專利名稱：使用功率損耗模型優(yōu)化電源系統(tǒng)效率的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及更具體地，涉及通過使用功率裝置的功率損耗 模型來有效提供能量管理并控制子系統(tǒng)效率的電源子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中，已知使用包括多級功率變換的分布式電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來為微處理 器、存儲器和其他電子設(shè)備提供必要的總線電壓。常用的系統(tǒng)可能以交流(AC)初級電壓 源來進(jìn)行操作，該交流初級電壓源使用獨(dú)立的AC/DC轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換為中間直流(DC)總線電 壓。該中間DC總線電壓隨后通常分布在整個(gè)系統(tǒng)上，以及局部地被次級DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 為與系統(tǒng)負(fù)荷的輸入電壓要求匹配的更低的電壓?？蛇x地，系統(tǒng)可以以初級DC總線電壓來 運(yùn)行，該初級DC總線電壓首先由獨(dú)立的DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為中間總線電壓。中間電壓再 次被分配至次級調(diào)節(jié)器或轉(zhuǎn)換器以提供所需的電源電壓。傳統(tǒng)系統(tǒng)的示例在圖1和2中示 出，其分別示出了以230V交流操作、具有12V直流的中間總線的AC系統(tǒng)，以及以48V直流 操作、具有12V直流的中間總線的DC系統(tǒng)。任何功率轉(zhuǎn)換器或調(diào)節(jié)器的效率典型地都是其工作點(diǎn)的復(fù)變函數(shù)，除了其他參數(shù) 之外，取決于輸入電壓、輸出電壓、負(fù)荷電流以及裝置的溫度。因此，當(dāng)負(fù)荷以高時(shí)鐘頻率或 低時(shí)鐘頻率被接通或斷開以及系統(tǒng)被加熱或冷卻時(shí)，效率通常會隨著系統(tǒng)的動(dòng)作而改變。 然而，一旦為特定工作點(diǎn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化之后，傳統(tǒng)的電源子系統(tǒng)就靜態(tài)操作，而與系統(tǒng)的動(dòng)作無關(guān)。在圖1所示的系統(tǒng)中，初級功率轉(zhuǎn)換器的效率趨向于隨著輸入電壓的增加而增 加，以及效率隨著輸出電壓降低而降低以及隨著溫度升高而降低。類似地，調(diào)節(jié)器的效率趨 向于隨著輸入電壓降低以及輸出電壓增加而增加，以及效率隨著溫度增加而降低。圖2中 的系統(tǒng)的行為也類似。因此，可以清晰地看到中間電壓的選擇將影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。降 低中間電壓將降低初級轉(zhuǎn)換器的效率，但增加次級調(diào)節(jié)器的效率。因此，對于給定的系統(tǒng)的 操作狀態(tài)，存在將會最大化系統(tǒng)的整體效率的優(yōu)化中間電壓。類似的，盡管初級轉(zhuǎn)換器和次 級調(diào)節(jié)器的效率都隨著溫度的增加而降低，但是運(yùn)行風(fēng)扇或其他有源冷卻系統(tǒng)將消耗功率 并因此降低系統(tǒng)效率。因此，對于給定的系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也存在將會最大化電源效率的優(yōu) 化的溫度設(shè)定點(diǎn)。在典型的系統(tǒng)中，對于單個(gè)工作點(diǎn)優(yōu)化電源子系統(tǒng)，該單個(gè)工作點(diǎn)優(yōu)選地將會是 找到的系統(tǒng)最經(jīng)常處在的工作點(diǎn)。中間電壓和溫度控制點(diǎn)都被設(shè)置到該工作點(diǎn)并且通常保 持固定，而不管系統(tǒng)的實(shí)際操作狀態(tài)。然而，為了減少總的能耗，基于實(shí)際系統(tǒng)動(dòng)作來動(dòng)態(tài) 地優(yōu)化電源子系統(tǒng)的設(shè)置點(diǎn)是更好的。然而，在很多情況下，以足夠的精度直接測量功率轉(zhuǎn) 換裝置的功率損耗來進(jìn)行高效控制是不實(shí)際的。很大程度上，這是因?yàn)闇y量功率損耗涉及 采用兩種大數(shù)值的數(shù)據(jù)(輸入功率和輸出功率)的差來實(shí)現(xiàn)小的功率損耗測量。例如，典 型的轉(zhuǎn)換器可以以100W的輸入功率和92W的輸出功率運(yùn)行，導(dǎo)致8W的功率損耗。如果輸 入和輸出功率損耗都是以+/-2%的精度測量的，則其自身就具有很大的爭議，功率損耗的6計(jì)算將如下所示呈現(xiàn)了大的總誤差(100ff+/-2ff)-(92ff+/-l. 8ff) = 8W+/-2. 7W假設(shè)輸入和輸出功率測量誤差是不相關(guān)的。換句話說，功率損耗測量的誤差是 +/-34%，這顯然太不精確以至于不能用于有效地控制系統(tǒng)效率。當(dāng)功率轉(zhuǎn)換器的效率隨著 技術(shù)發(fā)展而改進(jìn)時(shí)，可是這個(gè)問題卻在功率損耗與輸入功率和輸出功率相比變得更小時(shí)變 得更加嚴(yán)重。因此，提供一種使用有效控制來動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)定點(diǎn)以在系統(tǒng)動(dòng)作改變時(shí)優(yōu)化子 系統(tǒng)效率的電源子系統(tǒng)是有利的。以及提供一種以提供足夠精度來允許設(shè)計(jì)設(shè)定點(diǎn)的動(dòng)態(tài) 優(yōu)化的方式辨別和監(jiān)視電源子系統(tǒng)組件的功率損耗的方法也是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及一種特征化電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部件以允許 動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)定點(diǎn)從而在系統(tǒng)的所有操作狀態(tài)上實(shí)現(xiàn)最大功率效率的方法。根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的實(shí)施例包括功率總線，可以是交流(AC)或直流(DC)。 初級功率轉(zhuǎn)換器將初級總線電壓轉(zhuǎn)換為分配至一個(gè)或多個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器的中間電壓。次 級功率轉(zhuǎn)換器可以是線性調(diào)節(jié)器、開關(guān)轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器或本領(lǐng)域已知的任 何其他類型的電壓調(diào)節(jié)裝置。該一個(gè)或多個(gè)次級轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)提供給系統(tǒng)負(fù)荷的功率。在根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)的功率裝置適于測量溫度、電 流、電壓以及器件層面的其他操作參數(shù)，以及通過諸如I2C、RS-485、或其他本領(lǐng)域已知的通 信總線的通信總線使得測量數(shù)據(jù)可用。在替換實(shí)施例中，外部測量單元適于測量單個(gè)裝置 的操作參數(shù)。外部測量單元可以包括集中定位的裝置或可以包括在整個(gè)系統(tǒng)中分布的單個(gè) 測量裝置的集合。所測量的操作參數(shù)除了其他參數(shù)，可以包括輸入和輸出電壓，輸入和輸出 電流、以及裝置溫度。用來進(jìn)行這些測量的具體傳感器和檢測器在本領(lǐng)域已知。電源子系統(tǒng)還包括控制單元，其可以包括專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣 列(FPGA)、數(shù)字信號處理(DSP)裝置、通用處理裝置、或任何其他類型的處理裝置?？刂茊?元包括通信單元，其與系統(tǒng)中的功率裝置通信。在替換實(shí)施例中，包括外部測量單元，通信 單元還可以與外部測量單元通信?？刂茊卧€包括存儲單元，包括用于系統(tǒng)的每個(gè)功率部 件的具體功率損耗模型。在根據(jù)本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，控制單元是電源子系統(tǒng)中的模塊，與 其他裝置接口并且適于從其他系統(tǒng)裝置采集遙測數(shù)據(jù)以及發(fā)送命令至其他系統(tǒng)裝置。在另 一實(shí)施例中，控制器位于電源子系統(tǒng)外部，以及可以包括例如適于控制該電源子系統(tǒng)的計(jì) 算機(jī)或微控制器。在另一實(shí)施例中，控制器可以被實(shí)施在功率裝置之一自身中。例如，用于 操作初級功率轉(zhuǎn)換器的邏輯電路也可以作為控制電路來操作。通常，功率裝置的效率是多個(gè)操作參數(shù)的復(fù)變函數(shù)，操作參數(shù)例如是輸入和輸出 電壓、電流、以及溫度等其他參數(shù)。在組裝電源子系統(tǒng)之前，每個(gè)功率裝置都被單獨(dú)地特征 化以對應(yīng)于大量的不同操作條件來測量其功率損耗或效率。隨著每個(gè)操作參數(shù)的改變，測 量被特征化的裝置的功率損耗，以及數(shù)據(jù)點(diǎn)被保存，隨后被寫入電源子系統(tǒng)的存儲單元。功 率損耗模型的期望精度等級將表示有多少數(shù)據(jù)點(diǎn)被測量以及它們的間隔應(yīng)當(dāng)接近的程度。 將使用電源子系統(tǒng)的應(yīng)用將設(shè)定所需的精度等級。使用所測量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)函數(shù)，其預(yù)測對于操作參數(shù)的任意組合所特征化的裝置的功率損耗。因?yàn)樗鶞y量的數(shù)據(jù)包括離散數(shù) 據(jù)點(diǎn)集，因此有必要使用線性內(nèi)插模型、三次樣條內(nèi)插模型或本領(lǐng)域已知的任何其他內(nèi)插 模型來在數(shù)據(jù)點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插。類似地，為了解決位于測量數(shù)據(jù)集之外的操作模式，也可以 使用本領(lǐng)域已知的外插方法?？刂茊卧€包括適于采集有關(guān)功率裝置的操作參數(shù)的數(shù)據(jù)的處理單元。處理單元 隨后使用存儲在存儲單元中的功率損耗模型連同操作數(shù)據(jù)一起來建立每個(gè)功率部件的即 時(shí)功率損耗的評估。處理單元隨后執(zhí)行每個(gè)功率部件的功率損耗的加權(quán)和以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函 數(shù)。目標(biāo)函數(shù)具有與系統(tǒng)的總功率損耗的關(guān)系。事實(shí)上，如果在形成部件功率損耗和時(shí)所 使用的加權(quán)因子被設(shè)置為一，則目標(biāo)函數(shù)等于整個(gè)系統(tǒng)功率損耗。然而，自由設(shè)置加權(quán)因子 為系統(tǒng)提供了為各個(gè)部件分配成本的額外能力。例如，如果冷卻初級變換器遠(yuǎn)遠(yuǎn)難于冷卻 系統(tǒng)的其他部件時(shí)，可以選擇加權(quán)因子來反映。處理器隨后評估每個(gè)部件的操作參數(shù)的微小變化對于目標(biāo)函數(shù)的影響，目的在于 最小化目標(biāo)函數(shù)，從而最大化子系統(tǒng)的效率。如果處理器例如確定降低中間總線電壓將導(dǎo) 致整個(gè)子系統(tǒng)效率的提升，則其命令改變初級功率轉(zhuǎn)換器以使其輸出電壓改變?yōu)橛商幚砥?計(jì)算出的優(yōu)化值。測量、計(jì)算和命令周期將以由使用該電源子系統(tǒng)的應(yīng)用的要求設(shè)定的速 度被重復(fù)。該處理實(shí)現(xiàn)了子系統(tǒng)的效率的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，考慮到了負(fù)荷或操作模式的改變。有時(shí)，命令系統(tǒng)改變中間電壓或其他參數(shù)可以具有負(fù)面影響。例如將至次級轉(zhuǎn)換 器的輸入電壓降低至低于其推薦等級。為了解決這個(gè)問題，根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的替 換實(shí)施例還包括存儲在存儲單元中的子系統(tǒng)約束數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)還包括對于諸如輸入電 壓、輸出電壓、溫度、以及電流等其他參數(shù)的限制，這些限制在改變系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)不應(yīng)被超過。 限制數(shù)據(jù)還可以隨著時(shí)間被改變。處理器將最小化服從功率部件約束的目標(biāo)函數(shù)，從而被 命令改變的狀態(tài)將不違反任何約束。類似地，電源子系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為其提供功率的一些負(fù)荷可以在電流、電壓、溫度或其 他參數(shù)上具有限制，這些限制必須被保持在可接受的范圍內(nèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明的電源子系 統(tǒng)的另一實(shí)施例包括存儲在存儲單元中的負(fù)荷約束數(shù)據(jù)庫。由處理器最小化的目標(biāo)函數(shù)將 服從負(fù)荷約束地被執(zhí)行，從而沒有違反約束。根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的另一實(shí)施例包括有源冷卻系統(tǒng)，例如風(fēng)扇、加熱泵或 其他有效溫度控制裝置。用于冷卻系統(tǒng)的功率損耗模型以與上述相同的方式被開發(fā)，以及 存儲在存儲單元中。處理單元還適于在評估目標(biāo)函數(shù)時(shí)包括冷卻系統(tǒng)以最大化子系統(tǒng)效 率。例如，許多功率裝置可以以低溫更有效率地操作。然而，運(yùn)行有效的冷卻系統(tǒng)也消耗能 量。目標(biāo)函數(shù)用于平衡這些交易，并且實(shí)現(xiàn)最小化整個(gè)子系統(tǒng)功率損耗的優(yōu)化冷卻量。綜上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的某些優(yōu) 點(diǎn)。通過研究下面對優(yōu)選實(shí)施例的具體描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員是清楚的。參考首先將被簡要描述的附圖。


圖1和2分別示出了用于AC和DC初級總線的典型分布式電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)優(yōu)化電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)優(yōu)化電源子系統(tǒng)的替換實(shí)施例，其中使用外部測量裝置收集操作數(shù)據(jù)；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的典型功率轉(zhuǎn)換模塊的效率的多維分析；圖6A和6B示出了用于限制根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的有效控制范圍的裝置約束；以及圖7示出了描述根據(jù)本發(fā)明的效率優(yōu)化處理的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及裝置功率損耗描述和監(jiān)視的方法，使得能 夠動(dòng)態(tài)控制操作設(shè)定點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)在寬范圍系統(tǒng)操作條件下的高效率。在下面的具體描述 中，類似的標(biāo)號用于表示在一個(gè)或多個(gè)圖中出現(xiàn)的類似的部件。圖1和2的框圖中示出了傳統(tǒng)的分布式電源子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在圖1中，AC/DC轉(zhuǎn)換器 102被用于將230V初級AC總線104轉(zhuǎn)換為12V中間DC總線106。中間總線106分布至次 級轉(zhuǎn)換器或調(diào)節(jié)器108、112以及114，以產(chǎn)生系統(tǒng)部件所需的特定電壓，例如110。圖2示 出了使用初級DC/DC轉(zhuǎn)換器202將48V初級DC總線204轉(zhuǎn)換為12V中間電壓202的類似 的系統(tǒng)。在圖1和圖2中，中間總線106或206的電壓是基于在次級轉(zhuǎn)換器108、112、114、 208,212以及214上期待的平均負(fù)荷來選擇的。一旦由設(shè)計(jì)決定，中間總線電壓不改變。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。初級功率轉(zhuǎn)換器302將初 級AC總線304轉(zhuǎn)換為中間DC總線306。應(yīng)該理解，也可以使用初級DC總線和初級DC/DC 轉(zhuǎn)換器并且其仍然落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。中間總線306被分布至次級獨(dú)立或非獨(dú) 立功率轉(zhuǎn)換器，例如，308，或者分布至調(diào)節(jié)器，其可以是線性調(diào)節(jié)器、開關(guān)轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換 器、降壓轉(zhuǎn)換器或本領(lǐng)域已知的任何其他類型的電壓轉(zhuǎn)換器或調(diào)節(jié)器。次級功率轉(zhuǎn)換器308 調(diào)節(jié)用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷310的電壓?？刂茊卧? 包括通信單元334，用于與電源子系統(tǒng)部件進(jìn)行通信、存儲單元332， 用于存儲功率損耗模型數(shù)據(jù)、以及處理單元336，用于計(jì)算子系統(tǒng)操作功率損耗?？刂破骺?以包括專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理(DSP)裝置、微控制 器、通用處理裝置、或本領(lǐng)域已知的任何其他處理裝置。圖3中示出的實(shí)施例描述了控制器 3 作為位于電源子系統(tǒng)中的單獨(dú)的模塊與其他電源子系統(tǒng)部件連接。例如，控制器3 可 以以微控制器實(shí)現(xiàn)，微控制器具有內(nèi)部或外部存儲器，以及通過1 總線連接至其他電源子 系統(tǒng)部件。
在替換實(shí)施例中，控制器可以包括連接到電源子系統(tǒng)的外部裝置。例如，控制器可 以是自身具有微處理器以及存儲裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述存儲裝置通過通信電纜與電 源子系統(tǒng)連接。在其他實(shí)施例中，控制器可以位于其中一個(gè)功率裝置自身之中。例如，可以在初級 功率轉(zhuǎn)換器302的邏輯電路中或在一個(gè)或多個(gè)次級轉(zhuǎn)換器(例如308)中實(shí)現(xiàn)控制器。控 制器的其他物理位置也是可以的，并且仍落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。通信單元334與電源裝置和其他電路元件通過通信總線進(jìn)行通信，通信總線例如 是I2C、RS-485或本領(lǐng)域已知的任何其他通信總線。通信總線可以是點(diǎn)對點(diǎn)(例如USB)或 總線型的(例如，IV)。在圖3中示出的實(shí)施例中，設(shè)想諸如初級轉(zhuǎn)換器302和次級轉(zhuǎn)換器 308的部件傳感電路包括傳感電路，其能夠測量溫度、電壓和電流中的至少一種，并且產(chǎn)生 數(shù)字遙測數(shù)據(jù)，包括通過通信總線(例如318、324、和31 發(fā)送回通信單元334的這些測量結(jié)果。對于使用不具有這種功能的部件的系統(tǒng)，可以使用外部測量裝置，如下面參考圖4所 述的。通信單元334從初級轉(zhuǎn)換器302、次級轉(zhuǎn)換器(例如308)以及其他系統(tǒng)裝置(例 如320)采集測量數(shù)據(jù)。該測量數(shù)據(jù)除了其他項(xiàng)目之外，還可以包括用于各個(gè)電源子系統(tǒng)部 件的輸入電壓、輸出電壓、電流以及溫度數(shù)據(jù)等?？蛇x的冷卻電路320提供電源系統(tǒng)的有源 冷卻，并且可以包括風(fēng)扇、有源熱泵、或本領(lǐng)域已知的任何其他有源冷卻裝置。包括溫度和 由冷卻裝置消耗的電流的操作參數(shù)也被返回至通信單元334。系統(tǒng)約束328以及可選的負(fù) 荷約束330也可以被發(fā)送至通信單元334。約束數(shù)據(jù)的屬性在下面參考圖6A和6B更具體 地描述?？刂破? 使用來自電源系統(tǒng)部件的測量數(shù)據(jù)和約束數(shù)據(jù)3 和330來計(jì)算用于 每個(gè)電源子系統(tǒng)部件的操作設(shè)定點(diǎn)，以最大化系統(tǒng)負(fù)荷的即時(shí)功率需求的效率。計(jì)算這些 設(shè)定點(diǎn)的方法在下面參考圖5更具體地討論。控制器發(fā)送控制命令至初級轉(zhuǎn)換器302、次級 轉(zhuǎn)換器308以及冷卻系統(tǒng)320。電源子系統(tǒng)部件通過根據(jù)所命令的調(diào)節(jié)改變其操作設(shè)定點(diǎn) 進(jìn)行響應(yīng)，從而最大化對于當(dāng)前溫度和系統(tǒng)負(fù)荷的電源系統(tǒng)效率。圖4呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的替換實(shí)施例。在該實(shí)施例中，示出了次級 DC/DC轉(zhuǎn)換器(例如362)不具有測量和報(bào)告自身電壓和電流遙測數(shù)據(jù)的功能。因此，采用 本領(lǐng)域已知的傳感器的外部測量電路366被用于收集模擬測量結(jié)果364并且產(chǎn)生數(shù)字遙測 數(shù)據(jù)，隨后通過通信總線368發(fā)送至通信單元380。外部測量單元366可以是如圖4中所示 的中央單元，或可以包括靠近將被測量的裝置布置的若干個(gè)分布式單元。能夠產(chǎn)生其自身 數(shù)字遙測數(shù)據(jù)的裝置可以直接與通信單元380(例如，初級轉(zhuǎn)換器35 以及該實(shí)施例中示 出的冷卻單元358通信。與外部測量單元366連接的裝置或產(chǎn)生其自身的遙測數(shù)據(jù)的裝置 的任意組合都落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。計(jì)算初級轉(zhuǎn)換器320和次級轉(zhuǎn)換器308(見圖幻的即時(shí)功率損耗是困難的，這是 因?yàn)樵谟蓛蓚€(gè)大數(shù)量(輸入功率和輸出功率)的差確定小數(shù)量(功率損耗)時(shí)測量誤差的 混合特性。為了解決該問題，根據(jù)本發(fā)明操作的電源系統(tǒng)使用為每個(gè)電源子系統(tǒng)部件采集 的特征數(shù)據(jù)來使得能夠從多個(gè)性能參數(shù)的測量值計(jì)算出整體系統(tǒng)效率。控制器3 包括存 儲單元332，其適于存儲用于電源子系統(tǒng)的每個(gè)部件的功率損耗模型特征數(shù)據(jù)。處理單元 336將測量數(shù)據(jù)與先前收集的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行組合以獲得準(zhǔn)確的功率損耗評估，隨后使用該 功率損耗評估來計(jì)算操作效率。功率轉(zhuǎn)換裝置的效率是多個(gè)參數(shù)的復(fù)變函數(shù)，所述參數(shù)包括輸入和輸出電壓、輸 入和輸出電流、以及溫度等其他參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的電源子系統(tǒng)的每個(gè)部件的特征在于通 過多個(gè)操作參數(shù)的多個(gè)值來測量其功率損耗。盡管該處理可能是耗時(shí)的，但是僅需要被執(zhí) 行一次來收集特征數(shù)據(jù)，隨后以表格形式被存儲在存儲單元332中。圖5呈現(xiàn)了典型的功 率轉(zhuǎn)換器部件的效率408關(guān)于這些維度中的兩個(gè)維度(輸出電壓412和輸出電流410)的 曲線圖402。在此，被描繪的裝置的效率沿垂直軸408繪制，作為沿正交軸412繪制的輸出 電壓和沿正交軸412繪制的輸出電流的函數(shù)。每個(gè)測量點(diǎn)被表示為填充的圓形，例如416。 這些點(diǎn)被連接以形成表示相對于這兩個(gè)參數(shù)的效率的復(fù)曲面414。優(yōu)選的在這些測量點(diǎn)之 間進(jìn)行內(nèi)插以產(chǎn)生該復(fù)曲面的方法是使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的多維自然三次樣條內(nèi)插。 以損失一些精度為代價(jià)，也可以使用更簡單的線性內(nèi)插模型。盡管最大的精度是通過采集10CN 102047522 A說明書6/8頁 包括安裝在系統(tǒng)中時(shí)部件的所有預(yù)計(jì)的操作模式的測量數(shù)據(jù)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，然而類似的技術(shù) 可以被用來在超出測量數(shù)據(jù)之外外插。當(dāng)然，本領(lǐng)域已知的測量數(shù)據(jù)之間的內(nèi)插和測量數(shù) 據(jù)之外的外插的其他方法也落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。效率曲線402表示僅相對于兩個(gè)可能的參數(shù)(輸出電壓和輸出電流)測量的效 率，通過上述輸出電壓和輸出電流可以描述效率。其他參數(shù)(輸入電壓)示例性地以418 表示，框404和406就如同402所示的表示其他曲線，但是是相對于輸入電壓的不同值來描 述的。類似的，其他曲線集可以相對于裝置溫度或其他參數(shù)的不同值來表示(圖5中未示 出)。這里，二維可視的約束條件將效率面414的顯示限制為二維，但是應(yīng)該理解現(xiàn)實(shí)中效 率面是作為在描述過程中可以變化的多個(gè)參數(shù)的函數(shù)的多維表面。為了下面的描述，假設(shè) 效率是相對于輸入電壓Vin、輸出電壓Vott、輸出電流Iott以及裝置溫度T來描述的，因?yàn)檫@ 些都是通常對裝置效率產(chǎn)生最大影響的參數(shù)。然而，應(yīng)該理解，或多或少的特征參數(shù)可以被 用來描述根據(jù)本發(fā)明的裝置。盡管上述的討論集中在使用功率損耗數(shù)據(jù)來計(jì)算裝置效率， 但是本發(fā)明不局限于使用效率計(jì)算的應(yīng)用。功率損耗數(shù)據(jù)也可以被直接用于描述根據(jù)本發(fā) 明的裝置。在根據(jù)本發(fā)明的處理中，裝置d的功率損耗表示為Pd，對于VIN、Vout, Iout和T的大 量組合而測量功率損耗Pd。測量的次數(shù)和參數(shù)空間中數(shù)據(jù)點(diǎn)的間隔將由預(yù)測的功率損耗多 維面的期望準(zhǔn)確度等級決定。該面可以被表示為Pd = F(VIN, V0UT, Ιουτ, T),其中F是多維函數(shù)，包括所有的測量特征數(shù)據(jù)以及內(nèi)插或外插算法，所述內(nèi)插或 外插算法是產(chǎn)生用于未明確測量的參數(shù)的組合的功率損耗預(yù)測所需的選擇的內(nèi)插或外插 算法。該函數(shù)F存儲在控制器326(見圖幻中，并且使控制器的處理單元336能夠?qū)τ趶?裝置例如通過路徑322返回至測量單元的任何測量參數(shù)集計(jì)算裝置d的預(yù)計(jì)功率損耗。此 外，如果輸入?yún)?shù)之一改變很小的量，則處理單元336能夠計(jì)算出裝置d的功率損耗中的預(yù) 計(jì)改變。例如，如果輸入電壓增加△ Vin，則控制器將能夠如下計(jì)算功率損耗的預(yù)計(jì)改變Δ Pd = F (Vin+ Δ Vin, Vout, Iout, Τ) —F (VIN, Vout, Iout, Τ) ·如果處理單元336計(jì)算出Δ Pd為負(fù)的，則其知道對于裝置的增加Δ Vin將導(dǎo)致功 率損耗的降低，或效率的增加，因此這可以是對于該裝置的優(yōu)選操作狀態(tài)。類似地，控制器 326的存儲單元332維護(hù)系統(tǒng)中的所有裝置的功率損耗模型，并且如圖3中318、3Μ和312 示意性地示出的，有效地通過通信單元334獲取每個(gè)裝置的操作狀態(tài)。當(dāng)然，控制器也可以 使用通信總線來收集該數(shù)據(jù)而不是如圖3中所示的點(diǎn)對點(diǎn)連接。每個(gè)裝置上的電壓、電流 以及溫度可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)儀表電路來測量。通過對用于構(gòu)成電源子系統(tǒng)的各個(gè)部件的功率損耗進(jìn)行求和，整個(gè)子系統(tǒng)的功率 損耗可以如下由處理單元336來計(jì)算Pdsystem = Σ ^ (VINi, Vouii, Iouii, Ti)其中，求和標(biāo)i覆蓋子系統(tǒng)中的所有裝置。以圖3中示出的系統(tǒng)為例，其包括一個(gè) AC/DC轉(zhuǎn)換器以及三個(gè)次級DC/DC轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)的功率損耗可以如下表示Pd 一 Fac/dc (Vac, Vibv, Iqut' Tac/dc)+ Σ sec Fi (VIBV, V0UTi，Ι〇υτ ，Ti)其中第一函數(shù)，F(xiàn)AC/DC，描述了 AC/DC轉(zhuǎn)換器的功率損耗，該AC/DC轉(zhuǎn)換器以輸入電 壓VAC、等于中間總線電壓Vibv的輸出電壓、輸出電流Iot以及溫度TAC/DC操作。第二表達(dá)式11表示了三個(gè)次級轉(zhuǎn)換器的和，所有這三個(gè)次級轉(zhuǎn)換器都以等于中間總線電壓Vibv的輸入電 壓操作，以及其每一個(gè)都可以具有不同的輸出電壓、輸出電流以及溫度。顯然，子系統(tǒng)的功 率損耗的改變將導(dǎo)致中間總線電壓AVibv的改變，這可以由下面的表達(dá)式給出Δ Pd = Fac7dc (Vac, Vibv+ Δ Vibv, Iout, TAC/DC) +Σ ^cFi (Vibv+Δ Vibv, Vomi, I0UTi, Ti)-Fac/dc(Vac，Vibv, Iout，TAC/DC)-Σ ^Fi (VIBV, Vomi, IomijTi).再次地，如果該計(jì)算的功率損耗變化是負(fù)的，則對于特定操作參數(shù)集，控制器將確 定中間總線電壓的增加將提高該系統(tǒng)的效率。控制器326因此將通過通信單元334(例如 通過路徑318)命令中間總線電壓的改變。然而，在命令操作參數(shù)這樣改變之前，控制器首先必須確定該改變是否正確。例 如，將中間總線電壓降低至低于特定點(diǎn)可能會使得其中一個(gè)次級調(diào)節(jié)器308超出其特定操 作范圍或?qū)⑵湓Ａ拷档椭恋陀谕扑]的等級。此外，降低中間總線電壓將增加初級轉(zhuǎn)換器302 的輸出電流并且能夠?qū)⒃撗b置置于不安全的操作模式，或?qū)⑵錅囟仍黾又脸^特定極限。 因此，控制器326的存儲單元332還包括裝置約束表，若違反這些裝置約束，則必須檢查所 有的可能的操作參數(shù)調(diào)節(jié)。這樣的裝置約束的示例在圖6A和6B中提供。圖6A示出了用于功率轉(zhuǎn)換裝置的典型約束集。在此，安全操作區(qū)域506被顯示為 輸入電壓504和輸出電壓502的函數(shù)。從圖中可見，顯然操作該裝置的輸入電壓的值不應(yīng)該 超過在514表示的最大值。類似地，其不應(yīng)以小于在510表示的值的輸入電壓下操作。此 外，如果需要特定的輸出電壓516，則輸入電壓不能被降低至低于電壓等級512，這將等同 于罔顧510處的最小電壓要求。圖6B示出了對以典型功率轉(zhuǎn)換裝置的輸出電流和溫度操作的類似約束。在此，安 全操作區(qū)554限定了溫度552的區(qū)域和輸出電流550的參數(shù)空間，裝置將不能超過該空間 操作。安全區(qū)域限定了 562處的最大溫度以及556處的最大電流，但是也示出了最大電流 可以取決于溫度。例如，以560表示的溫度，最大允許電流以558表示，并且低于556處的 絕對最大值?？刂破髟诿羁赡軐?dǎo)致這些限制被超過之前就考慮到了所有子系統(tǒng)部件的約束 文件。在整個(gè)子系統(tǒng)層面上，可以存在控制器需要考慮的額外約束。例如，在給定系統(tǒng)中， 可能非常難以冷卻初級AC/DC轉(zhuǎn)換器，因此與其他裝置相比，在系統(tǒng)層面給予AC/DC轉(zhuǎn)換器 功率損耗更大的權(quán)重將是有利的。這將使得系統(tǒng)以較低的AC/DC轉(zhuǎn)換器損耗達(dá)到優(yōu)化的工 作點(diǎn)，以最小化該裝置中的溫度上升。這樣的電源子系統(tǒng)的構(gòu)成裝置的功率損耗貢獻(xiàn)的加 權(quán)可以通過引入加權(quán)系數(shù)Ki,與裝置i的功率損耗特征函數(shù)相乘來實(shí)現(xiàn)。加權(quán)功率損耗函 數(shù)的和隨后將不再等于總系統(tǒng)功率損耗，而是相反表示控制器設(shè)法最小化的系統(tǒng)的更概括 的目標(biāo)函數(shù)，GF。GFsystem = Σ A * Fi (V皿，Vomi，Iomi，Ti)其他約束可能來自外部設(shè)備。例如，不中斷電源(UPS)可以與通知控制器將要降 低電源電壓，或者功率分配單元(PDU)能夠?qū)㈥P(guān)于負(fù)荷將被接通或斷開或改變的狀態(tài)傳遞 至控制器，控制器能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)以通過這些模式的變化來指引最優(yōu)有效 路徑。此外，控制器能夠向外部設(shè)備提供狀態(tài)反饋來例如約束操作模式或設(shè)置開關(guān)上升速12率。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行上述優(yōu)化處理的方法的流程圖。在步驟602，控制器 從目標(biāo)裝置收集數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以包括輸入和輸出電壓、輸出電流、裝置溫度或之前已經(jīng)為 其獲取特征數(shù)據(jù)的任何其他操作參數(shù)。在步驟604，控制器使用所存儲的功率損耗模型和在 步驟602收集的測量參數(shù)來確定目標(biāo)裝置的功率損耗。在步驟606，控制器評估其是否已經(jīng) 從系統(tǒng)中的所有裝置中獲取了數(shù)據(jù)。如果否，則其返回到步驟602進(jìn)行下一裝置并繼續(xù)直 到其已經(jīng)計(jì)算了系統(tǒng)中所有裝置的功率損耗。此時(shí)，控制器進(jìn)行到步驟608，在此，計(jì)算系統(tǒng) 的整體目標(biāo)函數(shù)。如上所述，目標(biāo)函數(shù)可以等于整個(gè)系統(tǒng)功率損耗或可以是加權(quán)功率損耗 的更概括的和?？刂破麟S后加載裝置和系統(tǒng)約束數(shù)據(jù)并計(jì)算新的子系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)，以最小化 遵守裝置和系統(tǒng)約束的目標(biāo)函數(shù)。最小化處理可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意方法來 執(zhí)行，例如通過計(jì)算相對于每個(gè)控制參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)獲取的最陡下降法。控制器隨后進(jìn)行到 步驟610，在此新的設(shè)定點(diǎn)被應(yīng)用于系統(tǒng)，提高整體效率。控制器隨后返回到步驟602來重 復(fù)整個(gè)過程，從而系統(tǒng)的整體效率是反復(fù)改進(jìn)的，并且因此其連續(xù)響應(yīng)于負(fù)荷需求、溫度等 的改變。優(yōu)化過程的運(yùn)行速度可以根據(jù)系統(tǒng)要求來選擇，其可以包括系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性和 負(fù)荷的特征以及其他考慮。盡管上面提供的優(yōu)化處理的描述主要集中在控制典型電源子系統(tǒng)的中間電壓上， 但是該處理可以被應(yīng)用于影響電源子系統(tǒng)的功率損耗的任何參數(shù)。例如，該處理可以被用 于控制冷卻風(fēng)扇的速度，以平衡由較低溫度裝置產(chǎn)生的效率的增加以及伴隨著風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電 流的增加而導(dǎo)致的功率損耗的增加。類似的，該處理可能被用于控制轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制 (PWM)開關(guān)頻率。因此，包括了根據(jù)本發(fā)明的使用功率損耗模型和測量裝置性能數(shù)據(jù)以有效控制設(shè) 計(jì)設(shè)定點(diǎn)的控制器的電源子系統(tǒng)產(chǎn)生高度優(yōu)選的系統(tǒng)性能和效率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易 理解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)，并且應(yīng)該理解在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，可以進(jìn)行各種修改、改編 以及得到其替換實(shí)施例。本發(fā)明進(jìn)一步由下面權(quán)利要求來限定。1權(quán)利要求
1.一種電源子系統(tǒng)，包括 初級功率轉(zhuǎn)換器；至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器，操作地連接到所述初級功率轉(zhuǎn)換器；其中所述電源子系統(tǒng)用于測量所述初級功率轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)初級操作參數(shù)；以及所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)次級操作參數(shù)；以及控制器，連接到所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器包括存儲單元，用于存儲與所述初級功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)的初級功率損耗模型以及與所述至少 一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)的至少一個(gè)次級功率損耗模型；通信單元，用于接收由所述電源子系統(tǒng)測量的所述至少一個(gè)初級操作參數(shù)和所述至少 一個(gè)次級操作參數(shù)，以及用于將至少一個(gè)控制命令發(fā)送至所述初級功率轉(zhuǎn)換器以及所述至 少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)；以及 處理單元，用于根據(jù)所述初級功率損耗模型、所述至少一個(gè)次級功率損耗模型、所述至少一個(gè)初級操 作參數(shù)以及所述至少一個(gè)次級操作參數(shù)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)；以及計(jì)算所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中至少一個(gè)的狀態(tài)變化，從 而最小化所述目標(biāo)函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述初級功率轉(zhuǎn)換器的所述至少一個(gè)初級操作參數(shù)包括所述初級功率轉(zhuǎn)換器的初級 輸入電壓、初級輸出電壓、初級輸出電流、以及初級溫度中的至少一個(gè)；以及所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器的所述至少一個(gè)次級操作參數(shù)包括所述至少一個(gè)次級 功率轉(zhuǎn)換器的次級輸入電壓、次級輸出電壓、次級輸出電流、以及次級溫度中的至少一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)函數(shù)包括與所述初級功率轉(zhuǎn)換器 和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中的相應(yīng)的初級功率轉(zhuǎn)換器和次級功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)的功 率損耗的加權(quán)和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源子系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)函數(shù)等于所述功率子系統(tǒng)的總功 率損耗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，還包括有源冷卻系統(tǒng)，操作地耦合到所述控制 器，其中所述電源子系統(tǒng)還用于測量與所述有源冷卻系統(tǒng)相關(guān)的電壓、電流以及溫度中的至少 其中之一；所述存儲單元還適于包括用于所述有源冷卻系統(tǒng)的功率損耗模型；以及 所述處理單元還用于計(jì)算與所述有源冷卻系統(tǒng)相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述初級功率轉(zhuǎn)換器包括AC/DC轉(zhuǎn)換器和 DC/DC轉(zhuǎn)換器中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)轉(zhuǎn) 換器、降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器以及線性調(diào)節(jié)器中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器包括專用集成電路ASIC、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、數(shù)字信號處理DSP裝置、微控制器、以及通用處理裝置中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器包括外部處理裝置，連接到所 述電源子系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器包括邏輯電路，所述邏輯電路 位于所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次 級功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)用于測量所述至少一個(gè)初級操作參數(shù)和所述至少一個(gè)次級操 作參數(shù)中的至少一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，還包括測量單元，用于測量所述至少一個(gè)初級 操作參數(shù)以及所述至少一個(gè)次級操作參數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器還用于存儲子系統(tǒng)約束數(shù)據(jù)， 所述子系統(tǒng)約束數(shù)據(jù)包括以下至少一種所述初級功率轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓、最小輸入電壓、最大輸出電壓、最小輸出電壓、 最大溫度、最大電流、以及最小電流；以及以下各項(xiàng)至少一種所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓、最小輸入電壓、最大輸出電壓、最小輸 出電壓、最大溫度、最大電流以及最小電流；其中所述處理單元還用于計(jì)算所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級轉(zhuǎn)換器中的 至少一個(gè)的狀態(tài)變化，從而最小化所述目標(biāo)函數(shù)以及不違反所述子系統(tǒng)約束。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源子系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器連接到至 少一個(gè)負(fù)荷；以及其中所述控制器還用于存儲與所述至少一個(gè)負(fù)荷相關(guān)的負(fù)荷約束數(shù)據(jù)，包括以下各項(xiàng) 至少一種用于所述至少一個(gè)負(fù)荷的最大電壓、最小電壓、最大電流、最小電流、以及最大溫度； 其中所述處理單元還用于計(jì)算所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器 中的至少一個(gè)的狀態(tài)變化，從而最小化所述目標(biāo)函數(shù)以及不違反所述負(fù)荷約束。
15.一種電源子系統(tǒng)，包括初級功率轉(zhuǎn)換器，包括DC/DC轉(zhuǎn)換器和AC/DC轉(zhuǎn)換器中的至少一種； 至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器，包括開關(guān)轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器以及線性調(diào)節(jié)器 中的至少一個(gè)，所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器操作地連接到所述初級功率轉(zhuǎn)換器； 其中所述電源子系統(tǒng)用于測量初級參數(shù)，包括所述初級功率轉(zhuǎn)換器的初級輸入電壓、初級輸出電壓、初級輸出電流以 及初級溫度中的至少一種；以及次級參數(shù)，包括所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器的次級輸入電壓、次級輸出電壓、次級輸 出電流、以及次級溫度中的至少一種；以及控制器，連接到所述初級功率轉(zhuǎn)換器以及所述至少一個(gè)次級轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器 包括存儲單元，用于存儲與所述初級功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)的初級功率損耗模型，以及與所述至 少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)的至少一個(gè)次級功率損耗模型；通信單元，用于接收所述初級參數(shù)和所述次級參數(shù)的測量結(jié)果以及發(fā)送控制命令至所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)；以及 處理單元，用于根據(jù)所述初級功率損耗模型、所述至少一個(gè)次級功率損耗模型、所述初級參數(shù)、以及所 述次級參數(shù)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，其中所述目標(biāo)函數(shù)包括與所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè) 次級功率轉(zhuǎn)換器中的相應(yīng)的初級功率轉(zhuǎn)換器和次級功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)的功率損耗的加權(quán)和； 以及計(jì)算所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)的狀態(tài)變化， 從而最小化所述目標(biāo)函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)函數(shù)等于所述電源子系統(tǒng)的總 功率損耗。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，還包括有源冷卻系統(tǒng)，其中所述電源子系統(tǒng)還用于測量與所述有源冷卻系統(tǒng)相關(guān)的電壓、電流以及溫度中的至少 一種；所述存儲單元還適于包括用于所述有源冷卻系統(tǒng)的功率損耗模型；以及 所述處理單元還用于計(jì)算與所述有源冷卻系統(tǒng)相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器包括專用集成電路ASIC、現(xiàn) 場可編程門陣列FPGA、數(shù)字信號處理DSP裝置、微控制器、以及通用處理裝置中的至少一 種。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器包括外部處理裝置，連接到 所述電源子系統(tǒng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器包括邏輯電路，所述邏輯電 路位于所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)中。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，其中所述控制器還用于存儲子系統(tǒng)約束數(shù) 據(jù)，所述子系統(tǒng)約束數(shù)據(jù)包括以下各項(xiàng)至少一種所述初級功率轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓、最小輸入電壓、最大輸出電壓、最小輸出電壓、 最大溫度、最大電流、以及最小電流；以及以下至少一種所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓、最小輸入電壓、最大輸出電壓、最小輸 出電壓、最大溫度、最大電流以及最小電流；其中所述處理單元還用于計(jì)算所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級轉(zhuǎn)換器中的 至少一個(gè)的狀態(tài)變化，從而最小化所述目標(biāo)函數(shù)以及不違反所述子系統(tǒng)約束。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源子系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器連接到至 少一個(gè)負(fù)荷；以及其中所述控制器還用于存儲與所述至少一個(gè)負(fù)荷相關(guān)的負(fù)荷約束數(shù)據(jù)，所述負(fù)荷約束 數(shù)據(jù)包括以下各項(xiàng)至少一種用于所述至少一個(gè)負(fù)荷的最大電壓、最小電壓、最大電流、最小電流、以及最大溫度； 其中所述處理單元還用于計(jì)算所述初級功率轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)次級功率轉(zhuǎn)換器 中的至少一個(gè)的狀態(tài)變化，從而最小化所述目標(biāo)函數(shù)，以及不違反所述負(fù)荷約束。
23.一種動(dòng)態(tài)優(yōu)化包括多個(gè)功率裝置的電源子系統(tǒng)的效率的方法，包括 創(chuàng)建所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的功率損耗模型；測量所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的操作參數(shù)；根據(jù)所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的測量操作參數(shù)和所述功率損耗模型來計(jì)算所述 多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的功率損耗；通過形成對于所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)計(jì)算的所述功率損耗的加權(quán)和來計(jì)算目 標(biāo)函數(shù)；計(jì)算所述多個(gè)功率裝置中的功率裝置的所述操作參數(shù)的狀態(tài)變化，從而最小化所述目 標(biāo)函數(shù)；將所計(jì)算的狀態(tài)變化命令至所述多個(gè)功率裝置中的至少一個(gè)；以及周期性地重復(fù)所述測量、計(jì)算以及命令步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述測量所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的操作 參數(shù)的步驟還包括測量所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流以 及溫度中的至少一個(gè)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述創(chuàng)建所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的功率 損耗模型的步驟還包括為所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的所述功率損耗測量所述多個(gè)功率裝置的各個(gè)功率 裝置的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流以及溫度中的至少一個(gè)的多個(gè)值；存儲所測量的功率損耗值；通過在所測量的功率損耗值之間內(nèi)插以及在所測量的功率損耗值之外外插來創(chuàng)建函 數(shù)，以預(yù)測所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的功率損耗。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的步驟還包括產(chǎn)生所述多個(gè) 功率裝置中的每一個(gè)的所計(jì)算的功率損耗的和，其等于所述電源子系統(tǒng)的總功率損耗。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括創(chuàng)建功率裝置約束數(shù)據(jù)庫，包括所述多個(gè)功率裝置中的每一個(gè)的最大輸入電壓、最小 輸入電壓、最大輸出電壓、最小輸出電壓、最大溫度、最大電流以及最小電流中的至少一個(gè)； 以及其中所述計(jì)算所述操作參數(shù)的狀態(tài)變化的步驟還包括限制可能的狀態(tài)變化，從而不違 反所述功率裝置約束數(shù)據(jù)庫中的約束。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括將所述電源子系統(tǒng)連接到至少一個(gè)負(fù)荷；創(chuàng)建負(fù)荷約束數(shù)據(jù)庫，其包括用于至少一個(gè)負(fù)荷的最大輸入電壓、最小輸入電壓、最大 溫度、最大電流以及最小電流中的至少一個(gè)；以及其中所述計(jì)算所述操作參數(shù)的狀態(tài)變化的步驟還包括限制可能的狀態(tài)變化，從而不違 反所述負(fù)荷約束數(shù)據(jù)庫中的約束。
全文摘要
電源子系統(tǒng)以響應(yīng)于負(fù)荷需要的改變、電源改變以及子系統(tǒng)溫度改變的方式來有效地被優(yōu)化以提高整個(gè)子系統(tǒng)效率。開發(fā)用于構(gòu)成裝置的詳細(xì)多維功率損耗模型，構(gòu)成裝置隨后組合到包括控制器和用于測量諸如輸入和輸出電壓、輸出電流和溫度的裝置操作參數(shù)的電路。操作參數(shù)被連續(xù)監(jiān)視，以及設(shè)定點(diǎn)基于詳細(xì)功率損耗模型被相應(yīng)地改變以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)于系統(tǒng)的即時(shí)操作狀態(tài)的最大總效率。
文檔編號H02J1/10GK102047522SQ200980119503
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者A·查皮斯 申請人:大動(dòng)力公司