專利名稱：?jiǎn)伟咫娫磦浞蓦娐芳皢伟咫娫聪到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單板電源備份電路及單板電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電源是電子產(chǎn)品的能量來源，穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)是保障電子產(chǎn)品穩(wěn)定可靠工作 的前提條件?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品采用的集成電路芯片復(fù)雜度越來越高，采用的集成電路芯片的 數(shù)量越來越多，產(chǎn)品對(duì)電源的需求也越來越嚴(yán)格。 在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常遇到外部提供的電源不能滿足電子系統(tǒng)需要的電源要求 的情況。例如外部電網(wǎng)提供的電源電壓為交流220V，而電子系統(tǒng)中電子產(chǎn)品單板工作需要 的電壓為直流3. 3V的電源，這就需要使用特定的電子電路將已有的電源轉(zhuǎn)換成能夠滿足 電子產(chǎn)品單板使用要求的電源，這種完成電源轉(zhuǎn)換功能的電子技術(shù)就是電源變換技術(shù)。而 一個(gè)能夠完成某個(gè)電源變換功能的電子電路一般稱之為一個(gè)電源變換模塊。
通常將電網(wǎng)交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電壓輸出的電源變換模塊稱為一次電源模塊， 將低壓直流電壓轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品需要的各路直流電壓輸出的電源變換模塊稱為二次電源或者 板級(jí)電源。板級(jí)電源包含DC-DC開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源。 如圖1所示的DC-DC開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，可以將輸入低壓直流電壓變換到芯片工作需 要的各路輸出電壓，并且保持很高的轉(zhuǎn)換效率。DC-DC開關(guān)電源包含一個(gè)DC-DC控制器、上 下兩個(gè)電子開關(guān)、輸出電感/電容和反饋回路。DC-DC控制器周期性的打開關(guān)閉上、下電 子開關(guān)，可以產(chǎn)生一個(gè)周期性的電源方波，然后通過電感/電容對(duì)該方波進(jìn)行平滑濾波得 到平穩(wěn)的直流電壓輸出。反饋回路通過監(jiān)控輸出電壓，據(jù)此調(diào)整上電子開關(guān)和下電子開關(guān) 的開關(guān)時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)輸出電源電壓的穩(wěn)定；當(dāng)上電子開關(guān)打開時(shí)，DC-DC開關(guān)電源將從輸 入電壓處獲取電流，輸出電壓上升；而當(dāng)上開關(guān)關(guān)閉時(shí)則下開關(guān)打開，輸入電壓處不提供電 流，依靠電感器件提供輸出電流。因此DC-DC開關(guān)電源從輸入電壓處獲取電流是周期性大 小變化的。DC-DC開關(guān)電源將輸入電壓的功率通過電子開關(guān)和電感傳遞到輸出端，一般能實(shí) 現(xiàn)高達(dá)90%以上的電源變換效率，所以在電子系統(tǒng)中得到的廣泛的應(yīng)用。
—般來說，線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個(gè)基 本部分組成。另外還可能包括一些例如保護(hù)電路，啟動(dòng)電路等部分。圖2是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的 線性穩(wěn)壓電源原理圖，取樣電阻Ri通過取樣輸出電壓，并與參考電壓^比較，比較結(jié)果由誤 差放大電路放大后，控制調(diào)整管T1的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定。線性穩(wěn)壓電源的特 點(diǎn)是輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低； 發(fā)熱量大，間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。 由于通訊設(shè)備等工作時(shí)往往需要多種電壓各不相同的電源，對(duì)于單板有多路電源 輸入的設(shè)備，如圖3所示，在電源設(shè)計(jì)上通常是從外部提供一個(gè)公共的直流電源，然后使用 多個(gè)電源變換模塊如上述DC-DC開關(guān)電源或線性穩(wěn)壓電源，分別變換得到需要的多路不同 電壓的電源輸出1...電源輸出n，向電子設(shè)備供電。這個(gè)向電子設(shè)備提供多路輸出電源的電路稱為多路輸出電源系統(tǒng)。 在電子系統(tǒng)正常工作的過程中，對(duì)于單板有多路電源輸入的設(shè)備，一般都會(huì)要求 各路輸入電源符合嚴(yán)格的要求。如果多路輸出電源的某路電源出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致單板無法 正常工作。為了實(shí)現(xiàn)單板多路輸出電源的備份，目前主要采用的電源備份方案有以下兩種。
如圖4所示，單板上包括多個(gè)需要不同電源的業(yè)務(wù)板，實(shí)現(xiàn)單板多路輸出電源備 份的單板電源備份系統(tǒng)包括電源備份板、高低壓母線、DC/DC模塊、與DC/DC模塊串聯(lián)的二 極管、檢測(cè)/切換電路。電源備份板上包括直流電源、備份電源和DC/DC模塊，DC/DC模塊 將直流電源輸出電壓(如48V)進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換后引入低壓母線上，各業(yè)務(wù)板通過檢測(cè)/切 換電路接入母線實(shí)現(xiàn)為負(fù)載L0AD供電。48V的備份電源直接通過另一母線與各業(yè)務(wù)板上的 DC/DC模塊連接。 上述電源備份系統(tǒng)通過單獨(dú)的電源備份板實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)板的總電源的備份，備 份電源接入48V母線通過各業(yè)務(wù)板上的DC/DC模塊給對(duì)應(yīng)的負(fù)載LOAD供電，通過各檢測(cè)/ 切換電路檢測(cè)輸出電源是否正常，正常時(shí)使備份電源回路斷開，當(dāng)輸出電源異常時(shí)，該檢測(cè) 切換電路接通備份電源回路，為業(yè)務(wù)板供電。這種方案針對(duì)的是單板總電源的備份，業(yè)務(wù)板 只需要一種工作電壓時(shí)適合，當(dāng)業(yè)務(wù)板內(nèi)部需要多種不同工作電壓時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)單板內(nèi) 部多種電壓的智能檢測(cè)和對(duì)應(yīng)備份電源的切換。此外備份DC/DC電源與單板DC/DC電源采 用二極管進(jìn)行隔離，由于二極管受環(huán)境溫度等影響，壓降不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致單板DC/DC電源 輸出至負(fù)載LOAD的電壓不穩(wěn)定。 如圖5所示，實(shí)現(xiàn)電源備份的方法為利用多個(gè)功能相同的供電單元組成電源，所 有供電單元的輸出功率之和大于設(shè)備要求的功率，各供電單元的輸出并聯(lián)在一起，共同為 設(shè)備供電，當(dāng)單個(gè)供電單元發(fā)生故障時(shí)，由其他供電單元繼續(xù)給設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)設(shè)備電源的 備份，這種電源的備份方法稱為熱備份。 上述方案在功能上是實(shí)現(xiàn)了電源的冗余備份，設(shè)備需要一種工作電壓時(shí)，可以通 過并聯(lián)兩個(gè)相同的供電單元實(shí)現(xiàn)備份，但是當(dāng)一個(gè)設(shè)備需要多種不同電壓的電源時(shí)，針對(duì) 每一種電壓的電源，都要至少兩個(gè)功能相同的供電單元電源，這樣系統(tǒng)的空間增大、成本增 大，實(shí)用性并不強(qiáng)。因?yàn)樵谝话闱闆r下系統(tǒng)多種不同電壓的電源不可能都出現(xiàn)故障，也就是 說有些電源的冗余備份是沒有必要的。電源模塊輸出端采用二極管，由于二極管受環(huán)境溫 度等影響，壓降不穩(wěn)定，導(dǎo)致電源模塊供給負(fù)載的電壓不穩(wěn)定。同時(shí)這種方案無法實(shí)現(xiàn)多種 不同電壓電源的智能檢測(cè)和備份電源的切換，即實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)電源，當(dāng)檢測(cè)到某電源故障 時(shí)，切換到對(duì)應(yīng)的備份電源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種單板電源備份電路及單板電源系統(tǒng)，其中將主電源供電切換到備 份電源供電時(shí)能夠在所需的多個(gè)電壓間快速切換，大大縮短MTTR恢復(fù)時(shí)間。
本發(fā)明提供了一種單板電源備份電路，包括 檢測(cè)切換單元，用于檢測(cè)單板上各路主電源輸出的電壓，在檢測(cè)到主電源出現(xiàn)故 障時(shí)，發(fā)出切換使能信號(hào)； 至少一個(gè)冗余電源備份單元，每一冗余電源備份單元包括電源變換模塊，輸出端 經(jīng)與所述主電源一一對(duì)應(yīng)的第一開關(guān)與主電源輸出端連接，用于對(duì)備份電源電壓進(jìn)行變換并輸出；反饋回路，包括串聯(lián)的上比例電阻和下比例電阻，所述上比例電阻一端接入所述電 源變換模塊輸出端，另一端分別連接下比例電阻一端和電源變換模塊反饋端，所述下比例 電阻另一端接地；阻值切換單元，在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，將所述下比例電阻切換到多個(gè) 設(shè)定阻值中一個(gè)確定阻值，使電源變換模塊輸出的電壓切換到其中一路故障主電源電壓；
備份電源輸入切換單元，在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，接通輸出故障主電源電壓的 電源變換模塊輸出端，與所述故障主電源輸出端連接的第一開關(guān)。
本發(fā)明還提供了一種單板電源系統(tǒng)，包括 多路主電源，用于輸出多路電壓為需要不同電壓值的負(fù)載電路供電；；
上述單板電源備份電路。 利用本發(fā)明提供的單板電源備份電路及單板電源系統(tǒng)，具有以下有益效果 單板電源備份電路能夠在所需的多個(gè)電壓間快速切換，在主電源出現(xiàn)故障時(shí)可以快速 切換到故障主電源電源，輸出備份電源為負(fù)載電路供電，大大縮短MTTR(Mean Time to Restoration)恢復(fù)時(shí)間，使負(fù)載電路正常工作，以保證電源系統(tǒng)的高可靠性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中采用的DC-DC開關(guān)電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中采用的線性電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的多路輸出電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中采用電源備份板的單板電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；； 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中采用熱備份的單板電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖6為本發(fā)明依照本發(fā)明實(shí)施例一的單板電源系統(tǒng)內(nèi)部電路圖； 圖7為依照本發(fā)明實(shí)施例一的冗余電源備份單元結(jié)構(gòu)圖； 圖8為依照本發(fā)明實(shí)施例二的單板電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖9為依照本發(fā)明實(shí)施例二的單板電源系統(tǒng)內(nèi)部電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明。 現(xiàn)有技術(shù)中的單板電源系統(tǒng)中，一旦某路電源出現(xiàn)故障，輕則部分模塊無法工作， 重則導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。有鑒于此，本發(fā)明提供一種單板電源備份電路，將主電源供電切換 到備份電源供電時(shí)能夠在所需的多個(gè)電壓間快速切換。 依照本發(fā)明的實(shí)施例一中，如圖6所示，所提供的單板電源備份電路包括 檢測(cè)切換單元IO，用于檢測(cè)單板上各路主電源輸出的電壓，在檢測(cè)到主電源出現(xiàn)
故障時(shí)，發(fā)出切換使能信號(hào)； 至少一個(gè)冗余電源備份單元20，每一冗余電源備份單元包括
電源變換模塊201，輸出端經(jīng)與主電源一一對(duì)應(yīng)的第一開關(guān)與主電源輸出端連接， 用于對(duì)備份電源電壓進(jìn)行變換并輸出；該電源變換模塊為通過DC/DC將低壓直流轉(zhuǎn)換為供 電需要的直流電源，可以采用圖l所示開關(guān)電源中原理進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換；反饋回路202，包 括串聯(lián)的上比例電阻202a和下比例電阻202b，所述上比例電阻202a —端接入所述電源變 換模塊201輸出端，另一端同時(shí)連接下比例電阻202b和電源變換模塊201的反饋端，所述下比例電阻202b —端與所述上比例電阻202a連接，另一端接地；阻值切換單元203，在接 收到切換使能信號(hào)時(shí)，將下比例電阻202b切換到多個(gè)設(shè)定阻值中一個(gè)確定阻值，使電源變 換模塊201輸出的電壓切換到其中一路故障主電源電壓；阻值切換單元203可以用于將下 比例電阻202b的阻值在多個(gè)設(shè)定阻值間切換，使所述電源變換模塊輸出的電壓在多個(gè)設(shè) 定電壓值間切換。 備份電源輸入切換單元30，在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，接通輸出故障主電源電壓 的電源變換模塊輸出端，與所述故障主電源輸出端連接的第一開關(guān)。 優(yōu)選地，本實(shí)施例中的多個(gè)設(shè)定電壓值為所述單板上各路主電源輸出電壓值。這 樣，在主電源出現(xiàn)故障時(shí)利用下比例電阻的阻值切換，可以快速切換到所需備份電壓。本實(shí) 施例中的下比例電阻包括包括一路與上比例電阻202a串聯(lián)的主電阻，及并聯(lián)連接在所述 主電阻兩端的至少一路支電阻，每路支電阻經(jīng)第二開關(guān)與主電阻并聯(lián)。阻值切換單元，具體 通過控制所述支電阻串聯(lián)的第二開關(guān)的開閉，將所述下比例電阻切換到多個(gè)設(shè)定阻值中一 個(gè)確定阻值。 通過第二開關(guān)的開閉可以實(shí)現(xiàn)第二開關(guān)所在的支路中的支電阻與主電阻形成并 聯(lián)還是斷開并聯(lián)，從而改變下比例電阻202b的等效阻值，進(jìn)而改變電源變換的輸出電壓。 本實(shí)施例中優(yōu)選采用主電阻并聯(lián)不同支電阻的方式來改變下比例電阻的等效阻值。當(dāng)然， 改變下比例電阻的等效阻值的方式不限于此，也可以采用其他只要是通過開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)反 饋回路電阻網(wǎng)絡(luò)改變的方式。 下比例電阻202b中主電阻及各路支電阻的阻值根據(jù)需要進(jìn)行備份的電壓電壓確 定。具體過程根據(jù)現(xiàn)有的反饋控制原理調(diào)整，這里不再贅述。 如圖7所示，本實(shí)施例中各支電阻連接的第二開關(guān)為三極管F2_Q2、 F3_Q2. . . Fn_
Q2，三極管的基極與阻值切換單元203連接，發(fā)射極經(jīng)支電阻與所述主電阻接地的一端連 接，集電極與所述主電阻另一端連接；或所述發(fā)射極與所述主電阻接地的一端連接，所述集 電極經(jīng)支電阻與所述主電阻的另一端連接；阻值切換單元203，具體通過控制三極管的基 極電壓來控制集電極和發(fā)射極的導(dǎo)通或斷開。上比例電阻202a采用等效阻值為第一恒定 阻值R1的一個(gè)或一組互聯(lián)電阻；下比例電阻中，主電阻采用等效阻值為第二恒定阻值R2的 一個(gè)或一組互聯(lián)電阻，為節(jié)省電阻數(shù)量，如圖7所示，本實(shí)施例中上比例電阻202a優(yōu)選為采 用等效阻值為第一恒定阻值Rl的一個(gè)電阻Ri ;下比例電阻202中的主電阻采用等效阻值為 第一恒定阻值R2的一個(gè)電阻R2。 下比例電阻202b中，所有支電阻F2—R1、F3—R1. . . Fn_Rl對(duì)應(yīng)串聯(lián)的第二開關(guān)F2— Q2、 F3_Q2. . . Fn_Q2打開時(shí)，電源變換模塊201輸出的設(shè)定電壓值等于最大的主電源電壓。 這樣，隨著不同支電阻與主電阻并聯(lián)，使輸出電壓逐級(jí)減小。優(yōu)選地，下比例電阻202b中， 所述主電阻兩端并聯(lián)的主電阻和支電阻的總路數(shù)和主電源輸出的電壓值個(gè)數(shù)一致。如在供 電需要n路電壓時(shí)，在有一路主電阻的情況下，并聯(lián)的支電阻路數(shù)為n-l路。
優(yōu)選地，第一開關(guān)為雙MOS管，其柵極與所述備份電源輸入切換單元30連接，源極 和漏極分別對(duì)應(yīng)連接一電源變換模塊201的輸出端與一主電源的輸出端；所述備份電源輸 入切換單元30具體通過控制柵極電壓來接通或斷開源極和漏極的連接，實(shí)現(xiàn)第一開關(guān)的 開閉。 所述冗余電源備份單元的個(gè)數(shù)由單板上主電源的個(gè)數(shù)及故障出現(xiàn)頻率經(jīng)驗(yàn)值確
7定，具體為冗余電源備份單元的個(gè)數(shù)，與單板上主電源的總個(gè)數(shù)與故障出現(xiàn)頻率經(jīng)驗(yàn)值乘 積一致。如在單板上主電源的個(gè)數(shù)小于4時(shí)，只采用一個(gè)冗余電源備份單元即可。在采用多 個(gè)冗余電源備份單元時(shí)，可以根據(jù)需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路不同冗余電源備份。具體為通過檢測(cè) 切換單元IO對(duì)多路主電源的輸出進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)到一路主電源出現(xiàn)故障時(shí)，選擇任意一 個(gè)冗余電源備份單元，利用阻值切換單元將其輸出電壓切換到故障主電源；在檢測(cè)到兩路 主電源出現(xiàn)故障時(shí)，選擇其中兩個(gè)冗余電源備份單元，利用對(duì)應(yīng)的阻值切換單元將其輸出 電源分別切換到兩路故障主電源。依次類推，最多可以實(shí)現(xiàn)n(n為冗余電源備份單元的個(gè) 數(shù))路故障主電源的同時(shí)備份。 一般情況下，多路故障主電源同時(shí)出現(xiàn)故障的幾率很小，所 以根據(jù)上述方式確定冗余電源備份單元的個(gè)數(shù)的方式確定選擇多少個(gè)冗余電源備份單元。
在本發(fā)明實(shí)施所提供的單板電源備份電路的基礎(chǔ)上，所提供的單板電源系統(tǒng)，如 圖8所示，該單板電源系統(tǒng)包括多路主電源，用于輸出多路電壓為需要不同電壓值的負(fù)載 電路供電；本發(fā)明上述實(shí)施例中所提供的單板電源備份電路。優(yōu)選地，所述多路主電源中， 每路主電源的輸出端經(jīng)第三開關(guān)同時(shí)接入所述負(fù)載電路和所述單板電源備份電路中對(duì)應(yīng) 的第一開關(guān)；該單板電源系統(tǒng)還包括供電控制單元40，用于在所述單板電源備份電路中
的檢測(cè)切換單元io未檢測(cè)到主電源故障時(shí)，接通未出現(xiàn)故障主電源輸出端所連接的第三
開關(guān)；在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，關(guān)閉故障主電源輸出端所連接的第三開關(guān)。每路主電源的 輸出經(jīng)第三開關(guān)在接入所述負(fù)載電路之前，所述主電源的輸出端還連接有與所述負(fù)載電路 并聯(lián)的儲(chǔ)能元件。每路主電源的輸出經(jīng)第三開關(guān)在接入所述負(fù)載電路之前，所述主電源的 輸出端還連接有與所述負(fù)載電路并聯(lián)的儲(chǔ)能元件。 本發(fā)明所提供的單板電源備份系統(tǒng)通過將檢測(cè)切換單元10對(duì)多路主電源獨(dú)立輸 出的多電壓檢測(cè)采樣比較，若判定某路主電源輸出電壓異常，發(fā)出切換使能信號(hào)，在切換使 能信號(hào)的控制下，供電控制單元40關(guān)閉對(duì)應(yīng)的第三開關(guān)隔離該路主電源電壓輸出，將主板 冗余備份電源啟動(dòng)后，通過單板電源備份電路快速切換備份，大大縮短MTTR恢復(fù)時(shí)間，并 且能夠?qū)崿F(xiàn)硬件板級(jí)電源的自愈修復(fù)功能。防止電源系統(tǒng)因某路電源故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng) 無法正常工作，從而保證該工作系統(tǒng)更加可靠。適合通信技術(shù)領(lǐng)域或者其他電子電路領(lǐng)域 單路或多路電源供電的產(chǎn)品。 依照本發(fā)明的實(shí)施例二中，如圖8所示，所提供的單板電源系統(tǒng)中的多路主電源 VI. . . Vn由對(duì)應(yīng)的電源變換模塊1、電源變換模塊2...電源變換模塊n將電源總線上輸入 的電壓進(jìn)行相應(yīng)的電源變換得到，本實(shí)施例中單板電源備份電路中電源變換模塊201的輸 入電源從電源總線上獲取冗余備份電源輸入。冗余備份電源輸入是為單板電源備份電路中 電源變換模塊提供輸入電源。實(shí)施例一中的檢測(cè)切換單元10、阻值切換單元203、備份電 源輸入切換單元30及供電控制單元40構(gòu)成檢測(cè)切換電路，檢測(cè)切換電路實(shí)現(xiàn)對(duì)n路電源 Vl...Vn的故障檢測(cè)，將檢測(cè)出故障的電源切換到單板電源備份電路供電。單板電源備份電 路實(shí)現(xiàn)對(duì)n路電源的備份，檢測(cè)切換電路一旦檢測(cè)出主電源某路輸入電源故障，立即切換 到冗余備份的電源上，保障工作系統(tǒng)的正常工作。通過上述檢測(cè)切換電路，最終將工作系統(tǒng) 負(fù)載所需的電源board_VOUTl、 board_VOUTl. . . board_V0UTn輸出至對(duì)應(yīng)的工作系統(tǒng)。
本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)單板電源系統(tǒng)的一種電路如圖9所示，此電路實(shí)現(xiàn)3路主電源的 故障檢測(cè)和冗余備份。檢測(cè)切換電路由中央控制單元MCU(型號(hào)為PIC16F73的單片機(jī))及 外圍電路實(shí)現(xiàn)，其中RV11和RV12、 RV21和RV22、 RV31和RV32分別為主電源輸入電壓VI、V2、 V3的分壓電阻。單板電源備份電路的反饋回路中的上比例電阻為R"下比例電阻包括 主電阻R2和與電阻R2并聯(lián)的兩路支電阻F2_R1 、 F3_R1 ，各路電阻F2_R1 、 F3_R1對(duì)應(yīng)串聯(lián) 第二開關(guān)F2—Q1、F3—Q1，實(shí)現(xiàn)多種不同電壓的電源調(diào)節(jié)輸出，電阻取值要根據(jù)工作系統(tǒng)電源 board_V0UTl. . . board_V0UT3的需求值計(jì)算得到，且要選擇精度小于等于1 %的電阻。電路 中的電容01..丄3為儲(chǔ)能電容，在電路切換的瞬間，由儲(chǔ)能電容向工作系統(tǒng)供電。電路中第 一開關(guān)和第三開關(guān)采用雙MOS管。主電源輸出和單板電源備份電路的備份電源輸出端采用 雙MOS管開關(guān)，起到了很好的隔離作用，壓降比較穩(wěn)定，避免了采用二極管，其壓降受環(huán)境 溫度等影響差異較大。 采用本實(shí)施例上述電路結(jié)構(gòu)的單板電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供電的過程為
通過圖8中的電源變換模塊1...電源變換模塊3得到主電源VI. . . V3，在圖9中 此3路電源輸入到單片機(jī)PIC16F73， PIC16F73通過A/D轉(zhuǎn)換分別檢測(cè)3路主電源電壓，并 與預(yù)先設(shè)定的參考電壓相比較，這里參考電壓根據(jù)實(shí)際要求檢測(cè)的電壓給定，當(dāng)檢測(cè)出電 壓均大于參考值時(shí)，表示電路主電源正常；單片機(jī)PIC16F73通過I/O 口控制輸出開關(guān)信號(hào) V0UT_kl. . . V0U乙k3，打開對(duì)應(yīng)的第三開關(guān)，使主電源輸入VI. . . V3與工作系統(tǒng)電源的輸入 board_VOUTl. . . board_V0UT3接通，從而為工作系統(tǒng)供電。同時(shí)通過開關(guān)信號(hào)feedback— k2、feedbaCk_k3關(guān)斷單板電源備份電路中的各路支電阻連接的第二開關(guān)，及通過開關(guān)信號(hào) backup_kl. . . backup_k3關(guān)斷電源變換模塊輸出端連接的第一開關(guān)。 當(dāng)單片機(jī)PIC16F73檢測(cè)到某路主電源電壓值小于參考電壓值時(shí)，表示該路主電 源出現(xiàn)故障，PIC16F73此時(shí)需要通過開關(guān)信號(hào)feedback_k2/feedbaCk_k3閉合單板電源備 份電路中的某路支電阻連接的第二開關(guān)，進(jìn)行阻值切換，使備份電源輸出端輸出的電壓為 故障主電源電壓。然后通過開關(guān)信號(hào)backup—kl/backup—k2/backup—k3閉合電源變換模 塊輸出端連接的第一開關(guān)。使備份電源輸出端為工作系統(tǒng)供電，同時(shí)通過開關(guān)信號(hào)VOUT— kl. . . V0UT_k3關(guān)閉出現(xiàn)故障的主電源連接的第三開關(guān)，實(shí)現(xiàn)從故障電源端到備份電源端的 切換，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 本實(shí)施例中所采用的單板電源備份電路，可以通過電路中開關(guān)信號(hào)baCkup_kl接 通時(shí)對(duì)應(yīng)的備份電源為單板電源備份電路中電源變換模塊輸出的一種默認(rèn)電源。如果備份 電源模塊采用線性電源，且V1〉V2〉V3，則此電路圖中單板電源備份電路默認(rèn)輸出值大小 為VI，為VI提供備份，V2和V3的備份電源通過接通開關(guān)信號(hào)feedbaCk_k2和feedback— k3實(shí)現(xiàn)。 例如，當(dāng)PIC16F73檢測(cè)到信號(hào)V2小于設(shè)定的參考電壓時(shí)，說明該路電源V2出現(xiàn) 故障，無法正常給工作系統(tǒng)供電，此時(shí)PIC16F73通過開關(guān)信號(hào)feedback_k2使支電阻F2— Rl并聯(lián)到電阻R2，因此輸出電源切換到V2，然后通過開關(guān)信號(hào)backup_k2打開對(duì)應(yīng)的第一 開關(guān)，通過開關(guān)信號(hào)V0U乙k2關(guān)閉主電源的輸出通道，使備份電源輸出與系統(tǒng)電源的輸入 board_V0UT2接通，實(shí)現(xiàn)故障電源V2到備份電源的切換。當(dāng)PIC16F73檢測(cè)到信號(hào)V3小于 設(shè)定的參考電壓時(shí)，說明該路電源V3出現(xiàn)故障，無法正常給工作系統(tǒng)供電，此時(shí)PIC16F73 通過開關(guān)信號(hào)feedback_k3使支電阻F3_R1并聯(lián)到電阻R2，因此輸出電源切換到V3，然后 通過開關(guān)信號(hào)backup_k3打開對(duì)應(yīng)的第一開關(guān)，通過開關(guān)信號(hào)V0UT_k3關(guān)閉主電源的輸出 通道，使備份電源輸出與系統(tǒng)電源的輸入board_V0UT3接通，實(shí)現(xiàn)故障電源V3到備份電源 的切換。
本實(shí)施例中方案可以擴(kuò)展到采用多個(gè)冗余電源備份單元進(jìn)行多路輸出電源同時(shí) 進(jìn)行多路備份、采用一個(gè)冗余電源備份單元進(jìn)行單路電源冗余備份，主電源出現(xiàn)故障時(shí)快 速切換到備份電源，縮短MTTR恢復(fù)時(shí)間。采用其他電壓檢測(cè)手段，判斷電壓是否異常，從而 快速切換備份的電路也屬于本專利擴(kuò)展范圍。 本發(fā)明的檢測(cè)切換電路可以由MCU擴(kuò)展到采用CPLD、ARM或CPU處理器等，同樣能 夠?qū)崿F(xiàn)多路輸出電源的冗余備份，保障工作系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種單板電源備份電路，其特征在于，包括檢測(cè)切換單元，用于檢測(cè)單板上各路主電源輸出的電壓，在檢測(cè)到主電源出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)出切換使能信號(hào)；至少一個(gè)冗余電源備份單元，每一冗余電源備份單元包括電源變換模塊，輸出端經(jīng)與所述主電源一一對(duì)應(yīng)的第一開關(guān)與主電源輸出端連接，用于對(duì)備份電源電壓進(jìn)行變換并輸出；反饋回路，包括串聯(lián)的上比例電阻和下比例電阻，所述上比例電阻一端接入所述電源變換模塊輸出端，另一端分別連接下比例電阻一端和電源變換模塊反饋端，所述下比例電阻另一端接地；阻值切換單元，在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，將所述下比例電阻切換到多個(gè)設(shè)定阻值中一個(gè)確定阻值，使電源變換模塊輸出的電壓切換到其中一路故障主電源電壓；備份電源輸入切換單元，在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，接通輸出故障主電源電壓的電源變換模塊輸出端，與所述故障主電源輸出端連接的第一開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的單板電源備份電路，其特征在于，所述下比例電阻中包括一路 與上比例電阻串聯(lián)的主電阻，及并聯(lián)連接在所述主電阻兩端的至少一路支電阻，每路支電 阻串聯(lián)連接第二開關(guān)；所述阻值切換單元，具體通過控制所述支電阻串聯(lián)的第二開關(guān)的開閉，將所述下比例 電阻切換到多個(gè)設(shè)定阻值中一個(gè)確定阻值。
3. 如權(quán)利要求2所述的單板電源備份電路，其特征在于，所述第二開關(guān)為三極管，所述三極管的基極與所述阻值切換單元連接，發(fā)射極經(jīng)支電 阻與所述主電阻接地的一端連接，集電極與所述主電阻另一端連接；或所述發(fā)射極與所述 主電阻接地的一端連接，所述集電極經(jīng)支電阻與所述主電阻的另一端連接；所述阻值切換單元，具體通過控制所述三極管的基極電壓來控制所述集電極和發(fā)射極 的導(dǎo)通或斷開。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的單板電源備份電路，其特征在于， 所述上比例電阻包括等效阻值為第一恒定阻值的一個(gè)或一組互聯(lián)電阻； 所述主電阻包括等效阻值為第二恒定阻值的一個(gè)或一組互聯(lián)電阻。
5. 如權(quán)利要求4所述的單板電源備份電路，其特征在于， 所述主電阻和支電阻的總路數(shù)和主電源輸出的電壓值個(gè)數(shù)一致。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的單板電源備份電路，其特征在于，所述第一開關(guān)為雙M0S管，其柵極與所述備份電源輸入切換單元連接，源極和漏極分 別對(duì)應(yīng)連接一電源變換模塊的輸出端與一主電源的輸出端；所述備份電源輸入切換單元具體通過控制所述柵極電壓來接通或斷開源極和漏極的 連接。
7. 如權(quán)利要求1 3任一所述的單板電源備份電路，其特征在于， 所述冗余電源備份單元的個(gè)數(shù)，與單板上主電源的總個(gè)數(shù)與故障出現(xiàn)頻率經(jīng)驗(yàn)值乘積一致。
8. —種單板電源系統(tǒng)，其特征在于，包括多路主電源，用于輸出多路電壓為需要不同電壓值的負(fù)載電路供電； 權(quán)利要求1 7任一所述的單板電源備份電路。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多路主電源中，每路主電源的輸出端經(jīng)第三開關(guān)同時(shí)接入所述負(fù)載電路和所述單板電源備份電路中對(duì)應(yīng)的第一開關(guān)；該單板電源 系統(tǒng)還包括供電控制單元，用于在所述單板電源備份電路中的檢測(cè)切換單元未檢測(cè)到主電源故障 時(shí)，接通未出現(xiàn)故障主電源輸出端所連接的第三開關(guān)；在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，關(guān)閉故障 主電源輸出端所連接的第三開關(guān)。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，每路主電源的輸出經(jīng)第三開關(guān)在接入所述負(fù)載電路之前，所述主電源的輸出端還連接 有與所述負(fù)載電路并聯(lián)的儲(chǔ)能元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源領(lǐng)域，尤其涉及一種單板電源備份電路及單板電源系統(tǒng)，該電路包括檢測(cè)切換單元，檢測(cè)單板上主電源輸出電壓，有故障時(shí)發(fā)出切換使能信號(hào)；至少一個(gè)冗余電源備份單元，其包括電源變換模塊，輸出端經(jīng)第一開關(guān)與主電源輸出端連接；反饋回路，包括串聯(lián)的上比例電阻和下比例電阻；阻值切換單元，出現(xiàn)故障時(shí)將下比例電阻切換到一個(gè)確定阻值，使電源變換模塊輸出電壓切換到故障主電源電壓；備份電源輸入切換單元，在接收到切換使能信號(hào)時(shí)，接通第一開關(guān)。單板電源系統(tǒng)利用上述單板電源備份電路進(jìn)行冗余電源備份。本發(fā)明供電時(shí)能夠在所需的多個(gè)電壓間快速切換，快速切換到需要的備份電源，大大縮短MTTR恢復(fù)時(shí)間。
文檔編號(hào)H02J9/06GK101764425SQ200910215819
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者任謙, 陳會(huì)光 申請(qǐng)人:福建星網(wǎng)銳捷網(wǎng)絡(luò)有限公司