冗余供电电源及在冗余供电电源上实现冗余供电的方法与流程

本发明涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种冗余供电电源及在冗余供电电源上实现冗余供电的方法。

背景技术：

通常的冗余供电电源，是指具有多个供电模块和一个或多个冗余供电模块，供电模块分别为不同的负载(通常是一个系统中的不同部分)供电，在所有供电模块正常时，冗余供电模块通常不会连接到负载上，不会影响供电模块的工作。在一个供电模块出现故障时，通常会断开该供电模块和负载的连接，同时将冗余供电模块的输出连接到该负载，使得冗余供电模块能够代替上述供电模块提供电源，尽量保证系统不会因为供电模块的故障出现中断或停止。当该供电模块恢复正常时，会重新连接其负载，同时，冗余供电模块与该负载的连接断开。这样的电源通常被称为n+1电源，其中n是供电模块的数量，1是代表具有一个冗余供电模块。通常，n是正整数，例如，1、2、3等等。这种电源在n为1时，能够较好地工作；但是在n大于1时，可能出现冗余供电模块损坏或系统失效的情况，因为如果多个供电模块同时出现故障的话，冗余供电模块会同时接入这些出现故障的供电模块的负载上，使得该冗余供电模块超载，从而导致冗余供电模块进入保护状态或损坏。这种情况在大功率、大电流的供电模块上表现的特别明显。因此，现有的冗余供电的电源容易出现冗余供电模块不能正常工作的情况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述冗余供电模块的工作较易出现进入保护状态或被损坏的缺陷，提供一种冗余供电模块不易进入保护状态或被损坏的冗余供电电源及在冗余供电电源上实现冗余供电的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种冗余供电电源，包括n个供电模块和一个冗余供电模块，所述冗余供电模块的输出端通过n个独立受控的开关通道分别连接在所述n个供电模块的输出端上，一个供电模块的输出端对应于一个开关通道；所述开关通道分别依据其对应的供电模块的供电状态决定该开关通道的导通状态；在全部供电模块的供电状态正常时，全部开关通道断开；在一个供电模块的供电状态异常时，对应的开关通道导通；在一个所述开关通道导通的情况下，保持其他开关通道的断开；其中，n为正整数。

更进一步地，所述开关通道包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关串接在所述冗余供电模块输出端和供电模块输出端之间；每个所述第一开关和每个所述第二开关分别由不同的控制信号控制；n个所述第一开关由n个独立的第一控制信号控制，n个所述第二开关由n个独立的第二控制信号控制；所述n个供电模块正常工作时，所述n个独立的第一控制信号分别使得其控制的n个第一开关导通，所述n个独立的第二控制信号分别使得其控制的n个第二开关截止。

更进一步地，所述第一开关和第二开关均为mos管，其控制信号均由其栅极输入，该mos管的源极和漏极分别作为所述第一开关和第二开关的开关端；在一个开关通道中，所述第一开关的mos管的源极和第二开关的mos管的源极连接，所述第一开关的mos管的漏极与所述冗余供电模块输出端连接，所述第二开关的mos管的漏极连接在该开关通道对应的供电模块的输出端上。

更进一步地，所述第二开关包括防止输出倒灌电压的二极管，所述二极管并接在所述第二开关的mos管的漏极和源极上，所述二极管的阳极和所述所述第二开关的mos管的源极连接，所述二极管的阴极和所述第二开关的mos管的漏极连接。

更进一步地，还包括用于产生输出所有第一开关和第二开关的控制信号的微控制器，每个第一开关和第二开关的控制信号由所述微控制器的不同输出端输出并连接到相应的开关控制端。

更进一步地，通过使用所述微控制器的不同输入端口检测所述各供电模块的故障上报信息，并判断其是否正常工作；在检测到一个供电模块出现故障时，输出控制信号使得其对应的第二开关导通，并关断除该供电模块对应的第一开关外的所有第一开关。

更进一步地，所述微控制器在检测到一个供电模块出现故障时，检测是否已经有第二开关导通，如有，则不改变其输出的控制信号。

本发明还涉及一种在冗余供电电源上述实现冗余供电的方法，所述冗余供电电源包括n个供电模块和一个冗余供电模块，所述冗余供电模块的输出端通过n个独立受控的开关通道分别连接在所述n个供电模块的输出端上，一个所述开关通道包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关串接在所述冗余供电模块输出端和供电模块输出端之间；每个所述第一开关和每个所述第二开关分别由不同的控制信号控制；n个所述第一开关由n个独立的第一控制信号控制，n个所述第二开关由n个独立的第二控制信号控制；所述方法包括如下步骤：

判断供电模块是否出现故障，如否，维持当前第一控制信号和第二控制信号的输出，并重复本步骤；如是，执行下一步骤；

使得冗余供电模块锁定出现故障的供电模块的负载，为所述负载供电并断开所述冗余供电模块和其余负载的连接。

更进一步地，所述使得冗余供电模块锁定出现故障的供电模块的负载，为所述负载供电并断开所述冗余供电模块和其余负载的连接包括：确定出现故障的供电模块对应的开关通道，维持该开关通道的第一开关导通，改变该开关通道的第二控制信号使得其第二开关导通，使得所述冗余供电模块为该出现故障的供电模块的负载供电；同时，使得其余开关通道的第一开关截止，断开所述冗余供电模块和其余供电模块的连接。

更进一步地，在执行使得冗余供电模块锁定出现故障的供电模块的负载之前还包括如下步骤：判断所述冗余供电模块是否已为一个负载供电，如是，维持维持当前第一控制信号和第二控制信号的输出，并返回判断供电模块是否出现故障步骤；否则，执行使得冗余供电模块锁定出现故障的供电模块的负载步骤；其中，通过判断是否存在使一个第二开关导通的第二控制信号来判断所述冗余供电模块是否已为一个负载供电。

实施本发明的冗余供电电源及在冗余供电电源上实现冗余供电的方法，具有以下有益效果：由于冗余供电模块的输出端是通过单独的开关通道和供电模块的输出端连接的，而每个开关通道均为单独的控制信号控制，因此，在出现供电模块故障时，可以单独控制每个开关通道的控制信号，使得冗余供电模块工作在其允许的范围内，不会出现过大的负载导致冗余供电模块进入保护状态。因此，其不易进入保护状态或不易因为过载被损坏。

附图说明

图1是本发明冗余供电电源及在冗余供电电源上实现冗余供电的方法实施例中该电源的结构示意图；

图2是所述实施例中一种情况下开关通道的电路图；

图3是所述实施例中在冗余供电电源上实现冗余供电的方法的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明的冗余供电电源实施例中，构造一种冗余供电电源，包括n个供电模块和一个冗余供电模块，所述冗余供电模块的输出端通过n个独立受控的开关通道分别连接在所述n个供电模块的输出端上，一个供电模块的输出端对应于一个开关通道；其中，n为正整数。也就是说，冗余供电模块虽然只有一个，但是该冗余供电模块的输出端分别连接在不同的开关通道的输入端上，而这些不同的开关通道的输出端分别连接在不同的供电模块的负载上；不同的所述开关通道分别依据其对应的供电模块的供电状态决定该开关通道的导通状态；当一个开关通道导通时，上述冗余供电模块的输出端就连接在该开关通道对应的供电模块的负载上，于是，冗余供电模块就代替该供电模块对其负载供电(此时，对应的供电开关断开，使得该供电模块和其负载断开连接)。因此，在全部供电模块的供电状态正常时，全部开关通道断开，此时，冗余供电模块并不为任何负载供电；在一个供电模块的供电状态异常时，对应的开关通道导通，冗余供电模块为该供电模块的负载供电；以此同时，在任何一个所述开关通道导通的情况下，保持其他开关通道的断开。换句话说，在本实施例中的任何情况下，所述冗余供电模块能够且仅能够为最先出现状态异常的供电模块的负载供电。这样的设置使得冗余供电模块不会出现超载的情况，保证了冗余供电模块的安全，在一定程度上避免了由于冗余供电带来的损坏扩大的情况。

此外，虽然图1中由于简洁的要求没有示出开关通道的控制信号，但是值得一提的是，上述开关通道的导通和截止的状态是由单独的控制信号决定，而且每个开关通道的控制信号是与其连接或对应的供电模块的状态相关的。

图2示出了本实施例中一种情况下开关通道的具体电路图，图中示出了具体的开关通道电路。在图2中，开关通道1和开关通道n的结构是一样的，不同之处仅仅在于开关通道的输出端的连接位置和控制信号是不同的。具体来讲，在本实施例中，所述开关通道包括第一开关(例如，开关通道1中的q3和开关通道n中的q4)和第二开关(例如，开关通道1中的q1和开关通道n中的q2)，所述第一开关和第二开关串接在所述冗余供电模块输出端和(其对应的)供电模块输出端之间；每个所述第一开关和每个所述第二开关分别由不同的控制信号控制；n个所述第一开关由n个独立的第一控制信号控制，n个所述第二开关由n个独立的第二控制信号控制。在所述n个供电模块正常工作时，所述n个独立的第一控制信号分别使得其控制的n个第一开关导通，所述n个独立的第二控制信号分别使得其控制的n个第二开关截止。在图2中，不同的开关通道中的控制信号不同，例如，开关通道1中的第一控制信号是第一控制信号1，开关通道n中的第一控制信号是第一控制信号n等等。在图2中，所述第一开关和第二开关均为mos管，其各自的控制信号均由其栅极输入，该mos管的源极和漏极分别作为所述第一开关和第二开关的开关端。在一个开关通道中，所述第一开关的mos管的源极和第二开关的mos管的源极连接，所述第一开关的mos管的漏极与所述冗余供电模块输出端连接，所述第二开关的mos管的漏极连接在该开关通道对应的供电模块的输出端上。

在本实施例中，还包括用于产生输出所有第一开关和第二开关的控制信号的微控制器(图中未示出)，每个第一开关和第二开关的控制信号(例如，图2中的第一控制信号1、第二控制信号1、……第一控制信号n和第二控制信号n等)均由所述微控制器的不同输出端输出并连接到相应的开关控制端；通过使用所述微控制器的不同输入端口检测所述各供电模块的故障上报信息，并判断其是否正常工作；在最初检测到一个供电模块出现故障时，输出控制信号使得其对应的第二开关导通，并关断除该供电模块对应的第一开关外的所有第一开关。也就是说，当所述微控制器在检测到一个供电模块出现故障时，需要检测是否已经有一个第二开关导通，例如，通过查询所有输出第二控制信号的端口的状态，如果有一个输出第二控制信号的端口的状态和其他端口的状态不一致，则表明已经有一个开关通道导通，即冗余供电模块已经为某一个供电模块的负载提供电源，且正在提供，在这种情况下，微控制器不改变其输出的控制信号，也就是说不会改变冗余供电模块的状态。

在本实施例中，第二开关包括防止输出倒灌电压的二极管，所述二极管并接在所述第二开关的mos管的漏极和源极上，所述二极管的阳极和所述所述第二开关的mos管的源极连接，所述二极管的阴极和所述第二开关的mos管的漏极连接。

在图2中，以n等于2，即以两路输出作为一个例子，说明整个电源的工作过程。当供电模块1和供电模块n正常输出时，q3，q4，q5，q6均打开处于完全导通状态，此时两路输出均正常工作，冗余供电模块处于待机状态，未与任何负载连接；与此同时，微控制器检测各模块工作状态，如果当检测到第一路模块报故障状态，即vo1路输出模块故障时，立刻关闭q4(供电模块n的开关通道的第一开关)，然后打开q1(供电模块1的开关通道的第二开关)，即关闭对第二路(供电模块n)的冗余功能，将冗余供电模块锁定到对第一路供电，替代第一路模块(供电模块1)进行工作；此时，如果第二路(供电模块n)也出现故障，冗余供电模块将不再对其进行冗余供电。当第一路(供电模块1)恢复正常输出后，微控制器使得q1关闭，同时，重新使q3和q4导通，即将冗余供电模块由其原先锁定的负载上端口，使其重新进入待机冗余状态。

以此类推，当多路模块均故障时，优先检测到故障状态的优先动作，锁定故障输出路，先关闭其他开关通道中的第一开关，打开已锁定故障路对应的第二开关，进行冗余供电输出，在此基础上，其他路再次发生故障均不再进行备份输出；当故障解除后，断开已导通的开关通道中的第二开关，并使所有开关通道中的第一开关，使得所述冗余供电模块再次进入待机状态。

总之，在本实施例中，上述方案既可以很好的解决某路电源输出故障时冗余电源能够快速提供电源，输出不存在断续或跌落的情况；又可以通过对各路模块状态检测，以及各开关通道中的第一开关和第二开关的时序控制，有效地解决n+1备份中，多路输出故障情况下，由于冗余供电模块的接入负载过大，从而导致输出保护问题。

图3示出了在本实施例中在上述冗余电源上实现冗余供电的具体方法，在图3中，以一个由电源开始工作、出现故障进行容易供电以及故障解除后恢复正常供电的具体过程为例，说明了整个方法的具体步骤。在图3中，包括如下步骤：

步骤s11微控制器输出多个第一控制信号和第二控制信号，使得所有的第一开关导通，第二开关截止：在本实施例中，正如前面所述，冗余供电模块的输出是通过多个串联的第一开关和第二开关的组合(开关通道)分别连接在每个供电模块的输出端或负载上的。在供电模块正常工作的状态下，冗余供电模块与负载之间的开关通道是断开的，所以不会对负载供电。这些开关通道中的第一开关和第二开关的控制信号均是独立的，由微控制器提供；在本实施例中，这些控制信号是由微控制器的不同的输出端输出并提供到上述各第一开关和第二开关的控制端的。在本步骤中，就是上述微控制器在不同的输出端输出多个第一控制信号和第二控制信号，使得这些控制信号控制的第一开关全部导通，而第二开关全部断开，这样，从电路上来看，冗余供电模块和各个供电模块的负载由于第二开关的断开而断开，冗余供电模块并没有给任何负载供电，个负载还是由其自己的供电模块供电的。在电源开始工作以及电源各供电模块状态正常的情况下，该电源的各供电模块分别为各自的负载供电，其冗余供电模块并不为任何负载供电，所以不需要连接到任何负载上。

步骤s12监测每个供电模块的状态：在本步骤中，微控制器检测各个供电模块的工作状态，并采集表示这些状态的数据，对这些数据进行判断，以确定该电源中的各供电模块的状态。在本实施例中，上述微控制器是通过不同的输入端口对各个供电模块的电压或电流参数进行采集而得到上述状态数据的。例如，通过采集或取得一个供电模块中的输出电压或输出电流值，将其转换为设定的电平值，然后输送到微控制器的一个输入端口。当上述输出电压或输出电流值在一个指定的范围内，输送到上述输入端口的信号是一个指定的电平，例如，高电平；而当上述输出电压或输出电流超出设定范围值时，输送到上述输入端口的箱号是另一个指定的电平，例如低电平。这样就能够实现对一个供电模块的状态监测；多个供电模块分别通过多个输入端口采取上述方式，就能够实现对多个供电模块的状态的状态监测。

步骤s13出现状态异常的供电模块否，如否，返回上述步骤s11；如是，执行下一步骤。如前所述，在本步骤中，对上述步骤中采集到的各供电模块的状态数据进行处理，判断其中是否存在异常的状态；例如，本来应该是全部高电平的状态数据，如果出现低电平，则可以确定有供电模块出现异常状态。在本实施例中，一种情况下，上述状态数据是将上述各个输入端口的电平或信号按照一定的规则排列，将一个输入端口的电平值作为一个数据中的一个数据位，得到一个或多个字节表示的状态数据。

步骤s14确定出现异常的供电模块位置：在本步骤中，由于出现了供电模块异常的情况，因此需要找出出现异常的供电模块的位置，实际上就是找出出现异常的供电模块对应的第一开关和第二开关，这是由于不同的输入端采集的是不同的供电模块的状态信号或数据，而这些信号或数据在按照设定的顺序或位置排列的；只要确定出现异常状态的输入端，就能够得知出现异常的供电模块，同样地，知道出现异常的供电模块就能够得到该供电模块对应的第一开关和第二开关(即连接在或设置在冗余供电模块和该供电模块的输出端或负载之间的第一开关和第二开关)。这些对应的关系是事先设置并存储在微控制器中的，只要知道其中一个，例如，输入端口，就能通过查表等现有的技术手段得到其他，例如，第一控制信号或第二控制信号的输出端口。这个过程就是本实施例中的确定出现异常的电源模块位置。

步骤s15改变输出的控制信号，使得对应的第一开关和第二开关均导通，其余的第一开关和第二开关均断开：在本步骤中，所述微控制器输出控制信号，使得出现异常的的供电模块对应的开关通道的第一开关和第二开关导通(该第一开关原先就是导通的)，同时使得该电源模块中的其余第一开关全部断开，还使得区域第二开关也全部断开(实际上，其余第二开关原先就是断开的)。也就是说，对于一个原先正常工作的电源模块而言，本步骤中改变的控制信号是，改变除出现异常状态的供电模块的第一开关外的所有第一开关的控制信号使得其余第一开关断开，同时改变该供电模块对应的第二开关的第二控制信号使得该第二开管导通，而不改变其余第二控制信号。这样就实现了该供电模块对应的开关通道的导通以及冗余供电模块的其余开关通道对于冗余供电模块的断开。这样，实现了在出现故障时使用上述冗余供电模块对于出现故障的供电模块的负载的供电。

值得一提的是，在执行上述步骤实现冗余供电模块的供电后，对于供电模块的状态检测并没有停止，仍然还在继续进行。如果上述被检测到的故障消失，也就是上述出现故障的供电模块恢复正常(同样是通过上述方法检测到的)，则微控制器输出正常状态下的第一控制信号和第二控制信号，即使得所有第一开关导通和所有第二开关断开，恢复到正常状态下的供电情况；如果故障仍然存在，但未出现新的故障，则微控制器维持当前的控制信号的输出，也就是冗余供电模块仍然对上述负载供电；如果原先的故障未消除，又出现新的故障，上述微控制器将仍然保持当前的控制信号的输出，即冗余供电模块锁定最先出现的、未消除故障的供电模块，为其对应负载供电；对其后出现故障的供电模块不进行处理，也不会对其负载供电。这种设置使得电源的冗余供电模块不会因为负载过大而出现损坏或保护，使得电源的故障不会进一步扩大，限制在极端情况下的故障蔓延。

也就是说，在本实施例中，为器供电模块出现故障的负载供电并断开所述冗余供电模块和其余负载的连接包括了确定出现故障的供电模块对应的开关通道，维持该开关通道的第一开关导通，改变该开关通道的第二控制信号使得其第二开关导通，使得所述冗余供电模块为该出现故障的供电模块的负载供电；同时，使得其余开关通道的第一开关截止，断开所述冗余供电模块和其余供电模块的连接等步骤；这些步骤是上述微控制器通过查询其存储的数据和按照存储的设定改变其输出端的控制信号而实现的。一些情况下存在对出现的故障是否唯一的判断步骤，也就是判断上述冗余供电模块是否已经在为一个负载供电的步骤，该步骤在检测到一个供电模块出现异常情况后马上执行，并根据该判断的结果决定微控制器输出的控制信号：即判断所述冗余供电模块是否已为一个负载供电，如是，维持维持当前第一控制信号和第二控制信号的输出，并返回判断供电模块是否出现故障步骤；否则，执行使得冗余供电模块锁定出现故障的供电模块的负载步骤；其中，通过判断是否存在使一个第二开关导通的第二控制信号来判断所述冗余供电模块是否已为一个负载供电。在本实施例中，涉及到上述控制信号或状态的判断，可以通过检测该控制信号对应的输出端的电平或状态数据中的指定位的电平或数据值来实现。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。