功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法，该双电源冗余供电系统包括负载、主供电模块以及从供电模块、功率切换控制信号产生电路以及负载功率控制模块，该功率切换控制信号产生电路包括冗余电源模块、第一电压放大模块、第二电压放大模块、除法模块以及比较模块。通过上述公开内容，本发明所揭示的技术方案可能根据主供电模块和从供电模块的供电电流的比例来产生精确的功率切换控制信号，从而基于电流分担负载的比例进行系统功耗控制，可最大化的利用系统供电能力，减少错误判决带来的功能能力浪费，切换过程同步于电源电压的变化，可以准确控制切换时间点，做到无缝控制，避免中间过程的负载过载。
【专利说明】功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源【技术领域】，特别是涉及一种功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，多电源冗余技术得到广泛应用，举例而言，多数桌面电子办公的设备同时支持POE (Power over Ethernet,以太网供电模块)和适配器供电,可提高办公桌面简洁度。如果办公设备支持POE供电，客户仅需要一根网线即可实现上网和供电两个功能；如果办公设备不支持POE供电，客户也可以使用适配器来供电。对于两种电源的供电方式，都要求可以实现无缝切换，以便客户能够自由切换供电的方式，以便保证负载工作的连续性而不会出现中断现象。
[0003]但不能忽略的是，由于以太网供电模块最大能提供13W，而适配器能提供20W以上，因此，如果设备支持POE和适配器供电，为充分利用两种电源的效率，大多会设计成:适配器供电时，使能系统全部功能，保证最大效率工作；而POE供电时，需要限制某些功能，使设备功耗小于POE的最大功耗，以免出现过载掉电保护。如果电源是从大功率适配器向小功率POE切换时，POE会瞬间承载适配器供电时的全部负载，此时，系统功耗远大于POE的能提供的最大功率，会出现过载掉电的风险，需要等到设备将某些功能模块关闭或降低模块自身功耗后，系统功耗才会低于POE能提供的最大功率，防止过载掉电保护。
[0004]因此，现有技术提供了如下技术方案，请参见图1，图1是现有技术的一种功率切换控制信号产生电路的电路结构示意图。
[0005]如图1所示，这是一个适配器和Ρ0Ε(即以太网供电模块)的传统冗余供电设计，适配器(未绘示)输入的电流从二极管D22的阳极输入，POE (未绘示)输入的电流从二极管Dll的阳极输入，其中系统供电电压要求为12V，按照双二极管的冗余供电原理，哪一路电源电压高，哪一路就会提供相对较大的负载电流，此处假设适配器B’点电压为12V，POEA’点电压为11.5V，配置为适配器优先供电)，通过电阻Rl和R2的分压，得到E点电压为12V*R2/(R1+R2)=3.3V(R1和R2的值，根据控制信号的电压要求来设定，假设系统要求高电平为3.3V，低电平为0V)，系统功耗控制信号为高电平，表示系统正在使用适配器供电。
[0006]当适配器关闭时，B点电压会降低，E点电压随着降低，当E点降到OV时，适配器完全停止供电，此时，POE单独供电，系统功耗控制信号为低电平，表示系统正在使用POE供电，设备将功耗切换到POE供电模式，同时保证设备功耗低于POE提供最大功率，防止过载掉电保护。
[0007]以上电路存在以下问题:只有在适配器输出电压降低到OV时，才能检测到适配器掉电，调整系统功耗，但是，在冗余供电设计中，通常不是简单的一个供电，另一个不供电的情况，而是当一个电源供电电流降低时，另外一个电源能够补上其余电流，来保证系统能持续供电。
[0008]在这种设计中，会出现一个中间状态，即两个电源按照一定比例分担系统的负载电流，此情况下，如果按照上述传统设计，则无法对中间状态进行功耗控制。此时，按照电流分担比例来计算，即使系统达到最大功耗，如果POE所承担的功耗小于13W，就不必对系统功耗做出限制。而在传统设计中，却只能判断出电源供电和不供电两个状态。如果只检测适配器的供电状态，在中间状态时，系统会判断适配器仍然在供电，因为此时适配器电源并没降低到0V，然而在此时，POE也会承载一部分系统功耗，如果POE所承担的功耗超过13W，则系统在最大功耗进行切换时，会出现过载下电；反之，如果修改为检测POE的供电状态，则在中间状态时，系统会判断POE仍然在供电，系统会对系统功耗进行限制，然而在此时，如果POE所承担的功耗低于13W，则无需对系统进行功耗限制，这样就浪费了系统的供电能力。
[0009]通常来说，电源的输出电压并不是一个固定准确的值，而是一个范围，按照双二极管的冗余设计原理，两路电源的电压高低和其本身所分担负载电流的比例是成正比的，这就意味着中间状态不仅仅出现在电源切换过程中，在实际应用时也有可能经常出现。这就成为该系统的固有缺陷。
[0010]以下请参见图2，图2是现有技术的另外一种功率切换控制信号产生电路的电路结构不意图。如图2所不出为一个两路电源二选一的电源选择系统(某一时刻,只有一个电源在供电，不能两个电源同时供电)。假设系统默认设置为以太网供电模块103供电，此时供电控制器101输出开关控制信号为高电平，可控开关102断开，使得适配器104与负载105处于断开状态，以太网供电模块103单独给负载105供电。
[0011]当太网供电模块103的输入电压降低时，可控开关102会自动检测该电压，当检测到降低至正常范围以下时(此时太网供电模块103停止供电)，输出的开关控制信号变为低电平，打开可控开关102，适配器104和负载105相连，适配器104单独给负载105供电。这就实现了两路电源的二选一切换，此时的功耗管理依赖于可控开关102的开关控制信号。
[0012]该设计的控制可控开关102开启或关闭的信号不是通用信号，受到可控开关102的限制。如果电路设计中没有该开关控制信号，则无法使用该设计。并且为了实现两路电源的无缝切换，保证系统的运作连续，对可控开关的开关速度要求极高，负载越大，开关速度要求越快，反之越小，目前业界通用的开关速度会限定此设计所能应用的负载情况，通用性差。
【发明内容】
[0013]本发明主要解决的技术问题是提供一种功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法实施例，能根据主供电模块和从供电模块的供电电流的比例来产生精确的功率切换控制信号。
[0014]本发明为解决技术问题而采用的一个技术方案是:提供一种双电源冗余供电系统，包括负载、主供电模块以及从供电模块，主供电模块提供第一供电电流至负载，从供电模块提供第二供电电流至负载，负载的最大功耗小于或等于主供电模块的最大输出功率，且大于从供电模块的最大输出功率，该系统进一步包括功率切换控制信号产生电路和负载功率控制模块，其中该功率切换控制信号产生电路包括:冗余电源模块，对第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号；第一电压放大模块，以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号；第二电压放大模块，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号；除法模块，将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压；比较模块，将比值电压与阈值电压进行比较，在比值电压大于阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在比值电压小于或等于阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值；而负载功率控制模块在获取到第一功率切换控制信号时将负载的功耗减小至从供电模块的最大输出功率，在获取到第二功率切换控制信号时保持负载的功耗不变。
[0015]本发明为解决技术问题而采用的另一个技术方案是:提供一种功率切换控制信号产生电路，该电路包括:冗余电源模块，对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供的第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号；第一电压放大模块，以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号；第二电压放大模块，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号；除法模±夹，将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压；比较模块，将比值电压与阈值电压进行比较，在比值电压大于阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在比值电压小于或等于阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值。
[0016]本发明为解决技术问题而采用的另一个技术方案是:提供一种双电源冗余供电方法，包括以下步骤:对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供至负载的第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号；以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号；将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压；将比值电压与阈值电压进行比较，在比值电压大于阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在比值电压小于或等于阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值；根据第一功率切换控制信号将负载的功耗减小至从供电模块的最大输出功率，或根据第二功率切换控制信号保持负载的功耗不变。
[0017]区别于现有技术的情况，本发明实施例的功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法能根据主供电模块和从供电模块的供电电流的比例来产生精确的功率切换控制信号，从而基于电流分担负载的比例进行系统功耗控制，可最大化的利用系统供电能力，减少错误判决带来的功能能力浪费，切换过程同步于电源电压的变化，可以准确控制切换时间点，做到无缝控制，避免中间过程的负载过载。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是现有技术的一种功率切换控制信号产生电路的电路结构示意图；
[0019]图2是现有技术的另外一种功率切换控制/[目号广生电路的电路结构不意图；[0020]图3是根据本发明第一实施例的双电源冗余供电系统的电路结构示意图；
[0021]图4是根据本发明第一实施例的双电源冗余供电系统的具体电路图；
[0022]图5是双极管的输入电压和输出电压位置关系图；
[0023]图6是双极管的输入电压和输出电压的差值与通过的电流值的关系曲线图；
[0024]图7是PNP三极管放大电路的电路结构图；
[0025]图8是除法器的电路结构图；
[0026]图9是根据本发明第一实施例的功率切换控制信号产生电路中各点的信号时序图；以及
[0027]图10是根据本发明第二实施例的双电源冗余供电方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]本发明实施例提供了一种双电源冗余供电系统，包括负载、主供电模块以及从供电模块，主供电模块提供第一供电电流至负载，从供电模块提供第二供电电流至负载，负载的最大功耗小于或等于主供电模块的最大输出功率，且大于从供电模块的最大输出功率，该系统进一步包括功率切换控制信号产生电路和负载功率控制模块，其中该功率切换控制信号产生电路包括:冗余电源模块，对第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号；第一电压放大模块，以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号；第二电压放大模块，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号；除法模块，将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压；比较模块，将比值电压与阈值电压进行比较，在比值电压大于阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在比值电压小于或等于阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值；而负载功率控制模块在获取到第一功率切换控制信号时将负载的功耗减小至从供电模块的最大输出功率，在获取到第二功率切换控制信号时保持负载的功耗不变。
[0029]本发明实施例进一步提供了一种功率切换控制信号产生电路，该电路包括:冗余电源模块，对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供的第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号；第一电压放大模块，以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号；第二电压放大模块，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号；除法模块，将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压；比较模块，将比值电压与阈值电压进行比较，在比值电压大于阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在比值电压小于或等于阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值。
[0030]本发明实施例进一步提供了一种双电源冗余供电方法，包括以下步骤:对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供至负载的第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号；以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号；将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压；将比值电压与阈值电压进行比较，在比值电压大于阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在比值电压小于或等于阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值；根据第一功率切换控制信号将负载的功耗减小至从供电模块的最大输出功率，或根据第二功率切换控制信号保持负载的功耗不变。
[0031]通过上述技术方案，本发明实施例的功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法能根据主供电模块和从供电模块的供电电流的比例来产生精确的功率切换控制信号，从而基于电流分担负载的比例进行系统功耗控制，可最大化的利用系统供电能力，减少错误判决带来的功能能力浪费，切换过程同步于电源电压的变化，可以准确控制切换时间点，做到无缝控制，避免中间过程的负载过载。
[0032]下面将结合具体实施例对本发明实施例的功率切换控制信号产生电路、双电源冗余供电系统及方法进行描述。
[0033]请参见图3，图3是本发明实施例的双电源冗余供电系统的电路结构示意图。如图3所示，本发明的双电源冗余供电系统包括负载203、主供电模块201、从供电模块202、功率切换控制信号产生电路20以及负载功率控制模块209，主供电模块201提供第一供电电流至负载203，从供电模块202提供第二供电电流至负载203。
[0034]其中，负载203的最大功耗小于或等于主供电模块201的最大输出功率,且大于从供电模块202的最大输出功率，由于主供电模块201和从供电模块202的最大输出功率不相同，因此，本发明的双电源冗余供电系统是一种非对称的电源供电系统。
[0035]请继续参见图3，如图3所示，本发明的功率切换控制信号产生电路20包括冗余电源模块204、第一电压放大模块205、第二电压放大模块206、除法模块207以及比较模块208。
[0036]其中，冗余电源模块204对第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号。第一电压放大模块205以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号，第二电压放大模块206以相同的预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号。除法模块207将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压。比较模块208将比值电压与阈值电压Vret进行比较，在比值电压大于阈值电压Vret时输出第一功率切换控制信号,在比值电压小于或等于阈值电压Vret时输出第二功率切换控制信号。
[0037]上述的阈值电压Vret的电压值等于从供电模块202的最大输出功率与将负载203的最大功耗减去从供电模块202的最大输出功率所得差值之比值。举例而言，若主供电模块201的最大输出功率为20w，负载203的最大功耗为20w，从供电模块202的最大输出功率为13w，则可设定阈值电压Vret为13/ (20-13) =13/7。
[0038]本发明的双电源冗余供电系统进一步包括负载功率控制模块209，在获取到第一功率切换控制信号时将负载203的功耗减小至从供电模块202的最大输出功率，在获取到第二功率切换控制信号时保持负载203的功耗不变。从而确保从供电模块202不会超载工作。
[0039]由于非对称的从供电模块202和主供电模块201通过冗余电源模块204向负载203供电，冗余电源模块204不仅实现了两路电源的冗余供电设计，还能将两路电源的电流信号转换为第一电压信号和第二电压信号(均为一个小幅值的电压信号)，而第一电压放大模块205和第二电压放大模块206会将此第一电压信号和第二电压信号分别放大至合适范围，除法模块207将计算来自从供电模块202和主供电模块201的第一电压放大信号和第一电压放大信号的比例，与阈值电压Vret作比较，以产生第一功率切换控制信号或第二功率切换控制信号，双电源冗余供电系统利用该第一功率切换控制信号或第二功率切换控制信号快速判断负载203的当前供电状态和功耗分配情况，同步调整负载203的功耗，达到同步切换负载203功耗的目的。
[0040]以下请参见图4以对上述的双电源冗余供电系统的具体电路结构作出详细说明。
[0041]图4是本发明第一实施例的双电源冗余供电系统的具体电路结构图，其中图4在图3的基础上进一步绘示出本发明的功率切换控制信号产生电路20的具体电路结构。
[0042]如图4所示，冗余电源模块204包括第一双极管Dl和第二双极管D2，第一双极管Dl的阳极与主供电模块201连接，第一双极管Dl的阴极与负载203连接，第二双极管D2的阳极与从供电模块202连接，第二双极管D2的阴极与第一双极管Dl的阴极连接。
[0043]并请参见图5和图6,图5是双极管的输入电压和输出电压位置关系图，图6是双极管的输入电压Vl和输出电压V2的差值与通过的电流值的关系曲线图。
[0044]由图6可知，一般的双极管具有以下传输特性:阳极和阴极之间的电压差V2-V1与通过的电流具有一定的对应关系，具体表现为，通过的电流值越大，阳极和阴极之间的电压差V2-V1越大(二者为非线性关系)。由于以上特性为普通双极管所共有的特点，因此本发明中所采用的第一双极管Dl以及第二双极管D2也具有相同的传输特性，本发明利用双极管的该传输特性对主供电模块201和从供电模块202输出的电流进行采样，以生成对应电压信号。
[0045]对于冗余电源模块204而言，由二极管的传输特性可知，通过二极管的电流和其两端的电压成一定比例关系，双二极管冗余设计，正是利用了二极管的这一特性，两路二极管所通过的电流大小取决于其输入的电压大小(因为两个二极管有一个脚是连接在一起的，所以两个二极管两端的电压差值的大小，只取决于另一个脚的输入电压)。
[0046]如果知道主供电模块201和从供电模块202的输入电压值，以及双电源冗余供电系统的负载203电流，就可以根据二极管的传输特性曲线分别计算出流过两个二极管的电流。其最终实现的效果就是:哪个二极管输入电压高，其分担的电流占总电流的比例就越大。
[0047]此设计的主要作用有两个:
[0048](a)实现电源(即主供电模块201和从供电模块202)的无缝切换。
[0049](b)电流取样(根据二极管的导通特性图可知，在其流过的电流为一定值时，其两端的电压差也是一个对应的值)。
[0050]请再次参见图4，主供电模块201输出的第一供电电流Ia在流经第一双极管Dl时会在第一双极管Dl的阳极和阴极之间产生与其电流值对应的电压差信号,该电压差信号即上述的第一电压信号。同理，从供电模块202输出的第二供电电流Ip在流经第二双极管D2时会在第二双极管D2的阳极和阴极之间产生与其电流值对应的电压差信号，该电压差信号即上述的第二电压信号。因此，第一双极管Dl可对第一供电电流进行米样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，第二双极管D2可对第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号。
[0051]请继续参见图4，第一电压放大模块205包括第一 PNP三极管Q1、第一电阻Rl以及第二电阻R2，第一 PNP三极管Ql的基极与第一双极管Dl的阴极连接，所述第一 PNP三极管Ql的发射极与第一双极管Dl的阳极连接，第一 PNP三极管Ql的集电极与所述第一电阻Rl的一端连接，第一电阻Rl的另一端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地，第一电阻Rl的另一端输出上述的第一电压放大信号。
[0052]第二电压放大模块206包括第二 PNP三极管Q2、第三电阻R3以及第四电阻R4，第二 PNP三极管Q2的基极与第二双极管D2的阴极连接，第二 PNP三极管Q2的发射极与第二双极管D2的阳极连接，第二 PNP三极管Q2的集电极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地，其中，第一电阻与第三电阻R3的电阻值相同，第二电阻与所述第四电阻R4的电阻值相同，第三电阻R3的另一端输出第二电压放大信号。
[0053]上述设置方式利用了 PNP三极管的同步放大特性对点I和2之间的第一电压信号以及对点5和6之间的第二电压信号进行放大，以下将参见图7简述PNP三极管的同步放大特性。
[0054]并请参见图7，其中图7是PNP三极管的同步放大特性示意图。如图5所示，如果在PNP三极管的基极输入直流偏置为VDD，幅度为Vc的输入信号(假设VDD等于本发明中的主供电模块201或从供电模块202所提供的供电电压，Vc等于二极管在最大系统负载203下的导通电压)，在发射极输入VDD，则将在集电极得到跟随变化并被放大至直流偏置为VDD/2，幅度为VDD/2的输出信号。
[0055]因此，图4中所述的第一电压放大模块205正是利用第一 PNP三极管Ql的同步放大特性，以预定放大倍数对所述第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号，其中，预定放大倍数取决于第一电阻Rl以及第二电阻R2，如图3所示，第一电阻Rl和第二电阻R2串联以对放大所得的电压进行分压，保证可输出精确的第一电压放大信号。同理，第二电压放大模块206的设置方式与第一电压放大模块205的设置方式完全一致，并且第一电阻Rl与第三电阻R3的电阻值相同，第二电阻R2与第四电阻R4的电阻值相同，以保证二者的电压放大倍数一致，其中，第三电阻R3的另一端输出上述的第二电压放大信号。
[0056]由于第一电压放大模块205和第二电压放大模块206实质上就是一个放大器,而本发明利用的是最简单的三极管放大电路，按照三极管传输特性，将第一三极管的2脚和I脚差值电压，进行放大，并传输给第一电阻Rl和第二电阻R2进行分压，将第二三极管的4脚和5脚差值电压，进行放大，并传输给第三电阻R3和第四电阻R4进行分压。实质就是将通过二极管的电流同步转换为满足系统要求的电压信号。其具体实现方式并不局限于三极管，也可以采用运放等其他标准放大器电路来实现。
[0057]请参见图4，除法模块207将两路电源供电电流的等效电压进行除法运算，将其比值转换为一个电压值，即比值电压，即将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压。
[0058]并请参见图8，图8为除法模块207的电路结构示意图。除法模块207的等效效果为:out3输出的比值电压=0utl/0ut2*k (k为除法器本身所决定的固定系数，一般设置为I)。
[0059]由于该除法模块207是一个基本通用除法电路，其设计本身并非本发明的核心，于此不作赘述，也可以替换为其他类型的除法电路或除法器，只要其功能等效于将输入电压的比值转化为一个唯一对应的输出电压。
[0060]请继续参见图4，比较模块208将此比值等效电压和系统设定的阈值电压Vret作比较，以产生功率切换控制信号对负载203进行功耗控制。其中，该阈值电压Vret为在最大负载203下的从供电模块202和主供电模块201分担比值所对应的电压值，即，从供电模块202的最大输出功率与将负载203的最大功耗减去从供电模块202的最大输出功率所得差值之比值。
[0061]阈值电压Vret代表了负载203处于最大功耗时,从供电模块202分担其最大供电能力的比例对应的电压。比如:假设负载203的最大功耗为20w，从供电模块202的最大输出功率为13w，为了保证在最大功耗下，从供电模块202不出现过载，只需保证从供电模块202分担的负载203不超过13w，主供电模块201分担剩余的7w，所以只要满足:从供电模块202输出功率/主供电模块201输出功率〈13/7，则即使负载203处于最大功耗，从供电模块202也不会出现过载。这里的阈值电压Vret即等效于从供电模块202和主供电模块201按照13/7的功率比例进行供电时，除法模块207输出的比值电压。
[0062]综上，便实现了:当从供电模块202和主供电模块201分担负载203比小于13/7时，功率切换控制信号输出第二功率切换控制信号(高电平信号1，对应的模拟电压为
3.3v)，此时无需限制负载203的功耗，反之，输出第一功率切换控制信号(低电平信号0，对应的模拟电压为0v)，则限定系统最大功耗为13w。
[0063]按照上述系统分析。假设负载203最大功耗为20W，负载203电压为12V，从供电模块202的最大输出功率为13w，主供电模块201的最大输出功率为20w，负载203的最大功耗为20w，则负载203电流=20w/12v=l.1 K,即:Ia+Ip=l.7A，从供电模块202最大可承载功耗为13W，则切换控制的比例点为13/7。在正常工作时，主供电模块201优先供电，A点电压为12V，从供电模块202为冗余备份，B点电压设定为11.5V，当适配器供电关闭或电压下降时，其各点效果实际波形如图9所示。
[0064]如图9所示，Vmax是除法器输出的最大比例电压，V (13/7)为输入电流比例为13/7时对应的二极管电压通过除法器转换后的输出电压，Vref = V (13/7)。而负载功率控制模块209在获取到所述第一功率切换控制信号OV时将负载203的功耗减小至从供电模块202的最大输出功率，在获取到第二功率切换控制信号3.3V时保持负载203的功耗不变。其中，负载功率控制模块209对负载203进行功耗控制的具体控制方式为现有技术，于此不作赘述。
[0065]值得注意的是，上述的主供电模块201优选为适配器，从供电模块202优选为以太网供电模块。
[0066]请进一步参见图10，图10是根据本发明第二实施例的双电源冗余供电方法的流程图。如图10所示，根据本发明第二实施例的双电源冗余供电方法包括如下步骤:[0067]步骤301:对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供至负载的第二供电电流进行采样以产生对应于第二供电电流的电流值的第二电压信号。
[0068]步骤302:以预定放大倍数对第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号，以预定放大倍数对第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号。
[0069]步骤303:将第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压。
[0070]步骤304:判断比值电压是否大于阈值电压，若是，执行步骤305，反之，执行步骤306。其中，阈值电压的电压值等于从供电模块的最大输出功率与将负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值。
[0071]步骤305:输出第一功率切换控制信号。
[0072]步骤306:输出第二功率切换控制信号。
[0073]步骤307:根据第一功率切换控制信号将负载的功耗减小至从供电模块的最大输出功率。
[0074]步骤308:或根据第二功率切换控制信号保持负载的功耗不变。
[0075]综上，本发明实现了:在非对称功耗的多电源冗余供电系统中，基于负载电流分配比例进行系统功耗控制的设计，实现了最大效率的负载功耗控制。
[0076]而在供电能力不均衡的、多电源系统中，基于电流分担负载的比例进行系统功耗控制，可最大化的利用系统供电能力，减少错误判决带来的功能能力浪费。切换过程同步于电源电压的变化，可以准确控制切换时间点，做到无缝控制，避免中间过程的负载过载。
[0077]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种双电源冗余供电系统，其特征在于，包括负载、主供电模块以及从供电模块，所述主供电模块提供第一供电电流至所述负载，所述从供电模块提供第二供电电流至所述负载，所述负载的最大功耗小于或等于所述主供电模块的最大输出功率，且大于所述从供电模块的最大输出功率，所述系统进一步包括: 功率切换控制信号产生电路，包括: 冗余电源模块，对所述第一供电电流进行采样以产生对应于所述第一供电电流的电流值的第一电压信号，对所述第二供电电流进行采样以产生对应于所述第二供电电流的电流值的第二电压信号； 第一电压放大模块，以预定放大倍数对所述第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号； 第二电压放大模块，以所述预定放大倍数对所述第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号； 除法模块，将所述第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压； 比较模块，将所述比值电压与阈值电压进行比较，在所述比值电压大于所述阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在所述比值电压小于或等于所述阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，所述阈值电压的电压值等于所述从供电模块的最大输出功率与将所述负载的最大功耗减去从供电模块的最大输出功率所得差值之比值； 负载功率控制模块，在获取到所述第一功率切换控制信号时将所述负载的功耗减小至所述从供电模块的最大输出功率，在获取到所述第二功率切换控制信号时保持所述负载的功耗不变。
2.根据权利要求1所述的双电源冗余`供电系统，其特征在于，所述冗余电源模块包括第一双极管和第二双极管，所述第一双极管的阳极与所述主供电模块连接，所述第一双极管的阴极与所述负载连接，所述第二双极管的阳极与所述从供电模块连接，所述第二双极管的阴极与所述第一双极管的阴极连接。
3.根据权利要求2所述的双电源冗余供电系统，其特征在于，所述第一电压放大模块包括第一 PNP三极管、第一电阻以及第二电阻，所述第一 PNP三极管的基极与所述第一双极管的阴极连接，所述第一 PNP三极管的发射极与所述第一双极管的阳极连接，所述第一 PNP三极管的集电极与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，其中，所述第一电阻的另一端输出所述第一电压放大信号。
4.根据权利要求3所述的双电源冗余供电系统，其特征在于，所述第二电压放大模块包括第二 PNP三极管、第三电阻以及第四电阻，所述第二 PNP三极管的基极与所述第二双极管的阴极连接，所述第二 PNP三极管的发射极与所述第二双极管的阳极连接，所述第二 PNP三极管的集电极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地，其中，所述第一电阻与所述第三电阻的电阻值相同，所述第二电阻与所述第四电阻的电阻值相同，所述第三电阻的另一端输出所述第二电压放大信号。
5.—种功率切换控制信号产生电路，其特征在于，包括: 冗余电源模块，对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于所述第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供的第二供电电流进行采样以产生对应于所述第二供电电流的电流值的第二电压信号； 第一电压放大模块，以预定放大倍数对所述第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号； 第二电压放大模块，以所述预定放大倍数对所述第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号； 除法模块，将所述第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压； 比较模块，将所述比值电压与阈值电压进行比较，在所述比值电压大于所述阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在所述比值电压小于或等于所述阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，所述阈值电压的电压值等于所述从供电模块的最大输出功率与将所述负载的最大功耗减去所述从供电模块的最大输出功率所得差值之比值。
6.根据权利要求5所述的功率切换控制信号产生电路，其特征在于，所述冗余电源模块包括第一双极管和第二双极管，所述第一双极管的阳极与所述主供电模块连接，所述第一双极管的阴极与所述负载连接，所述第二双极管的阳极与所述从供电模块连接，所述第二双极管的阴极与所述第一双极管的阴极连接。
7.根据权利要求6所述的功率切换控制信号产生电路，其特征在于，所述第一电压放大模块包括第一 PNP三极管、第一电阻以及第二电阻，所述第一 PNP三极管的基极与所述第一双极管的阴极连接，所述第一 PNP三极管的发射极与所述第一双极管的阳极连接，所述第一 PNP三极管的集电极与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电阻的另一端输出所述第一电压放大信号。
8.根据权利要求7所述的功率切换控制信号产生电路，其特征在于，所述第二电压放大模块包括第二 PNP三极管、第三电阻以及第四电阻，所述第二 PNP三极管的基极与所述第二双极管的阴极连接，所述第二 PNP三极管的发射极与所述第二双极管的阳极连接，所述第二 PNP三极管的集电极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地，其中，所述第一电阻与所述第三电阻的电阻值相同，所述第二电阻与所述第四电阻的电阻值相同，所述第三电阻的另一端输出所述第二电压放大信号。
9.一种双电源冗余供电方法，其特征在于，包括以下步骤: 对主供电模块提供至负载的第一供电电流进行采样以产生对应于所述第一供电电流的电流值的第一电压信号，对从供电模块提供至所述负载的第二供电电流进行采样以产生对应于所述第二供电电流的电流值的第二电压信号； 以预定放大倍数对所述第一电压信号进行电压放大处理以产生第一电压放大信号，以所述预定放大倍数对所述第二电压信号进行电压放大处理以产生第二电压放大信号； 将所述第二电压放大信号除以第一电压放大信号以产生比值电压； 将所述比值电压与阈值电压进行比较，在所述比值电压大于所述阈值电压时输出第一功率切换控制信号，在所述比值电压小于或等于所述阈值电压时输出第二功率切换控制信号，其中，所述阈值电压的电压值等于所述从供电模块的最大输出功率与将所述负载的最大功耗减去所述从供电模块的最大输出功率所得差值之比值；根据所述第一功率切换控制信号将所述负载的功耗减小至所述从供电模块的最大输出功率，或根据所述第二功率`切换控制信号保持所述负载的功耗不变。
【文档编号】H02J9/06GK103516043SQ201210213258
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】张 浩 申请人:华为技术有限公司