一种冗余电源的制作方法

一种冗余电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种冗余电源，包括输入部分，其包括交流电源和直流电源，交流电源提供初始交流电压输出，直流电源提供初始直流电压的输出；转换部分接收初始交流电压和初始直流电压，并将初始交流电压和初始直流电压分别转换为第一输出电压和第二输出电压；输出部分与用电设备相连并为用电设备提供额定输出电压；控制部分分别与转换部分及输出部分相连，控制部分检测所述第一输出电压和所述第二输出电压并将两者分别与额定输出电压相比较，所述控制部分基于比较结果对输入部分的交流电源和直流电源进行负载均衡、互为热备份或主从备份的配置。本实用新型能够适用不同大小的初始交流电压和初始直流电压的环境，达到满足输入电源多样化的目的。
【专利说明】一种冗余电源【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电源供应系统，特别是涉及一种冗余电源。
【背景技术】
[0002]对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、中心交换或路由设备、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源，采用冗余电源设计是实现这种高可靠性电源的一个有效方案，在高可用系统中起着重要作用。冗余电源一般配置2个或多个输入电源。当I个输入电源出现故障时，其他输入电源可以立刻投入使用，不中断设备的正常运行。这类似于UPS电源的工作原理:当市电断电时由电池顶替供电。冗余电源的区别主要是由不同的输入电源同时供电，而UPS则是一个输入电源供电其余输入电源随时备用，有需要时自动切换。 [0003]图1示出了一个现有技术方案。如图1所示，图1中示出了 η个(η > 2)输入电源，及与输入电源数量相配的η个二极管D1、D2……Dn。各输入电源分别连接一个二极管的阳极，且以或门的方式并联输出至电源输出总线上。在此方案中，“输入电源10广、“输入电源102”或“输入电源10n”同时对电源输出总线301供电，当其中的一路或多路输入电源出现故障停止工作时，剩余的输入电源将接替故障输入电源进行工作。由于二极管D1、D2……Dn本身的压降较大(通常硅二极管为0.6V~0.8V，锗二极管为0.2V~0.3V)会导致对电源输出总线输出的电压。在电流较大的条件下二极管Dl、D2……Dn的固有功耗会迅速增大，需增加散热装置来进行散热。因此该方案冗余电源的转换效率较低，增加的散热装置也不利于冗余电源轻量化和小型化的设计。
[0004]图2示出了另一个现有技术方案。其中，包括源极S、栅极G、漏极D。在正常工作时，控制器的栅极G驱动输出把场效应管导通，但在输入电源失效而致电流反向时，它可以快速的关断，同时其他输入电源接替故障输入电源继续工作。本方案采用了低阻值的MOSFET管(通常导通阻值在几πιΩ)，因此功耗很低，不需要增加散热装置，也提高了输入电源的转换效率。但该方案每一路输入电源均米用一个独立的控制器，即输入电源1(^与控制器40工、输入电源IO2与控制器402、输入电源IOn与控制器40?分别相配，这样的设计增加了冗余电源的设计成本。由于MOSFET管内部设计有续流二极管，因此当个别输入电源的电压较其他输入电源的电压高时，会存在倒灌现象，容易损坏输入电源。
[0005]并且，上述两种现有技术方案中的冗余电源通常采用完全相同的输入电源来实现冗余，而在如车载环境等特殊行业环境中，由于输入电源的多样化(通常有直流24V和交流市电220V)，此时现有技术的冗余电源就无法满足需要了。
实用新型内容
[0006]本实用新型的一个目的是要提供一种能满足输入电源多样化的冗余电源。
[0007]本实用新型一个进一步的目的是要提供一种能够有效防止因倒灌而致输入电源损坏的冗余电源。[0008]特别地，本实用新型提供了一种冗余电源，包括:
[0009]输入部分，包括交流电源和直流电源，所述交流电源提供初始交流电压输出，所述直流电源提供初始直流电压的输出；
[0010]转换部分，接收所述初始交流电压和所述初始直流电压，并将所述初始交流电压和所述初始直流电压分别转换为第一输出电压和第二输出电压；
[0011]输出部分，与用电设备相连并为所述用电设备提供额定输出电压；
[0012]控制部分，分别与所述转换部分及所述输出部分相连，所述控制部分检测所述第一输出电压和所述第二输出电压并将两者分别与额定输出电压相比较，所述控制部分基于比较结果对输入部分的交流电源和直流电源进行负载均衡、互为热备份或主从备份的配置。
[0013]进一步的，所述输入部分包括交流电源和直流电源。
[0014]进一步的，所述直流电源为DC24V，所述交流电源为AC220V。
[0015]进一步的，所述转换部分包括交流电源转换部分和直流电源转换部分；
[0016]所述交流电源转换部分将所述初始交流电压转换为第一输出电压，所述直流电源转换部分将所述初始交流电压转换为第二输出电压。
[0017]进一步的，所述交流电源转换部分包括:
[0018]第一滤波器，用于对初始交流电压进行滤波；
[0019]第一整流器，用于对初始交流电压进行整流；
[0020]第一电源模块，所述初始交流电压经过第一滤波器和第一整流器后变为一直流电压输入至所述第一电源模块，所述第一电源模块将所述直流电压转换为第一输出电压。
[0021]进一步的，所述交流电源转换部分与所述交流电源之间还设有:
[0022]第一防浪涌器，用于抑制用电设备启动时交流电源产生的浪涌电流从而保护用电设备免受破坏；
[0023]第一过压保护器，用于保护用电设备免受开关或雷击诱发所产生的突波。
[0024]进一步的，所述直流电源转换部分包括:
[0025]第二滤波器，用于对初始直流电压进行滤波；
[0026]第二电源模块，所述初始直流电压经过第二滤波器后输入至所述第二电源模块，所述第二电源模块将所述初始直流电压转换为第二输出电压。
[0027]进一步的，所述控制部分为数量为一个的电源智能控制芯片，所述电源智能控制芯片为背靠背连接的双MOSFET管。
[0028]本实用新型的冗余电源转换部分接收输入部分输出的初始直流电压或初始交流电压，并将所述初始直流电压或所述初始交流电压转换为第一输出电压或第二输出电压。这样本实用新型能够适用不同大小的初始交流电压或初始直流电压的环境，达到了满足输入电源多样化的目的。
[0029]进一步地，本实用新型的控制部分为数量为一个的电源智能控制芯片，该电源智能控制芯片同时控制各输入电源，这样的设计能有效减小冗余电源的设计成本。所述电源智能控制芯片为背靠背连接的双MOSFET管，背靠背连接的双MOSFET管能有效避免当一路输入电源故障或两路输入电源存在压差时形成的电流倒灌现象，从而有效提高冗余电源的
可靠性。[0030]根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】

【附图说明】
[0031]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0032]图1是冗余电源的一个现有技术方案的示意图；
[0033]图2是冗余电源的另一个现有技术方案的示意图；
[0034]图3是本实用新型冗余电源的系统框图；
[0035]图4是本实用新型一个实施例的冗余电源的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]图3是本实用新型冗余电源的系统框图。如图3所示，本实用新型的一种冗余电源包括输入部分10、转换部分20、输出部分30及控制部分40。
[0037]其中，输入部分10包括交流电源和直流电源，所述交流电源提供初始交流电压输出，所述直流电源提供初始直流电压的输出。
[0038]其中，转换部分20接收所述初始交流电压和所述初始直流电压，并将所述初始交流电压和所述初始直流电压转换为第一输出电压和第二输出电压。
[0039]其中，输出部分30与用电设备相连并为所述用电设备提供额定输出电压。
[0040]其中，控制部分40分别与所述转换部分20及所述输出部分30相连，所述控制部分40能够检测所述第一输出电压和所述第二输出电压并将两者分别与额定输出电压相比较，所述控制部分40基于比较结果对输入部分10的多个输入电源进行负载均衡、互为热备份或主从备份的配置。其中，负载均衡是指在控制部分40的控制下对交流电源和直流电源的负载情况进行动态调整，以尽量消除或减少交流电源和直流电源负载的差别。互为热备份是指在控制部分40的控制下平时对交流电源和直流电源的负载情况互相备份，交流电源和直流电源共同输出电压，当其中一个电源停止工作时，另一个电源自动将停止工作电源的输出电压的任务接管，从而保证冗余电源能持续提供电压的输出。主从备份是指在控制部分40的控制下，交流电源和直流电源一个处于工作状态而另一个处于监控准备状态，当处于工作状态的电源出现故障的时候，电源智能控制芯片自动将处于监控准备状态的电源激活，保证冗余电源的电压的输出在短时间内完全恢复正常。
[0041]本实用新型的冗余电源的转换部分20接收输入部分输出的初始直流电压或初始交流电压，并将所述初始直流电压或所述初始交流电压转换为第一输出电压或第二输出电压。这样本实用新型的能够适用于输入部分提供的不同大小的初始交流电压和初始直流电压的环境，达到了满足输入电源多样化的目的。
[0042]图4是本实用新型一个实施例的冗余电源的结构示意图。在图4中，所述输入部分10包括一个交流电源和一个直流电源。其中，所述直流电源为DC24V，初始直流电压为DC24V ;所述交流电源为AC220V，初始交流电压为AC220V。相应的，所述转换部分20包括交流电源转换部分和直流电源转换部分。[0043]在本实施例中，额定输出电压为DC5V。所述交流电源转换部分将所述初始交流电压AC220V转换为额定输出电压DC5V。所述直流电源转换部分将所述初始交流电压DC24V转换为额定输出电压DC5V。
[0044]在图4中，所述交流电源转换部分包括:
[0045]第一滤波器，用于对初始交流电压进行滤波；
[0046]第一整流器，所述第一整流器进行对初始交流电压整流，在本实施例中为全波整流；
[0047]第一电源模块，所述初始交流电压经过第一滤波器和第一整流器后变为一直流电压输入至所述第一电源模块，所述第一电源模块将所述直流电压转换为第一输出电压，并且该直流电压为DC300V。
[0048]所述交流电源转换部分与AC220V之间还设有:
[0049]第一防浪涌器，用于抑制用电设备启动时交流电源产生的浪涌电流从而保护用电设备免受破坏；
[0050]第一过压保护器，用于保护用电设备免受开关或雷击诱发所产生的突波。
[0051]在所述第一整流器与第一电源模块之间还设有第一直流滤波器。所述第一直流滤波器将初始交流电压经第一滤波器和第一整流器后形成的直流电压进行滤波。
[0052]在图4中，所述直流电源转换部分包括:
[0053]第二滤波器，由第二滤波器A和第二滤波器B组成，对初始直流电压DC24V分两次进行滤波。
[0054]第二电源模块，所述初始直流电压DC24V经过第二滤波器后输入至所述第二电源模块，所述第二电源模块将所述初始直流电压转换为第二输出电压。
[0055]所述直流电源转换部分与DC24V之间还设有:
[0056]第二防浪涌器，用于抑制用电设备启动时直流电源产生的浪涌电流从而保护用电设备免受破坏；
[0057]反接和过压保护器，用于保护用电设备免受直流电源反接或直流电源输出的电压过高而对用电设备产生损坏。
[0058]本实用新型的控制部分40为数量为一个的电源智能控制芯片，该电源智能控制芯片同时控制各输入电源，这样的设计能有效减小冗余电源的设计成本。所述电源智能控制芯片为背靠背连接的双MOSFET管，背靠背连接的双MOSFET管能有效避免当一路输入电源故障或两路输入电源存在压差时形成的电流倒灌现象，有效提高冗余电源的可靠性。
[0059]在图4中，所述第一电源模块与所述电源智能控制芯片之间还依次设有第一输出电压调节器和第一输出端滤波器，用于对经第一电源模块转换后的直流电压进行电压调节和滤波。所述第二电源模块与所述电源智能控制芯片之间还依次设有第一输出电压调节器和第一输出端滤波器，用于对经第二电源模块转换后的直流电压进行电压调节和滤波。
[0060]在图4中，用电设备(未示出)与所述电源智能控制芯片之间还设有输出端滤波器，经所述输出端滤波器进行滤波后，以额定输出电压输出给用电设备。
[0061]所述第一电源模块和所述第二电源模块采用怀格公司(Vicor)的电源模块，所述电源智能控制芯片采用凌力尔特(Linear)公司的电源智能控制芯片，所述MOSFET管为低内阻MOSFET管。具体地，本实用新型中所采用怀格公司(Vicor)的V24C5T100BL电源模块和V300C5T100BL电源模块、凌力尔特LTC4416电源智能控制芯片和威世(VISHAY)低阻值MOSFET SI4477DY管。当然，凌力尔特LTC4416电源智能控制芯片可配合其他MOSFET管实现对他输出电压值的冗余控制。上述配置使得本实用新型整体上不仅具有转换部分20的转换效率高，而且冗余电源本身可靠性高、能量密度高、灵活易用及性价比高。
[0062]具体地，本实用新型的第一电源模块有输入欠压保护、输出过压保护、过热保护等保护措施，同时第一电源模块的转换效率高达90%，尺寸为1/4砖(57.9mmx36.8x12.7)，其支持DC180?DC375V的输入，输出可调范围为DC0.5?DC5.5V，输出最大功率为100W。具体地，本实用新型的第二电源模块有输入欠压保护、输出过压保护、过热保护等保护措施，同时第二电源模块的转换效率高达90%，尺寸为1/4砖(57.9mmx36.8x12.7)，其支持DC18?DC36V的输入，输出可调范围为DC0.5?DC5.5V，输出最大功率为100W。
[0063]具体地，本实用新型的所选MOSFET管的导通电阻最大值为10.5πιΩ，正常值为
6.2ι?Ω，因此其耗的功率可忽略不计。
[0064]本实用新型采用模块化设计，并且所述第一电源模块、所述第二电源模块及所述电源智能控制芯片均采用容易采购到的业界知名厂家生产适用于商业、工业、军工和航天的产品，这样可以增加本实用新型冗余电源的通用性和维修的便利性。
[0065]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种冗余电源，其特征在于，该冗余电源包括:输入部分(10)，包括交流电源和直流电源，所述交流电源提供初始交流电压输出，所述直流电源提供初始直流电压的输出；转换部分(20)，接收所述初始交流电压和所述初始直流电压，并将所述初始交流电压和所述初始直流电压分别转换为第一输出电压和第二输出电压；输出部分(30)，与用电设备相连并为所述用电设备提供额定输出电压；控制部分(40)，分别与所述转换部分(20)及所述输出部分(30)相连，所述控制部分(40)检测所述第一输出电压和所述第二输出电压并将两者分别与额定输出电压相比较，所述控制部分(40)基于比较结果对输入部分(10)的交流电源和直流电源进行负载均衡、互为热备份或主从备份的配置。
2.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述直流电源为DC24V，所述交流电源为AC220V。
3.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述转换部分(20)包括交流电源转换部分和直流电源转换部分；所述交流电源转换部分将所述初始交流电压转换为第一输出电压，所述直流电源转换部分将所述初始交流电压转换为第二输出电压。
4.根据权利要求3所述的冗余电源，其特征在于，所述交流电源转换部分包括:第一滤波器，用于对初始交流电压进行滤波；第一整流器，用于对初始交流电压进行整流；第一电源模块，所述初始交流电压经过第一滤波器和第一整流器后变为一直流电压输入至所述第一电源模块，所述第一电源模块将所述直流电压转换为第一输出电压。
5.根据权利要求4所述的冗余电源，其特征在于，所述交流电源转换部分与所述交流电源之间还设有:第一防浪涌器，用于抑制用电设备启动时所述交流电源产生的浪涌电流从而保护用电设备免受破坏；第一过压保护器，用于保护用电设备免受开关或雷击诱发所产生的突波。
6.根据权利要求3所述的冗余电源，其特征在于，所述直流电源转换部分包括:第二滤波器，用于对所述初始直流电压进行滤波；第二电源模块，所述初始直流电压经过第二滤波器后输入至所述第二电源模块，所述第二电源模块将所述初始直流电压转换为第二输出电压。
7.根据权利要求1所述的冗余电源，其特征在于，所述控制部分(40)为数量为一个的电源智能控制芯片，所述电源智能控制芯片为背靠背连接的双MOSFET管。
【文档编号】H02J9/06GK203434730SQ201320550295
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】朱志军, 杨功立, 田玉军 申请人:北京慧博环宇科技有限公司