[發明專利]一種分布式供電系統的數字管理系統和方法

有效

• 申請號: 200910099797.4
• 申請日: 2009-06-22
• 公開（公告）號: CN101656431A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 顏佳佳;徐迎春;韓雪強;馬克·朱徹斯
• 申請（專利權）人: 伊博電源（杭州）有限公司
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司
• 代理人: 沈孝敬

技術領域

本發明涉及分布式供電電源系統，具體地說，是一種對中間總線后級電路數字控制管理的系統和實現方法。

背景技術

隨著電子及通訊技術的發展，電子系統越來越復雜，對通信電源功率密度和可靠性的要求也越來越高。通常一個電子系統中需要2.5V，3.3V等多種低輸出電壓且具有高穩壓精度的電源，同時，這些電源一般需要輸出較大的電流(如100A)，而且要高速變化(最高達1000A/μs)。因此，供電電源在物理位置上應該盡可能靠近負載，否則會造成很大的損耗并影響系統穩定性，傳統的多路輸出已經無法滿足上述要求。

為了解決以上問題，中間總線結構的分布式供電系統(如圖1所示)目前已被廣泛采用。該系統分為兩級，第一級將整個系統的交流輸入電壓整流并轉換為中間總線電壓(典型值為8-12V)，同時實現電氣隔離，第二級采用多個非隔離的DC/DC模塊(非隔離DC/DC模塊包括點負載電源POL和電壓調節模塊VRM。如圖1-圖4中，我們以常用的POL為例，來進行說明)將中間總線電壓轉換成各種系統需要的供電電壓。其中，每個POL靠近某一特定負載供電，功率相對較小，有利于提高可靠性。

一個典型的分布式供電系統包括多個POL，如何管理和控制這些POL就變得很重要。為了更好地管理整個分布式供電系統，需要對其中每個POL的不同參數都進行精密的控制、診斷和監視。目前，對分布式供電系統中POL的控制管理存在三種方式：模擬方式、采用電源排序器的方式和采用多個數字控制器的方式。

分布式供電系統的模擬實現方案如圖2所示，系統中POL均采用傳統的模擬控制。整個系統技術成熟，成本較低，目前應用廣泛。這種方案的缺點是上位機難以獲得系統中POL的工作狀態，亦無法在線對其進行控制和管理。

為了彌補傳統模擬方案的不足，伊博電源(BEL?Power)的中國專利申請2008101632003提出了一種新的架構，即采用數字電源排序器的方案，如圖3所示。在這種方案中，POL依然采用模擬閉環控制，同時上位機可以利用本地控制總線(PM總線)，通過伊博電源公司的數字電源排序器來管理所有的POL，實現每個POL的上電/斷電排序、輸出電壓裕量調節和電壓監控、故障記錄等功能。這種控制方式實現了上位機對電源的在線管理，但對POL的閉環控制不夠靈活。

隨著數字電源技術的發展，出現了一種采用多個數字控制器的分布式供電系統，如圖4所示。系統中每一個POL由一個控制器進行獨立的數字閉環控制和保護，同時每一個數字控制器均可作為本地總線上的從器件與上位機進行通訊。這種控制實現方案不僅保留了上一種方案中上位機對電源的各種在線管理功能，而且大大提高了系統設計的靈活性。但是，由于每個POL的控制都需要一個數字控制器，所以該方案實現成本較高，且通訊效率較低。

發明內容

本發明要解決的是現有技術存在的上述問題，進一步降低分布式供電電源系統的成本，旨在提出了一種新的分布式供電系統架構及其方法。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：一種分布式供電系統的數字管理系統，包括一個數字電源控制器和對應于多路輸出的一組功率模塊，其特征在于：

所述的數字電源控制器前端與上位機的PMBus通訊，后端接一組功率模塊；所述的數字電源控制器包括將功率模塊輸出的模擬信號轉化為數字信號的模數轉換模塊、數字脈寬調制模塊、以及用于計算處理并輸出系統運行參數和控制信號的中央處理單元；

所述的功率模塊本身不包括閉環控制和其他保護功能，只包含非隔離DC/DC變換器的功率部分、接收數字脈寬調制模塊發出的脈寬調制信號的驅動電路、以及用于采樣系統運行參數并轉化為模擬電壓信號輸出的采樣及信號轉換電路，由數字電源控制器對其進行數字閉環控制和監控保護。

這種方案充分地利用了數字電源控制器的運算能力和外設資源，將系統中每一個功率模塊輸出電壓的閉環控制集成到數字電源控制器中，省去每個功率模塊所需的模擬/數字控制器，從而降低整個系統的實現成本，而且可以提高控制的靈活性。同時，該數字電源控制器又通過高效的PMBus通訊，支持上位機對系統的控制、監視和故障記錄等功能，進一步提高系統性能。因此，該方案以更低的系統成本獲取了更高的系統綜合性能。

作為本發明的進一步改進，所述的數字電源控制器還設有用于保存故障現場信息的非易失性存儲器。

作為本發明的再進一步改進，所述的數字電源控制器后端還連接有一路或多路帶控制的非隔離DC/DC模塊，所述每路帶控制的非隔離DC/DC包括一個帶模擬閉環控制的點負載電源或者一個由模擬閉環控制的電壓調節模塊。