[发明专利]在控制并联电源之间的负载分担中使用脉宽调制

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张优先于由布莱恩·科里斯(Bryan Kris)在2005年10月25日提出申请的标题为“在控制并联电源之间的负载分担中使用脉宽调制”(“Using Pulse WidthModulation in the Control of Load Sharing Between Paralleled Power Supplies”)的共同拥有的美国临时专利申请案第60/729,989号，所述申请案出于所有目的以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及控制并联电源之间的负载分担，且更特定来说涉及在控制并联电源之间的负载分担中使用脉宽调制(PWM)。

背景技术

许多大型电子系统(例如，计算服务器、磁盘存储阵列、电信装备等)需要大量的操作功率，且所述操作功率必须是高度可靠的。系统设计者的一个共同方法是将系统电源实施为多个较小的电源模块。将所述多个较小电源模块的输出并联地连接在一起以提供所需的操作功率。在系统功率系统中通常有比提供现有负载所需的电源模块更多的电源模块。所述布置使得能够在电子系统可操作的同时移除(例如拔去插头)故障的电源模块且可以不影响其操作。可将置换电源模块(例如，新的或经修理的)插回到系统电源中来维持所需量的冗余电源容量。

当所述电源模块输出连接成并联时，不可能保证每一并联连接的电源模块具有相同的输出电压。总是存在布线、电压参考、温度及其它因素的容差，而所述容差可导致电源模块之间的输出电压略有不同。因此，具有略高输出电压的一个或一个以上电源模块往往将提供大部分的系统负载。因此，某些电源模块可在全功率下操作，而其它的电源模块可能几乎不提供功率。在全功率下操作的电源模块将较热且因此更倾向于发生故障。在全功率下操作的电源模块处于“饱和”状态且在存在负载瞬变的情况下不能提供额外的功率。同样，几乎不供应功率的其它电源模块可能不会以针对开关模式转换器电源的理想状态来操作。轻负载电源模块可不具有对瞬变负载的所需响应。为获得最优的可靠性和性能，所述电源模块的每一者应承担所述系统负载的平均分配的份额。

已经通过使用模拟信令来实施在电源模块之间实现所述系统负载的平均分配份额的尝试。例如，“主”装置(控制器)可监控总负载且然后可向所述电源模块的每一者发出模拟命令以致力于在这些电源模块中平均地分摊工作负载。所述主控制装置可提供表示旨在每一电源模块的目标功率输出的电压。所述控制装置控制达到所述模块的每一者的可以是模拟电压的电压，所述模拟电压可用于调节电源模块的参考电压且由此可调节来自从所述模块的所得输出电压。所述类型的功率流信令控制可易于导致单点故障。如果主控制器发生故障，那么电源系统可变得不可用且/或不可操作。

大多数现代技术电源使用由数字电路控制的开关调节器。为产生模拟控制信号，需要数字模拟转换器(DAC)来形成模拟功率指示信号。将DAC构建于电源系统中可能会较庞大且昂贵。

发明内容

需要一种用于对并联连接的电源模块进行负载平衡(例如，负载分担)的较不昂贵实施方案。因此，排除对为每一电源模块产生模拟负载信号的数字模拟转换器(DAC)的需要将降低所述电源模块的大小、成本及复杂度。根据本发明，可通过针对所述电源模块的每一者使用脉宽调制(PWM)产生的负载指示信号及少数廉价的离散无源组件(例如，电阻器及电容器)来实现具有并联输出的电源模块之间的负载分担。所述PWM信号可由电源模块的数字集成电路控制器(例如微控制器)来产生。可将所述数字集成电路控制器用于控制开关功率晶体管，以使用于负载分担的PWM信号功能所添加的成本对于所述电源模块的总成本来说是微不足道的。

根据本发明的特定实例实施例，电源系统可包括多个电源模块，所述多个电源模块的每一者具有并联耦合的输出，所述电源模块的每一者具有用于控制其功率输出的控制器，每一控制器具有第一模拟输入、第二模拟输入、第一脉宽调制(PWM)输出及第二PWM输出，所述第二PWM输出用于表示所述电源模块的相关联一者的功率输出且耦合到可产生第一信号的功率输出平均电路，所述第一信号表示来自所述多个电源模块的每一者的所需平均功率，所述第二模拟输入通过低通滤波器耦合到所述第一PWM输出，且所述第一模拟输入耦合到表示来自所述多个电源模块的每一者的所需平均功率的所述第一信号。

附图说明

结合附图参照下文描述可更全面地了解本发明，在附图中：