專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙模冗余供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
嵌入式高可信計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間的高可靠供電。高可靠供電的含義是即使電源設(shè)備出現(xiàn)故障，也不允許出現(xiàn)供電中斷。為此，要提高電源子系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，其中最合適的措施就是采用冗余電源的供電方式。但是現(xiàn)有的冗余電源的供電可靠性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有冗余電源的供電可靠性較差的問(wèn)題，從而提供一種雙模冗余供電系統(tǒng)。一種雙模冗余供電系統(tǒng)，它包括兩個(gè)完全相同的電源插卡，所述每個(gè)電源插卡均包括可充電電源、充電電路、待機(jī)供電電路、+5V供電電路、+3. 3V供電電路、+1.2V供電電路、+12V供電電路、電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路、供電電壓監(jiān)控電路和Compact PCI接口 ；可充電電源的電源信號(hào)輸入或輸出端與充電電路的電源信號(hào)輸出或輸入端連接；充電電路的+5V電源信號(hào)輸出端與+5V供電電路的電源信號(hào)輸入端連接；充電電路的待機(jī)電源信號(hào)輸出端與待機(jī)供電電路的待機(jī)電源信號(hào)輸入端連接；待機(jī)供電電路的待機(jī)電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路的待機(jī)供電信號(hào)輸入端連接；+5V供電電路的三個(gè)+5V電源信號(hào)輸出端分別與+3. 3V供電電路的電源信號(hào)輸入端、+1. 2V供電電路的電源信號(hào)輸入端和 +12V供電電路的電源信號(hào)輸入端連接，+3. 3V供電電路的+3. 3V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路的+3. 3V電源信號(hào)輸入端連接；+1. 2V供電電路的+1. 2V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路的+1. 2V電源信號(hào)輸入端連接；+12V供電電路的+12V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路的+12V電源信號(hào)輸入端連接；充電電路的電源監(jiān)控信號(hào)輸出端與電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路的電源監(jiān)控信號(hào)輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路的充電控制信號(hào)輸出端與充電電路的充電控制信號(hào)輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路的電源信號(hào)輸入端與Compact PCI接口的待供電系統(tǒng)的+20V充電電源輸出端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路通過(guò)IIC串行總線(xiàn)與Compact PCI接口連接，所述Compact PCI接口提供外部IIC串行總線(xiàn)接口 ；供電電壓監(jiān)控電路的供電電壓輸出端與Compact PCI接口的待供電系統(tǒng)的供電電壓輸入端連接；兩個(gè)電源插卡之間并聯(lián)連接。供電電壓監(jiān)控電路的供電電壓輸出端輸出的電壓電源包括用于待供電系統(tǒng)待機(jī)的兩路待機(jī)電壓電源和用于待供電系統(tǒng)的四路供電電壓電源，所述兩路待機(jī)電壓電源分別為+5V和+3. 3V ；四路供電電壓電源分別為+12V、+5V、+3. 3V和+1. 2V。供電電壓監(jiān)控電路采用型號(hào)為L(zhǎng)TM4600的芯片輸出+5V的供電電壓電源。供電電壓監(jiān)控電路采用型號(hào)為MAX771的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+12V 的供電電壓電源輸出；供電電壓監(jiān)控電路采用型號(hào)為L(zhǎng)T1085的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+3. 3V的供電電壓電源輸出；供電電壓監(jiān)控電路采用型號(hào)為L(zhǎng)M1117-ADJ的芯片將 +5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+1. 2V的供電電壓電源輸出?？沙潆婋娫礊?6. 8V/9600mAH的鋰電池組。充電電路采用型號(hào)為L(zhǎng)T1505的芯片實(shí)現(xiàn)。供電電壓監(jiān)控電路采用型號(hào)為C8051F041的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。有益效果本發(fā)明采用雙模冗余供電系統(tǒng)為待供電提供供電，當(dāng)其中一個(gè)電源插卡損壞后，另一個(gè)電源插卡仍然可以進(jìn)行不間斷的供電，系統(tǒng)供電可靠性是現(xiàn)有的供電系統(tǒng)的2倍。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
七的電路連接示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，一種雙模冗余供電系統(tǒng)，它包括兩個(gè)完全相同的電源插卡10，所述每個(gè)電源插卡10均包括可充電電源1、充電電路2、待機(jī)供電電路3、+5V供電電路4、+3. 3V供電電路9、+l. 2V供電電路11、+12V供電電路5、電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路6、供電電壓監(jiān)控電路7和Compact PCI接口 8 ；可充電電源1 的電源信號(hào)輸入或輸出端與充電電路2的電源信號(hào)輸出或輸入端連接；充電電路2的+5V 電源信號(hào)輸出端與+5V供電電路4的電源信號(hào)輸入端連接；充電電路2的待機(jī)電源信號(hào)輸出端與待機(jī)供電電路3的待機(jī)電源信號(hào)輸入端連接；待機(jī)供電電路3的待機(jī)電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路7的待機(jī)供電信號(hào)輸入端連接；+5V供電電路4的三個(gè)+5V電源信號(hào)輸出端分別與+3. 3V供電電路9的電源信號(hào)輸入端、+1. 2V供電電路11的電源信號(hào)輸入端和+12V供電電路5的電源信號(hào)輸入端連接，+3. 3V供電電路9的+3. 3V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路7的+3. 3V電源信號(hào)輸入端連接；+1. 2V供電電路11的+1. 2V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路7的+1. 2V電源信號(hào)輸入端連接；+12V供電電路5的+12V 電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路7的+12V電源信號(hào)輸入端連接；充電電路2的電源監(jiān)控信號(hào)輸出端與電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路6的電源監(jiān)控信號(hào)輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路6的充電控制信號(hào)輸出端與充電電路2的充電控制信號(hào)輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路6的電源信號(hào)輸入端與Compact PCI接口 8的待供電系統(tǒng)的+20V充電電源輸出端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路6通過(guò)IIC 串行總線(xiàn)與CompactPCI接口 8連接，所述CompactPCI接口 8提供外部IIC串行總線(xiàn)接口 ； 供電電壓監(jiān)控電路7的供電電壓輸出端與Compact PCI接口 8的待供電系統(tǒng)的供電電壓輸入端連接；兩個(gè)電源插卡10之間并聯(lián)連接。本發(fā)明的電源系統(tǒng)采用兩個(gè)模塊的冗余結(jié)構(gòu)。兩個(gè)電源插卡1用于提供系統(tǒng)所需要的所有電壓電源，插卡提供足夠的功率余量，即使在兩個(gè)插卡1中的一個(gè)插卡1故障無(wú)法正常供電的情況下，另外一個(gè)插卡1也可以負(fù)擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)所需要消耗的功率。并且用戶(hù)可以在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下更換故障的插卡，每個(gè)插卡1通過(guò)支持熱插拔的Compact PCI接口 8連接到待供電系統(tǒng)的主機(jī)板上，盡可能將所有部件放到可拆換的供電模塊上，待供電系統(tǒng)的主機(jī)板上部件盡量精簡(jiǎn)。本發(fā)明提供了兩路輸出電壓電源其中一路為+5V、+3. 3V兩種供電電壓電源用于系統(tǒng)待機(jī)時(shí)供電；另一路為+12V、+5V、+3. 3V、+1. 2V四種供電電壓電源用于系統(tǒng)正常工作時(shí)供電，且這兩組電源能在主機(jī)板的控制下獨(dú)立地開(kāi)啟和關(guān)閉。每個(gè)電源插卡1通過(guò)底板上的電源總線(xiàn)并聯(lián)，共同給目標(biāo)系統(tǒng)供電。本發(fā)明的電源插卡1通過(guò)3U規(guī)格的Compact PCI插頭連接到主機(jī)板，插卡上1設(shè)置了 LT1646芯片支持熱插拔。電源插卡通過(guò)Compact PCI接口 8連接到IIC總線(xiàn)上，用于與待供電系統(tǒng)上的處理器相連，將一些模塊狀態(tài)信息和控制信號(hào)通過(guò)這些連接傳送。電源插卡1通過(guò)IIC總線(xiàn)與主機(jī)板上的MCU連接，電池的電壓和放電電流等數(shù)據(jù)通過(guò)這條傳送。而電源的開(kāi)關(guān)信號(hào)、充電完成信號(hào)、插卡的使能信號(hào)都直接通過(guò)PCB布線(xiàn)與主機(jī)板上的MCU相連。
具體實(shí)施方式
二、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)的區(qū)別在于，供電電壓監(jiān)控電路7的供電電壓輸出端輸出的電壓電源包括用于待供電系統(tǒng)待機(jī)的兩路待機(jī)電壓電源和用于待供電系統(tǒng)的四路供電電壓電源，所述兩路待機(jī)電壓電源分別為+5V和+3. 3V ；四路供電電壓電源分別為+12V、+5V、+3. 3V和+1. 2V。本實(shí)施方式中，電源插卡1還有一個(gè)指示電源工作狀況的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò) CompactPCI接口接出，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)電源插卡1不正常，這個(gè)信號(hào)就會(huì)給出提醒用戶(hù)更換故障插卡。這個(gè)信號(hào)是由LTC2910電壓監(jiān)控芯片給出的。LT(^910是一種八路電壓監(jiān)控IC，當(dāng)其中的一路或多路電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，LTC2910的狀態(tài)指示引腳的電平就會(huì)發(fā)生跳變。本系統(tǒng)在插卡上了使用一片LTC2910來(lái)監(jiān)視待機(jī)+5V、待機(jī)+3. 3V、主+5V、主+3. 3V、 主+1. 2V、主+12V這六路電壓。
具體實(shí)施方式
三、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
二所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)的區(qū)別在于，供電電壓監(jiān)控電路7采用型號(hào)為L(zhǎng)TM4600的芯片輸出+5V的供電電壓電源。
具體實(shí)施方式
四、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
三所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)的區(qū)別在于，供電電壓監(jiān)控電路7采用型號(hào)為MAX771的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+12V的供電電壓電源輸出；供電電壓監(jiān)控電路7采用型號(hào)為L(zhǎng)T1085的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+3. 3V的供電電壓電源輸出；供電電壓監(jiān)控電路7采用型號(hào)為L(zhǎng)M1117-ADJ 的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+1. 2V的供電電壓電源輸出。本實(shí)施方式中，選用LTC16^作為主控芯片構(gòu)成降壓電路，LTC1628是一種DC/DC 降壓控制芯片，只需要在外圍設(shè)置合適的功率M0SFET、電感以及較少的無(wú)源器件就可以正常工作，提供+5V與+3. 3V兩路輸出電壓，通過(guò)選擇合適的外圍器件，整個(gè)電路可以提供高達(dá)90%的效率。主+5V供電IC采用LTM4600，它是Linear ^Technology推出的模塊化DC/ DC電源IC。通過(guò)將M0SFET、電感、續(xù)流二極管等構(gòu)成開(kāi)關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路的必要元件全部集成到芯片中，LTM4600只需要極少的外圍元件就可以正常工作(一個(gè)輸入蓄能電容，一個(gè)輸出電容，一個(gè)調(diào)節(jié)輸出電壓的電阻)，提供IOA的最大持續(xù)輸出電流及高達(dá)93%的效率。主 +12V、主3. 3V及主1. 2V電壓由主+5V電壓轉(zhuǎn)換而來(lái)，采用的芯片分別是MAX771、LT1085及 LM1117-ADJ。
具體實(shí)施方式
五、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一、二、三或四所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)的區(qū)別在于，可充電電源1為16. 8V/9600mAH的鋰電池組。本實(shí)施方式中，每塊電源插卡1都配置一塊16. 8V/9600mAH的鋰電池組，每塊電池組的充電和放電都是可獨(dú)立調(diào)節(jié)的。
具體實(shí)施方式
六、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
五所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)的區(qū)別在于，充電電路2采用型號(hào)為L(zhǎng)T1505的芯片實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施方式中，電源插卡上集成了電池充電電路，為保證較短的充電時(shí)間，充電電路要能提供較大的充電電流。選用LT1505作為充電電路的主控芯片，它基于DC/DC的原理， 提供最高4A的充電電流。
具體實(shí)施方式
七、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、或六所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)的區(qū)別在于，供電電壓監(jiān)控電路7采用型號(hào)為C8051F041的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施方式中，每個(gè)電源插卡1上使用一片C8051F041單片機(jī)監(jiān)控電池的狀況。 該單片機(jī)除了具備高效的51內(nèi)核之外，還在片上集成了豐富的數(shù)字及模擬外設(shè)，如IIC核、 Uart核、ADC等，對(duì)它們的編程十分方便。C8051F041片上包括一個(gè)高壓差分放大器，其增益可調(diào)，通過(guò)它可以直接測(cè)量電池兩端的電壓。而電池的放電電流需要間接地測(cè)量，如圖2所示，在電池的負(fù)極串聯(lián)一片 IOmΩ/Iff的精密電阻，電流流過(guò)這個(gè)電阻時(shí)會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生微小的壓降，這個(gè)壓降經(jīng)過(guò)儀表放大器INA122放大，送入C8051F041的ADC的輸入端，最后由C8051F041里面運(yùn)行的程序?qū)㈦娏魉愠觥?br> 權(quán)利要求
1.一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征是它包括兩個(gè)完全相同的電源插卡(10)，所述每個(gè)電源插卡(10)均包括可充電電源(1)、充電電路O)、待機(jī)供電電路(3)、+5V供電電路 (4),+3. 3V供電電路(9)、+1.2V供電電路(11)、+12V供電電路(5)、電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路(6)、供電電壓監(jiān)控電路(7)和Compact PCI接口⑶；可充電電源⑴的電源信號(hào)輸入或輸出端與充電電路⑵的電源信號(hào)輸出或輸入端連接；充電電路(2)的+5V電源信號(hào)輸出端與+5V供電電路的電源信號(hào)輸入端連接；充電電路O)的待機(jī)電源信號(hào)輸出端與待機(jī)供電電路⑶的待機(jī)電源信號(hào)輸入端連接；待機(jī)供電電路⑶的待機(jī)電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路(7)的待機(jī)供電信號(hào)輸入端連接；+5V供電電路(4)的三個(gè)+5V 電源信號(hào)輸出端分別與+3. 3V供電電路(9)的電源信號(hào)輸入端、+1.2V供電電路(11)的電源信號(hào)輸入端和+12V供電電路(5)的電源信號(hào)輸入端連接，+3.3V供電電路(9)的+3.3V 電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路(7)的+3. 3V電源信號(hào)輸入端連接；+1. 2V供電電路 (11)的+1. 2V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路(7)的+1. 2V電源信號(hào)輸入端連接； +12V供電電路(5)的+12V電源信號(hào)輸出端與供電電壓監(jiān)控電路(7)的+12V電源信號(hào)輸入端連接；充電電路O)的電源監(jiān)控信號(hào)輸出端與電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路(6)的電源監(jiān)控信號(hào)輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路(6)的充電控制信號(hào)輸出端與充電電路O)的充電控制信號(hào)輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路(6)的電源信號(hào)輸入端與CompactPCI接口(8)的待供電系統(tǒng)的+20V充電電源輸出端連接；所述電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路(6)通過(guò)IIC串行總線(xiàn)與Compact PCI接口⑶連接，所述Compact PCI接口(8)提供外部IIC串行總線(xiàn)接口 ；供電電壓監(jiān)控電路(7)的供電電壓輸出端與Compact PCI接口⑶的待供電系統(tǒng)的供電電壓輸入端連接；兩個(gè)電源插卡(10) 之間并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征在于供電電壓監(jiān)控電路(7) 的供電電壓輸出端輸出的電壓電源包括用于待供電系統(tǒng)待機(jī)的兩路待機(jī)電壓電源和用于待供電系統(tǒng)的四路供電電壓電源，所述兩路待機(jī)電壓電源分別為+5V和+3. 3V ；四路供電電壓電源分別為+12V、+5V、+3. 3V和+1. 2V。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征在于供電電壓監(jiān)控電路(7) 采用型號(hào)為L(zhǎng)TM4600的芯片輸出+5V的供電電壓電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征在于供電電壓監(jiān)控電路(7) 采用型號(hào)為MAX771的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+12V的供電電壓電源輸出；供電電壓監(jiān)控電路(7)采用型號(hào)為L(zhǎng)T1085的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+3. 3V的供電電壓電源輸出；供電電壓監(jiān)控電路(7)采用型號(hào)為L(zhǎng)M1117-ADJ的芯片將+5V的供電電壓電源轉(zhuǎn)化為+1. 2V的供電電壓電源輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征在于可充電電源 (1)為16. 8V/9600mAH的鋰電池組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征在于充電電路(2)采用型號(hào)為L(zhǎng)T1505的芯片實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的一種雙模冗余供電系統(tǒng)，其特征在于供電電壓監(jiān)控電路(7)采用型號(hào)為C8051F041的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種雙模冗余供電系統(tǒng)，涉及一種供電系統(tǒng)，它解決了現(xiàn)有冗余電源的供電可靠性較差的問(wèn)題。它的可充電電源與充電電路連接，充電電路為+5V供電電路、待機(jī)供電電路供電，+5V供電電路同時(shí)與+3.3V供電電路、+1.2V供電電路和+12V供電電路連接，供電電壓監(jiān)控電路監(jiān)控待機(jī)供電電路和+3.3V供電電路、+1.2V供電電路和+12V供電電路連接；電池電壓/電流及供電監(jiān)控電路監(jiān)控充電電路的狀態(tài)及控制充電電路進(jìn)行充電，供電電壓監(jiān)控電路的供電電壓輸出端通過(guò)Compact PCI接口與待供電系統(tǒng)的供電電壓輸入端連接；兩個(gè)電源插卡之間并聯(lián)。本發(fā)明適用于向目標(biāo)系統(tǒng)供電。
文檔編號(hào)G06F1/30GK102200824SQ201110123539
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者劉宏偉, 吳智博, 周海鷹, 左德承, 張展, 楊孝宗, 溫東新, 羅丹彥, 舒燕君, 苗百利, 董劍, 錢(qián)軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)