DE112019007276T5

DE112019007276T5 - Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) und zugehöriges Verwendungsverfahren

Info

Publication number: DE112019007276T5
Application number: DE112019007276.5T
Authority: DE
Inventors: Renato Colombo; Cesare Bocchiola
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2019-05-01
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2022-01-13
Also published as: WO2020222857A1; CN113728612A; US20200348738A1; US11659099B2

Abstract

Eine Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) für eine Verteilungspunkteinheit (DPU) eines entfernten Netzwerks, die von mehreren Teilnehmerendeinrichtungen (CPEs) mit Rückleistung gespeist wird. Eine Vielzahl von Leistungswandlern, die jeweils eine unterschiedliche Primärwicklung aufweisen und eine gemeinsame Sekundärwicklung eines Transformators an der PSU teilen, wobei jeweils immer nur einer der Leistungswandler betrieben wird, um eine gewünschte Ausgangsspannung bereitzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Rückleistungseinspeisung und insbesondere auf eine Leistungsversorgungseinheit, die mit Rückleistung von Teilnehmerendeinrichtungen gespeist wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verschiedene Kommunikationsstandards, wie Digital Subscriber Line (xDSL), Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line 2 (VDSL2), G.hn und G.fast, wurden entwickelt, um eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung von einem Dienstanbieter (z. B. einer Vermittlungsstelle) zu einem Teilnehmer über eine bestehende paarweise verdrillte Kupferverdrahtung bereitzustellen, die herkömmlicherweise für einen Festnetztelefondienst verwendet wird. Außerdem haben Dienstanbieter die Datenbandbreite durch die Installation einer Glasfaserverkabelung zwischen der Vermittlungsstelle und einem Verteilungspunkt (DPU) näher an dem Teilnehmer erhöht. Eine bestimmte DPU kann mit einem Bündel von verdrillten Paaren verknüpft sein, um eine relativ kleine Anzahl von Teilnehmeranschlüssen zu bedienen. Dieser Ansatz verkürzt die Länge des Kupferpaars zwischen der CO-Schnittstelle an der DPU und dem Kunden, wodurch erhöhte Datenraten ermöglicht werden. Daher stellt die DPU Telefonie und/oder Daten an eine oder mehrere Teilnehmerendeinrichtungen (CPE) bereit.
Eine Schwierigkeit, die sich aus einer optischen Verbindung zwischen der Vermittlungsstelle und der DPU ergibt, liegt in der Herausforderung, eine Leistungsquelle für die DPU bereitzustellen. Da die DPU an einem von der Vermittlungsstelle entfernten Ort positioniert ist, ist eine lokale Leistungsversorgung für die DPU oft nicht verfügbar oder teuer zu installieren.
Leistung für eine DPU kann durch eine Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) bereitgestellt werden, wobei die DPU von der PSU mit Leistung versorgt wird, indem die von den verschiedenen CPEs, für die Telefonie- und/oder Datendienste von der DPU bereitgestellt werden, empfangene Leistung umgewandelt wird. Ein Standard für die Rückleistungseinspeisung wird durch ETSI und das Broadband World Forum bereitgestellt. Gemäß den Standards kann eine PSU in der DPU Leistungsbeiträge von mehreren CPEs kombinieren, um eine Hauptverteilungseinheit (MDU) mit Leistung zu versorgen, die die Sprach- und Datenkommunikation handhabt. In dieser Anordnung stellen die CPEs die Leistung an die entfernten DPUs über die paarweise verdrillte Kupferverdrahtung bereit, indem sie eine Leistungsumwandlung an der PSU der DPU durchführen.
Während aktuell Lösungen bestehen, die es der DPU ermöglichen, ihre Leistung unter Verwendung der Kupferleitungen von den Teilnehmerendeinrichtungen aufzunehmen, sind die aktuell bekannten PSUs zum Versorgen der DPU mit Leistung sperrig und teuer. Bekannte PSUs nutzen bis zu 16 unabhängige Wandler, wobei jede umgewandelte Leistung einer bestimmten CPE zugeordnet ist, wobei jede ihre eigene Logik für Leistungstransformator, Leistungsschalter und Pulsweitenmodulation (PWM) erfordert, zusätzlich zu einer großen Anzahl von analogen Komponenten und Optokopplern, um Leistung von den Kupferleitungen aufzunehmen und eine faire Leistungsteilung zwischen den CPEs bereitzustellen, während auch eine vollständige galvanische Trennung zwischen den Wandlern sichergestellt wird.
Entsprechend wird im Stand der Technik eine verbesserte Leistungsversorgungseinheit (PSU) für eine Verteilungspunkteinheit (DPU) benötigt, die eine Rückleistungseinspeisung (RPF) implementiert, die kleiner und kostengünstiger als die aktuell im Stand der Technik bekannten PSUs ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) bereitgestellt. Die PSU kann sich in einem Knoten einer Verteilungspunkteinheit (DPU) eines entfernten Netzwerks befinden und wird von mehreren Vorrichtungen einer Teilnehmerendeinrichtung (CPE) mit Rückleistung gespeist.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) bereit, die eine Vielzahl von Leistungswandlern einschließt. Die PSU schließt mindestens einen Transformator ein, der eine Vielzahl von Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung umfasst, die von der Vielzahl von Leistungswandlern geteilt wird. Jeder der Vielzahl von Leistungswandlern der PSU der vorliegenden Erfindung schließt die Sekundärwicklung, eine der Primärwicklungen des mindestens einen Transformators, eine Primärsteuerung, die mit der einen Primärwicklung gekoppelt ist, einen Leistungsanschluss, der mit der einen Primärwicklung gekoppelt ist, wobei der Leistungsanschluss eine Eingangsspannung bereitstellen soll, die an der geteilten Sekundärwicklung in eine Ausgangsspannung umgewandelt werden soll, und eine Sekundärsteuerung, die mit jedem der Vielzahl von Leistungswandlern gekoppelt ist, wobei die Sekundärsteuerung zum Aktivieren eines der Leistungswandler mit einer an ihrem Leistungsanschluss anliegenden Eingangsspannung dient, wenn eine Eingangsspannung an dem Leistungsanschluss von zwei oder mehr der Vielzahl von Leistungswandlern anliegt, die sich die gemeinsame Sekundärwicklung teilen, ein.
In einer Ausführungsform schließt die PSU der vorliegenden Erfindung ferner eine Verzögerungsschaltungsanordnung und eine Beobachterschaltungsanordnung ein, um zu verhindern, dass mehr als einer der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, gleichzeitig aktiviert wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Sekundärsteuerung eine Lenkungslogik zum Bereitstellen eines Rückkopplungssignals an jeden der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, um ein Zeitmultiplex-Schema (TDM-Schema) zu implementieren, um jeden der unabhängigen Leistungswandler für einen im Wesentlichen äquivalenten Zeitraum zu aktivieren.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) bereit, das einschließt, dass nur einer von einer Vielzahl von Leistungswandlern der PSU, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, aktiviert wird, wenn eine Eingangsspannung an einem Leistungsanschluss von zwei oder mehr der Vielzahl von unabhängigen Leistungswandlern anliegt, wobei jeweils immer nur einer der Leistungswandler aktiviert wird. In dieser Ausführungsform schließen die PSU mindestens einen Transformator mit einer Vielzahl von Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung ein, und jeder der Vielzahl von unabhängigen Leistungswandlern der PSU umfasst die eine Sekundärwicklung, eine der Vielzahl von Primärwicklungen, die mit dem Leistungsanschluss gekoppelt ist, und eine Primärsteuerung, die mit der Primärwicklung gekoppelt ist. Das Verfahren schließt ferner das Umwandeln der Eingangsspannung an der Primärwicklung des aktivierten Leistungswandlers in eine Ausgangsspannung an der geteilten Sekundärwicklung ein.
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung und verbesserte Leistungsversorgungseinheit (PSU) für eine Verteilungspunkteinheit (DPU) bereit, die eine Rückleistungseinspeisung (RPF) implementiert, die kleiner und kostengünstiger ist als die PSUs, die aktuell im Stand der Technik bekannt sind.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Patentschrift aufgenommen wurden und einen Bestandteil dieser Patentschrift bilden, veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Ausführungsformen der Erläuterung von nachstehend erörterten Prinzipien. Die Zeichnungen, auf die in dieser Kurzbeschreibung Bezug genommen wird, sind nicht als maßstabsgetreu zu verstehen, es sei denn, dies ist ausdrücklich vermerkt.

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Primärsteuerung der RPF-PSU gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Sekundärsteuerung der RPF-PSU gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4A ist ein Diagramm, das ein Zeitmultiplex-Schema (TDM-Schema) für die Verzögerungsschaltungsanordnung der Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
4B ist ein Diagramm, das das Verhalten der Beobachterschaltungsanordnung der Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das eine Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betreibt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Obwohl hierin verschiedene Ausführungsformen erörtert werden, versteht es sich, dass diese nicht einschränkend sein sollen. Vielmehr sollen die dargestellten Ausführungsformen Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die innerhalb des Geistes und des Schutzumfangs der durch die verschiedenen durch die beiliegenden Ansprüche definierten Ausführungsformen eingeschlossen sein können. Des Weiteren werden in dieser detaillierten Beschreibung der Erfindung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis bereitzustellen. Die Ausführungsformen können jedoch auch ohne eines oder mehrere dieser spezifischen Details umgesetzt werden. In anderen Fällen wurden hinlänglich bekannte Verfahren, Abläufe, Komponenten und Schaltungen nicht ausführlich beschrieben, um Gesichtspunkte der beschriebenen Ausführungsformen nicht unnötig zu verunklaren.
Es versteht sich, dass, obwohl die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erörtert werden, auch als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, gemeinhin verstanden wird. Ferner versteht es sich, dass Begriffe, wie diejenigen, die in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung aufweisen, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Gebiets übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden, es sei denn, dass diese hierin ausdrücklich so definiert sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) bereitgestellt, die eine reduzierte Größe und eine geringere Anzahl benötigter Komponenten aufweist. Im Allgemeinen ermöglicht die PSU der vorliegenden Erfindung, dass sich eine Anzahl von unabhängigen Wandlern einen gemeinsamen Magnetkern teilen. Aufgrund der begrenzten Größe des Magnetkerns werden vorzugsweise Vorkehrungen implementiert, um zu gewährleisten, dass nicht mehr als einer der unabhängigen Wandler gleichzeitig betriebsbereit ist. Wenn außerdem bei mehr als einem der unabhängigen Wandler eine Eingangsspannung an seinem Leistungsanschluss anliegt, sollte die Leistung zwischen den aktiven Leistungsanschlüssen gleich geteilt werden. In einer bestimmten Ausführungsform kann die PSU der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine Verteilungspunkteinheit (DPU) über einen paarweise verdrillten Kupferdraht mit Leistung zu versorgen.
Gemäß Standard-RPF-Anforderungen ist die mit Rückleistung gespeiste PSU erforderlich, um bis zu 16 Eingangsleistungsanschlüsse zu bedienen, die von verdrillten Kupferpaaren bereitgestellt werden. Die Anzahl von aktiven Leistungsanschlüssen, die die DPU unter Verwendung der mit Rückleistung gespeisten PSU mit Leistung versorgen, kann eine beliebige Zahl zwischen 1 und 16 sein. Jeder Leistungsanschluss kann eine Spannung zwischen 32 V und 60 V in Abhängigkeit von der Schleifenlänge aufweisen, und alle Stromleitungen sind galvanisch voneinander sowie von der Sekundärseite des Transformators getrennt. Die Sekundärseite des Wandlers muss einen gut geregelten 12-V-Ausgang, bis 20 W, bereitstellen. Die PSU muss aktiv werden, wenn mindestens einer der Eingangsleistungsanschlüsse mit einer Spannungsquelle verbunden ist, und wenn mehr als ein Eingangsleistungsanschluss mit der PSU verbunden ist, muss die Leistung von den verbundenen Leistungsanschlüssen innerhalb einer Teilungsgenauigkeit von +/-3 % im Wesentlichen gleich geteilt werden. Die vorstehenden Anforderungen basieren auf den bestehenden Standards, wobei es sich versteht, dass die Ausführungsformen hierin nicht auf die bestehenden Standards festgelegt sind und von einem Fachmann leicht an zukünftige Standards angepasst werden können, die unterschiedliche Anforderungen aufweisen können.
1 veranschaulicht eine Leistungsversorgungseinheit (PSU) 100 mit Rückleistungseinspeisung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die PSU 100 umfasst mindestens einen Transformator 147 und eine Vielzahl von Leistungswandlern zum Umwandeln einer Spannung, die über eine verdrillte Paarverdrahtung empfangen wird, in eine gewünschte Ausgangsspannung. Insbesondere veranschaulicht 1 einen ersten Leistungswandler 145 und einen zweiten Leistungswandler 155. Wie gezeigt, liegt jedoch eine beliebige Anzahl von Leistungswandlern (1 bis N) innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Der Transformator 147 umfasst eine Vielzahl von Primärwicklungen 190, 192 und eine einzelne Sekundärwicklung 194. Deshalb schließt jeder der Leistungswandler 145, 155 eine der Primärwicklungen des Transformators 147 ein, und die Vielzahl von Leistungswandlern 145, 155 teilen sich die Sekundärwicklung 194 des Transformators 147. Insbesondere schließt der erste Leistungswandler 145 eine erste Primärwicklung 190 des Transformators 147 ein, und der zweite Leistungswandler 155 schließt eine zweite Primärwicklung 192 des Transformators 147 ein und sowohl der erste Leistungswandler 145 als auch der zweite Leistungswandler 155 teilen sich die Sekundärwicklung 194 des Transformators 147.
In 1 schließt der erste Leistungswandler 145 eine geteilte Sekundärwicklung 194, eine erste Primärwicklung 190, eine Primärsteuerung 114, die mit der ersten Primärwicklung 190 gekoppelt ist, und einen unabhängigen Leistungsanschluss 110, der mit der ersten Primärwicklung 190 gekoppelt ist, ein. Gemäß Rückleistungseinspeisungsstandards (RPF-Standards) empfängt eine mit Leistung versorgte Vorrichtung 104 eine Spannung über ein verdrilltes Paar 120 von einer Teilnehmerendvorrichtung (CPE) 106. Dann wird eine Gleichspannung über der ersten Primärwicklung 190 des ersten Leistungswandlers 145 durch die mit Leistung versorgte Vorrichtung 104 an dem Eingangsanschluss 110, bezeichnet als Vin, 1, angelegt, wobei das Potential über dem Eingangsanschluss 110 zwischen Vin, 1 und Vin, 1 RTN definiert ist.
Ein zweiter Leistungswandler 155 schließt die geteilte Sekundärwicklung 194, die zweite Primärwicklung 192, eine Primärsteuerung 134, die mit der zweiten Primärwicklung 192 gekoppelt ist, und einen unabhängigen Leistungsanschluss 130, der mit der zweiten Primärwicklung 192 gekoppelt ist, ein. Eine mit Leistung versorgte Vorrichtung 124 empfängt eine Spannung über ein verdrilltes Paar 122 von einer Teilnehmerendvorrichtung (CPE) 126. Dann wird eine Gleichspannung über der zweiten Primärwicklung 192 des zweiten Leistungswandlers 155 durch die mit Leistung versorgte Vorrichtung 124 an dem Eingangsanschluss 130, bezeichnet als Vin, N, angelegt, wobei das Potential über dem Eingangsanschluss 130 zwischen Vin, N und Vin, N RTN definiert ist.
Deshalb wird die Sekundärwicklung 194, wie in 1 veranschaulicht, zwischen dem ersten Leistungswandler 145 und dem zweiten Leistungswandler 155 geteilt. Außerdem arbeitet eine Sekundärsteuerung 150, um einen einzelnen der Leistungswandler 145, 155 zu aktivieren, um Leistung von der Primärwicklung des einen aktivierten Leistungswandlers zu der geteilten Sekundärwicklung 194 zu übertragen, wodurch eine Eingangsspannung an dem jeweiligen Leistungsanschluss 110, 130 von einem der Leistungswandler 145, 155 in eine Ausgangsspannung 170 an der geteilten Sekundärwicklung 194 umgewandelt wird.
Deshalb teilen sich in der PSU 100 der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Leistungswandlern 145, 155 mit Primärwicklungen 190, 192 eine gemeinsame Sekundärwicklung 194, wobei der Transformator 147 die Primärwicklungen 190, 192 und die geteilte Sekundärwicklung 194 einschließt. Außerdem ist jeder der Leistungswandler 145, 155 konfiguriert, um die maximale volle Leistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um die Ausgangsspannung 170 beizubehalten, und weil die Größe des Kerns auf die maximale volle Leistung beschränkt ist, die am Ausgang erforderlich ist, wird jeweils immer nur ein einziger der Leistungswandler 145, 155 betrieben, wodurch eine erhebliche Reduktion der gesamten für den Transformator erforderlichen Magnetmaterialverwendung ermöglicht wird.
Obwohl 1 nur zwei Leistungswandler 145, 155 veranschaulicht, kann die PSU 100 der vorliegenden Erfindung eine wesentlich größere Anzahl von Leistungswandlern einschließen, um eine mit Rückleistung gespeiste Leistungsversorgungseinheit (PSU) bereitzustellen. In einer bestimmten Ausführungsform können bis zu 16 Leistungswandler eingeschlossen sein, um bis zu 16 Eingangsleistungsanschlüsse über die verdrillten Kupferpaare gemäß dem aktuellen RPF-Standard aufzunehmen. Deshalb kann die Anzahl von aktiven Leistungswandlern, die die DPU mit Leistung versorgen, eine beliebige Zahl zwischen 1 und 16 sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Sekundärwicklung 194 eine gut geregelte Ausgangsspannung 170 mit 12 V (bis zu 20 W) aus den verschiedenen Eingangsspannungen der Leistungswandler 145, 155 bereitstellen.
Während die Anzahl von Leistungswandlern maximal 16 betragen kann, kann aufgrund der Schwierigkeiten bei der praktischen Umsetzung eines Transformators mit einem einzigen Magnetkern mit 16 Primärwicklungen und 1 Sekundärwicklung die Anzahl von Primärwicklungen des Transformators auf 4 oder 8 Primärwicklungen beschränkt sein. Außerdem kann in vielen praktischen Anwendungen die Ausrüstung selbst für nur 4 oder 8 Eingangsleistungsanschlüsse dimensioniert sein. Diese Beschränkung ändert jedoch nichts am allgemeinen Konzept der Erfindung, denn der Fachmann wird erkennen, dass die erfindungsgemäßen Konzepte gleichermaßen im Fall von 2 oder 4 Transformatoren angewendet werden können.
Zum Beispiel kann die PSU 100 einen Transformator mit zwei Magnetkernen einschließen. Um 16 Leistungswandler aufzunehmen, weist in dieser Ausführungsform jeder der Magnetkerne acht Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung auf. Die jeweiligen Sekundärwicklungen 194, die auf jeden der Magnetkerne gewickelt sind, sind parallel zueinander gekoppelt, um zu gewährleisten, dass jeweils immer nur einer der 16 Leistungswandler in Betrieb ist. Zum Beispiel wird unter der Annahme, dass ein erster Magnetkern und ein zweiter Magnet im Transformator vorhanden sind, wenn ein erster Leistungswandler der acht Leistungswandler, die dem ersten Magnetkern zugeordnet sind, in Betrieb ist, eine Wechselspannung an der Sekundärwicklung des ersten Magnetkerns induziert. Die gleiche Wechselspannung ist auch an der Sekundärwicklung des zweiten Magnetkerns vorhanden, und durch magnetische Induktion werden Wechselspannungen an den acht Primärwicklungen des zweiten Magnetkerns sowie an allen anderen sieben Primärwicklungen des ersten Magnetkerns induziert. Aus physikalischer Sicht, aufgrund der bidirektionalen Eigenschaften des Magnettransformators, fungiert die Sekundärwicklung des zweiten Magnetkerns als Primärwicklung, während die Primärwicklungen des zweiten Magnetkerns als Sekundärwicklungen fungieren. Deshalb beobachten die Beobachterschaltungen der Leistungswandler, die mit den Primärwicklungen des zweiten Magnetkerns gekoppelt sind, weiterhin, dass ein weiterer Wandler arbeitet, obwohl er auf dem ersten Magnetkern arbeitet. Entsprechend gewährleistet die Konfiguration der vorliegenden Erfindung im Falle mehrerer Magnetkerne, dass jeweils immer nur einer der Leistungswandler in Betrieb ist, indem jedem der Leistungswandler ermöglicht wird, zu beobachten, dass ein anderer Wandler arbeitet, unabhängig davon, ob sich der arbeitende Wandler auf demselben Magnetkern wie der beobachtende Leistungswandler oder auf einem anderen Magnetkern befindet.
Wie in 1 gezeigt, schließt der erste Leistungswandler 145 eine erste Primärwicklung 190 ein, die eine Eingangsspannung an einem unabhängigen Leistungsanschluss 110 empfängt, um eine Spannung über der ersten Primärwicklung 190 herzustellen, die von der jeweiligen Primärsteuerung 114 gesteuert wird. Die Primärsteuerung 114 stellt außerdem ein Leistungspräsenzsignal 180, bezeichnet als PR, 1, an die Sekundärsteuerung 150 bereit, um der Sekundärsteuerung 150 mitzuteilen, dass der erste Leistungswandler 145 eine an dem unabhängigen Leistungsanschluss 110 anliegende Spannung aufweist. Die Primärsteuerung 114 empfängt außerdem ein Rückkopplungssignal 176, bezeichnet als FB, 1, von der Sekundärsteuerung 150, um den ersten Leistungswandler 145 zu aktivieren und elektrische Energie von der ersten Primärwicklung 190 mit der gemeinsamen Sekundärwicklung 194 zu koppeln, wodurch die Spannung über der ersten Primärwicklung 190 in die Ausgangsspannung 170 an der gemeinsamen Sekundärwicklung 194 umgewandelt wird.
Der zweite Leistungswandler 155 schließt eine zweite Primärwicklung 192 ein, die eine Eingangsspannung an dem unabhängigen Eingangsleistungsanschluss 130 empfängt, um eine Spannung über der zweiten Primärwicklung 192 herzustellen, die von der Primärsteuerung 134 gesteuert wird. Die Primärsteuerung 134 stellt außerdem ein Leistungspräsenzsignal 182, bezeichnet als PR, N, an die Sekundärsteuerung 150 bereit, um der Sekundärsteuerung 150 mitzuteilen, dass der zweite Leistungswandler 155 eine an dem Eingangsleistungsanschluss 130 anliegende Spannung aufweist. Die Primärsteuerung 134 empfängt außerdem ein Rückkopplungssignal 178, bezeichnet als FB, N, von der Sekundärsteuerung 150, um den zweiten Leistungswandler 155 zu aktivieren und elektrische Energie von der zweiten Primärwicklung 192 mit der gemeinsamen Sekundärwicklung 194 zu koppeln, wodurch die Spannung über der zweiten Primärwicklung 192 in die Ausgangsspannung 170 an der gemeinsamen Sekundärwicklung 194 umgewandelt wird.
Die Sekundärsteuerung 150 schließt eine Lenkungslogik 160 zum Erzeugen der Rückkopplungssignale 176, 178 an die Leistungswandler 145, 155 und einen Rampengenerator 165 zum Empfangen des Synchronisationssignals 174 von einer gemeinsamen Sekundärwicklungsschaltungsanordnung 140 ein, um das Schalten der Leistungswandler 145, 155 zu synchronisieren. Ein Ausgangssignal 172 wird außerdem von der gemeinsamen Sekundärwicklungsschaltungsanordnung 140 an die Sekundärsteuerung 150 bereitgestellt, um die Ausgangsspannung 170 zu regeln, wobei das Ausgangssignal eine skalierte Darstellung der Ausgangsspannung 170 sein kann.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Primärsteuerung 134 des zweiten Leistungswandlers 155 genauer, wobei es sich versteht, dass die gleiche Beschreibung gleichermaßen auf jede der Primärsteuerungen angewendet werden kann. In dieser beispielhaften Ausführungsform schließt die Primärsteuerung 134 eine Verzögerungsschaltungsanordnung 205, die eine Eingabe von dem unabhängigen Leistungsanschluss 130 empfängt und eine Ausgabe an ein ODER-Gatter mit 2 Eingängen 260 bereitstellt, und eine Beobachterschaltungsanordnung 210, die Eingaben für das ODER-Gatter mit 2 Eingängen 260 bereitstellt, wobei das ODER-Gatter 260 einen Ausgang aufweist, der mit einem ODER-Gatter mit 3 Eingängen 225 gekoppelt ist, ein. Die Funktionen der Verzögerungsschaltungsanordnung 205 und der Beobachterschaltungsanordnung 210 werden weiter unten beschrieben. Das ODER-Gatter mit 3 Eingängen 225 empfängt ferner an einem zweiten Eingang ein Rückkopplungssignal 178 von der Lenkungslogik 160 der Sekundärsteuerung 150 und an einem dritten Eingang eine Ausgabe eines Komparators 220. Der Komparator 220 vergleicht ein Rückkopplungssignal von einem Transistor 235, das über einen Widerstand 245 entwickelt wird, der von der Transistorquelle 235 mit Masse gekoppelt ist, mit einer Referenzspannung 250. Ein erstes Ende der Primärwicklung 192, das mit einem Punkt gekennzeichnet ist, ist mit der jeweiligen Leistungsanschlusseingangsspannung 130 verbunden, die die jeweilige Eingangsspannung Vin, N aufweist, und ein zweites Ende der Primärwicklung 192 ist mit einem Eingang der Beobachterschaltungsanordnung 210 und mit dem Drain des Transistors 235 verbunden. Ein Lokaloszillator 240 in Kombination mit einer Verriegelungsschaltung 230 führt zu einem festen Schaltfrequenzbetrieb des zweiten Leistungswandlers 155. Im veranschaulichten Leistungswandler ist der maximale Spitzenstrom durch die Primärwicklung 192 durch die Referenzspannung 250 definiert. Die Referenzspannung 250, kombiniert mit dem Wert Rsense des Widerstands 245, der Windungszahl der Primärwicklung 192, der Windungszahl der Sekundärwicklung 194, definieren zusätzlich zu den Eigenschaften des Magnetkerns die pro Zyklus von der Primärwicklung 192 zu der Sekundärwicklung 194 übertragene Leistungsmenge. Die Primärsteuerung 134 schließt außerdem einen Optokoppler 255 ein, um das Leistungspräsenzsignal 182 an die Sekundärsteuerung 150 bereitzustellen, wenn eine Spannung an dem unabhängigen Leistungsanschluss 130 des zweiten Leistungswandlers 155 anliegt.
In 2 ist der zweite Leistungswandler 155 ein Sperrwandler, der mit einer festen Schaltfrequenz arbeitet. Dies soll jedoch nicht einschränkend sein, und jede andere Leistungswandlertopologie mit fester oder variabler Frequenz liegt innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Außerdem wird gezeigt, dass der veranschaulichte zweite Leistungswandler 155 mit einer Spitzenstrommodussteuerung arbeitet. Im Falle einer spitzenstromgesteuerten Sperrtopologie ist der Spitzenstrom auf einen Maximalwert begrenzt, und der Betrieb mit fester Schaltfrequenz ermöglicht automatisch, dass der Leistungswandler eine feste Leistungsmenge an die Sekundärseite bereitstellt. Der veranschaulichte Leistungswandleraufbau nutzt die intrinsischen Eigenschaften der Sperrtopologie. Es liegen jedoch verschiedene Ausführungsformen, die verschiedene Wandlertopologien verwenden, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung.
Während die Topologie der Primärsteuerung 134 des zweiten Leistungswandlers 155 der Leistungsversorgungseinheit 100 ausführlich beschrieben wurde, sind die Schaltungsanordnung für alle Primärsteuerungen für jeden der Leistungswandler der Leistungsversorgungseinheit identisch. Folglich ist die Primärsteuerung 114 des ersten Leistungswandlers 145 identisch mit der Primärsteuerung 134 des zweiten Leistungswandlers 155.
Da jeder der Leistungswandler so dimensioniert ist, dass er die maximale Leistungsmenge bereitstellt, die an der gemeinsamen Sekundärwicklung erforderlich ist, sind folglich die Anzahl der Primärwindungen an der Primärwicklung, der Erfassungswiderstand und die Spitzenreferenzspannung für alle Leistungswandler gleich.
3 veranschaulicht die gemeinsame Sekundärwicklungsschaltungsanordnung 140 und die Sekundärsteuerung 150 in zusätzlichem Detail. Wie gezeigt, schließt die Sekundärwicklungsschaltungsanordnung 140 eine Diode 309, einen Ausgangskondensator 311 und einen Rückkopplungswiderstandsteiler ein. Der Rückkopplungswiderstandsteiler schließt einen ersten Widerstand 310 und einen zweiten Widerstand 315 ein, um ein Ausgangssignal 172 an einen ersten Eingang eines Fehlerverstärkers 330 der Sekundärsteuerung 150 bereitzustellen. Eine Ausgangsreferenzspannung 171 stellt die zweite Eingabe in den Fehlerverstärker 330 bereit. Die Sekundärsteuerung 150 schließt ferner einen Rampengenerator 165, der ein Synchronisationssignal 174 von der gemeinsamen Sekundärwicklungsschaltungsanordnung 140 empfängt, und eine Lenkungslogik 160, die Leistungspräsenzsignale 180, 182 von jedem der Leistungswandler empfängt und Rückkopplungssignale 176, 178 an jeden der Leistungswandler durch jeweilige Optokoppler 340, 342 bereitstellt, ein. Der Rampengenerator 165 wird bei jedem Schaltzyklus unter Verwendung des Synchronisationssignals 174 mit dem Leistungswandler synchronisiert, der aktuell in Betrieb ist.
Die Sekundärsteuerung 150 nutzt ein Zeitmultiplex-Schema (TDM-Schema), um die Leistungsumwandlung unter jedem der Leistungswandler zu teilen, wobei jeder der Leistungswandler für einen festen % Zeit betrieben wird und zwei Leistungswandler nicht gleichzeitig arbeiten, um eine Magnetkernsättigung zu vermeiden. Das TDM-Schema wird von der Lenkungslogik 160 der Sekundärsteuerung 150 verwaltet.
Die Lenkungslogik 160 der Sekundärsteuerung 150 empfängt Leistungspräsenzlogiksignal 180, 182, jeweils bezeichnet als PR, 1, PR, N, von den Optokopplern 255 an jedem der Leistungswandler 145, 155. Die Lenkungslogik 160 bestimmt anhand der Leistungspräsenzlogiksignale 180, 182, wie viele und welche Eingangsleistungsanschlüsse zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv sind. Die Lenkungslogik 160 gibt dann die digitalen Rückkopplungssignale 176, 178, jeweils bezeichnet als FB, 1, FB, N, frei und überträgt sie über die Optokoppler 340, 342 an die Primärwandler 145, 155, die den aktiven Eingangsleistungsanschlüssen zugeordnet sind. Deshalb werden Rückkopplungssignale 176, 178, die zur Regelung der Ausgangsspannung 170 benötigt werden, nicht analog, sondern stattdessen vorteilhafterweise als Logiksignal über die Optokoppler 340, 342 übertragen. Das Rückkopplungslogiksignal erfüllt zwei Funktionen, es gibt den jeweiligen Primärwandler bei jedem Schaltzyklus frei, wobei, wenn das digitale Rückkopplungssignal 176, 178 HOCH ist (invertierte Logik), der zugehörige unabhängige Leistungswandler AUS bleibt, weil der Leistungsschalter des unabhängigen Leistungswandlers als Reaktion auf eine HOCH-Eingabe bei der Rücksetzeingabe der Verriegelungsschaltung 230 durch das Gatter 225 immer AUS gehalten wird. In dieser Ausführungsform ist die Verriegelungsschaltung 230 eine dominante Rücksetzverriegelungsschaltung, und wenn sowohl die Setz- als auch die Rücksetzeingabe niedrig sind, dominiert die Rücksetzeingabe, was dazu führt, dass die Ausgabe niedrig ist. Wenn ein unabhängiger Leistungswandler aktiviert ist, beendet das digitale Rückkopplungssignal 176, 178 außerdem die EIN-Zeit des Leistungsschalters bei jedem Schaltzyklus, wodurch der Spitzenstrom und somit die im Magnetkern gespeicherte Energie und die resultierende auf die Sekundärseite übertragene Leistung moduliert wird, wodurch die Ausgangsspannung 170 gegen Schwankungen der Eingangsnetzspannung und der Ausgangslast geregelt wird.
Um eine geeignete Regelung bereitzustellen, ist es bevorzugt, dass der Rampengenerator 165 in der Sekundärsteuerung 150 mit dem Primärwandler 145, 155 synchronisiert ist, der zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiv ist. Unter erneuter Bezugnahme auf 2 weist jeder Primärwandler 155 einen eigenen Lokaloszillator 240 auf. Alle Oszillatoren in jedem der Primärwandler sind vorzugsweise so eingerichtet, dass sie mit etwa der gleichen Frequenz arbeiten, jedoch nicht miteinander synchronisiert sein müssen. Darüber hinaus ist ein Bereich von einigen % der relativen Frequenzen der Oszillatoren akzeptabel. Außerdem arbeitet der Rampengenerator 165 in der Sekundärsteuerung 150 vorzugsweise mit einer ähnlichen Frequenz wie derjenigen der Primärsteuerungen 114, 134, jedoch wird jede Schwankung in Bezug auf die Lokaloszillatoren dadurch aufgefangen, dass der Rampengenerator 165 bei jedem Schaltzyklus mit dem jeweils aktiven Primärwandler neu synchronisiert wird. Die Synchronisation erfolgt mittels der Spannung an der gemeinsamen Sekundärwicklung 194, wobei bei jedem Einschalten des Leistungsschalters an der Primärwicklung 192 die Spannung an dem Synchronisationssignal 174 das Vorzeichen wechselt (negativ wird). Sobald die Rampenausgabe durch den Rampengenerator 165 und die Primärsteuerung synchronisiert sind, vergleicht der Komparator 325 die Fehlerspannungsausgabe von dem Fehlerverstärker 330 mit der synchronisierten Rampenausgabe von dem Rampengenerator 165, und die Ausgabe 178 des Komparators 325 wird über den Optokoppler 340 zu dem Transistor 235 der Primärsteuerung 134 als Rückkopplungssignal 178 FB, N an das ODER-Gatter 225 und den Latch 230 gelenkt, um die EIN-Zeit des Transistors 235 zu modulieren, die durch den Lokaloszillator 240 initiiert wurde, wodurch das Tastverhältnis des Transistors in dieser Schaltperiode definiert wird und die Regelung der von der Primär- zu der Sekundärwicklung übertragenen Energie ermöglicht wird, die ihrerseits die Regelung der Ausgangsspannung 170 bereitstellt.
Die Lenkungslogik 160 ist wirksam, um jeden der Primärwandler 145, 155 der PSU 100 für einen angegebenen Zeitraum gemäß dem vorstehend beschriebenen TDM-Schema zu aktivieren. Die Lenkungslogik 160 überprüft, wie viele Eingangsanschlüsse zu einem gegebenen Zeitpunkt vorhanden sind, und unter der Annahme, dass eine Anzahl „M“ von Eingangsanschlüssen vorhanden sind, aktiviert die Lenkungslogik 160 die betreffenden Leistungswandler nacheinander für eine Zeit, die gleich einer vorbestimmten Gesamtzeit/M ist. Die vorbestimmte Gesamtzeit ist beliebig, solange sie viel größer als die Schaltperiode ist. Deshalb ist die Genauigkeit der Leistungsteilung zwischen verschiedenen Eingangsanschlüssen nur abhängig von einer Zeitsteuerungsgenauigkeit, die sehr hoch sein kann und nur von der Auflösung eines Zeitgebers (nicht gezeigt) abhängt, der in der Lenkungslogik 160 enthalten ist.
4A stellt eine beispielhafte Veranschaulichung des TDM-Schemas bereit, das von der Lenkungslogik 160 der Sekundärsteuerung 150 verwaltet wird. In dieser beispielhaften Ausführungsform werden zwei Leistungswandler sequenziert, was jedoch nicht einschränkend sein soll, und eine beliebige Anzahl von Leistungswandlern könnte unter Verwendung des TDM-Schemas sequenziert werden. In dieser beispielhaften Veranschaulichung ist der obere Leistungswandler zuerst eingeschaltet 405 und weist einen Eingangsleistungsanschluss auf, der 36 V bereitstellt. Die Ausgangsspannung 410 steigt von 0 V auf geregelte 10 V. Nach 5 ms wird bei 415 der obere Wandler 405 durch die Lenkungslogik 160, hier dargestellt durch eine einfache Pulsspannung 420, ausgeschaltet, während der untere Leistungswandler, dessen Eingangsleistungsanschluss 60 V bereitstellt, eingeschaltet 425 wird. Unter der Voraussetzung, dass die Umschaltung zwischen den beiden Leistungswandlern schnell ist (d. h. in wenigen Schaltzyklen erfolgt), kommt es zu keinem nennenswerten Abfall der Ausgangsspannung 410, die von den Ausgangskondensatoren aufrechterhalten wird.
Solange die Sekundärsteuerung 150 von etwas Spannung versorgt wird, kann die Sekundärsteuerung die Aktivierung der Leistungswandler steuern. Bei der erstmaligen Aktivierung der PSU 100 wird die Sekundärsteuerung 150 jedoch nicht von einer Spannung versorgt und kann daher kein Nutzsignal bereitstellen. Unter dieser Bedingung kann eine beliebige Anzahl von Eingangsleistungsanschlüssen gleichzeitig und in einer unbekannten Reihenfolge verbunden werden. Das offensichtliche Risiko besteht darin, dass, wenn mehr als ein Leistungsanschluss aktiv wird, bevor die Sekundärsteuerung 150 eingeschaltet wird, die betreffenden Leistungswandler simultan aktiviert werden, wodurch der Kern des Transformators gesättigt wird. Dieser unerwünschte Zustand wird durch Beobachten der Spannung über jede der Primärwicklungen 192, 194 gelöst.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 hält die Beobachterschaltungsanordnung 210 der Primärsteuerung 134 den Primärwandler 155 im Rücksetzzustand, d. h. durch Aktivieren eines Signals an den Rücksetzeingang der Verriegelungsschaltung 230 über die Gatter 260, 225, solange eine Schaltspannung über dem Transistor 235 detektiert wird, schaltet die Spannung über der Primärwicklung 192 bereits während der festen Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungsschaltung 205 bereitgestellt wird. Die Kombination dieser beiden Bedingungen stellt sicher, dass jeder der Leistungswandler das Vorhandensein eines anderen Leistungswandlers erfasst. In einer Ausführungsform kann die Beobachterschaltungsanordnung 210 einen Komparator oder einen Komparator mit einer Flip-Flop-Schaltung einschließen. Sobald ein erster Wandler seine Eingangsleistung 130 empfängt, bleibt er entsprechend für die von der jeweiligen Verzögerungsschaltungsanordnung 205 bereitgestellte feste Verzögerungszeit in einem Wartezustand und beobachtet die Spannung an seiner Primärwicklung 192. Wenn die Spannung an der Primärwicklung 192 schaltet, bedeutet dies, dass gerade ein weiterer zweiter Wandler aktiv ist und die vom anderen Wandler zu der Sekundärwicklung 194 übertragene Leistung auf die Primärwicklung 192 und als ein Ergebnis reflektiert wird. Wenn zum Beispiel der Wandler 155 als Reaktion auf eine an dem unabhängigen Leistungsanschluss 130 anliegende Spannung reaktiviert wird, beobachtet die Beobachterschaltungsanordnung 210 die Spannung am Drain des Transistors 235. Wenn die Drain-Spannung NIEDRIG ist, bedeutet dies, dass ein anderer Transistor in einem anderen Wandler arbeitet und als Reaktion auf die magnetische Kopplung zwischen den Primärwicklungen den Drain zwingt, NIEDRIG zu sein. Wenn die Beobachterschaltungsanordnung 210 jedoch eine HOHE Spannung am Drain des Transistors 235 beobachtet, gewährleistet dies nicht, dass ein anderer Wandler nicht arbeitet, er könnte sich gerade einfach in einem AUS-Zustand befinden. Wenn deshalb die Drain-Spannung HOCH ist, wartet und beobachtet die Beobachterschaltungsanordnung 210 während der Verzögerungszeit, um zu sehen, ob die Drain-Spannung tatsächlich von NIEDRIG auf HOCH und dann wieder auf NIEDRIG schaltet, wodurch bestätigt wird, dass aktuell ein anderer Wandler arbeitet. Da ein Zustand auftreten kann, bei dem mehr als eine oder alle Eingangsspannungen gleichzeitig an den Leistungswandlern anliegen, ist es ausreichend, den Wandlern unterschiedliche Verzögerungszeiten bereitzustellen. Die feste Verzögerungszeit wird durch die Verzögerungsschaltungsanordnung 205 bereitgestellt, und jede Instanz der Verzögerungsschaltungsanordnung 205 wird auf einen jeweiligen Wert gesetzt. Sobald die Sekundärsteuerung 150 aktiv ist, setzt er die Beobachterschaltungsanordnung 210 unter Verwendung des Signals 178 an jeder der Primärsteuerungen zurück und übernimmt die Steuerung des Betriebs des PSU-Systems.
4B stellt eine beispielhafte Veranschaulichung des Betriebs der Beobachterschaltungsanordnung 210 bereit. In 4B versuchen ein oberer Leistungswandler und ein unterer Leistungswandler, gleichzeitig zu starten. In dieser beispielhaften Ausführungsform weist der obere Leistungswandler einen Eingangsleistungsanschluss auf, der 36 V bereitstellt, und wird zuerst eingeschaltet, wodurch das PWM-Signal von dem oberen Leistungswandler 455 bereitgestellt wird. Als Reaktion auf das Einschalten des oberen Leistungswandlers steigt die Ausgangsspannung 460 von 0 V auf geregelte 10 V. In dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der untere Leistungswandler im Vergleich zu dem oberen Leistungswandler eine relative Verzögerung von 1 ms aufweist. Die Beobachterschaltungsanordnung 210 beobachtet die zugehörige Primärwicklung (190, 192) während der Verzögerungszeit von 1 ms. Wie veranschaulicht, bleibt, weil der obere Wandler arbeitet, der untere Wandler ausgeschaltet, wie durch die 0-V-PWM gezeigt, die durch den unteren Leistungswandler 450 bereitgestellt wird, auch wenn die Verzögerungszeit 470 von 1 ms abgelaufen ist. Die Ausgabe der Verzögerung des unteren Leistungswandlers stellt nach 1 ms das Freigabesignal 465 an den unteren Leistungswandler bereit, weil jedoch der obere Leistungswandler eingeschaltet ist, wenn das Freigabesignal 465 initiiert wird, bleibt der untere Wandler ausgeschaltet.
Unter Bezugnahme auf 5 kann der Betrieb der Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) bei einem ersten Schritt 505 beginnen, indem eine Eingangsspannung an einem Eingangsleistungsanschluss von einem oder mehreren einer Vielzahl von Leistungswandlern empfangen wird. Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Eingangsspannung von einer mit Leistung versorgten Vorrichtung 124 an einem unabhängigen Leistungsanschluss 130 eines Leistungswandlers 155 der PSU 100 empfangen werden.
Ein nächster Schritt 510 kann das Betreiben einer Verzögerungsschaltungsanordnung und einer Beobachterschaltungsanordnung einschließen, um zu verhindern, dass mehr als einer der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, gleichzeitig durch die Sekundärsteuerung aktiviert wird. Unter Bezugnahme auf 2 werden die Verzögerungsschaltungsanordnung 205 und die Beobachterschaltungsanordnung 210 des Leistungswandlers 155 verwendet, um zu verhindern, dass mehr als einer der Leistungswandler 145, 155 gleichzeitig aktiviert wird.
Ein nächster Schritt 515 kann das Bereitstellen eines Leistungspräsenzsignals von jeder Primärsteuerung des Leistungswandlers einschließen, wenn bei dem Leistungswandler eine Eingangsspannung an seinem unabhängigen Leistungsanschluss anliegt, um der Sekundärsteuerung mitzuteilen, bei welchen der Leistungswandler der Vielzahl von Leistungswandlern eine Eingangsspannung an ihrem unabhängigen Leistungsanschluss anliegt. Bezugnehmend auf 2 wird ein Leistungspräsenzsignal 182 von einem Optokoppler 255 der Primärsteuerung 134 des Leistungswandlers 155 an die Sekundärsteuerung 150 bereitgestellt, wenn eine Eingangsspannung an seinem unabhängigen Leistungsanschluss 130 anliegt.
Ein nächster Schritt 520 kann das Aktivieren jeweils immer nur eines einzelnen aus einer Vielzahl von Leistungswandlern, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, einschließen, wenn eine Eingangsspannung an einem unabhängigen Leistungsanschluss von zwei oder mehr der Vielzahl von Leistungswandlern anliegt. Bezugnehmend auf 1 aktiviert die Sekundärsteuerung 150 jeweils immer nur einen einen einzelnen der Vielzahl von Leistungswandlern 145, 155 als Reaktion auf die Leistungspräsenzsignale 180, 182.
Ein letzter Schritt 525 kann das Umwandeln der Eingangsspannung an der Primärwicklung des aktivierten Leistungswandlers in eine Ausgangsspannung an der geteilten Sekundärwicklung einschließen. Bezugnehmend auf 1 wird die Eingangsspannung 130 an der Primärwicklung 192 des aktivierten Leistungswandlers 155 in eine Ausgangsspannung 170 an der gemeinsamen Sekundärwicklung 194 umgewandelt.
In einer Ausführungsform können Abschnitte der Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) als ein einzelnes Halbleiter-Die in einer integrierten Schaltung implementiert sein. Alternativ kann die integrierte Schaltung mehrere Halbleiter-Dies einschließen, die elektrisch miteinander gekoppelt sind, wie zum Beispiel ein Multi-Chip-Modul, das in einem einzelnen Gehäuse einer integrierten Schaltung untergebracht ist.
In verschiedenen Ausführungsformen können Abschnitte des Systems der vorliegenden Erfindung in einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) implementiert sein. Wie der Fachmann erkennt, können verschiedene Funktionen von Schaltungselementen auch als Verarbeitungsschritte in einem Softwareprogramm implementiert sein. Eine solche Software kann zum Beispiel in einem Digitalsignalprozessor, einem Netzwerkprozessor, einem Mikrocontroller oder einem Universalcomputer eingesetzt werden.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben und aus der Erörterung ersichtlich, versteht es sich, dass sich Erörterungen, die Begriffe, wie „Empfangen“, „Bestimmen“, „Erzeugen“, „Begrenzen“, „Senden“, „Zählen“, „Klassifizieren“ oder dergleichen nutzen, in der gesamten Beschreibung auf Aktionen und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen können, die Daten, die als physikalische (elektronische) Größen in Registern und Speichern des Computersystems dargestellt werden, manipuliert und in andere Daten umwandelt, die in ähnlicher Art und Weise als physikalische Größen in den Speichern oder Registern des Computersystems oder in anderen derartigen Vorrichtungen zur Speicherung, Übertragung oder Anzeige von Informationen dargestellt werden.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedenen Rechenplattformen ausgeführt sein, die Aktionen als Reaktion auf softwarebasierte Anweisungen durchführen. Im Folgenden wird eine vorausgehende Grundlage für die Informationstechnologie bereitgestellt, die zur Ermöglichung der Erfindung genutzt werden kann.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein kann. Ein computerlesbares Speichermedium kann zum Beispiel, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, eine entsprechende Einrichtung oder eine entsprechende Vorrichtung oder eine beliebige geeignete Kombination des Vorstehenden sein. Spezifischere Beispiele (eine nicht erschöpfende Liste) für das computerlesbare Speichermedium würden Folgendes einschließen: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), eine optische Faser, einen tragbaren Compact-Disc-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), eine optische Speichervorrichtung, eine magnetische Speichervorrichtung oder eine beliebige geeignete Kombination des Vorstehenden. Im Rahmen dieses Dokuments kann ein computerlesbares Speichermedium jedes nichtflüchtige, greifbare Medium sein, das ein Programm zur Verwendung durch ein(e) oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Anweisungsausführungseinrichtung oder einer Anweisungsausführungsvorrichtung enthalten oder speichern kann.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein propagiertes Datensignal mit darin verkörpertem computerlesbarem Programmcode einschließen, zum Beispiel im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Ein solches propagiertes Signal kann eine beliebige einer Vielfalt von Formen annehmen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, elektromagnetischer, optischer oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein beliebiges computerlesbares Medium sein, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm zur Verwendung durch ein(e) oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Anweisungsausführungseinrichtung oder einer Anweisungsausführungsvorrichtung übermitteln, propagieren oder transportieren kann. Wie vorstehend angegeben, sind jedoch die Ansprüche auf diese Erfindung als Softwareprodukt aufgrund gesetzlicher Beschränkungen für Schaltungen diejenigen, die in einem nichtflüchtigem Softwaremedium, wie einer Computerfestplatte, einem Flash-RAM, einer optischen Platte oder dergleichen, verkörpert sind.
Programmcode, der auf einem computerlesbaren Medium verkörpert ist, kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Mediums übertragen werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, drahtlos, drahtgebunden, Glasfaserkabel, Hochfrequenz usw. oder einer beliebigen geeigneten Kombination des Vorstehenden. Computerprogrammcode zum Ausführen von Operationen für Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung kann in einer beliebigen Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen geschrieben sein, einschließlich einer objektorientierten Programmiersprache, wie Java, C#, C++, Visual Basic oder dergleichen, und herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen, wie der Programmiersprache „C“ oder ähnlichen Programmiersprachen.
Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Einrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagramme sowie Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammveranschaulichungen und/oder Blockdiagrammen durch Computerprogrammanweisungen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine zu erzeugen, damit die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, Mittel zum Implementieren der in dem Block oder in den Blöcken des Flussdiagramms und/oder des Blockdiagramms angegebenen Funktionen/Aktionen erzeugen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung oder andere Vorrichtungen anweisen kann, in einer bestimmten Art und Weise zu arbeiten, sodass die im computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel erzeugen, der Anweisungen einschließt, die die in dem Block oder in den Blöcken des Flussdiagramms und/oder des Blockdiagramms angegebene Funktion/Aktion implementieren.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung oder andere Vorrichtungen geladen werden, um zu bewirken, dass auf dem Computer, der anderen programmierbaren Einrichtung oder den anderen Vorrichtungen eine Reihe von Betriebsschritten durchgeführt wird, um einen computerimplementierten Prozess zu erzeugen, damit die Anweisungen, die auf dem Computer oder einer anderen programmierbaren Einrichtung ausgeführt werden, Prozesse zum Implementieren der Funktionen/Aktionen, die in dem Block oder in den Blöcken des Flussdiagramms und/oder des Blockdiagramms angegeben sind, bereitstellen.
Ferner versteht es sich, dass zum Zwecke der Erörterung und des Verständnisses der Ausführungsformen der Erfindung verschiedene vom Fachmann verwendete Begriffe verwendet werden, um Techniken und Ansätze zu beschreiben. Des Weiteren werden in der Beschreibung zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden kann. In einigen Fällen sind hinlänglich bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms und nicht im Detail gezeigt, um die vorliegende Erfindung nicht zu verunklaren. Diese Ausführungsformen sind hinreichend detailliert beschrieben, um es dem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt werden können und dass logische, mechanische, elektrische und andere Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF), die PSU umfassend: mindestens einen Transformator, der eine Vielzahl von Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung umfasst; eine Vielzahl von Leistungswandlern, die sich die Sekundärwicklung des mindestens einen Transformators teilen, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern umfasst; eine eindeutige der Vielzahl von Primärwicklungen des mindestens einen Transformators; eine Primärsteuerung, die mit der eindeutigen Primärwicklung gekoppelt ist; einen unabhängigen Leistungsanschluss, der mit der eindeutigen Primärwicklung gekoppelt ist, wobei der unabhängige Leistungsanschluss eine Eingangsspannung bereitstellen soll, die in eine Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung des mindestens einen Transformators umgewandelt werden soll; und eine Sekundärsteuerung, die mit jedem der Vielzahl von Leistungswandlern gekoppelt ist, wobei die Sekundärsteuerung zum Aktivieren jeweils immer nur eines der Leistungswandler dient, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, wenn eine Eingangsspannung an dem unabhängigen Leistungsanschluss von zwei oder mehr der Vielzahl von Leistungswandlern anliegt, die sich die Sekundärwicklung teilen.
PSU nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern eine spitzenstromgesteuerte Sperrwandlertopologie aufweist.
PSU nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern konfiguriert ist, um eine maximale Leistung, die an der geteilten Sekundärwicklung erforderlich ist, bereitzustellen.
PSU nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern ferner einen Lokaloszillator umfasst und wobei jeder der Lokaloszillatoren eine im Wesentlichen äquivalente Frequenz aufweist.
PSU nach Anspruch 1, wobei die Primärsteuerung von jedem der Vielzahl von Leistungswandlern ferner eine Verzögerungsschaltungsanordnung und eine Beobachterschaltungsanordnung umfasst, wobei die Verzögerungsschaltungsanordnung und die Beobachterschaltungsanordnung dazu dienen, zu verhindern, dass mehr als einer der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem unabhängigen Leistungsanschluss anliegt, gleichzeitig aktiviert wird.
PSU nach Anspruch 1, wobei jeder der Leistungswandler ferner einen Primäroptokoppler umfasst, der mit dem unabhängigen Leistungsanschluss gekoppelt ist, wobei der Primäroptokoppler dazu dient, ein Leistungspräsenzsignal an die Sekundärsteuerung bereitzustellen, wenn bei dem Leistungswandler eine Eingangsspannung an seinem unabhängigen Leistungsanschluss anliegt.
PSU nach Anspruch 1, wobei die Sekundärsteuerung eine Lenkungslogik zum Bereitstellen eines Rückkopplungssignals an jeden der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem unabhängigen Leistungsanschluss anliegt, umfasst, wobei das Rückkopplungssignal ein Zeitmultiplex-Schema (TDM-Schema) implementiert, um jeden der Leistungswandler für einen im Wesentlichen äquivalenten Zeitraum zu aktivieren.
PSU nach Anspruch 7, wobei das Rückkopplungssignal an jeden der Vielzahl von Leistungswandlern durch einen Sekundäroptokoppler bereitgestellt wird.
PSU nach Anspruch 7, wobei die Sekundärsteuerung ferner umfasst: einen Komparator; einen Fehlerverstärker mit einem Ausgang, der mit einem ersten Eingang des Komparators gekoppelt ist, wobei der Fehlerverstärker eine Eingabe von einer gemeinsamen Sekundärwicklungsschaltungsanordnung empfängt, die mit der gemeinsamen Sekundärwicklung gekoppelt ist; und einen Rampengenerator mit einem Ausgang, der mit einem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt ist, wobei der Rampengenerator ein Synchronisationssignal von der gemeinsamen Sekundärwicklungsschaltungsanordnung empfängt und wobei ein Ausgang des Komparators mit der Lenkungslogik gekoppelt ist, um die Sekundärsteuereinheit mit einem Lokaloszillator des einen aktivierten Leistungswandlers zu synchronisieren.
PSU nach Anspruch 1, wobei die Eingangsspannung von einer oder mehreren Teilnehmerendeinrichtungen (CPE) bereitgestellt wird.
Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF) in einer Verteilungspunkteinheit (DPU), die PSU umfassend: mindestens einen Transformator, der eine Vielzahl von Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung umfasst; eine Vielzahl von Leistungswandlern, die sich die Sekundärwicklung des mindestens einen Transformators teilen, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern umfasst; eine Primärwicklung der Vielzahl von Primärwicklungen des mindestens einen Transformators; eine Primärsteuerung, die mit einer Primärwicklung gekoppelt ist; einen unabhängigen Leistungsanschluss, der mit der einen Primärwicklung gekoppelt ist, wobei der unabhängige Leistungsanschluss eine Eingangsspannung bereitstellen soll, wobei die Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung des mindestens einen Transformators umgewandelt werden soll; und eine Sekundärsteuerung, die mit jedem der Vielzahl von Leistungswandlern gekoppelt ist, wobei die Sekundärsteuerung dazu dient, jeweils immer nur einen der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, zu aktivieren, wenn eine Eingangsspannung an dem Leistungsanschluss von zwei oder mehr der Vielzahl von Leistungswandlern, die sich die Sekundärwicklung teilen, anliegt.
Verfahren zum Betreiben einer Leistungsversorgungseinheit (PSU) mit Rückleistungseinspeisung (RPF), die mindestens einen Transformator umfasst, der eine Vielzahl von Primärwicklungen und eine Sekundärwicklung und eine Vielzahl von Leistungswandlern, die sich die Sekundärwicklung des mindestens einen Transformators teilen, umfasst, das Verfahren umfassend: Aktivieren eines der Vielzahl von Leistungswandlern, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem unabhängigen Leistungsanschluss anliegt, wenn eine Eingangsspannung an einem unabhängigen Leistungsanschluss von zwei oder mehr der Vielzahl von Leistungswandlern anliegt, wobei jeweils immer nur einer der Vielzahl von Leistungswandlern aktiviert wird und wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern der PSU umfasst; eine Primärwicklung der Vielzahl von Primärwicklungen des mindestens einen Transformators und eine Primärsteuerung, die mit der einen Primärwicklung gekoppelt ist; und Umwandeln der Eingangsspannung an der Primärwicklung des aktivierten Leistungswandlers in eine Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern eine spitzenstromgesteuerte Sperrwandlertopologie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern konfiguriert ist, um eine maximale Leistung, die an der geteilten Sekundärwicklung erforderlich ist, bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswandlern ferner einen Lokaloszillator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Betreiben einer Verzögerungsschaltungsanordnung und einer Beobachterschaltungsanordnung, um zu verhindern, dass mehr als einer der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt, gleichzeitig durch die Sekundärsteuerung aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend, vor dem Aktivieren eines einer Vielzahl von Leistungswandlern der PSU, das Bereitstellen eines Leistungspräsenzsignals von der Primärsteuerung an die Sekundärsteuerung, wenn bei dem Leistungswandler eine Eingangsspannung an seinem Leistungsanschluss anliegt, um der Sekundärsteuerung mitzuteilen, bei welchem der Leistungswandler der Vielzahl von Leistungswandlern eine Eingangsspannung an seinem Leistungsanschluss anliegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Aktivieren eines einer Vielzahl von Leistungswandlern der PSU ferner umfasst: Bereitstellen eines Rückkopplungssignals an jeden der Leistungswandler, bei denen eine Eingangsspannung an ihrem Leistungsanschluss anliegt; und Implementieren eines Zeitmultiplex-Schemas (TDM-Schema), um jeden der Leistungswandler für einen im Wesentlichen äquivalenten Zeitraum unter Verwendung des digitalen Rückkopplungssignals zu aktivieren.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Synchronisieren der Sekundärsteuerung mit einem Lokaloszillator des einen Leistungswandlers, der durch die Sekundärsteuerung aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eingangsspannung von einer oder mehreren Teilnehmerendeinrichtungen (CPE) bereitgestellt wird.