[发明专利]一种分布式供电系统的数字管理系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式供电电源系统，具体地说，是一种对中间总线后级电路数字控制管理的系统和实现方法。

背景技术

随着电子及通讯技术的发展，电子系统越来越复杂，对通信电源功率密度和可靠性的要求也越来越高。通常一个电子系统中需要2.5V，3.3V等多种低输出电压且具有高稳压精度的电源，同时，这些电源一般需要输出较大的电流(如100A)，而且要高速变化(最高达1000A/μs)。因此，供电电源在物理位置上应该尽可能靠近负载，否则会造成很大的损耗并影响系统稳定性，传统的多路输出已经无法满足上述要求。

为了解决以上问题，中间总线结构的分布式供电系统(如图1所示)目前已被广泛采用。该系统分为两级，第一级将整个系统的交流输入电压整流并转换为中间总线电压(典型值为8-12V)，同时实现电气隔离，第二级采用多个非隔离的DC/DC模块(非隔离DC/DC模块包括点负载电源POL和电压调节模块VRM。如图1-图4中，我们以常用的POL为例，来进行说明)将中间总线电压转换成各种系统需要的供电电压。其中，每个POL靠近某一特定负载供电，功率相对较小，有利于提高可靠性。

一个典型的分布式供电系统包括多个POL，如何管理和控制这些POL就变得很重要。为了更好地管理整个分布式供电系统，需要对其中每个POL的不同参数都进行精密的控制、诊断和监视。目前，对分布式供电系统中POL的控制管理存在三种方式：模拟方式、采用电源排序器的方式和采用多个数字控制器的方式。

分布式供电系统的模拟实现方案如图2所示，系统中POL均采用传统的模拟控制。整个系统技术成熟，成本较低，目前应用广泛。这种方案的缺点是上位机难以获得系统中POL的工作状态，亦无法在线对其进行控制和管理。

为了弥补传统模拟方案的不足，伊博电源(BEL Power)的中国专利申请2008101632003提出了一种新的架构，即采用数字电源排序器的方案，如图3所示。在这种方案中，POL依然采用模拟闭环控制，同时上位机可以利用本地控制总线(PM总线)，通过伊博电源公司的数字电源排序器来管理所有的POL，实现每个POL的上电/断电排序、输出电压裕量调节和电压监控、故障记录等功能。这种控制方式实现了上位机对电源的在线管理，但对POL的闭环控制不够灵活。

随着数字电源技术的发展，出现了一种采用多个数字控制器的分布式供电系统，如图4所示。系统中每一个POL由一个控制器进行独立的数字闭环控制和保护，同时每一个数字控制器均可作为本地总线上的从器件与上位机进行通讯。这种控制实现方案不仅保留了上一种方案中上位机对电源的各种在线管理功能，而且大大提高了系统设计的灵活性。但是，由于每个POL的控制都需要一个数字控制器，所以该方案实现成本较高，且通讯效率较低。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，进一步降低分布式供电电源系统的成本，旨在提出了一种新的分布式供电系统架构及其方法。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种分布式供电系统的数字管理系统，包括一个数字电源控制器和对应于多路输出的一组功率模块，其特征在于：

所述的数字电源控制器前端与上位机的PMBus通讯，后端接一组功率模块；所述的数字电源控制器包括将功率模块输出的模拟信号转化为数字信号的模数转换模块、数字脉宽调制模块、以及用于计算处理并输出系统运行参数和控制信号的中央处理单元；

所述的功率模块本身不包括闭环控制和其他保护功能，只包含非隔离DC/DC变换器的功率部分、接收数字脉宽调制模块发出的脉宽调制信号的驱动电路、以及用于采样系统运行参数并转化为模拟电压信号输出的采样及信号转换电路，由数字电源控制器对其进行数字闭环控制和监控保护。

这种方案充分地利用了数字电源控制器的运算能力和外设资源，将系统中每一个功率模块输出电压的闭环控制集成到数字电源控制器中，省去每个功率模块所需的模拟/数字控制器，从而降低整个系统的实现成本，而且可以提高控制的灵活性。同时，该数字电源控制器又通过高效的PMBus通讯，支持上位机对系统的控制、监视和故障记录等功能，进一步提高系统性能。因此，该方案以更低的系统成本获取了更高的系统综合性能。

作为本发明的进一步改进，所述的数字电源控制器还设有用于保存故障现场信息的非易失性存储器。

作为本发明的再进一步改进，所述的数字电源控制器后端还连接有一路或多路带控制的非隔离DC/DC模块，所述每路带控制的非隔离DC/DC包括一个带模拟闭环控制的点负载电源或者一个由模拟闭环控制的电压调节模块。