專利名稱：雙處理器電源的制作方法
雙處理器電源 相關申請和優(yōu)先權(quán)要求本申請要求2007年9月24日提交的美國臨時申請No. 60/974, 599和2007年9 月25日提交的美國臨時申請No. 60/974，896的優(yōu)先權(quán)，每個所述申請通過引用結(jié)合到本文中。
背景技術(shù)：
本申請公開了一般地且在其各種實施例中涉及具有雙處理器架構(gòu)的電源和使用 具有雙處理器架構(gòu)的電源的方法的發(fā)明。在某些應用中，高電壓、高電流電源利用模塊功率單元(power cell)來處理源與 負載之間的功率。此類模塊功率單元可以應用于具有各種冗余度的給定電源以改善電源的 可用性?？梢越Y(jié)合控制系統(tǒng)以充當電源的用戶、電源本身、與施加于電源的任何負載之間的 接口。例如，圖1示出具有九個此類功率單元的電源(例如AC電機驅(qū)動)的各種實施例。 用具有輸入端子A、B、和C ；以及輸出端子T1和T2的方框來表示圖1中的功率單元。在圖 1中，變壓器或其它多繞組裝置110在其初級繞組112處接收三相中壓功率，并經(jīng)由單相逆 變器(也稱為功率單元)陣列向諸如三相AC電機的負載130遞送功率。由在本文中稱為 “相群”的一組串聯(lián)連接的功率單元來饋送電源輸出的每相。變壓器110包括激勵多個次級繞組114 122的初級繞組112。盡管初級繞組112 被示為具有星形結(jié)構(gòu)，但網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也是可行的。此外，盡管次級繞組114 122被示為具有 三角形或擴展三角形結(jié)構(gòu)，但如授予Hammond的美國專利No. 5，625，545中所述，可以使用 其它結(jié)構(gòu)的繞組，該美國專利的公開內(nèi)容整體地通過引用結(jié)合到本文中。在圖1的示例中， 存在用于每個功率單元的單獨次級繞組。然而，圖1所示的功率單元和/或次級繞組的數(shù) 目僅僅是示例性的，且其它數(shù)目也是可行的。在美國專利No. 5，625，545中公開了關于此類 電源的附加細節(jié)。在變壓器110與負載130之間連接有任何行列(rank)數(shù)目的功率單元。圖1的上 下文中的“行列”被視為三相組，或跨越功率遞送系統(tǒng)的三相中的每一相建立的一組三個功 率單元。參照圖1，行列150包括功率單元151-153，行列160包括功率單元161-163，且行 列170包括功率單元171-173。主控制系統(tǒng)195通過光纖或另一有線或無線通信介質(zhì)190 向本地控制機構(gòu)發(fā)送命令信號并從每個單元接收狀態(tài)/反饋信息。相似地，通信介質(zhì)192 被主控制系統(tǒng)195用于與電源的用戶通信?？梢詮挠脩艚邮彰?，且可以向用戶返回任何 狀態(tài)/反饋信息。如通信介質(zhì)190的情況一樣，通信介質(zhì)192可以是光纖或另一有線或無 線介質(zhì)。應注意的是圖1所描繪的每相的單元的數(shù)目是示例性的，在各種實施例中可以有 多于或少于三個的行列。圖2示出表示圖1的功率單元的各種實施例的功率單元210的各種實施例。功率 單元210包括三相二極管橋式整流器212、一個或多個直流(DC)電容器214、以及H橋逆 變器216。整流器212將在單元輸入端218處(即在輸入端子A、B和C處)接收到的交流 (AC)電壓轉(zhuǎn)換成跨越整流器212的輸出而連接的每個電容器214所支持的基本恒定的DC電壓。功率單元210的輸出級包括H橋逆變器216，該H橋逆變器216包括兩個極，左極和 右極，每個極具有兩個開關裝置。逆變器216使用H橋逆變器216中的半導體裝置的脈寬 調(diào)制(PWM)將DC電容器214兩端的DC電壓轉(zhuǎn)換成該單元輸出端220處(即跨越輸出端子 T1和T2)的AC輸出。如圖2所示，功率單元210還可以包括連接在單元輸入端218與整流器212之間的 熔絲222。熔絲222可以用于幫助在短路故障的情況下保護功率單元210。根據(jù)其它實施 例，功率單元210與授予Hammond和Aiello的美國專利No. 5，986，909及其衍生美國專利 No. 6，222，284中所述的那些功率單元相同或類似，所述美國專利的公開內(nèi)容整體地通過引 用結(jié)合到本文中。返回圖1，主控制系統(tǒng)195包括單個處理器，該處理器接收與電源相關的操作信息 (電壓、電流等)、處理該信息、并基于已處理信息生成命令以控制電源的操作。在許多應用中，給定電源的用戶和/或所有者利用與該電源相關的信息來控制在 該電源外部的一個或多個系統(tǒng)的操作，并且還利用與所述一個或多個系統(tǒng)相關的信息來控 制該電源的操作。對于此類實施方式，處理器接收并處理與電源相關的操作信息，以及與在 電源外部的該一個或多個系統(tǒng)相關的信息。對于某些此類應用，所述單個處理器還可以提供對電源的實時控制。然而，對于其 中存在處理并提供更多外部信息的要求的其它應用而言，所述單個處理器在仍保持對電源 的實時控制的同時所能夠處理并提供的數(shù)據(jù)量方面受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
在一個一般方面，本申請公開了一種電源。該電源包括多個功率單元和與每個功 率單元通信的主控制系統(tǒng)。該主控制器包括被配置為接收功率單元控制信息的控制處理器 和與所述控制處理器通信的主機，其中所述主機被配置為接收命令和狀態(tài)信息。在另一個一般方面，本申請公開了一種用于控制電源的方法，該方法包括在所述 電源的第一處理器處接收驅(qū)動信息，基于所述功率單元控制信息來生成第一控制命令，在 所述電源的第二處理器處接收命令和狀態(tài)信息，基于所述命令和狀態(tài)信息來生成指令，將 該指令傳送到第一處理器，并基于該指令來生成第二控制命令。
在本文中結(jié)合附圖以示例的方式描述本發(fā)明的各種實施例。圖1示出電源的各種實施例；圖2示出圖1的電源的功率單元的各種實施例；圖3示出具有雙處理器架構(gòu)的電源的各種實施例；以及圖4示出用于控制電源的方法的各種實施例。
具體實施例方式應理解的是本發(fā)明的至少某些附圖和說明已被簡化為集中于與清楚理解本發(fā)明 有關的元素，同時，出于明了的目的，消除本領域技術(shù)人員將認識到的也可以包括本發(fā)明的 一部分的其它元素。然而，由于此類元素在本領域中眾所周知，并且由于這些元素不一定促進對本發(fā)明的更透徹理解，所以在本文中未提供此類元素的說明。圖3示出關于電源230中的主控制系統(tǒng)的各種實施例。電源230類似于圖1的多 單元電源，但包括克服了基于單個處理器的系統(tǒng)的限制的不同主控制系統(tǒng)232。如圖3所 示，主控制系統(tǒng)232包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、與FPGA通信的控制處理器、電可編程邏 輯器件(EPLD)、以及主機。主控制系統(tǒng)232還包括并行總線，并且FPGA、EPLD、以及主機每 個都被連接到所述并行總線。根據(jù)各種實施例，F(xiàn)PGA是基于RAM的且被配置為用于與一個或多個數(shù)字模擬轉(zhuǎn) 換器(DAC)、一個或多個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、功率單元旁路系統(tǒng)(旁路)、多個功率單元 (單元)、編碼器、一個或多個輸入/輸出接口(臨界I/O)、以及內(nèi)部網(wǎng)絡(驅(qū)動/驅(qū)動)通
fn °可以利用所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器來將所選的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。可以利用所 述一個或多個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來將各種模擬信號(例如電壓振幅、電流振幅、單元溫度等) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。可以利用所述功率單元旁路系統(tǒng)來繞過電源230的一個或多個故障功率 單元。電源230的每個功率單元將操作信息發(fā)送到FPGA，并經(jīng)由FPGA來接收操作命令。所 述編碼器與電機(例如由電源驅(qū)動的電機)相關，將電機的旋轉(zhuǎn)運動或位置轉(zhuǎn)換成電子脈 沖的代碼，并將該電子脈沖傳送到FPGA。所述一個或多個輸入/輸出接口可以被實現(xiàn)為例 如開關、電位計等并允許電源230的用戶和/或所有者定義電源230如何裝配到較大系統(tǒng) 中?？梢岳盟鰞?nèi)部網(wǎng)絡來促進多個電源的互連。共同地，可以將去往或來自DAC、每個ADC、功率單元旁路系統(tǒng)、每個功率單元、編 碼器、每個輸入/輸出接口、以及內(nèi)部網(wǎng)絡的信息視為“驅(qū)動”信息。該驅(qū)動信息可以包括 與功率單元控制相關的特定信息。在操作中，F(xiàn)PGA對接收到的驅(qū)動信息執(zhí)行邏輯操作，然 后將結(jié)果得到的信息傳遞到控制處理器?？刂铺幚砥鹘邮赵摻Y(jié)果得到的信息，處理該結(jié)果 得到的信息，并基于已處理信息生成被傳遞到FPGA以便分發(fā)到適當接口(例如到給定ADC 的接口、到給定功率單元的接口等)的操作命令。本質(zhì)上，F(xiàn)PGA處理內(nèi)部事務和到適當接 口的唯一通信。所述控制處理器可以被實現(xiàn)為數(shù)字信號處理器，并連同F(xiàn)PGA —起提供控制 負載(例如電機)的功能。如圖3所示，該控制處理器可以被配置為用于與閃速存儲器和 /或隨機存取存儲器(RAM)通信。根據(jù)各種實施例，EPLD與一個或多個通信模塊(例如網(wǎng)絡1、網(wǎng)絡2等)、存儲設備 (NVRAM)、以及一個或多個ASCII串行設備(例如MODBUS、PR0FIBUS等)通信。EPLD被實 現(xiàn)為閃存設備。可以利用所述通信模塊來允許電源使用標準通信協(xié)議通信。所述存儲設備 是非易失性存儲設備，且可以用來存儲用戶和/或所有者不希望在掉電時丟失的信息(例 如參數(shù)、歷史等)。所述一個或多個串行接口允許EPLD通過多種不同的現(xiàn)場總線通信。根據(jù)各種實施例，所述主機包括被安裝到印刷電路板的處理器。所述主機被配置 為用于與緊湊閃存設備、用戶I/O接口、以太網(wǎng)接口、視頻圖形陣列(VGA)接口、小鍵盤接 口、以及一個或多個USB接口通信。共同地，可以將各接口視為“非驅(qū)動”接口。共同地，可 以將從這些接口接收到的任何信息視為“非驅(qū)動”信息或命令和狀態(tài)信息?？梢岳盟鼍o湊閃存設備來存儲由所述主機執(zhí)行的程序。用戶I/O可以允許用 戶請求和/或向主機提供信息。此類信息可以包括例如狀態(tài)查詢、電源參數(shù)配置、日志信息 等。所述以太網(wǎng)接口可以被實現(xiàn)為例如RJ45以太網(wǎng)連接器，且可以用來允許主機跟與之相連的設備通信。所述VGA接口可以被實現(xiàn)為例如DB 15視頻連接器，且可以用來驅(qū)動與之 相連的給定顯示器。所述小鍵盤接口可以被實現(xiàn)為例如RS485接口，且可以用來允許主機 跟與之相連的小鍵盤通信?？梢岳盟鲆粋€或多個USB接口來允許主機跟與之相連的一 個或多個設備通信。例如，根據(jù)各種實施例，所述主機可以利用USB接口來與USB鼠標、USB 鍵盤、USB跳躍驅(qū)動(jumpdrive)等通信。在操作中，主機接收和/或提供命令和狀態(tài)信息，執(zhí)行系統(tǒng)程序，控制非驅(qū)動接 口，控制連接到EPLD的模塊/設備，并經(jīng)由并行總線和FPGA將信息傳送到控制處理器。提 供給控制處理器的信息隨后可以導致該控制處理器生成產(chǎn)生電源的操作變化的操作命令。 此類信息可以包括例如電源230中的功率單元的數(shù)目的指示、可以繞過多少功率單元的指 示、在電機達到特定速度時改變連接到電源230的電機的加速度的指令等。與控制處理器 相比，所述主機不提供電機控制功能。根據(jù)各種實施例，如圖3所示，主控制系統(tǒng)232還可以包括連接到并行總線的通用 串行總線(USB)客戶端。可以利用USB客戶端來對接在與之相連的單獨個人計算機上運行 的工具。例如，現(xiàn)場服務技術(shù)員可以利用USB客戶端來將診斷工具對接到主控制系統(tǒng)232。圖4示出用于控制電源的方法300的各種實施例。出于簡化的目的，將在將方法 300用于電源230的上下文中對該方法300進行描述。過程在方框310處開始，在那里，由FPGA接收功率單元控制(或“驅(qū)動”)信息。從 方框310，過程前進到方框320，在那里，F(xiàn)PGA對功率單元控制信息執(zhí)行邏輯操作并將經(jīng)操 作的功率單元控制信息傳送到控制處理器。從方框320，過程前進到方框330，在那里，控制 處理器處理經(jīng)操作的功率單元控制信息，并基于該經(jīng)操作的功率單元控制信息生成控制命 令。從方框330，過程前進到方框340，在那里，控制命令被經(jīng)由FPGA傳送到功率單元。從 方框340，過程前進到方框350，在那里，功率單元接收控制命令，并基于該控制命令改變其 操作。從方框350，過程前進到方框360，在那里，主機接收命令和狀態(tài)(或“非驅(qū)動”)信 息。從方框360，過程前進到方框370，在那里，主機處理命令和狀態(tài)信息，并基于已處理的 命令和狀態(tài)信息生成指令。從方框370，過程前進到方框380，在那里，指令被經(jīng)由并行總線 和FPGA傳送到控制處理器。從方框380，過程前進到方框330，在那里，重復上文關于方框 330,340和350所討論的相同過程。基于所述命令和狀態(tài)信息，在方框330處生成控制命 令。根據(jù)各種實施例，第二控制命令可以僅僅是基于功率單元控制信息在方框330處生成 的控制命令的修改，或者可以是完全不同的控制命令。從方框330，過程前進到方框340，在 那里，第二控制命令被經(jīng)由FPGA傳送到至少一個功率單元。從方框340，過程前進到方框 350，在那里，所述至少一個功率單元接收第二控制命令，并基于該第二控制命令改變其操 作。盡管在順序過程的上下文中描述了方法300，但是應認識到所述序列可以改變，且 可以并發(fā)和/或同時地執(zhí)行該過程的某些步驟。例如，當FPGA在方框310處接收功率單元 控制信息時，主機還可以在方框360處接收命令和狀態(tài)信息。因此，雖然在本文中已以示例的方式描述了本發(fā)明的幾個實施例，但本領域的技 術(shù)人員應認識到在不脫離隨附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以實現(xiàn) 對所述實施例的各種修改、變更、和改變。
權(quán)利要求
一種電源，包括多個功率單元；以及主控制系統(tǒng)，其與每個所述功率單元通信，其中所述主控制系統(tǒng)包括控制處理器，其被配置為接收功率單元控制信息；以及主機，其與所述控制處理器通信，其中所述主機被配置為接收命令和狀態(tài)信息。
2.權(quán)利要求1所述的電源，還包括與所述控制處理器通信的現(xiàn)場可編程門陣列。
3.權(quán)利要求2所述的電源，其中所述現(xiàn)場可編程門陣列被配置為將任何操作命令分發(fā) 到適當?shù)慕涌凇?br>
4.權(quán)利要求3所述的電源，其中所述適當?shù)慕涌诎〝?shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器、功率單元旁路、至少一個功率單元、編碼器、輸入/輸出接口、以及內(nèi)部網(wǎng)絡中的至少一 個。
5.權(quán)利要求2所述的電源，還包括連接到所述主機和所述現(xiàn)場可編程門陣列的并行總線。
6.權(quán)利要求5所述的電源，還包括連接到所述并行總線的電子可編程邏輯器件。
7.權(quán)利要求6所述的電源，其中所述電子可編程邏輯器件被配置為與通信模塊、存儲 設備、以及一個或多個串行設備中的至少一個通信。
8.權(quán)利要求7所述的電源，其中所述電子可編程邏輯器件被配置為經(jīng)由所述一個或多 個串行設備通過多種不同的現(xiàn)場總線通信。
9.權(quán)利要求6所述的電源，其中所述電子可編程邏輯器件被配置為與主機通信。
10.權(quán)利要求1所述的電源，其中所述主機被配置為與緊湊閃存設備、用戶輸入/輸出 接口、以太網(wǎng)接口、視頻圖形陣列接口、小鍵盤接口、以及一個或多個通用串行總線接口中 的至少一個通信。
11.一種用于控制電源的方法，該方法包括 在所述電源的第一處理器處接收控制信息； 基于所述控制信息來生成第一控制命令； 在所述電源的第二處理器處接收命令和狀態(tài)信息； 基于所述命令和狀態(tài)信息來生成指令；將所述指令傳送至所述第一處理器；以及 基于所述指令來生成第二控制命令。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中接收驅(qū)動信息包括經(jīng)由所述電源的現(xiàn)場可編程門陣 列來接收控制信息。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其中，傳送指令包括經(jīng)由所述電源的現(xiàn)場可編程門陣列 來傳送指令。
14.權(quán)利要求11所述的方法，還包括將以下各項中的至少一個傳送至所述電源的功率單元基于接收到的控制信息生成的第一控制命令；以及基于接收到的命令和狀態(tài)信息生成的第二控制命令，其中所述第二命令是對所述第一 命令的更新或完全新命令中的至少一個。
15.權(quán)利要求14所述的方法，還包括改變所述功率單元的操作。
全文摘要
一種電源包括多個功率單元和與每個功率單元通信的主控制系統(tǒng)。該主控制器包括被配置為接收功率單元控制信息的控制處理器和與所述控制處理器通信的主機，其中所述主機被配置為接收命令和狀態(tài)信息。
文檔編號H02M7/49GK101855819SQ200880108364
公開日2010年10月6日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者J·A·巴基, R·R·弗洛爾 申請人:西門子工業(yè)公司