脈沖寬度調(diào)制負載均流總線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及并聯(lián)電源供應(yīng)器之間的負載均流的控制，且更特定來說，涉及在控制并聯(lián)電源供應(yīng)器之間的負載均流中使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多大型電子系統(tǒng)(例如，計算機服務(wù)器、磁盤存儲器陣列、電信設(shè)備等等)需要大量操作功率且此操作功率必須高度可靠。系統(tǒng)設(shè)計者的常見方法是將系統(tǒng)電源供應(yīng)器實施為多個較小電源供應(yīng)器模塊。將多個較小電源供應(yīng)器模塊的輸出并聯(lián)連接在一起以提供所需要的操作功率。通常，系統(tǒng)電源系統(tǒng)中具有比所需要更多的電源供應(yīng)器模塊以供應(yīng)現(xiàn)有負載。此布置使得能夠移除(例如，拔掉)故障電源供應(yīng)器模塊，同時電子系統(tǒng)是可操作的且可不會影響其操作。替換電源供應(yīng)器模塊(例如，新的或經(jīng)修復(fù)的)可插回到系統(tǒng)電源供應(yīng)器中以維持想要量的冗余電源供應(yīng)器容量。
[0003]當(dāng)并聯(lián)連接電源供應(yīng)器模塊輸出時，不可能確保各并聯(lián)連接的電源供應(yīng)器模塊具有相同的輸出電壓。在布線、電壓參考值、溫度及可導(dǎo)致電源供應(yīng)器模塊之間的輸出電壓稍微不同的其它因素中始終存在容差。因此，具有稍微較高的輸出電壓的電源供應(yīng)器模塊的一或多者將傾向于向大部分系統(tǒng)負載供電。因此，一些電源供應(yīng)器模塊可以全功率操作，同時其它模塊幾乎不提供功率。以全功率操作的電源供應(yīng)器模塊將更熱且因此更容易發(fā)生故障。以全功率操作的電源供應(yīng)器模塊為“飽和的”且如果有負載瞬變，那么其不可供應(yīng)額外功率。而且，供應(yīng)少量功率或不供應(yīng)功率的其它電源供應(yīng)器模塊可能不能在交換模式轉(zhuǎn)換器電源供應(yīng)器的理想狀態(tài)下操作。輕載的電源供應(yīng)器模塊可能不具有對瞬態(tài)負載想要的響應(yīng)。為了最佳可靠性及性能，電源供應(yīng)器模塊的每一者應(yīng)承載系統(tǒng)負載的均勻分布均流。
[0004]已通過在電源供應(yīng)器模塊之間的“同線”上使用模擬信令而實施實現(xiàn)電源供應(yīng)器模塊之間的系統(tǒng)負載的均勻分布均流的嘗試。在各電源供應(yīng)器模塊經(jīng)過電阻器將電壓驅(qū)動到單線總線上的情況下，可實施此同線。所施加的電壓為電源供應(yīng)器模塊正操作所處的功率電平的表示。全部電源供應(yīng)器模塊監(jiān)視此總線電壓，所述總線電壓為從電源供應(yīng)器模塊所施加的全部電壓的算術(shù)平均值。此總線電壓表示電源供應(yīng)器模塊的每一者應(yīng)施加到負載的平均功率。接著，各電源供應(yīng)器的控制電路驅(qū)動其輸出電壓以實現(xiàn)此平均功率值，因此產(chǎn)生負載平衡的電源供應(yīng)器系統(tǒng)。
[0005]舉例來說，“主”裝置(控制器)可監(jiān)視總負載且接著可將模擬命令發(fā)布到電源供應(yīng)器模塊的每一者以在這些電源供應(yīng)器模塊間均勻分散工作負載。所述主控制裝置可提供表示各電源供應(yīng)器模塊的目標(biāo)功率輸出目標(biāo)的電壓。至所述模塊的每一者的此主控制裝置控制電壓可為可用以調(diào)整電源供應(yīng)器模塊的參考電壓且借此可調(diào)整來自所述模塊的所得輸出功率的模擬電壓。此類型的功率流信令控制可能易受單點故障影響。如果所述主控制器失效，那么所述電源供應(yīng)器系統(tǒng)可變成無法使用及/或不起作用的。
[0006]電源供應(yīng)器模塊駐留在噪聲環(huán)境中，其中用于在電源供應(yīng)器之間傳達負載均流信息的現(xiàn)有技術(shù)對噪聲非常敏感且需要專門的電路來實施。大多數(shù)現(xiàn)代技術(shù)電源供應(yīng)器使用用數(shù)字電路所控制的交換調(diào)節(jié)器。為了產(chǎn)生模擬控制信號，需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)以產(chǎn)生模擬功率指示信號。DAC對于在電源供應(yīng)器系統(tǒng)中實施可為大且昂貴的。數(shù)字技術(shù)可提供更好的抗干擾度，但現(xiàn)有數(shù)字技術(shù)使用對存在于交換電源供應(yīng)器模塊中的噪聲瞬變敏感的通信協(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，需要針對并聯(lián)連接的電源供應(yīng)器模塊的使負載平衡(舉例來說，負載均流)的更穩(wěn)健、抗噪聲且較低廉的實施方案。
[0008]根據(jù)實施例，電源供應(yīng)器系統(tǒng)可包括:具有并聯(lián)耦合的相應(yīng)功率輸出的多個電源供應(yīng)器模塊；所述多個電源供應(yīng)器模塊的每一者具有用于控制其所述功率輸出的控制器；所述控制器的每一者可耦合到負載均流總線(LSB)，其中所述控制器的每一者監(jiān)視所述LSB上的邏輯電平，控制器的一者斷言所述LSB上的負載均流信號，當(dāng)檢測到所述LSB上的經(jīng)斷言的負載均流信號時，所述控制器啟動其相應(yīng)負載均流計時器并斷言其在所述LSB上的負載均流信號，且當(dāng)可解除斷言所述LSB上的所述負載均流信號時，所述相應(yīng)負載均流計時器停止；其中所述控制器的每一者從其相應(yīng)負載均流計時器確定由所述多個電源供應(yīng)器模塊的一者所供應(yīng)的最大百分比功率值；接著所述控制器的每一者將所述最大百分比功率值與由所述多個電源供應(yīng)器模塊的相應(yīng)一者所供應(yīng)的百分比功率值做比較；當(dāng)所述最大百分比功率值可大于由所述多個電源供應(yīng)器模塊的相應(yīng)電源供應(yīng)器模塊所供應(yīng)的所述百分比功率值時，則可增加多個電源供應(yīng)器模塊的這些相應(yīng)電源供應(yīng)器模塊輸出功率；及當(dāng)最大百分比功率值可與由所述多個電源供應(yīng)器模塊的一者所供應(yīng)的百分比功率值相同時，則可減少所述多個電源供應(yīng)器模塊的此相應(yīng)一者輸出功率。
[0009]根據(jù)進一步實施例，所述控制器可為脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器。根據(jù)進一步實施例，所述百分比功率值可為相應(yīng)PWM控制器的工作循環(huán)值。根據(jù)進一步實施例，各PWM控制器可包括:周期寄存器；周期比較器，其具有耦合到所述周期寄存器的輸出的第一輸入；計數(shù)器，其具有耦合到所述周期比較器的第二輸入的輸出；工作循環(huán)比較器，其具有耦合到所述計數(shù)器的輸出的第一輸入；工作循環(huán)寄存器，其具有耦合到所述工作循環(huán)比較器的第二輸入的輸出；驅(qū)動器，其具有耦合到所述工作循環(huán)比較器的輸出的輸入及耦合到所述LSB的輸出，其中當(dāng)計數(shù)器的計數(shù)值可小于所述工作循環(huán)寄存器中的工作循環(huán)值時，驅(qū)動器將相應(yīng)控制器的負載均流信號斷言到LSB上，否則可關(guān)斷所述驅(qū)動器的輸出；及捕獲寄存器，其具有耦合到所述計數(shù)器的輸出的輸入，其中當(dāng)可解除斷言LSB上的負載均流信號時，捕獲寄存器存儲所述計數(shù)器的計數(shù)值。
[0010]根據(jù)進一步實施例，可從捕獲寄存器中的計數(shù)值確定最大百分比功率值。根據(jù)進一步實施例，第一及第二邊緣檢測器可耦合到LSB，其中所述第一邊緣檢測器確定何時可在LSB上斷言負載均流信號且第二邊緣檢測器確定何時可在LSB上解除斷言負載均流信號。根據(jù)進一步實施例，第一邊緣檢測器可為下降邊緣檢測器且第二邊緣檢測器可為上升邊緣檢測器。根據(jù)進一步實施例，第一邊緣檢測器可為上升邊緣檢測器且第二邊緣檢測器可為下降邊緣檢測器。
[0011]根據(jù)進一步實施例，噪聲濾波器可耦合于LSB與第一及第二邊緣檢測器之間。根據(jù)進一步實施例，驅(qū)動器可為開路集電極晶體管。根據(jù)進一步實施例，驅(qū)動器可為開路漏極場效應(yīng)晶體管。根據(jù)進一步實施例，控制器可為微控制器。
[0012]根據(jù)進一步實施例，每一 PWM控制器可包括:周期寄存器；周期比較器，其具有耦合到所述周期寄存器的輸出的第一輸入；計數(shù)器，其具有耦合到所述周期比較器的第二輸入的輸出；工作循環(huán)比較器，其具有耦合到所述計數(shù)器的輸出的第一輸入；工作循環(huán)寄存器，其具有耦合到所述工作循環(huán)比較器的第二輸入的輸出；正規(guī)化電路，其用于將工作循環(huán)寄存器中的工作循環(huán)值轉(zhuǎn)換為百分比功率值；百分比功率寄存器，其具有耦合到所述正規(guī)化電路的輸入且存儲所述百分比功率值；百分比功率倒數(shù)計數(shù)器，其耦合到百分比功率寄存器，其中當(dāng)可將負載/啟動信號斷言到負載輸入時，百分比功率倒數(shù)計數(shù)器加載來自百分比功率寄存器的百分比功率值且啟動其倒數(shù)計數(shù)；驅(qū)動器，其具有耦合到百分比功率倒數(shù)計數(shù)器的輸出的輸入，其中當(dāng)百分比功率倒數(shù)計數(shù)器中存在非零數(shù)值時，驅(qū)動器斷言相應(yīng)控制器在LSB上的負載均流信號，否則可關(guān)斷驅(qū)動器的輸出；負載均流信號時間計數(shù)器，其中負載均流信號時間計數(shù)器在可斷言LSB上的負載均流信號時啟動計數(shù)且在可解除斷言LSB上的負載均流信號時停止計數(shù)，其中其計數(shù)結(jié)果可為最大百分比功率值；及負載均流比較器，其具有耦合到來自百分比功率寄存器的輸出的第一輸入及耦合到來自負載均流信號時間計數(shù)器的輸出的第二輸入。
[0013]根據(jù)進一步實施例，第一及第二邊緣檢測器可耦合到LSB，其中所述第一邊緣檢測器確定何時可在LSB上斷言負載均流信號且何時負載均流信號時間計數(shù)器開始計數(shù)，且第二邊緣檢測器確定負載均流信號時間計數(shù)器何時停止計數(shù)。根據(jù)進一步實施例，所述第一邊緣檢測器可為下降邊緣檢測器且所述第二邊緣檢測器可為上升邊緣檢測器。根據(jù)進一步實