傳送數字電源控制系統的濾波器補償係數的方法和系統的製作方法
2023-05-01 05:38:21
專利名稱：傳送數字電源控制系統的濾波器補償係數的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源電路，具體地說，涉及對開關式電源電路的參數進行編程的數字電源控制系統和方法。
背景技術：
開關式電源是在本技術領域內已知的，用來將可得到的直流(DC)或交流(AC)電平電壓變換成另一個DC電平電壓。降壓變換器是一種特別的開關式電源，它通過切換進入與負載連接的輸出電感器的電流的流動有選擇地將能量存儲在輸出電感器內，為負載提供經調整的DC輸出電壓。它包括兩個通常用MOSFET電晶體配置的功率開關。與負載並聯的濾波電容器降低輸出電流的紋波。脈寬調製(PWM)控制電路用來以交替方式控制功率開關的選通，以控制輸出電感器內電流的流動。PWM控制電路用通過反饋環路傳送的反映輸出電壓和/或電流電平的信號，根據變化的負載狀況調整施加給功率開關的工作循環。
傳統的PWM控制電路用諸如運算放大器、比較器和象用於環路補償的電阻器和電容器那樣的無源器件之類的模擬電路組件以及某些象邏輯門和觸發器那樣的數字電路組件構成。但是，所希望的是完全使用數字電路來代替模擬電路組件，因為數字電路佔用較小的物理空間，汲取較少的功率，而且可以實現可編程功能或自適應控制技術。
傳統的數字控制電路包括將表示需控制的信號(例如，輸出電壓(Vo))與基準之差的誤差信號變換成具有n個比特的數位訊號的模數變換器(ADC)。數字控制電路用數字誤差信號控制數字脈寬調製器，數字脈寬調製器給具有工作循環的功率開關提供控制信號，使得電源的輸出值跟蹤基準。數字控制電路可以還包括諸如具有所關聯的傳遞函數的無限衝激響應(IIR)濾波器之類的數字濾波器。傳遞函數包括定義IIR濾波器的操作的補償係數。所希望的是具有改變這些補償係數或對這些補償係數編程的能力，以便定義對於具體負載狀況的數字濾波器的操作。
由於電子系統經常需要以不同的離散電壓和電流電平提供功率，因此已知的是將中間總線電壓分配到電子系統各處，而在電子系統內的耗電點處包括獨自的負載點(POL)調整器，例如開關式DC/DC變換器。特別是，各電子電路配有各自的POL調整器，用來將中間總線電壓變換成本電子電路所需的電壓電平。一個電子系統可以包括多個POL調整器，用來將中間總線電壓變換成各個電壓電平。理想的是，將POL調整器設置成靠近相應的電子電路，以便使布在電子系統內的低電壓大電流線的長度最小化。中間總線電壓可以用小電流線輸送給多個POL調整器，使損耗最小。
採用這種分布式處理方法，需要協調對電源系統的這些POL調整器的控制和監視。POL調整器通常在對獨自的POL調整器進行激活、編程和監視的電源控制器配合下工作。在該技術領域內已知的是控制器用多連接的並行總線對每個POL調整器進行激活和編程。例如，並行總線可以傳送使每個POL調整器接通和斷開的啟用/停用比特和對POL調整器的輸出電壓設置點編程的電壓標識(VID)代碼比特。控制器還可以用其他連接監測每個POL調整器輸送的電壓/電流，以便檢測POL調整器的故障狀況。這種控制系統的缺點是它使整個電子系統的複雜性和尺寸加大。
因此，有益的是提供一種能克服現有技術的這些及其他一些缺點的對開關式電源進行數字控制的系統和方法。還有益的是提供一種對分布式電源系統內的數控開關式電源的操作進行控制和監視的系統和方法。具體地說，有益的是提供一種對分布式電源系統內的數控開關式電源的數字濾波器補償係數進行編程的系統和方法。
發明內容
本發明克服了現有技術的缺點，提供了一種對分布式電源系統內數控開關式電源的數字濾波器補償係數進行編程的系統和方法。
在本發明的一個實施例中，電源控制系統包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合根據反饋測量結果控制功率開關的操作的數字控制器的負載點(POL)調整器。數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器。一個串行數據總線與每個POL調整器連接。有一個系統控制器接到串行數據總線上，適合通過串行數據總線向多個POL調整器傳送數字數據。數字數據包括對多個濾波器係數編程的編程數據。系統控制器還包括適合從中接收編程數據的用戶接口。
在本發明的另一個實施例中，提供了一種控制多個負載點(POL)調整器的方法。每個POL調整器包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合根據反饋測量結果控制功率開關的操作的數字控制器。數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器。這種方法包括下列步驟(a)接收對多個濾波器係數編程的編程數據；(b)通過與多個POL調整器連接的公共數據總線串行發送編程數據；以及(c)按照編程數據對多個POL調整器中的一些有關POL調整器的多個濾波器係數進行編程。具體地說，接收步驟還包括接收來自用戶的編程數據。
在本發明的又一個實施例中，提供了一種負載點調整器，這種負載點調整器包括一個適合將中間電壓變換為輸出電壓的電源變換電路。電源變換電路包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合根據反饋測量結果控制功率開關的操作的數字控制器。數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器。一個串行數據總線接口適合傳送來自與它連接的外部串行數據總線的編程信息。一個控制器與串行數據總線接口和電源變換電路連接，適合根據通過串行數據總線接口接收到的編程數據確定多個濾波器係數。
在本發明的又一個實施例中，提供了一種對電源控制系統編程的方法。電源控制系統包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合根據反饋測量結果控制功率開關的操作的數字控制器的負載點(POL)調整器。數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器。這種方法包括(a)顯示至少一個模擬一個示範性負載點調整器的操作的屏幕，所述至少一個屏幕包括用戶可為示範性負載點調整器的特性選擇的值；(b)接收選擇用戶可選擇的值的用戶輸入；(c)計算與用戶輸入相應的數字濾波器係數；以及(d)有選擇地將與所計算的濾波器係數相應的數據傳送給多個負載點調整器中的至少一個負載點調整器，供對所述數字濾波器編程用。
從以下參考附圖對優選實施例的詳細說明中熟悉本技術領域的人員可以更為全面地理解用於將濾波器係數傳送給電源系統內多個負載點調整器的系統和方法以及實現本發明的其他優點和目的，在這些附圖中圖1示出了具有數字控制電路的開關式電源；圖2示出了提供高、低飽和信號的窗式快速ADC；圖3示出了具有無限衝激響應濾波器和誤差控制器的數字控制器；圖4示出了按照本發明的一個實施例傳送濾波器補償係數的示範性控制系統；
圖5示出了POL控制系統的示範性POL調整器；圖6示出了POL控制系統的示範性系統控制器；圖7為示出模擬POL調整器的操作的圖形用戶界面(GUI)的示範性屏幕示意圖；以及圖8為示出對數字控制器的補償係數進行編程的GUI的示範性屏幕示意圖。
具體實施例方式
本發明提供了一種對開關式電源進行數字控制的方法。具體地說，本發明提供了一種對分布式電源系統內數控開關式電源的數字濾波器補償係數進行編程的系統和方法。在以下的詳細說明中，同樣的單元標號用來標註在一個或多個圖內所示的同樣的單元。
圖1示出了按照本發明的一個實施例設計的具有數字控制電路的示範性開關式電源10。電源10包括將輸入DC電壓Vin變換成輸出DC電壓Vo加到電阻性負載20(Rload)上的降壓變換器的布局。電源10包括一對用MOSFET器件配置的功率開關12、14。高側功率開關12的源極端接到輸入電壓Vin上，低側功率開關14的源極端接地，而功率開關12、14的漏極端接在一起確定一個相節點。輸出電感器16串聯在相節點與提供輸出電壓Vo的端子之間，而電容器18與電阻性負載Rload並聯。相應的驅動器22、24交替地對功率開關12、14的柵極端進行驅動。驅動器22、24又由數字控制電路30控制(在下面說明)。功率開關12、14的通、斷提供在相節點上具有大體矩形波形的中間電壓，由輸出電感器16和電容器18形成的濾波器將矩形波形變換成基本上為DC的輸出電壓Vo。
數字控制電路30接收來自電源10的輸出部分的反饋信號。如圖1所示，反饋信號與輸出電壓Vo相應，雖然可以理解反饋信號也可以(或還可以)與電阻性負載Rload所汲取的輸出電流或表示需由數字控制電路30控制的任何其他信號相應。反饋通道還可以包括將所檢測的輸出電壓Vo降低到典型電壓電平的分壓器(未示出)。數字控制電路30提供工作循環被控制成將輸出電壓Vo(或輸出電流)調整到所希望的電平的脈寬調製波形。即使這個示範性的電源10示為具有降壓變換器的布局，但可以理解這種用數字控制電路30對電源10進行的反饋環路控制同樣適用於諸如隔離和非隔離結構的升壓和降壓-升壓變換器之類的其他已知電源的布局和稱為電壓模式、電流模式、電荷模式和/或平均電流模式控制器的不同控制策略。
具體地說，數字控制電路30包括模數變換器(ADC)32、數字控制器34和數字脈寬調製器(DPWM)36。ADC 32還包括接收作為輸入的反饋信號(即，輸出電壓Vo)和電壓基準(Ref)、產生表示輸入之差(Ref-Vo)的數字電壓誤差信號(VEdk)的窗式快速ADC。數字控制器34具有將電壓誤差信號VEdk變換成數字輸出提供給DPWM 36的傳遞函數G(z)，DPWM 36將該信號變換成具有成比例的脈寬的波形(PWMk)。數字控制器34接收用於傳遞函數G(z)的濾波器補償係數作為輸入，這在下面還要進一步說明。如以上所說明的那樣，DPWM 36所產生的脈衝調製波形PWMk通過相應的驅動器22、24接到功率開關12、14的柵極端上。
圖2示出了用於數字控制電路30的示範性窗式快速ADC 40。ADC 40接收作為輸入的電壓基準Ref和輸出電壓Vo。電壓基準加到包括串聯在基準電壓端與接到正電源電壓(VDD)上的電流源之間的電阻器42A、42B、42C、42D和串聯在基準電壓端與接地的電流源之間的電阻器44A、44B、44C、44D的電阻階梯的中央。這些電阻器各有相應的電阻值，與電流源一起確定多個高於和低於電壓基準Ref的電壓增量。電阻值和/或電流源的大小可以選擇成確定ADC 40的LSB分辨力。包括多個正側比較器46A、46B、46C、46D和多個負側比較器48A、48B、48C、48D的比較器陣列接到電阻階梯上。正側比較器46A、46B、46C、46D各有一個接到輸出電壓Vo上的非倒相輸入端和一個接到電阻器42A、42B、42C、42D中的相應電阻器上的倒相輸入端。類似地，負側比較器48A、48B、48C各有一個接到輸出電壓Vo上的非倒相輸入端和一個接到電阻器44A、44B、44C、44D中的相應電阻器上的倒相輸入端。負側比較器48D有一個接地的非倒相輸入端和接到輸出電壓Vo上的倒相輸入端。可以理解，可以包括多一些的電阻器和比較器，以增大電壓增量數，從而增大ADC 40的範圍，而圖2中只是示範性地示出了數量有限的電阻器和比較器。
ADC 40還包括與比較器46A、46B、46C和48A、48B、48C的輸出端連接的邏輯器件52。邏輯器件52接收比較器輸出，提供表示數字電壓誤差VEdk的多比特(例如，4比特)並行輸出。舉例來說，超過基準電壓Ref一個電壓增量(例如，5mV)的輸出電壓Vo將使比較器46B、46A、48A、48B和48C的輸出成為高電平，而使比較器46C、46D和48D的輸出保持為低電平。邏輯器件52將這解釋為邏輯電平9(或二進位的1001)，產生所關聯的電壓誤差信號VEdk。可以理解，電壓基準Ref是可變的，以便移動ADC 40的窗口。如果輸出電壓Vo超過電阻階梯的最高電壓增量，比較器46D的輸出端就提供一個HIGH(高)飽和信號。類似地，如果輸出電壓Vo低於電阻階梯的最低電壓增量，比較器48D的輸出端就提供一個LOW(低)飽和信號。
在圖3中示出了具有數字濾波器和ADC 40的數字控制器。數字濾波器進一步包括根據以前的電壓誤差輸入VEdk和以前的輸出PWM′k產生輸出PWM′k的無限衝激響應(IIR)濾波器。如以上所說明的那樣，ADC 40提供電壓誤差輸入VEdk。數字濾波器輸出PWM′k提供給數字脈寬調製器(DPWM)36，數字脈寬調製器36將脈寬調製控制信號(PWMk)提供給電源的功率開關。
IIR濾波器以方框圖形式示出，包括多個第一延遲寄存器72、74、...、76(各標為z-1)、多個具有係數71、73、...、77(標為C0、C1、...、Cn)的第一數學運算器(乘法器)、多個第二數學運算器(加法器)92、94、96、多個第二延遲寄存器82、84、...、86(各標為z-1)和多個具有係數83、87(標為B1、...、Bn)的第三數學運算器(乘法器)。第一延遲寄存器72、74、76各保存電壓誤差VEdk以前的一個採樣，這個採樣再用係數71、73、77中的一個相應係數加權。類似地，第二延遲寄存器82、84、86各保存輸出PWM′k以前的一個採樣，這個採樣再用係數83、87中的一個相應係數加權。加法器92、94和96將經加權的輸入和輸出採樣合併在一起。可以理解，IIR濾波器內可以包括多一些的延遲寄存器和係數，而圖3中只是示範性地示出了有限的幾個。圖3中所示的數字濾波器結構是以下傳遞函數G(z)的示範性實現G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1z-1+C2z-2+...+Cnz-n1-B1z-1-B2z-2-...-Bnz-n]]>誤差控制器62接收多個反映ADC 40和數字濾波器的誤差狀況的輸入信號。具體地說，誤差控制器62接收來自ADC 40的分別反映輸出電壓Vo高於和低於ADC電壓窗口的HIGH和LOW飽和信號。數學運算器(加法器)92、94、96各向誤差控制器62提供一個反映數學運算器的溢出狀況(即，進位比特)的溢出信號。數字濾波器還包括在到達上、下範圍極限時對輸出PWM′k限幅的範圍限制器81。在這種情況下，範圍限制器81為誤差控制器62提供相應的極限信號。
誤差控制器62用這些輸入信號改變數字濾波器的操作，以便改善數字濾波器對改變的負載狀況的響應性。誤差控制器62與各個第一延遲寄存器72、74、76和第二延遲寄存器82、84、86連接，以使得能對存儲在其中的值復位和/或預置。如在這裡所使用的，「復位」是指將值設置為初始值(例如，零)，而「預置」是指將值設置為另一個預定數值。特別是，誤差控制器62可以用改變電源特性的預定值代替電壓誤差VEdk和輸出PWM′k以前的採樣。誤差控制器62接收需用作係數71、73、...、77和83、...、87的數據值作為外部輸入。可以理解，可以通過為係數71、73、...、77和83、...、87選擇適當的數據值對數字濾波器的特性進行編程。
數字控制器還包括允許在PWM′k輸出信號和誤差控制器62所提供的預定輸出信號之間進行選擇的多路轉換器64。誤差控制器62所提供的選擇信號確定讓哪個信號通過多路轉換器64。在ADC 40進入HIGH或LOW飽和時，誤差控制器62通過控制多路轉換器64將PWM′k信號設置為特定的預定值(或一系列部分取決於以前採樣的值)。為了從這種狀況平滑地恢復，誤差控制器也可以通過再加載多個第一延遲寄存器72、74、76和多個第二延遲寄存器82、84、86，改變這些經延遲的輸入和輸出採樣。這將保證反饋環路在ADC 40從飽和恢復時的受控特性。
舉例來說，如果ADC 40所遭受的是正飽和，即LOW信號從低電平狀態改變為高電平狀態，就可以將PWM′k採樣復位為零，以有助於減小誤差。通過將PWM′k採樣復位為零，傳送給電源10的高側功率開關12的脈寬趨於零，從而有效地斷開對電阻性負載20(見圖1)的供電。為了從這種情況平滑地恢復，也可以將採樣PWM′k-1、PWM′k-2、...、PWM′k-n復位為零或者預置為另一值以便允許平滑恢復。類似地，如果ADC 40所遭受的是負飽和，即HIGH信號從低電平狀態改變為高電平狀態，就可以將PWM′k採樣預置為最大值，以增大傳送給高側功率開關12的脈寬，減小誤差。此外，在發生數字濾波器內部數字溢出時，誤差控制器62可以採取措施防止電源功率開關的不受控制的命令，諸如改變數字濾波器的輸入和輸出採樣。
在本發明的一個實施例中圖1的開關式電源還包括設置在電子系統的耗電點處的負載點(POL)調整器。電源控制系統包括多個同樣的POL調整器、至少一個與多個POL調整器連接的數據總線和一個接到數據總線上適合向多個POL調整器發送數字數據和從多個POL調整器接收數字數據的系統控制器。系統控制器通過串行總線傳送數據以便用係數71、73、...、77和83、...、87的值對數字濾波器傳遞函數G(z)進行編程。
現在參見圖4，圖中示出了按照本發明的實施例設計的POL控制系統100。具體地說，POL控制系統100包括系統控制器102、前端調整器104和配置成一個陣列的多個POL調整器106、108、110、112和114。在這裡所示出的POL調整器包括但不局限於負載點調整器、負載供電調整器、DC/DC變換器、電壓調整器和熟悉該技術的人員通常所知的所有其他可編程電壓或電流調整裝置。在一些單獨的POL調整器之間配置有設備內部接口，用來控制諸如電流共享或並行工作之類的特定相互作用，例如配置在POL0 106與POL1 108之間的電流共享接口(CS1)和配置在POL4 112與POLn 114之間的CS2。在圖4所示的這個示範性配置中，POL0 106和POL1 108以並行模式工作，產生電流能力增大的輸出電壓Vo1，POL2 110產生輸出電壓Vo2，而POL4 112和POLn 114也以並行模式工作，產生輸出電壓Vo3，當然可以理解，可以有益地使用其他POL調整器組合和其他數量的POL調整器。
前端調整器104通過中間電壓總線為這些POL調整器提供中間電壓，前端調整器14可以就是另一個POL調整器。系統控制器102和前端調整器104可以集成在單個單元內，也可以配置成分開的器件。或者，前端調整器104可以通過多個中間電壓總線為這些POL調整器提供多個中間電壓。系統控制器102可以從中間電壓總線獲得它的功率。
系統控制器102通過在圖4中示為synch/data(同步/數據)總線的單向或雙向串行總線寫入和/或讀出數字數據(無論同步還是異步地)與這些POL調整器通信。Synch/data總線可以包括允許數據異步發送的雙線串行總線(例如，I2C)或允許數據同步發送(即，與時鐘信號同步)的單線串行總線。為了對陣列內任何指定的POL尋址每個POL用一個可以是硬連線或其他方法設定的唯一地址加以標識。例如，系統控制器102通過synch/data總線傳送數據，以對每個POL調整器的數字濾波器傳遞函數G(z)係數進行編程。系統控制器102還通過在圖4中示為Ok/fault(正確/故障)總線的第二單向或雙向串行總線與這些POL調整器通信，進行故障管理。通過將多個POL調整器接到一個共同的OK/fault總線上將它們組合在一起，允許這些POL調整器在有故障狀況的情況下具有相同的行為。此外，系統控制器102還通過用戶接口總線與對POL控制系統10進行編程、設置和監視的用戶系統通信。最後，系統控制器102通過單獨的線與前端調整器104通信，以禁止前端調整器工作。
圖5中詳細地示出了POL控制系統10的示範性POL調整器106。圖4中的其他POL調整器具有基本上相同的配置。POL調整器106包括電源變換電路142(例如，為圖1的開關式電源)、串行接口144、POL控制器146、默認配置存儲器148和硬連線設置接口150。電源變換電路142按照通過串行接口144接收到的設置、硬連線設置150或默認設置將輸入電壓(Vi)變換為所希望的輸出電壓(Vo)。電源變換電路142還可以包括輸出電壓、電流、溫度及其他用來進行局部控制和通過串行接口144傳回系統控制器的參數的監控傳感器。電源變換電路142還為獨立應用產生Power Good(電源好，PG)輸出信號，以便提供簡化的監控功能。串行接口144通過synch/data和OK/fault串行總線向系統控制器102發送命令和消息。默認配置存儲器148存儲在沒有通過串行接口144或硬連線設置接口150接收到編程信號的情況下的POL調整器106的默認配置。默認配置選擇成使得POL調整器106在沒有編程信號的情況下在「安全」狀態下工作。
硬連線設置接口150與外部連接通信，以在不用串行接口144的情況下對POL調整器編程。硬連線設置接口150可以包括作為輸入的POL的地址設置(Addr)，以按地址(即，POL的標識符)改變或設置其中的一些設置，例如，相移、啟用/停用比特(En)、修整(TRIM)、VID代碼比特，以及選擇對不同的輸出濾波器結構優化的不同的(預定義的)數字濾波器係數組。此外，地址還在通過串行接口144進行通信操作期間標識POL調整器。配平輸入允許連接一個或多個規定POL調整器輸出電壓電平的外部電阻。類似地，VID代碼比特可用來對POL調整器編程，以得到所希望的輸出電壓/電流電平。啟用/停用比特通過觸發成數字高電平/低電平信號使POL調整器接通/斷開。
POL控制器146接收和優先化對POL調整器的設置。如果沒有通過硬連線設置接口150或串行接口144接收到設置信息，POL控制器146就接入存儲在默認配置存儲器148內的參數。或者，如果通過硬連線設置接口150接收到設置信息，POL控制器146就應用那些參數。因此，默認設置應用於所有不能或沒有通過硬布線設置的參數。硬連線設置接口150接收到的設置可以被通過串行接口144接收到的信息蓋寫。因此，POL調整器可以以獨立模式、完全可編程模式或兩者結合的模式工作。這種編程的靈活性使多個不同的電源應用能用單個一般的POL調整器來滿足，從而降低了成本，簡化了POL調整器的製造。
舉例來說，系統控制器102通過synch/data總線向特定的POL調整器106傳送數據值，供對數字濾波器係數編程用。串行接口144接收到這些數據值後就傳送給POL控制器146。POL控制器再將這些數據值與一些指令一起傳送給電源變換電路142，對數字濾波器係數進行編程。
圖6示出了POL控制系統100的示範性系統控制器102。系統控制器102包括用戶接口122、POL接口124、控制器126和存儲器128。用戶接口122通過用戶接口總線將消息發送給用戶和接收來自用戶的消息。用戶接口總線可以由使用標準接口協議的串行或並行雙向接口例如I2C接口提供。諸如監測值或新的系統設置之類的用戶信息通過用戶接口122發送。POL接口124對通過synch/data和OK/fault串行總線給/來自POL調整器的數據進行變換。POL接口124通過synch/data串行總線發送設置數據和接收監測數據，而通過Ok/fault串行總線接收指出所連接的POL調整器中的至少一個POL調整器內的故障狀況的中斷信號。存儲器128包括用來存儲對與系統控制器102連接的POL調整器的系統設置參數(例如，輸出電壓、電流限制設置點，定時數據，等等)的非易失性存儲器。按需要任選的是，還可以將一個輔助的外部存儲器132與用戶接口122連接，以便為監測數據或設置數據提供增大的存儲器容量。
控制器126與用戶接口122、POL接口124和存儲器128連接。控制器126具有將停用信號(FE DIS)傳送給前端調整器104的外部埠。在POL控制系統100啟動時，控制器126從內部存儲器128(和/或外部存儲器132)讀出系統設置，據此通過POL接口124對POL調整器進行編程。每個POL調整器根據系統程序設計以規定的方式設置和啟動。在正常工作期間，控制器126對任何來自用戶或POL調整器的命令或消息解碼，予以執行。控制器126監視POL調整器的性能，將這信息通過用戶接口122報告給用戶。POL調整器還可以由用戶通過控制器126編程成對諸如過電流或過電壓狀況之類的故障執行特定的自主反應。或者，可以將POL調整器編程成只是將故障狀況報告給系統控制器102，由系統控制器102按照預先規定的設置確定適當的應對措施，例如通過FE DIS控制線關斷前端調整器。
監測部件130可以是按需要任選的，用來監視電源系統的不是通過synch/data或OK/fault總線與控制器102連接的其他一個或多個電壓或電流電平的狀態。監測部件130可以向控制器126提供這信息，以與涉及POL控制系統10的其他信息相同的方式通過用戶接口報告給用戶。這樣，POL控制系統10可以提供與電子系統內已經存在的電源系統的某些向後兼容性。
如以上所說明的那樣，系統控制器102具有與對POL控制系統的性能進行編程和監視的用戶系統通信的接口。用戶系統包括直接或者通過網絡與接口連接的計算機，它具有適合與系統控制器102通信的適當軟體。如在該技術中所知，計算機配備有諸如基於MicrosoftWindowsTM界面之類的基於圖形的用戶界面(GUI)，含有可動的窗口、圖標和滑鼠。GUI可以包括標準的經預編程的表示文本和圖形的格式，如在該技術領域內通常所知的。從系統控制器102接收到的信息通過GUI顯示在計算機屏幕上，用戶可以通過對GUI的特定屏幕作一些改變來對POL控制系統的操作進行編程和監視。
圖7例示了用來模擬POL調整器的操作的GUI的示範性屏幕。屏幕示出了具有與以上結合圖1所說明的示範性開關式電源10相應的布局的POL調整器。POL調整器包括一對用MOSFET器件配置的功率開關、一個輸出電感器LO和一個電容器CO18。POL調整器的輸出端通過π型濾波器與負載電阻RL連接，π型濾波器由串聯的電感L1和內阻RL1、處在π型濾波器第一端的電容C1和內阻RC1和處在π型濾波器第二端的電容C2和內阻RC2組成。POL調整器還包括為功率開關提供PWM驅動信號和接收作為反饋信號的輸出電流ILO和輸出電壓VO的控制電路。輸出電壓可以通過設置一個開關從傳輸線任何一端檢測。
GUI使用戶可以定義POL調整器的各個參數的值，以便模擬它的工作情況。每個用戶可定義的參數包括一個允許用戶輸入所希望的數據值的欄。用戶可以諸如通過定義π型濾波器的第一端的電壓V1、π型濾波器第二端的電壓V2、電壓延遲、上升和下降時間以及功率開關驅動脈衝的寬度和周期選擇輸出電壓的參數。用戶也可以選擇負載分配參數，包括定義π型濾波器的電阻、電容和電感。用戶也可以定義負載電阻和負載電流特性。
一旦用戶為POL調整器選擇了所希望的參數後，GUI就可以根據所選用的參數執行模擬。圖8例示了以圖形示出POL調整器的傳遞函數G(z)的GUI的示範性屏幕。傳遞函數以圖形示出了增益的幅度和相位隨頻率的改變情況。作為模擬的一部分，計算出數字PWM的數字濾波器的濾波器係數，顯示在屏幕上。用戶可以用調整傳遞函數的極點和零點的滑動電位器改變增益曲線的形狀，可以反覆對POL調整器進行模擬，直到性能結果滿足要求。於是，用戶能選擇一個適當的按鈕將所選擇的數字濾波器係數用於在一個特定的印刷電路板上的單個POL調整器或一個POL調整器組或所有的POL調整器組。這個操作會使所選擇的濾波器係數存儲在系統控制器102內所含的非易失性存儲器內，再通過synch/data總線如以上所說明的那樣傳送給每個適當的POL調整器。
從上面對分布式電源系統內數控開關式電源的數字濾波器補償係數進行編程的系統和方法的優選實施例的說明中，熟悉該技術領域的人員顯然可以看到業已實現了這種系統的一定優點。也應該理解，在不背離本發明的範圍和精神的情況下可以對這些實施例進行各種修改、調整和替換。本發明進一步由以下權利要求書定義。
權利要求
1.一種電源控制系統，所述電源控制系統包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合響應反饋測量結果控制所述至少一個功率開關的操作的數字控制器的負載點(POL)調整器，所述數字控制器進一步包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器；一個與所述多個POL調整器有效連接的串行數據總線；以及一個與所述串行數據總線連接的適合通過所述串行數據總線向所述多個POL調整器傳送數字數據的系統控制器，所述數字數據包括用於對所述多個濾波器係數編程的編程數據。
2.權利要求1的電源控制系統，其中所述系統控制器還包括適合從中接收所述編程數據的用戶接口。
3.權利要求1的電源控制系統，其中所述數字濾波器還包括一個無限衝激響應濾波器。
4.權利要求3的電源控制系統，其中所述無限衝激響應濾波器提供以下傳遞函數G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1z-1+C2z-2+...+Cnz-n1-B1z-1-B2z-2-...-Bnz-n]]>其中PWM(z)為數字控制輸出，VEd(z)為誤差信號，而所述多個濾波器係數包括作為輸入側濾波器係數的C0、...、Cn和作為輸出側濾波器係數的B1、...、Bn。
5.權利要求1的電源控制系統，其中所述數字控制器還包括一個提供表示所述反饋測量結果與基準值之間的差的數字誤差信號的模數變換器，所述數字濾波器根據當前和以前的誤差信號與以前的控制輸出之和提供數字控制輸出；一個適合根據誤差狀況修改所述數字濾波器的操作的誤差控制器；以及一個向所述至少一個功率開關提供控制信號的數字脈寬調製器，所述控制信號具有與所述數字控制輸出相應的脈寬。
6.一種控制多個負載點(POL)調整器的方法，每個POL調整器包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合響應反饋測量結果控制所述至少一個功率開關的操作的數字控制器，所述數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器，所述方法包括下列步驟接收用於對所述多個濾波器係數編程的編程數據；通過與所述多個POL調整器有效連接的公共數據總線串行發送所述編程數據；以及按照所述編程數據對所述多個POL調整器中的相應POL調整器的所述多個濾波器係數編程。
7.權利要求6的方法，其中所述接收步驟還包括接收來自用戶的所述編程數據。
8.權利要求6的方法，其中所述編程步驟還包括將所述數字濾波器編程成提供以下傳遞函數G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1z-1+C2z-2+...+Cnz-n1-B1z-1-B2z-2-...-Bnz-n]]>其中PWM(z)為數字控制輸出，VEd(z)為誤差信號，而所述多個濾波器係數包括作為輸入側濾波器係數的C0、...、Cn和作為輸出側濾波器係數的B1、...、Bn。
9.一種負載點調整器，所述負載點調整器包括一個適合將中間電壓變換為輸出電壓的電源變換電路，所述電源變換電路包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合響應反饋測量結果控制所述至少一個功率開關的操作的數字控制器，所述數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器；一個適合傳送來自與之連接的外部串行數據總線的編程信息的串行數據總線接口；以及一個與所述串行數據總線接口和所述電源變換電路連接的控制器，所述控制器適合根據通過所述串行數據總線接口接收到的編程數據確定所述多個濾波器係數。
10.權利要求9的負載點調整器，其中所述數字控制器還包括一個提供表示所述輸出測量結果與基準值之間的差的數字誤差信號的模數變換器，所述數字濾波器根據當前和以前的誤差信號與以前的控制輸出之和提供數字控制輸出；一個適合根據誤差狀況修改所述數字濾波器的操作的誤差控制器，以及一個向所述至少一個功率開關提供控制信號的數字脈寬調製器，所述控制信號具有與所述數字控制輸出相應的脈寬。
11.權利要求10的負載點調整器，其中所述模數變換器還包括一個窗式快速模數變換器。
12.權利要求11的負載點調整器，其中所述窗式快速模數變換器提供反映所述模數變換器負飽和的HIGH信號和反映所述模數變換器正飽和的LOW信號。
13.權利要求9的負載點調整器，其中所述數字濾波器還包括一個無限衝激響應濾波器。
14.權利要求13的負載點調整器，其中所述無限衝激響應濾波器提供以下傳遞函數G(z)G(z)=PWM(z)VEd(z)=C0+C1z-1+C2z-2+...+Cnz-n1-B1z-1-B2z-2-...-Bnz-n]]>其中PWM(z)為數字控制輸出，VEd(z)為誤差信號，C0、...、Cn為輸入側係數，而B1、...、Bn為輸出側係數。
15.權利要求10的負載點調整器，其中所述數字濾波器還包括一個適合在達到上或下範圍極限時對所述數字控制輸出進行限幅的範圍限制器。
16.權利要求15的負載點調整器，其中所述範圍限制器在達到所述上或下範圍極限時向所述誤差控制器提供極限信號。
17.權利要求10的負載點調整器，其中所述數字控制器還包括一個與所述誤差控制器和所述數字濾波器連接的多路轉換器，所述誤差控制器根據所述誤差狀況向所述多路轉換器提供傳送給所述數字脈寬調製器的替代數字控制輸出。
18.權利要求10的負載點調整器，其中所述誤差控制器還適合根據所述誤差狀況用預定值來預置所述以前的誤差信號中的至少一個誤差信號。
19.權利要求10的負載點調整器，其中所述誤差控制器還適合根據所述誤差狀況用預定值來預置所述以前的控制輸出中的至少一個控制輸出。
20.權利要求10的負載點調整器，其中所述誤差控制器還適合根據所述誤差狀況將所述以前的誤差信號中的至少一個誤差信號復位為初始值。
21.權利要求10的負載點調整器，其中所述誤差控制器還適合根據所述誤差狀況將所述以前的控制輸出中的至少一個控制輸出復位為初始值。
22.權利要求10的負載點調整器，其中所述誤差狀況還包括所述模數變換器飽和。
23.權利要求10的負載點調整器，其中所述誤差狀況還包括所述數字濾波器數學溢出。
24.一種對包括多個負載點(POL)調整器的電源控制系統編程的方法，每個POL調整器包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合響應反饋測量結果控制所述至少一個功率開關的操作的數字控制器，所述數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器，所述方法包括下列步驟顯示至少一個模擬示範性負載點調整器的操作的屏幕，所述至少一個屏幕包括用戶可為所述至少一個負載點調整器的特性選擇的值；接收用戶輸入以選擇所述用戶可選擇的值；計算與所述用戶輸入相應的數字濾波器係數；以及有選擇地將與所述所計算的濾波器係數相應的數據傳送給所述多個負載點調整器中的至少一個負載點調整器，以對所述數字濾波器編程。
25.權利要求24的方法，其中所述用戶可選擇的值包括組件值、輸出電壓、輸出電流和負載中至少一個。
26.權利要求24的方法，所述方法還包括用與所述所計算的濾波器係數相應的所述數據對所述至少一個負載點調整器的所述數字濾波器編程。
27.權利要求24的方法，其中所述有選擇地傳送的步驟還包括接收用戶輸入，以有選擇地將所述數據傳送給所述多個負載點調整器中的所選擇的一個負載點調整器、所述多個負載點調整器中的指配給一個組的多個負載點調整器和所述電源控制系統的所有所述多個負載點調整器。
全文摘要
提供了一種對分布式電源系統內數控開關式電源的數字濾波器補償係數進行編程的方法和系統。分布式電源系統包括多個各包括至少一個適合向負載輸送功率的功率開關和一個適合響應反饋測量結果控制功率開關的操作的數字控制器的負載點(POL)調整器。數字控制器還包括一個具有由多個濾波器係數定義的傳遞函數的數字濾波器。串行數據總線與每個POL調整器連接。系統控制器接到串行數據總線上，適合通過串行數據總線向多個POL調整器傳送數字數據。數字數據包括用於對多個濾波器係數編程的編程數據。系統控制器還包括適合從中接收編程數據的用戶接口。
文檔編號G06F1/32GK101076937SQ200580008019
公開日2007年11月21日 申請日期2005年1月27日 優先權日2004年2月12日
發明者阿萊恩·查普斯 申請人:大動力公司