专利名称：电源系统的制作方法
技术领域：
本发明专利申请是申请号99101032.9，申请日1999年1月8日，发明名称“电源系统”的分案申请。
本发明涉及一种电源系统，更具体地说是涉及万一AC电源断电能通过使用一个电池供给DC电能的电源系统。
一个将明显地得益于本发明的效果的供电设备，比如，是一个电话交换机。
通常，所述的电话交换机在-48V DC电源的情况下工作。这个DC电流由贮存着DC电能的电池供电，所述的DC电能是由一个AC工业用的电源供给的AC电能转换的。
图7示出了供电话交换机使用的常用的电源系统。一个工业用的AC电源被连接到整流器101上。由所述的AC电源提供的AC电能被转换为DC电能以给电池102a，102b充电。也连接到整流器101的是万一工业用的电源断电时保证使用的一个小发电机。
电池102a，102b具有将其接地的正极。电池102a，102b经由配电板103，104把-48V的DC电能提供到交换机105，106。来自配电板103的DC电能也被施加于需要DC电能的其它设备109。配电板104只用于被冗余安装的交换机105，106。交换机105是工作交换机(#0)，而交换机106是一个备用交换机(#1)。所述的交换机105，106具有向该处连接的各自的控制单元(CC)107，108。
这个类型的电源系统具有一个由经由地线(MGB)接地的金属件构成的接地窗(GW)111。一个电池地线(CG)112，一个交换机地线(SG)113，和被连接到这个接地窗(GW)111的壳体地线(FG)114。
工业用的电源断电的信息被送到警报收集单元119，它又将该信息发送到交换机105，106。
所述的-48V DC电能还经由配电板104和在配电板104及设备110之间的连接线116被施加于其它设备110。在设备110中，DC电压通过内部的DC-DC转换器被转换为其它的DC电压。设备110在由转换获得的电压下操作。连线117是用于在设备110内产生的新电压的地线，而连线118是壳体地线。
当这种电源在发展中国家使用时，工业用的电源的断电频繁发生，导致小发电机快速的损坏和老化。因此，在工业用的电源断电的情况下很可能小发电机不再能正常地运行，并且由电池102a，102b提供的电压逐渐地减少，最终使交换机105，106不能使用。在这种情况下，所述的交换机105，106由工业用的电源的断电情况的警报收集单元119通知。然而，交换机105，106未被预告由于由电池102a，102b提供的电压的减少而有不能使用的危害。
因此，在控制单元107，108中提供的硬盘驱动器可能在写入操作的中间被迫停止。在这种情况下，经常发生所述的硬盘驱动器的写入臂接触盘的表面而损坏上述的表面。进一步，产生了一个问题就是工作控制单元107和备用控制单元108被迫终止关于其中存有不同数据的非易失存储器的操作。
此外，在设备109中产生的噪声经由电池地线(CG)112到达接地窗(GW)111，随后经由交换机地线(SG)113和壳体地线(FG)114进入交换机105，106。进而，具有交换频率的噪声在设备110内于DC-DC转换期间产生并经由连线117，118进入交换机105，106。
在发展中国家，关于与交换机的内部扩展有关的电源的电气工程频繁地发生。在这样的电气工程中，很可能由于在其中进行电气工程的建筑物的钢筋原本不正确的连接而使接地工作未正确地进行或者适当的接地未建立。像这样不正确的接地使得上面提到的噪声和电话信号的混合达到严重的程序。再说，在电话交换机内部电路上使用的时钟频率易于被增加，而在电路内的操作电压易于被减少，这些导致交换机电阻的减少，使噪声得以输入。
本发明的目的就是一旦电源断电能够提供消除影响存储设备的干扰的电源系统。
本发明的另外一个目的就是提供一种能够防止由于不正确的接地而使噪声进入到供电系统的电源系统。
为达到所述的目的，要提供一种万一AC电源断电就能够通过使用一个电池而供给DC电能的电源系统。这个电源系统的特征在于包括用于监视由DC电源提供的电源电压和当电源电压的绝对值等于或小于预定电压值时输出一个报警信号的监控装置，以及用于使包含于供电设备中的一个存储设备的操作状态转换到操作终止状态的转换装置。
为了达到所述的另一个目的，提供一种用于为具有多个接地部分的供电设备供给DC电能的电源系统。该电源系统包括噪声电压值检测装置，用于根据接地部分的接地电位来检测在每个频率级上在每对接地部分之间产生的噪声电压值；检测装置，用于根据通过噪声电压值检测装置检测的噪声电压值来确定一个比对应预置值大的噪声电压值，并随后用以检测在其间检测噪声电压确定值的一对接地部分，和检测与确定的噪声电压值有关的一个频率；以及滤波器插入装置，用于在由检测装置检测的那对接地部分之间插入一个阻断噪声的滤波器，所述的噪声具有由检测装置检测的频率。
从下面的叙述和结合举例的方式图解地说明本发明的的最佳实施例的附图，本发明的上述和其他目的，性能及优点将变得很清楚。
图1是根据本发明第一实施例的电源系统的结构示意图；图2是根据本发明的第一实施例，展示用于一个电话交换机的电源系统的整体布置框图；图3是展示在一个数据处理块内的一个电路图，用于把在-48V DC线路上的一个电位与地面电平之间的电位差转换为一个数字值；图4图示了在各自的频率级上接地检测线之间测量的存储噪声电压值和对应预置值的一份表格；图5是根据第二实施例的电源系统的结构示意图；图6是根据第三实施例用在一个电话交换机上的电源系统的整体布置框图；及图7是连接到电话交换机的传统的电源系统的框图。
参照附图，本发明的最佳实施例将在下文叙述。
首先参照图1，根据本发明第一实施例的电源系统的原理和结构将被叙述。第一实施例的电源系统包括监控装置20a，用于监视由一个DC电源提供的电源电压和当电源电压的绝对值等于或小于预定电压值时输出一个报警信号；以及转换装置30a，用于使插入供电设备55中的存储设备40的操作状态转换到终止操作状态。
如图1所示，一个AC电源被连接到一个整流器50上。整流器50把AC电能转变为DC电能并把由此获得的DC电能贮存入一个电池51中。DC电流从电池51流到供电设备55。供电设备55可以是插有存储设备40的一个电话交换机。
监控装置20a监视由DC电源向供电设备55提供的电源电压，以及当电源电压的绝对值变成等于或小于预定电压值时输出一个报警信号到转换装置30a。根据从监控装置20a接收的报警信号，转换装置30a使在供电设备55内的存储设备40的操作状态转换到终止操作状态。
更具体地说，如果存储设备40是一个硬盘驱动器，并且写入操作是由硬盘驱动器完成的，则转换装置30a使磁盘驱动器的操作状态转换到其中写入操作被终止的一个稳定状态。此外，如果存储设备40包括一个工作存储单元和一个备用存储单元，则操作状态的转换被这样完成，就是工作和备用存储单元存储同样的数据。之后，存储设备40被禁止操作。
当监控装置20a产生一个报警信号时，用作一个参考的预定电压值被设置到足够大的一个值，以允许所述的存储设备40的操作状态的转换被完成。
这个措施防止损坏磁盘驱动器和删除记录数据，在万一电源断电时，二者通常都可能发生在存储设备40上。
下面，第一实施例将更详细地被叙述。应该注意到在下文叙述的第一实施例中，图2中的整流器50a，50b对应于图1中显示的整流器50，电池51a，51b对应于电池51，监控块20对应于所述的监控装置20a，及转换控制块30对应于所述的转换装置30a。
图2示出了根据第一实施例的用于电话交换机的电源系统的整体布置。一个工业用的AC电源被连接到整流器50a，50b上。由AC电源供给的AC电能通过整流器50a，50b被转换成用于为电池51a，51b充电的DC电能。电池51a，51b的正极接地。由电池51a，51b流出的-48V的DC电流经由一个配电板52流到一个电源控制块10。在电源控制块10内排列的是一个交换机内部配电板11，经由该板的-48V的DC电流供给到未示出的电话交换机上。配电板52和交换机内部配电板11每个都有一个工作单元和一个备用单元的一个冗余结构。电能由配电板11的工作单元供给到交换机的一个工作单元以及由配电板11的备用单元供给到交换机的一个备用单元。
此外，一个由金属件构成的接地窗(GW)12被装于电源控制块10中。接地窗(GW)12经由地线MGB被接地。而且，连接到接地窗(GW)12的是三根地线，即，从电池51a，51b正极侧引出的电池地线CG，从插在交换机内的一个数字电路的接地侧引出的交换机地线SG，及从容纳交换机的壳体引出的地线FG。
电源控制块10装有被连接到-48V的工作电位检测线21a和-48V备用电位检测线21b，以及一个CG接地电位检测线21C的一个开关块21，所述的工作电位检测线和备用电位检测线由配电板52和交换机内部配电板11之间各自的连接线引出。此外，连接到开关块21的是由接地窗(GW)12引出的一根GW电位检测线21e以及一根MGB接地电位检测线21d，一根SG接地电位检测线21f，和由连接到接地窗(GW)的各自的地线引出的一根FG接地电位检测线21g。开关块21顺序地选择在各个检测线上的某一个电位，并把一个所选择的电位提供到一个数据处理块22上。
滤波器(F)13至16可以被分别地放入检测线21c，21g，21f，21e和21d之间，它们将在下文详细叙述。
数据处理块22检测在-49V工作电位检测线21a或-48V备用电位检测线21b上的电位与在CG接地电位检测线21c上的电位之间的电位差，将该检测的电位差(以下称为“-48V DC电位差”)转变为一个数字值，然后发送该数字值作为RS232C信号到监控块20。此外，在每个频率级上，数据处理块22检测在每对检测线21c，21g，21f，21e和21d之间产生的噪声电压值，并把每个检测值转变为一个数字值，然后传送该数字值作为一个RS232C信号到监控块20。数据处理块22将在下文更详细地叙述。
监控块20接收一个预定电压值(门限电平电压值)和由转换控制块30预先设置的用于各个频率级的预置值，并将所述值存入数据存储块23。此外监控块20接收-48V DC电位差(RS232C信号)，和在各个频率级上在任一时刻来自数据处理块22的在诸检测线之间检测的噪声电压值(RS232C信号)，并把它们存储在数据存储块23中。
首先，监控块20读出-48V DC电位差和存储在数据存储块23中的预定电压值，并比较-48V DC电位差的绝对值与预定电压值。如果前者比后者小，则监控块20产生一个报警信号，所述的报警信号被传送到转换控制块30。
转换控制块30包括一个处理器和由处理器执行的软件，并插入交换机的未示出的控制单元。当从监控块20接收报警信号时，转换控制块30使存储设备40的操作状态转换到一个终止操作状态。也被包含在交换机的控制单元内的存储设备40包括具有冗余结构的硬盘驱动器，和非易失存储器。上面提到的终止操作状态被规定为，其中存储设备40的工件存储单元和备用存储单元内存有相同的数据并且哪个硬盘驱动器都不执行写入操作的一种状态。当由监控块20接收报警信号时，转换控制块30将在工作硬盘驱动器和非易失存储器中存储的数据复制到备用硬盘驱动器和非易失存储器中，以便在工作及备用的硬盘驱动器和非易失存储器中存储相同的数据，然后使硬盘驱动器的操作状态转换到其中写入操作被终止的一种状态(即，写入臂离开盘面的一种稳定状态)，并将硬盘驱动器设置在其中写入被禁止的关闭状态。这个措施防止记录数据的删除和损坏硬盘驱动器。
预定电压值被设置到能在存储设备40的操作状态转换到终止操作状态期间维持存储设备40操作的一个值。
此外，监控块20使显示器24显示在数据存储块23里存储的-48VDC电位差的数据，或使一个遥控器25根据电位差数据操作以给操作员一个警报。一个输入设备26被操作员用于设置经由监控块20到转换控制块30的预定电压值，设置用于使遥控器25操作的一个预定电位差值，或者指示监控块20在显示器24上显示的内容种类以便操作员能检查一个故障(故障时间，故障位置等)。
此外，监控块20读出在每个频率级上每对接地检测线之间检测的噪声电压值和来自数据存储块23的对应预置值，以比较前者和后者。
图4示出了在每个频率级上在每对接地检测线之间检测的一个噪声电压值和在数据存储块23内存储的对应预置值。数据存储块23具有一些存储区域，其每个存储区域用于存储在各个频率级上在对应的一对接地检测线之间检测的噪声电压值和对应预置值。所述的预定的频率级被设置在，例如，50Hz和100kHz之间。例如，在图4中，在50Hz频率级上，一个噪声电压值(测量值)a1和一个预置值b1一起被存储，而在100kHz频率级上，一个噪声电压值(测量值)an和一个预置值bn一起被存储。
再参照图2，监控块20比较在每个频率级上在每对接地检测线之间检测(测量)的一个噪声电压值和一个对应预置值，并确定一对接地检测线，在其之间一个噪声电压值(测量值)比对应预置值大，和确定与该噪声电压值有关的一个频率。然后，含有预定频率的例如七个预置频率范围被确定。在这个实施例中，所述的七个频率范围被设置为区间50至100Hz，100至500Hz，500至1000Hz，1至5kHz，5至10kHz，10至50kHz，及50至100kHz。在一个相关的频率范围被确定后，在所述的频率范围内一个用于减少噪声的滤波器被放在确定的那对接地检测线之间。例如，如果具有50Hz频率的并在GW电位检测线21e和MGB接地电位检测线21d之间产生的一个噪声电压的一个值(ai)超过对应预置值(bi)，则一个滤波器16被放入GW电位检测线21e和MGB接地电位检测线21d之间以减少在50-100Hz频率范围内的噪声。
因此，在接地检测线之间产生的噪声可以被消除。可以预料，将由监控块20检测的噪声包括一种具有工业用的电源频率的噪声，一种具有DC-DC交换器操作的交换频率的噪声，及一种具有辐射状风扇旋转的频率的噪声，等等。
当被检测到一个噪声电压值(测量值)比对应预置值大时，监控块20使显示器24显示检测的那对接地检测线和频率，并随后使遥控器25操作。这个遥控器25可以由一个LED发光单元所代替。
图3示出了一个装在数据处理块22里，用于把一48V DC电位差转换为一个数字值及进一步转换为RS232C信号的电路。在这个电路里，电阻61至63被用于模拟星-48V DC电位差的分压以获得具有按比例降低绝对值的一个电压，并随后输出同样的电压到运算放大器64，65。运算放大器64，65为电压跟随式，其中输入阻抗被升高，并且它们每个作为一个差动放大器工作。因此，同时进入运算放大器64，65的噪声成分被消除以把代表检测电位差的一个精确测量电压施加于A/D转换器66。
A/D转换器66将测量电压转换为一个数字值并随后将该数字值输出到转换块67。转换块67把数字值转换为适于远程传输的一个RS232C信号。该RS232C信号被发送到监控块20。应该注意到，监控块20具有把该RS232C信号转换为一个数字信号的功能，然而该功能在上面的叙述中被省略了。
本发明的电源系统可以用图5所示的结构代替图2所示的结构。
图5示出了根据本发明第二实施例的电源系统，它在改进的部分不同于第一实施例的电源系统。
更具体地说，第二实施例不同于在其中将监控块20装入电源控制块10的第一实施例，在第二实施例中没有监控块装入一个电源控制块10中，但一个警报监视单元70执行监控块20的功能作为它的一种功能。警报监视单元70对应于图7所示的常规警报收集单元119。警报监视单元70收集各种关于系统环境的警报并把每个警报传送到相关的单元。转换控制块30被连接到警报监视单元70，且一个存储设备40被连接到转换控制块30。一个被连接到警报监视单元70的警报显示器71与第一实施中的遥控器25的显示器用于相同的目的。
第二实施例的系统在操作上和第一实施例的系统是相同的。
下面将叙述本发明的第三实施例。
图6示出了根据第三实施例的电源系统的结构，它和根据第一实施例所述的电源系统的结构基本是相同的。因此，与第一实施例相同的部件和元件由同样的参考数字标记，且详细的叙述由此省略。在图6中，不需要进一步解释的某些部件和元件未示出。
在第三实施例中，除装在电源控制块10内的接地窗(GW)12外，一个由金属件构成的外部接地窗(GW)81被装在电源控制块10的外面。一根电池地线CG，一根交换机地线SG，一根壳体地线FG被连接到外部接地窗(GW)81。
开关块80具有和第一实施例的开关块21相同的连接。而且，连接到开关块80的是从外部接地窗(GW)81引出的一根GW电位检测线82，以及一根MGB接地电位检测线83，一根SG接地电位检测线85，及由连接到外部接地窗(GW)81的各个地线引出的一根FG接地电位检测线84。
通常，开关块80完成由第一实施例的开关块21完成的同样的操作。
一个监控块90也完成与第一实施例的监控块20相同的操作。此外，监控块90检测连接到外部地窗的各个接地部分上每对电位之间的电位差，即，在MGB接地电位检测线21d上的电位和在GW电位检测线21e，SG接地电位检测线21f，及FG接地电位检测线21g上的每个电位之间的电位差。然后，监控块90确定是否存在一个比在检测的(测量的)电位差中预定的参考值大的电位差。如果有一个比预定参考值大的电位差，则可以判定在接地上存在异常情况，且接地窗(GW)12被换接到外部接地窗(GW)81。更具体地说，开关块80顺序地选择在各自的电位检测线82，83，85及84上的电位之一，并让所选择的电位施加于数据处理块22。另一方面在连接到接地窗(GW)12的GW电位检测线21e，MGB接地电位检测线21d，SG接地电位检测线21f，及FG接地电位检测线21g上的电位的选择换接被停止。
应该注意到，当监控块90检测到一个噪声电压值比对应的预置值大时，接地窗(GW)12可以被换接到外部接地窗(GW)81。
因此，连接到外部GW81的MGB接地线能用作通往连接到接地窗(GW)12的MGB接地线的另一可靠接地路线，从而确保系统稳定的接地电位。
可以把上述的换接通知一个外部设备(未示出)。
如上所述，根据本发明，监控装置监视由DC电源提供的电源电压，并当电源电压的绝对值变得等于或小于预定电压值时，转换装置使包含于供电设备中的存储设备的操作状态转换到一个终止操作状态。
那就是，当存储设备是一个硬盘驱动器且硬盘驱动器正执行写入操作时，硬盘驱动器要经受操作的状态被转换到其中写入操作已被终止的稳定状态。此外，当存储设备装有一个工作存储单元和一个备用存储单元时，操作状态的转换被这样进行，以致于两个存储单元存有相同的数据，随后禁止存储设备的操作。
这个措施防止损坏硬盘驱动器及记录数据的删除，二者在万一电源断电时通常都可能发生在存储设备40上。
此外，噪声电压值检测装置根据各自的接地部分上的接地电位，检测在每个频率级上在接地部分上每对电位之间产生的噪声电压。然后，检测装置根据通过噪声电压值检测装置检测的噪声电压值确定一个比对应预置值要大的噪声电压值，并检测相关的那对接地部分和与确定的噪声电压值相关的一个频率。此后，滤波器插入装置插入一个阻塞噪声的滤波器，所述的噪声具有在检测的那对接地部分之间检测的频率。
这样使它可能防止由于不正确的接地产生的噪声进入供电设备。
上述内容被认为只是本发明的原理的说明。此外，由于很多改型和变化对于那些本专业的技术人员将很容易得出，因此不希望把本发明局限在所示出的和所叙述的确定的结构和应用上，并相应地，可以使用落入本发明附加的权利要求书和它们的等效物的范围之内的所有适当的变型和等效物。
权利要求
1.一种用于向具有多个接地部分的供电设备提供DC电能的电源系统，包括噪声电压值检测装置，用于根据在所述接地部分上的接地电位，检测在每个频率级在每对所述的接地部分之间产生的噪声电压值；检测装置，用于根据所述的噪声电压值检测装置检测的噪声电压值确定一个比对应预置值大的噪声电压值，并随后检测在其间检测确定的噪声电压值的一对接地部分和与确定的噪声电压值相关的一个频率；滤波器插入装置，用于在所述的检测装置检测的所述那对接地部分之间，插入一个阻断噪声的滤波器，所述的噪声具有由所述的检测装置检测的所述的频率。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中所述的多个接地部分包括所述的供电设备的一个壳体的至少两个部分，在所述的供电设备中包含的一个电路的一个接地部分，所述供电设备的一个外部接地部分，及一个电池的接地部分。
3.一种用于向具有多个接地部分以及一个工作外部接地部分和一个备用外部接地部分的供电设备提供DC电能的电源系统，包括电位差检测装置，用于在所述的接地部分和所述的工作外部接地部分上的接地电位的基础上，检测在所述的工作外部接地部分和所述的多个接地部分的每一个之间的电位差；以及外部接地部分开关装置，用于确定在由所述的电位差检测装置检测的所述的电位差中间是否存在比预定的参考值大的一个电位差，并且如果存在大于所述预定参考值的电位差，就停止所述的工作外部接地部分的使用并同时开始所述的备用外部接地部分的使用。
全文摘要
提供一个万一电源断电能够消除影响存储设备的不利因素的电源系统。监控装置监视由连接到一个供电设备的DC电源提供的电源电压并且当该电源电压的绝对值变得等于或小于预定电压值时输出一个报警信号给转换装置。转换装置使包含于供电设备中的存储设备的操作状态转换到终止操作状态。此外，如果存储设备包括一个工作存储单元和一个备用存储单元，那么存储设备操作状态的转换这样被进行，以致于在这两个存储单元中存有相同的数据，接着禁止存储设备的操作。
文档编号G06F1/30GK1555186SQ200410049559
公开日2004年12月15日 申请日期1999年1月8日 优先权日1998年7月3日
发明者小南满 申请人:富士通株式会社