一种冗余电源供电系统的制作方法

本发明涉及信息通信设备的供电装置，尤其涉及一种冗余电源供电系统。

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背景技术：
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在移动互联网、物联网、云计算、大数据、互联网+等新兴产业快速发展推动下，数据中心idc(internetdatacenter)需求向多元化发展，业务需求激增，市场前景可观，不过也导致了it密度骤增与能源消耗大幅度增加，供电系统向着绿色低功耗、高效率、高可靠性的发展趋势日益明显。

数据中心的信息通信设备的供电装置采用的冗余电源供电系统的结构如图1所示，由pfc功率因数校正电路、bus电容、dc-dc隔离电路三大部分组成。应用在互联网及数据中心领域中的冗余电源系统已形成一定的产品规范，如intel推广的《commonredundantpowersupplydesignguideforservers》标准规范，它要求冗余电源系统支持模块并联、热插拔以及数据采集监控，所以它所用的模块电源比一般的模块电源增加了输出并联电路和控制电路，其中输出并联电路实现模块热插拔、并联联合供电功能，控制电路实现电源信息采集及指令控制。系统中也需控制电路实现与模块电源、用电设备的数据信息交互及指令传递等功能。冗余电源系统中包含两个模块电源，构成1+1备份，具有高供电可靠性的优势，但也存在因两个模块同时工作导致的轻载和空载功耗高的缺点。为了降低功耗，冗余电源系统引入模块电源轮休功能，即在轻载和空载时将一个模块进入休眠待机模式，只让一个模块电源进行工作。但这又引出另一个问题：当正在工作的模块电源出现故障或输入电压中断或dc输出突然有加载时，休眠待机模块电源无法被系统控制电路立即唤醒，产生dc输出中断，导致系统故障停机。为了避免故障停机，休眠待机模块电源只能部分电路休眠，例如只休眠dc-dc隔离电路或将dc-dc隔离电路的输出电压调低但仍然在输出正常范围内，对降低功耗改善不大。

为了做到对信息通信设备的不间断供电，不仅要求是1+1冗余电源供电，而且还会要求冗余电源供电系统增加保持时间(holduptime)功能，即在电网等供应能源中止后，供电设备有能力再维持对信息通信设备供电一段时间。通常的holduptime(保持时间)功能实现方案采用增加bus电容容量方案，不仅增加了系统体积，而且增加了投入成本。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种当供电故障出现时，保持时间长、功耗低，并且可以增加系统峰值功率供应能力的冗余电源供电系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种冗余电源供电系统，包括两个模块电源、储能电路和控制电路，两个模块电源并接。当负载比例过高时，两个模块电源一起工作，同时储能电路由控制电路控制在充电状态。当负载比例过低时，两个模块电源其中一个正常工作，另一个进入休眠停机模式，储能电路由控制电路控制在放电状态，但放电输出电压调低至输出正常范围下限，由正常工作模块电源维持输出电压；当正常工作的模块电源出现故障或输入电压中断或dc输出突然有加载时，模块电源因故障或过载无法输出正常电压，则由储能电路来维持输出电压。当负载长时间比例过低，储能电路出现储能不足时，则由控制电路控制启动两个模块电源一起工作，同时储能电路由控制电路控制在充电状态，直至储能能量充足为止，返回负载比例过低时的正常状态。

以上所述的冗余电源供电系统，储能电路包括储能模块和dc-dc双向电路。

以上所述的冗余电源供电系统，dc-dc双向电路的第二端接两个模块电源的输出端，第一端接储能模块。

以上所述的冗余电源供电系统，模块电源包括功率因数校正电路、bus电容、dc-dc隔离电路、输出并联电路和所述的储能电路，功率因数校正电路的输入端接输入电源，dc-dc隔离电路的输入端通过bus电容接功率因数校正电路的输出端；dc-dc隔离电路的输出端通过输出并联电路接系统的输出端和dc-dc双向电路的第二端，dc-dc双向电路的第一端接储能模块。

以上所述的冗余电源供电系统，dc-dc双向电路以采用buck-boost电路。

以上所述的冗余电源供电系统，buck-boost电路包括储能电感、第一开关管和第二开关管，储能电感的第一端接dc-dc双向电路的第一端的正极，第二端接第一开关管的第一端和第二开关管的第一端；第一开关管的第二端接地，第二开关管的第二端接dc-dc双向电路的第二端的正极。

本发明的冗余电源供电系统功耗低，当供电故障出现时，保持时间长、并且可以增加系统峰值功率供应能力。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术冗余电源供电系统的电路框图。

图2是本发明实施例1冗余电源供电系统的电路框图。

图3是本发明实施例铅酸电池三段式充电曲线图。

图4是本发明实施例buck-boost电路的原理图。

图5是本发明实施例2冗余电源供电系统的电路框图。

[具体实施方式]

本发明实施例1的构架如图2所示，在通用的模块电源基础上增加储能电路。

模块电源包括功率因数校正电路、bus电容、dc-dc隔离电路、输出并联电路和所述的储能电路，功率因数校正电路的输入端接输入电源，dc-dc隔离电路的输入端通过bus电容接功率因数校正电路的输出端；dc-dc隔离电路的输出端通过输出并联电路接系统的输出端。

储能电路包括储能装置和dc-dc双向电路，其中储能装置实现能量存储，dc-dc双向电路实现储能装置的充电和放电功能。当负载比例过低时，冗余电源供电系统需要启动模块电源轮休功能，由系统控制电路下发指令两个模块电源其中一个正常工作，另一个进入休眠停机模式，即将功能因数校正电路和dc-dc隔离电路均停止工作，dc-dc双向电路则控制在放电状态，但放电输出电压调低至输出正常范围下限，由正常工作模块电源维持输出电压，降低了功耗。当正常工作的模块电源出现异常或其输入出现异常或dc输出突然有加载时，则由储能电路来维持输出电压，避免dc输出中断，加强输出电压可靠性。因为储能装置如电池储能装置能量有限，另外它一般都有充放电次数寿命限制，当出现异常时，须同时进行唤醒休眠停机的模块电源进行工作，保障dc输出的持续供电。当负载比例过高时或负载长时间比例过低，储能电路出现储能不足时，由两个模块电源一起工作，同时储能电路由控制电路控制在充电状态，充放电管理策略则依据不同的储能装置而做不同调整，铅酸电池的充电过程则依据如图3所示三段式进行充电；在图3所示的充电过程中，a阶段为恒流充电，b阶段为恒压充电，c阶段为浮充电。

由于储能装置具有一定的能量存储功能，并且响应非常快，所以模块电源原有电路无需额外的holduptime功能。当输入出现异常时，由储能装置通过dc-dc双向电路输出能量，维持dc输出。

本发明选用的储能装置的储能密度远远大于bus电容，所以系统体积进一步缩小，降低了成本。

本发明的冗余电源供电系统可以应用在峰值功率双倍于额定功率的场合。当系统检测到存在过功率的情况时，则启动储能装置和模块电源原有装置一起工作，共同担负dc输出，避免装置因瞬间过载而停机。

本发明中的dc-dc双向电路将储能装置的充电电路、放电电路二合一，降低成本，减少体积。本发明的dc-dc双向电路可以采用如图4所示的buck-boost电路。

当能量需要由dc1传输到dc2时，该电路工作在boost状态，q1、q2互补导通。q1导通时，dc1、l、q1形成通路，dc1为电感l储能；当q2导通时，dc1、l、q2、dc2形成通路，dc1和电感l为dc2提供能量，实现dc1侧的能量向dc2侧传递。当能量需要由dc2传输到dc1时，该电路工作在buck状态，q1、q2互补导通。q2导通时，dc2、q2、dc1形成通路，dc2为dc1提供能量的同时为电感l储能；当q1导通时，l、dc1、q1形成通路，电感l为dc1继续提供能量，实现dc2侧的能量向dc2侧传递。

本发明除采用实施例1所示的系统架构外，也可以采用实施例2分散式储能的系统架构，如图5所示：

模块电源包括功率因数校正电路、bus电容、dc-dc隔离电路、输出并联电路和所述的储能电路，功率因数校正电路的输入端接输入电源，dc-dc隔离电路的输入端通过bus电容接功率因数校正电路的输出端；dc-dc隔离电路的输出端通过输出并联电路接系统的输出端。dc-dc隔离电路的输出端通过输出并联电路接系统的输出端和dc-dc双向电路的第二端，dc-dc双向电路的第一端接储能模块(输出并联电路为输出防倒灌电路,也称为oring电路)。

实施例2将储能装置及dc-dc双向电路分成2个独立个体，分布到每个模块电源内部，灵活性加强，但系统成本略有增加，但控制方式同实施例1。总结：

本发明通过在模块电源中增加储能装置、dc-dc双向转换装置及控制方案，真正实现模块电源的休眠停机，降低了功耗；在无须增加bus电容容量的情况下，不仅实现holduptime功能，而且还可以实现后备供电功能；通过储能装置和模块电源联合供电，还可以增加系统峰值功率供应能力；达到绿色节能、可靠供电的效果。