中間總線體系結(jié)構(gòu)電源控制器制造技術(shù)

一種電壓控制器(700)用于生成控制信號(hào)以便控制在中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)(100)中的中間總線電壓(VIB)，中間總線電壓包括從第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器(200)經(jīng)中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)中的中間電壓總線(800)輸出到至少一個(gè)第二級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器（500-1到500-K）的電壓。電壓控制器(700)包括用于接收輸入到第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器(200)的電流的值或由第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器(200)輸出的電流和電壓的值的接收器(710)。電壓控制器還包括用于根據(jù)所接收的值確定中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)(100)的效率度量的效率測(cè)量單元(770)。效率測(cè)量單元(770)用于：使用對(duì)應(yīng)于第一中間總線電壓(VIB)的所接收的值，確定效率度量的第一值；以及使用對(duì)應(yīng)于比第一中間總線電壓更高的第二中間總線電壓(VIB)的所接收的值，確定效率度量的第二值。電壓控制器也包括控制信號(hào)生成器(770)，控制信號(hào)生成器用于生成控制信號(hào)以便促使第一級(jí)DC到DC轉(zhuǎn)換器(200)將中間總線電壓(VIB)在第二效率度量值比第一效率度量值表示更高的系統(tǒng)效率時(shí)設(shè)成比第二中間總線電壓更高的電壓，以及在第二效率度量值比第一效率度量值表示更低的系統(tǒng)效率時(shí)設(shè)成比第一中間總線電壓更低的電壓。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)領(lǐng)域，并且更具體地說(shuō)，涉及在此類(lèi)系統(tǒng)中的中間總線電壓的控制。
技術(shù)介紹
不同應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)不斷更快和更復(fù)雜信號(hào)與數(shù)據(jù)處理的需求刺激了對(duì)具有多個(gè)高性能ULSI電路(例如，處理器、ASIC和FPGA)的新一代信號(hào)處理系統(tǒng)的需要，這些電路具有需要多個(gè)低供應(yīng)電壓、高電流電平需求及嚴(yán)格的供應(yīng)電壓調(diào)節(jié)要求的特征。這些需要通過(guò)所謂的中間總線體系結(jié)構(gòu)(IBA)電源而得以滿(mǎn)足，該電源可經(jīng)兩級(jí)電壓轉(zhuǎn)換布置，從輸入電源提供多個(gè)嚴(yán)格調(diào)節(jié)的電壓。圖I是常規(guī)IBA電源的示意圖。IBA電源系統(tǒng)10是兩級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)，包括連接到一般在介于36-75 V、18-36 V或18-60 V的電壓Vdqi的輸入功率總線30的第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器20。第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器20經(jīng)中間電壓總線(IVB)連接到多個(gè)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器50-1到50-K的輸入。通常稱(chēng)為中間總線轉(zhuǎn)換器(IBC)的第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器20優(yōu)選是隔離型DC/DC轉(zhuǎn)換器。具有此類(lèi)第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器的IBA電源由于在單個(gè)轉(zhuǎn)換器提供的與輸入功率總線的隔離而具有更有效和制造更具成本效益的優(yōu)點(diǎn)，與輸入功率總線的隔離通常要求使用包括變換器等成本較高組件。IBC 20當(dāng)然可備選不與輸入功率總線30隔離。IBC 20—般以交換模式電源(SMPS)的有效形式實(shí)現(xiàn)，SMPS可進(jìn)行完全調(diào)節(jié)或線路調(diào)節(jié)以將輸入功率總線電壓Vra轉(zhuǎn)換到在IVB上的更低中間總線電壓VIB。然而，為了實(shí)現(xiàn)最大化IBC的效率，一般選擇IBC以提供未調(diào)節(jié)的輸出電壓，采用固定電壓轉(zhuǎn)換比率DC/DC轉(zhuǎn)換器的形式。因此，IBC 20提供固定電壓轉(zhuǎn)換比率(B卩，輸入輸出比率)，最常見(jiàn)的是4:1、5:1或6: I。在圖I的示例中，多個(gè)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器50-1到50_K的每個(gè)轉(zhuǎn)換器是通常稱(chēng)為負(fù)載點(diǎn)(POL)轉(zhuǎn)換器或調(diào)節(jié)器或源點(diǎn)調(diào)節(jié)器的非隔離降壓調(diào)節(jié)器。通常，每個(gè)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器可以是隔離型或非隔離型。然而，在由IBC 20提供隔離的情況下，POL調(diào)節(jié)器優(yōu)選全部是非隔離型。第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器可采用SMPLS或非交換線性調(diào)節(jié)低壓差輸出(LDO)調(diào)節(jié)器的形式。每個(gè)POL (k)輸送調(diào)節(jié)的電壓Vwt k到其負(fù)載60-k。在圖I的示例中，POL調(diào)節(jié)器50-1和50-2輸送電源到公共負(fù)載60-1 (但不止兩個(gè)POL調(diào)節(jié)器當(dāng)然可輸送電源到公共負(fù)載)。通過(guò)固定在預(yù)選定值的IBC 20的下降比率，在IVB上的電壓Vib當(dāng)然將隨著輸入電壓Vdch的更改而變化，因此要求POL轉(zhuǎn)換器能夠在例如3-15 V等某個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)操作。雖然IBC 20和POL調(diào)節(jié)器50_1到50_K在圖I的示例中是降壓調(diào)節(jié)器，但其拓?fù)洳幌抻诖耍⑶铱蓚溥x是升壓、降壓-升壓等。當(dāng)然，效率是任何電源系統(tǒng)的重要參數(shù)。改進(jìn)IBA電源系統(tǒng)的效率的普遍方案一直是最大化各個(gè)轉(zhuǎn)換器(即，IBC 20和POL轉(zhuǎn)換器50-1到50-Κ)在典型負(fù)載條件下操作的效率。如上所述，設(shè)計(jì)者一直在尋求通過(guò)將電壓調(diào)節(jié)一起摒棄，因此避免要求的調(diào)節(jié)電路在輸入功率總線或其它電源上施加相關(guān)聯(lián)的負(fù)載，并允許IBC在最佳占空比操作，來(lái)增大IBC的效率。IBC的電壓轉(zhuǎn)換比率因此是固定的。由于POL轉(zhuǎn)換器通過(guò)在介于其輸入與輸出電壓(即，分別為Vib與Vrat k)之間的有限比率最有效和可靠地操作，因此，選擇IBC轉(zhuǎn)換比率的固定值，使得IBC在預(yù)期操作條件期間輸出的中間總線電壓Vib落在POL轉(zhuǎn)換器能夠最有效操作的值范圍內(nèi)。盡管有了上述方案的成功，但仍需要改進(jìn)IBA電源系統(tǒng)的效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)涉及改進(jìn)IBA電源系統(tǒng)的效率的觀點(diǎn)。更具體地說(shuō)，本專(zhuān)利技術(shù)脫胎于專(zhuān)利技術(shù)者的以下見(jiàn)解通過(guò)響應(yīng)于提供諸如輸入IBA電源系統(tǒng)或在其中消耗的電流或電源等IBA系統(tǒng)效率度量的變量的確定而調(diào)整中間總線電壓，中間電壓總線中的配電損耗(即，通過(guò)電阻加熱的損耗)的減輕能夠在IBA電源系統(tǒng)的效率中產(chǎn)生增益，這超過(guò)了在第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)中固有的無(wú)效率成本，由此改進(jìn)了 IBA電源系統(tǒng)的總效率。此外，IBS系統(tǒng)行為的研究及具體而言在IBA系統(tǒng)中總功率損耗如何隨系統(tǒng)的負(fù)載變化已顯示最小功率損耗所要求的中間總線電壓電平一般單調(diào)地隨系統(tǒng)的負(fù)載而變化。下面本文中所述的本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施例利用系統(tǒng)行為的此方面并因此允許響應(yīng)電源系統(tǒng)負(fù)載的更改，快速且以計(jì)算有效的方式最優(yōu)化IBA系統(tǒng)效率。本文中所述中間總線電壓最優(yōu)化算法具有的另外優(yōu)點(diǎn)是使極小的噪聲加于中間電壓總線上。 根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，提供了 一種電壓控制器，該控制器用于生成控制信號(hào)以便控制在中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)中的中間總線電壓，中間總線電壓包括從第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器經(jīng)中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)中的中間電壓總線輸出到至少一個(gè)第二級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器的電壓。電壓控制器包括用于接收輸入到第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器的電流的值或由第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器輸出的電流和電壓的值的接收器。電壓控制器還包括用于根據(jù)所接收的值確定中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)的效率度量的效率測(cè)量單元。效率測(cè)量單元用于使用對(duì)應(yīng)于第一中間總線電壓的所接收的值，確定效率度量的第一值，以及還用于使用對(duì)應(yīng)于比第一中間總線電壓更高的第二中間總線電壓的所接收的值，確定效率度量的第二值。電壓控制器也包括控制信號(hào)生成器，控制信號(hào)生成器用于生成控制信號(hào)以便促使第一級(jí)DC到DC轉(zhuǎn)換器將中間總線電壓在第二效率度量值比第一效率度量值表示更高的系統(tǒng)效率時(shí)設(shè)成比第二中間總線電壓更高的電壓，以及在第二效率度量值比第一效率度量值表示更低的系統(tǒng)效率時(shí)設(shè)成比第一中間總線電壓更低的電壓。本專(zhuān)利技術(shù)也提供具有如上所述電壓控制器的中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)。本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種生成控制信號(hào)以便控制在中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)中的中間總線電壓的方法，中間總線電壓包括從第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器經(jīng)中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)中的中間電壓總線輸出到至少一個(gè)第二級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器的電壓。方法包括接收輸入到第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器的電流的值或由第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器輸出的電流和電壓的值。方法還包括根據(jù)所接收的值，通過(guò)以下操作確定中間總線體系結(jié)構(gòu)電源系統(tǒng)的效率度量使用對(duì)應(yīng)于第一中間總線電壓的所接收的值，確定效率度量的第一值；以及使用對(duì)應(yīng)于比第一中間總線電壓更高的第二中間總線電壓的所接收的值，確定效率度量的第二值。方法也包括以下過(guò)程生成控制信號(hào)以便促使第一級(jí)DC到DC功率轉(zhuǎn)換器將中間總線電壓在第二效率度量值比第一效率度量值表示更高的系統(tǒng)效率時(shí)設(shè)成比第二中間總線電壓更高的電壓，以及在第二效率度量值比第一效率度量值表示更低的系統(tǒng)效率時(shí)設(shè)成比第一中間總線電壓更低的電壓。本專(zhuān)利技術(shù)還提供包括攜帶計(jì)算機(jī)程序指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體或信號(hào)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)程序指令在由處理器執(zhí)行時(shí)，促使處理器執(zhí)行如上所述的方法。在下面本文中所述的電壓控制器的實(shí)施例中，其值經(jīng)確定并用于控制中間總線電壓的效率度量包括輸入到IBA電源系統(tǒng)的電流或功率或其中的功率損耗。將理解的是，在下述內(nèi)容中將描述的實(shí)施 例的電壓控制器促使中間總線電壓以在中間電壓總線上造成很少噪聲的計(jì)算有效方式向用于普遍負(fù)載條件的最佳系統(tǒng)效率的值自動(dòng)調(diào)諧，以及進(jìn)行調(diào)整以保持在其最佳值附近。附圖說(shuō)明現(xiàn)在將僅通過(guò)示例，參照本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T霍爾姆貝格，M卡爾森，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：瑞典愛(ài)立信有限公司，
類(lèi)型：
國(guó)別省市：