一种冗余恒压电源的电路拓扑结构的制作方法
【专利摘要】一种冗余恒压电源的电路拓扑结构，包括负载RL，至少两路用于为负载RL供电的恒压电源V1与V2，所述恒压电源V1、V2的正电压端V1+、V2+与负载RL的一端VO+之间均串联连接有开关器件和继电器，所述的恒压电源V1与V2的负电压端V1-、V2-与负载RL的另一端VO-之间均串联连接有开关器件。本实用新型通过在恒压电源的负电压端与负载RL之间增加由二极管、三极管等开关器件组成的半桥臂单元电路，使得冗余恒压电源与负载RL的连接方式由单半桥臂的连接模式变为双半桥臂连接模式，可有效提高冗余恒压电源的工作可靠性。
【专利说明】一种冗余恒压电源的电路拓扑结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电路拓扑结构，特别涉及一种冗余恒压电源的电路拓扑结构。
【背景技术】
[0002]目前，为了提高电子系统的供电可靠性，避免由于供电电源故障而导致电子系统无法正常工作的问题，通常会并联一路或多路输出相同的电源来作为备份电源，即组成冗余电源，以保证电子系统工作的可靠性。
[0003]如附图1所示，为现有技术中具有两路供电恒压电源与负载的常用连接方式，其中Vl+和V2+分别代表输入恒压电源Vl和V2的正电压端，V-代表恒压电源共用的负电压端，RL代表负载。恒压电源Vl和V2的正电压端V1+、V2+分别通过串接二极管Dl与D2与负载RL的一端VO+连接，负载RL的另一端VO-则直接与恒压电源Vl与V2的负电压端直接连接。我们将上述恒压电源的正电压端通过二极管等开关器件与负载RL的连接方式称之为半桥臂连接模式，而将整个恒压电源与负载RL之间的连接方式称之为单半桥臂连接模式。其中，附图1中虚线部分内的电路结构我们称之为半桥臂单元电路。
[0004]这种单半桥臂连接模式主要建立在冗余器件(如二极管D1、D2)不发生故障的前提下，但任何电子器件，都有一定失效率，是不可避免的，这也正是采用冗余电源供电的理由。但这种单半桥臂连接模式却也存在着缺陷:当冗余器件内任一器件发生故障时(包括短路、性能下降、开路等)都会影响电路的正常工作，使冗余电源失效。
[0005]因此，有必要提供一种改进的冗余恒压电源的电路拓扑结构，以克服现有技术存在的不足。
实用新型内容
[0006]为克服现有技术的不足及存在的问题，本实用新型提供一种冗余恒压电源的电路拓扑结构，以提高冗余恒压电源的工作可靠性。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种冗余恒压电源的电路拓扑结构，包括负载RL，至少两路用于为负载RL供电的恒压电源Vl与V2，所述恒压电源V1、V2的正电压端V1+、V2+与负载RL的一端VO+之间均串联连接有开关器件，所述的恒压电源Vl与V2的负电压端V1-、V2-与负载RL的另一端VO-之间均串联连接有开关器件。
[0009]所述恒压电源的V1、V2的正电压端VI+、V2+与负载RL的一端VO+通过开关器件以半桥臂连接模式连接；同时，所述恒压电源的V1、V2的负电压端V1-、V2-与负载RL的另一端VO-也通过开关器件以半桥臂连接模式连接，即恒压电源Vl、V2与负载RL之间以双半桥臂连接模式连接。
[0010]优选地，所述的开关器件为二极管、三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管，所述的恒压电源为直流恒压电源，包括开关电源或电池等。[0011]进一步地，当所述的开关为三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管时，所述的电路拓扑结构还包括有至少两个继电器，其中，一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源Vl的正电压端Vl+与所述三极管Tr21的集电极、所述场效应管Tr31的漏极或述绝缘栅双极型晶体管Tr41的集电极之间，另一继电器的常闭触点也串联连接于所述恒压电源V2的正电压端V2+与所述三极管Tr22的集电极、所述场效应管Tr32的漏极或所述绝缘栅双极型晶体管Tr42的集电极之间。
[0012]当所述开关器件为三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管时，需要增加相应的控制电路连接于三极管的基极、场效应管、绝缘栅双极型晶体管的栅极或继电器的继电器线圈，以控制开关器件和继电器的通断；增加继电器的目的在于保护三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管等开关器件，并进一步扩大本实用新型的工作可靠性以及其应用范围，而当开关器件为二极管时则不需要增加相应的控制电路。
[0013]本实用新型通过在恒压电源的负电压端与负载RL之间增加由二极管、三极管等开关器件组成的半桥臂单元电路，使得冗余恒压电源与负载RL的连接方式由单半桥臂的连接模式变为双半桥臂连接模式，可有效提高冗余恒压电源的工作可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是现有技术中冗余恒压电源与负载RL之间的连接示意图，即冗余恒压电源的单半桥臂连接模式；
[0015]图2是本实用新型中实施例1的电路原理示意图；
[0016]图3是本实用新型中实施例2的电路原理示意图；
[0017]图4是本实用新型中实施例3的电路原理示意图；
[0018]图5是本实用新型中实施例4的电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了便于本领域技术人员的理解，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0020]如附图2-5所示，一种冗余恒压电源的电路拓扑结构，包括负载RL，至少两路用于为负载RL供电的恒压电源Vl与V2，所述恒压电源V1、V2的正电压端VI+、V2+与负载RL的一端VO+之间均串联连接有开关器件，所述的恒压电源Vl与V2的负电压端V1-、V2-与负载RL的另一端VO-之间均串联连接有开关器件。
[0021]优选地，所述的开关器件为二极管、三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管；当所述开关器件为三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管时，需要增加相应的控制电路连接于三极管的基极、场效应管、绝缘栅双极型晶体管的栅极或继电器的继电器线圈，以控制开关器件和继电器的通断；增加继电器的目的在于保护三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管等开关器件，并进一步扩大本实用新型的工作可靠性以及其应用范围，而当开关器件为二极管时则不需要增加相应的控制电路。
[0022]所述恒压电源的V1、V2的正电压端VI+、V2+与负载RL的一端VO+通过开关器件和继电器(由二极管组成的电路除外)以半桥臂连接模式连接；同时，所述恒压电源的V1、V2的负电压端V1-、V2-与负载RL的另一端VO-也通过开关器件以半桥臂连接模式连接，即恒压电源V1、V2与负载RL之间以双半桥臂连接模式连接。所述的恒压电源为直流恒压电源，包括开关电源或电池等。
[0023]实施例1
[0024]如附图2所示，所述的开关器件为二极管，所述二极管包括二极管Dll、D12、D13、D14;所述二极管Dll的正极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其负极与负载RL的一端VO+连接；所述二极管D12的正极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其负极与负载RL的一端VO+连接；所述二极管D13的负极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其负极与负载RL的另一端VO-连接；所述二极管D14的负极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其负极与负载RL的另一端VO-连接。
[0025]实施例2
[0026]如附图3所示，所述的开关器件为三极管和继电器，所述三极管包括三极管Tr21、Tr22、Tr23、Tr24 ;所述三极管Tr21的集电极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接；所述三极管Tr22的集电极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接；所述三极管Tr23的发射极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接；所述三极管Tr24的发射极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接。进一步地，在所述恒压电源的V1、V2的正电压端VI+、V2+与所述三极管Tr21、Tr22之间还串联连接有继电器KM21、KM22。其中，继电器KM21的常闭触点串联连接于恒压电源的Vl的正电压端Vl+与所述三极管Tr21的集电极之间；继电器KM22的常闭触点串联连接于恒压电源的V2的正电压端V2+与所述三极管Tr22的集电极之间。优选地，本实施例中，所述的三极管为NPN双极型三极管(BJT)。
[0027]实施例3
[0028]如附图4所示，所述的开关器件为场效应管，所述场效应管包括场效应管Tr31、Tr32、Tr33、Tr34 ;所述场效应管Tr31的漏极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其源极与负载RL的一端VO+连接；所述场效应管Tr32的漏极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其源极与负载RL的一端VO+连接；所述场效应管Tr33的源极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其漏极与负载RL的另一端VO-连接；所述场效应管Tr34的源极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其漏极与负载RL的另一端VO-连接。进一步地，在所述恒压电源的V1、V2的正电压端V1+、V2+与所述场效应管Tr31、Tr32之间还串联连接有继电器KM31、KM32。其中，继电器KM31的常闭触点串联连接于恒压电源的Vl的正电压端Vl+与所述场效应管Tr31的漏极之间；继电器KM32的常闭触点串联连接于恒压电源的V2的正电压端V2+与所述场效应管Tr32的漏极之间。优选地，本实施例中，所述场效应管为N沟道场效应管(MOSFET)。
[0029]实施例4
[0030]如附图5所示，所述的开关器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，所述绝缘栅双极型晶体管包括绝缘栅双极型晶体管Tr41、Tr42、Tr43、Tr44 ;所述绝缘栅双极型晶体管Tr41的集电极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接；所述绝缘栅双极型晶体管Tr42的集电极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接；所述绝缘栅双极型晶体管Tr43的发射极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接；所述绝缘栅双极型晶体管Tr44的发射极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接。进一步地，在所述恒压电源的V1、V2的正电压端VI+、V2+与所述绝缘栅双极型晶体管Tr41、Tr42之间还串联连接有继电器KM41、KM42。其中，继电器KM41的常闭触点串联连接于恒压电源的Vl的正电压端Vl+与所述绝缘栅双极型晶体管Tr41的集电极之间；继电器KM42的常闭触点串联连接于恒压电源的V2的正电压端V2+与绝缘栅双极型晶体管Tr42的集电极之间。
[0031]以下对本实用新型的各实施例的工作原理作进一步的描述:本实用新型的主要发明构思为用双半桥臂的连接模式替换当今冗余恒压电源中普遍应用的单半桥臂连接模式，以提高冗余恒压电源的工作可靠性，当冗余电路的某一器件发生故障时(包括短路、性能下降、开路等)，尽可能不影响到对后级负载RL的工作，从而提高冗余恒压电源的工作MBTF(平均无故障时间)，使之不违冗余初衷，最大化其可靠性、稳定性。为方便描述，本文将各附图中的负载RL (不含)以上部分的电路(如由开关器件、继电器组成的电路部分)称为上半桥臂单元电路，而负载RL (不含)以下部分的电路(由开关器件组成的电路部分)称为下半桥臂单元电路。另外，本文中的恒压电源主要指直流恒压电源。
[0032]以上各实施例中的由二极管、三极管、场效应管、绝缘栅双极型晶体管和继电器(由二极管组成的电路除外)组成的双半桥臂单元电路，是利用各二极管器件的反向耐压特性或继电器的触点作为供电部分和负载之间的隔离，和其导通后良好的低电阻抗(或低电压降)特性。当其中某一路供电内部输出存在短路故障时，在负载电压下降到设计值以下的瞬间，由于半导体开关器件的反向耐压特性(二极管电路)或继电器触点(另外三种开关器件组成的电路)的作用隔离，使电流不能通过短路故障电源的输出电路形成回路，防止了负载电压下降到危险的程度。
[0033]此时即使上(下)半桥臂内冗余开关器件短路，也会由于下(上)桥臂的冗余二极管器件反向耐压或继电器的触点的作用而得到隔离，使得故障供电电源自动被退出，保证了负载供电的正常稳定。
[0034]上述实施例2-4中，当所述开关器件为三极管、场效应管或绝缘栅双极型晶体管时，需要增加相应的控制电路连接于三极管的基极、场效应管绝缘栅双极型晶体管的栅极或继电器线圈，以控制开关器件和继电器触点的通断；可以利用内阻检测、电流检测、电压检测等方法来判断电压源是否有故障并据此来控制开关器件和继电器触点的通断，同时可选择性输出声光等报警信号。而当开关器件为二极管时(如实施例1所述)，则不需要增加相应的控制电路。
[0035]之所以选择三极管(BJT)、场效应管(MOSFET)、IGBT等作为开关器件的一种优选方案，是考虑到普通二极管和快恢复二极管的大电流导通正向压降大、发热大，对绿色环保不利，而肖特基二极管(SCHOTTKY BARRIER RECTIFIER)因耐压低在直流供电电压高的场合不适用。而利用三极管、场效应管、绝缘栅双极型晶体管的导通阻抗(或导通压降)小和继电器触点断开时阻抗无穷大的特性(且正常工作时不耗电)，可以充分发挥其各自优点。
[0036]现有技术中冗余恒压电源普遍应用的单半桥臂连接模式，其提高电源的工作的可靠性主要建立在冗余器件不发生故障的前提下，但人所共知的是，任何电子器件，都有一定失效率，是不可避免的，而这也正是冗余供电之所以存在的理由。在冗余电源供给负载供电的过程中，若因各种原因，当存在较大的脉动电流和浪涌电势、以及现场的各种电磁干扰时，会引起各开关器件一定的失效概率。在本实用新型中，用双半桥臂的连接模式替换单半桥臂连接模式，即不但恒压电源冗余，冗余电路本身也冗余，增加了整体工作可靠性，可大大提高恒压电源冗余供电的可靠性。
[0037]当然，本实用新型还可以根据需要选择其他类型的开关器件，或可在半桥臂单元电路内适当增加相应的电路，以上各实施例所列举的仅仅是本实用新型优选的实施例，也是为了更好地阐述本实用新型的电路拓扑结构，并非是对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种冗余恒压电源的电路拓扑结构，包括负载RL，至少两路用于为负载RL供电的恒压电源Vl与V2，其特征在于:所述恒压电源V1、V2的正电压端VI+、V2+与负载RL的一端VO+之间均串联连接有开关器件，所述的恒压电源Vl与V2的负电压端V1-、V2-与负载RL的另一端VO-之间均串联连接有开关器件。
2.根据权利要求1所述的电路拓扑结构，其特征在于:所述的开关器件为二极管，所述二极管包括二极管D11、D12、D13、D14 ； 所述二极管Dll的正极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其负极与负载RL的一端VO+连接； 所述二极管D12的正极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其负极与负载RL的一端VO+连接； 所述二极管D13的负极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其负极与负载RL的另一端VO-连接； 所述二极管D14的负极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其负极与负载RL的另一端VO-连接。
3.根据权利要求1所述的电路拓扑结构，其特征在于:所述的开关器件为三极管，所述三极管包括三极管Tr21、Tr22、Tr23、Tr24 ； 所述三极管Tr21的集电极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接； 所述三极管Tr22的集电极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接； 所述三极管Tr23的发射极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接； 所述三极管Tr24的发射极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接。
4.根据权利要求1所述的电路拓扑结构，其特征在于:所述的开关器件为场效应管，所述场效应管包括场效应管Tr31、Tr32、Tr33、Tr34 ； 所述场效应管Tr31的漏极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其源极与负载RL的一端VO+连接； 所述场效应管Tr32的漏极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其源极与负载RL的一端VO+连接； 所述场效应管Tr33的源极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其漏极与负载RL的另一端VO-连接； 所述场效应管Tr34的源极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其漏极与负载RL的另一端VO-连接。
5.根据权利要求1所述的电路拓扑结构，其特征在于:所述的开关器件为绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管包括绝缘栅双极型晶体管Tr41、Tr42、Tr43、Tr44 ； 所述绝缘栅双极型晶体管Tr41的集电极与恒压电源Vl的正电压端Vl+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接； 所述绝缘栅双极型晶体管Tr42的集电极与恒压电源V2的正电压端V2+连接，其发射极与负载RL的一端VO+连接； 所述绝缘栅双极型晶体管Tr43的发射极与恒压电源Vl的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接； 所述绝缘栅双极型晶体管Tr44的发射极与恒压电源V2的负电压端Vl-连接，其集电极与负载RL的另一端VO-连接。
6.根据权利要求3~5中任一项所述的电路拓扑结构，其特征在于:所述的电路拓扑结构还包括有至少两个继电器， 一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源Vl的正电压端Vl+与所述三极管Tr21的集电极之间，另一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源V2的正电压端V2+与所述三极管Tr22的集电极之间；或 一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源Vl的正电压端Vl+与所述场效应管Tr31的漏极之间，另一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源V2的正电压端V2+与所述场效应管Tr32的漏极之间；或 一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源Vl的正电压端Vl+与所述绝缘栅双极型晶体管Tr41的集电极之间，另一继电器的常闭触点串联连接于所述恒压电源V2的正电压端V2+与所述绝缘栅双极型晶体管Tr42的集电极之间。
7.根据权利要求1~5中任一项所述的电路拓扑结构，其特征在于:所述的恒压电源为直流恒压电源，包括开关电 源或电池。
【文档编号】H02M1/32GK203445783SQ201320598421
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】刘名中, 林新阳, 钟宏祥, 谈耀光, 刘灼星 申请人:东莞玖龙纸业有限公司