一更 新可W包括精细化对应于范围的一个或多个系统状态1。之后，步骤1370,范围确定单元 (RDU)990从模型取回当前估计状态，并且然后将状态提供给电压控制器用于设置范围（步 骤 1380)。
[0124] 运样的范围确定适合连续进行，其中系统信息矢量可W取决于当前时间间隔、天、 月等变化。
[0125] 观测器解决方案的优点在于，通过适当信号（在运种情况下是ViB电压和ViB电流） 的测量连续地执行"统计值的更新"。运要求根据所测量的统计和历史数据来创建模型。
[0126] 作为将基于统计的范围用于中间总线电压的结果，可更加功率高效的方式处 理低到高负载过渡电压。因此，取代如先前所进行地，在运样的负载过渡的情况下时常变为 标准输出电压VlBnnm，而可W将中间总线电压配置成通过电压控制器700的控制变为电流 ViBmax水平。如果ViBmax小于ViBn?，则可W改善系统功率效率。
[0127] 在低到高过渡事件之后，与在不知道统计值的情况下相比，可W更快地将ViB减小 为ViBavg水平。因此，可W在电压控制器700中引入时间treturn_to_avg，并且其可W用作从过渡 事件发生到允许ViB返回ViBavg水平的时间的延迟时间。W类似的方式，可W在电压控制器 700中引入时间treturn_to_min。运一时间可W用于配置从过渡事件发生到允许ViB返回ViBmin水 平的时间的延迟时间。
[0128] 本发明具有若干优点。在使用关于一天、一周、一月或感兴趣的时间间隔期间的负 载情况(基站或数据通信设备的业务情况）的统计值时，可W减小IBA主板功率系统中的随 着时间的功率损失。运是由于W下事实:范围是动态的，并且因此可W使用ViB的更大摆幅。 其还使得能够在低到高过渡之后更快地过渡到低功率损失状态。统计值和理想置信度确保 了电源系统将ViB保持在合适的水平。最后，还获得了更高水平的定制。
[0129] 范围确定设备RDD和电压控制器VC在W上描述为分离的独立设备。它们作为替选 可W被设置在相同的设备中。范围确定设备还可W被设置在数个先前描述的实体中。其比 如可W被设置在PIM单元中、在IBC单元中或者在BPM单元中。另外地或者取而代之，电压控 制器可W设置在相同的实体中。另外，范围确定设备、电压控制器和BPM单元可W-起设置。 图12示意性地示出了设置在IBC单元200中的范围确定设备(畑0)900、电压控制器(VC)700 和BPM 1100。图13示意性地示出了设置在PIM单元1010中的范围确定设备(畑D)900、电压控 制器(VC)700和BPM 1100,图14示意性地示出了设置在BPM 1100中的范围确定设备900和电 压控制器700。
[0130] 范围确定设备还可W被认为形成用于获取受控的中间总线电压的范围的装置，运 一范围基于与控制的当前时间间隔对应的统计数据来确定，并且范围确定设备还可W被认 为形成用于向电压控制器(700)提供范围W用于电压控制器在当前时间间隔中将中间总线 电压(ViB)控制在所确定的范围内的装置。
[0131] 范围确定设备还可W被认为形成用于获取与当前时间间隔相关联的统计数据的 装置。在此，用于获取范围的装置包括用于基于统计数据确定范围的装置。
[0132] 用于获取范围的装置还可W被认为包括用于读取数据存储装置的表格中的字段 的装置，其中运一字段对应于当前时间间隔并且包括控制值范围数据。
[0133] 用于获取范围的装置还可W被认为是用于在参数化的等式中应用统计值的装置。
[0134] 用于获取范围的装置还可W被认为包括用于将中间总线架构电源系统中的控制 结果与数学模型中的相应处理结果进行比较的装置、用于基于比较而更新数学模型的装 置、W及用于获取由数学模型作为范围提供的中间总线架构电源系统中的状态的估计的装 置。
[0135] 虽然结合当前被认为最实际和优选的实施例描述了本发明，然而应当理解，本发 明不限于所公开的实施例，而相反地，旨在覆盖各种修改和等同布置。因此，本发明仅受权 利要求的限制。
【主权项】
1. 一种用于电压控制器(700)的范围确定设备(900)，所述电压控制器生成用于控制中 间总线架构电源系统（100)中的中间总线电压(V IB)的控制信号，所述中间总线电压(VIB)包 括经由所述中间总线架构电源系统中的中间电压总线（IVB)从第一级DC到DC功率变换器 (200到250)向至少一个第二级DC到DC功率变换器(500-1到500-K)输出的电压，所述范围确 定设备（900)包括作用于计算机程序指令（960)的处理器（920)，借此所述范围确定设备 (900)可操作以： 获取针对受控的中间总线电压的范围（R3)，所述范围基于与所述控制的当前时间间隔 相对应的统计数据已经被确定，以及 向所述电压控制器(700)提供所述范围以用于所述电压控制器在所述当前时间间隔中 将所述中间总线电压(VIB)控制在所确定的范围内。2. 根据权利要求1所述的范围确定设备，还可操作以：获取与所述当前时间间隔相关联 的所述统计数据，其中所述范围是通过基于所述统计数据来确定所述范围而获得的。3. 根据权利要求1或2所述的范围确定设备，其中所述统计数据与对应于所述当前时间 间隔的参考时间间隔相联系。4. 根据权利要求3所述的范围确定设备，其中所述范围被提供作为至少一个范围限度 值。5. 根据权利要求4所述的范围确定设备，其中所述范围限度值基于所述参考时间间隔 的平均中间总线电压。6. 根据权利要求4或5所述的范围确定设备，其中所述范围限度值基于所述参考时间间 隔中的所述中间总线电压的标准偏差。7. 根据权利要求3到5中任一项所述的范围确定设备，其中所述参考时间间隔与所述当 前时间间隔的一天中的时刻(H)相联系。8. 根据权利要求7所述的范围确定设备，其中所述参考时间间隔与所述当前时间间隔 的一星期中的天相联系。9. 根据权利要求8所述的范围确定设备，其中所述参考时间间隔与所述当前时间间隔 的月相联系。10. 根据任一前述权利要求所述的范围确定设备，其中所述统计数据与和所述当前时 间间隔的气象环境条件相对应的气象数据相联系。11. 根据任一前述权利要求所述的范围确定设备，在操作以获取范围时还操作以：读取 数据存储装置(980)的表格中的字段，所述字段与所述当前时间间隔相对应并且包括控制 值范围数据。12. 根据任一前述权利要求所述的范围确定设备，在操作以获取范围时还操作以：在参 数化的等式中应用统计值。13. 根据权利要求1到10中任一项所述的范围确定设备，还包括所述中间总线架构电源 系统（100)的数学模型，其中所述统计数据是所述数学模型的部分，并且在操作以获取范围 时还操作以：将所述中间总线架构电源系统（100)中的所述控制的结果(y)与所述数学模型 中的处理的对应结果（^ )相比较，基于所述比较而更新所述数学模型，以及通过由所述数 学模型提供的所述中间总线架构电源系统中的状态的估计（i )来获取所述范围。14. 一种中间总线架构电源系统（100)，所述中间总线架构电源系统（100)具有电压控 制器(700)和根据权利要求1到13中任一项所述的范围确定设备(900)。15. -种提供通过电压控制器(700)的控制而允许中间总线架构电源系统（100)中的受 控的中间总线电压在其中变化的范围的方法，所述中间总线电压(V IB)包括经由所述中间总 线架构电源系统中的中间电压总线（IVB)从第一级DC到DC功率变换器(200到250)向至少一 个第二级DC到DC功率变换器(500-1到500-K)输出的电压，所述方法包括： 获取（1240 ; 1260; 1300; 1370)针对所述受控的中间总线电压的范围（R3)，所述范围基 于与所述控制的当前时间间隔相对应的统计数据已经被确定，以及 向所述电压控制器(700)提供（1250; 1270; 1310; 1380)所述范围以用于所述电压控制 器在所述当前时间间隔中将所述中间总线电压控制在所确定的范围内。16. 根据权利要求15所述的方法，还包括： 获取(1210; 1280)与所述当前时间间隔相关联的所述统计数据， 其中所述范围的获取是通过基于所述统计数据来确定（1030)所述范围而实现的。17. 根据权利要求15或16所述的方法，其中所述统计数据与对应于所述当前时间间隔 的参考时间间隔相联系。18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述范围被提供作为至少一个范围限度值。19. 根据权利要求15到18中任一项所述的方法，其中所述范围的获取包括:在具有控制 值范围数据的表格中读取(1050)与所述当前时间间隔相对应的字段。20. 根据权利要求15到18中任一项所述的方法，其中所述范围的获取包括:在参数化的 等式中应用（1290)统计值。21. 根据权利要求15到18中任一项所述的方法，其中所述范围的获取包括:在所述中间 总线架构电源系统的数学模型中施加（1330)来自所述电压控制器(700)的控制信号(u)，其 中所述统计数据是所述数学模型的部分;将所述中间总线架构电源系统中的所述控制的结 果（y)与所述数学模型中的处理的对应结果（f )相比较（1350);基于所述比较而更新 (1360)所述数学模型；以及通过由所述数学模型提供的所述中间总线架构电源系统中的状 态的估计(i )来获取(1370)所述范围。22. -种用于提供允许中间总线架构电源系统（100)中的受控的中间总线电压在其中 变化的范围的计算机程序， 所述计算机程序包括计算机程序代码(960)，当所述计算机程序代码(960)在范围确定 设备(900)中被运彳丁时使得所述枢围确定设备： 获取针对受控的所述中间总线电压(VIB)的范围（R3)，所述范围基于与所述控制的当前 时间间隔相对应的统计数据已经被确定，以及 向所述电压控制器(700)提供所述范围以用于所述电压控制器在所述当前时间间隔中 将所述中间总线电压控制在所确定的控制值范围内。23. -种用于提供允许中间总线架构电源系统（100)中的受控的中间总线电压在其中 变化的范围的计算机程序产品，所述计算机程序产品在数据载体(950)上被提供并且包括 根据权利要求22所述的计算机程序代码(960)。
【文档编号】H02M3/156GK105874696SQ201380081919
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2013年12月30日
【发明人】T·霍尔伯格, M·卡尔森
【申请人】瑞典爱立信有限公司