專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路。
背景技術(shù)：
在運(yùn)載火箭等高可靠應(yīng)用領(lǐng)域，某些核心嵌入式計(jì)算機(jī)采用了三冗余設(shè)計(jì)，三個(gè) 完全相同的CPU獨(dú)立并行工作，輸出結(jié)果經(jīng)三取二表決輸出，供電電路成為三冗余嵌入式 計(jì)算機(jī)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一 。 以往型號(hào)三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)由采用單電源供電的形式，也有采用雙電源直接并 聯(lián)后為計(jì)算機(jī)供電的形式，如圖1所示，這兩種供電電路均存在單點(diǎn)失效故障模式，即一個(gè) 地方出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)
系統(tǒng)可靠供電電路，解決了三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)的供電電路的可靠性問(wèn)題，消除因開(kāi)路或
短路故障造成系統(tǒng)失效的單點(diǎn)失效故障模式。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案 方案一 —種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于包括兩臺(tái)獨(dú)立的直流 穩(wěn)壓電源、四個(gè)保險(xiǎn)絲、兩個(gè)電阻、四個(gè)DC/DC 二次電源模塊和兩個(gè)二極管， 一個(gè)保險(xiǎn)絲與 一個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線 進(jìn)行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保護(hù)后分成兩路，為兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊 供電，在由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC 二次電源模塊中選兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊，選 好的兩個(gè)DC/DC二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板 供電，另外兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊分別給其余兩個(gè)CPU板供電，即實(shí)現(xiàn)了將兩路獨(dú)立直流 電源輸入變換為三路獨(dú)立可靠的直流電源輸出為三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電。
所述保險(xiǎn)絲按照工作電流不大于額定電流75%的原則選取。
所述電阻阻值按照保險(xiǎn)絲內(nèi)阻的5 10倍選取。
方案二 —種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于包括兩臺(tái)獨(dú)立的直流 穩(wěn)壓電源、四個(gè)保險(xiǎn)絲、兩個(gè)電阻、六個(gè)DC/DC二次電源模塊和六個(gè)二極管，一個(gè)保險(xiǎn)絲與 一個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線 進(jìn)行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保護(hù)后分成三路，為三個(gè)DC/DC 二次電源模塊 供電，將由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC二次電源模塊進(jìn)行兩兩組合，共組成三組，每組 的兩個(gè)DC/DC二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板供 電，即實(shí)現(xiàn)了將兩路獨(dú)立直流電源輸入變換為三路獨(dú)立可靠的直流電源輸出為三冗余嵌入 式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電。
所述保險(xiǎn)絲按照工作電流不大于額定電流75%的原則選取。
所述電阻阻值按照保險(xiǎn)絲內(nèi)阻的5 10倍選取。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 該方法不僅消除了一度開(kāi)路故障造成系統(tǒng)失效的故障模式，并且消除了因短路故 障造成系統(tǒng)失效的故障模式，大大提高了三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的供電可靠性。(補(bǔ)充)


圖1為傳統(tǒng)的三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)供電電路示意圖； 圖2為本發(fā)明一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路示意圖； 圖3為本發(fā)明另外一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例分別如圖2和圖3所示 如圖2所示，包括兩臺(tái)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源、四個(gè)保險(xiǎn)絲1、兩個(gè)電阻2、四個(gè)DC/DC 二次電源模塊和兩個(gè)二極管3， 一個(gè)保險(xiǎn)絲與一個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每 臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線進(jìn)行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保 護(hù)后分成兩路，為兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊供電，在由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC 二次 電源模塊中選兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊，選好的兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一 個(gè)二極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板供電，另外兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊分別給其 余兩個(gè)CPU板供電，即實(shí)現(xiàn)了將兩路獨(dú)立直流電源輸入變換為三路獨(dú)立可靠的直流電源輸 出為三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電。 如圖3所示，包括兩臺(tái)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源、四個(gè)保險(xiǎn)絲、兩個(gè)電阻、六個(gè)DC/DC二 次電源模塊和六個(gè)二極管， 一個(gè)保險(xiǎn)絲與一個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每臺(tái) 直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線進(jìn)行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保護(hù) 后分成三路，為三個(gè)DC/DC 二次電源模塊供電，將由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC 二次電 源模塊進(jìn)行兩兩組合，共組成三組，每組的兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一個(gè)二 極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板供電，即實(shí)現(xiàn)了將兩路獨(dú)立直流電源輸入變換為三 路獨(dú)立可靠的直流電源輸出為三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電。 本發(fā)明電路中的任一個(gè)設(shè)備、器件及設(shè)備和器件之間的線路發(fā)生開(kāi)路和短路故 障，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)均工作正常(兩個(gè)CPU板工作正常，嵌入式計(jì)算機(jī)工作正常)。
采用兩臺(tái)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源為嵌入式計(jì)算機(jī)供電，在設(shè)備內(nèi)供電電路仍獨(dú)立， 不能并聯(lián)成一路。如將兩臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的輸出并聯(lián)在一起為嵌入式計(jì)算機(jī)的方法，當(dāng)其 中一臺(tái)電源的直流輸出母線發(fā)生短路故障，由于輸出母線并聯(lián)在一起，則直接導(dǎo)致另一臺(tái) 直流穩(wěn)壓電源輸出短路，嵌入式計(jì)算機(jī)失電停止工作。
本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括以下兩點(diǎn) —、在直流穩(wěn)壓電源的正母線上，采用保險(xiǎn)絲與電阻串聯(lián)，再與保險(xiǎn)絲并聯(lián)的保險(xiǎn) 絲不對(duì)等并聯(lián)法進(jìn)行母線短路保護(hù)。主要考慮因素基于以下三個(gè)方面
(1)保險(xiǎn)絲的冗余設(shè)計(jì)不能采用并聯(lián)分流方式 為提高可靠性，采用保險(xiǎn)絲進(jìn)行故障隔離，應(yīng)考慮因保險(xiǎn)絲質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致該路無(wú)法供電。因此需要考慮保險(xiǎn)絲的冗余。對(duì)保險(xiǎn)絲進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)有一定的難度，如采取直接 并聯(lián)的方法，雖提高了供電的可靠性，但由于并聯(lián)保險(xiǎn)絲的分流作用，保險(xiǎn)絲隔離性能大大 降低。舉例說(shuō)明當(dāng)未采用保險(xiǎn)絲并聯(lián)冗余，保險(xiǎn)絲的額定電流為1，當(dāng)故障電流是21時(shí)， 可保證故障可靠隔離。采用保險(xiǎn)絲并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)后，當(dāng)故障電流是41時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，故障 被隔離。如故障電流在小于41時(shí)，故障不能確保被隔離，不符合系統(tǒng)的故障隔離要求。
(2)保險(xiǎn)絲冗余采用主備份冗余方式 在備份保險(xiǎn)絲路串入限流電阻，增加備份保險(xiǎn)絲支路的電阻值，使絕大部分工作 電流通過(guò)主保險(xiǎn)絲，將兩路保險(xiǎn)絲形成主備份工作模式。正常工作時(shí)，主保險(xiǎn)絲無(wú)故障時(shí)， 絕大部分工作電路流過(guò)主保險(xiǎn)絲。備份保險(xiǎn)絲流過(guò)剩余的較少工作電流。當(dāng)電路發(fā)生過(guò)流 或短路故障，主保險(xiǎn)絲首先熔斷，之后，全部故障電流流過(guò)備份保險(xiǎn)絲，備份保險(xiǎn)絲熔斷，保 證了故障隔離功能發(fā)揮作用。 如主保險(xiǎn)絲存在質(zhì)量問(wèn)題或發(fā)生故障，則由備份保險(xiǎn)絲接替主保險(xiǎn)絲，承擔(dān)全部 工作電流，為后面電路供電，需要考慮限流電阻的阻值會(huì)造成一定的供電壓降，對(duì)后面電路 的影響。
(3)保險(xiǎn)絲、限流電阻的參數(shù)選取 a、工作電流按照0. 75A來(lái)考慮，保險(xiǎn)絲選擇按照工作電流不大于額定電流75 %的 原則選取，因此應(yīng)選擇額定電流不小于1A的保險(xiǎn)絲。 b、限流電阻阻值的選取，既要兼顧主備回路的電流分配、又要考慮備份電路工作 時(shí)，限流電阻造成壓降對(duì)后面電路的影響。 首先需要查閱保險(xiǎn)絲的內(nèi)阻，如保險(xiǎn)絲內(nèi)阻為0. 1 Q ，則限流電阻可按保險(xiǎn)絲內(nèi)阻
的5 10倍選取，則主保險(xiǎn)流過(guò)的電流為0. 64 0. 68A，備份保險(xiǎn)絲流過(guò)的電流為0. 07
0. IIA。當(dāng)故障電流為2.33A時(shí)，流過(guò)主保險(xiǎn)絲額定電流為2A，流過(guò)備份保險(xiǎn)絲電流為
0. 33A，主保險(xiǎn)絲首先熔斷，之后全部的2. 33A流過(guò)備份保險(xiǎn)絲，備份保險(xiǎn)絲熔斷。 當(dāng)主保險(xiǎn)絲發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，主電路不導(dǎo)通，則備份保險(xiǎn)絲流過(guò)所有的0. 75A電流，
在限流電阻上的壓降為0. 38 0. 75V，對(duì)一般采用28V直流供電的嵌入式計(jì)算機(jī)，小于IV
的壓降可以接受。 二、二次電源變換電路 選用具有輸入輸出隔離的DC/DC 二次電源模塊，實(shí)現(xiàn)二次電源變化功能，即可以
優(yōu)化電磁兼容性能，提高抗干擾能力，又實(shí)現(xiàn)輸出短路故障對(duì)輸入電路的影響。 本發(fā)明采用4個(gè)或6個(gè)DC/DC 二次電源模塊，實(shí)現(xiàn)二次電源變換，采用4個(gè)DC/DC
二次電源模塊的方案見(jiàn)圖2。采用6個(gè)DC/DC二次電源模塊的方案見(jiàn)圖3。將4 6路二
次電源轉(zhuǎn)變?yōu)?路電源提供給三個(gè)CPU板 如圖2所示，將DC/DC 二次電源模塊1和4的輸出(分別由不同的直流穩(wěn)壓電源 1和2供電)，分別提供給CPU板1和CPU板3，DC/DC 二次電源模塊2和3的輸出正母線經(jīng) 過(guò)二極管后并聯(lián)在一起，負(fù)母線直接并聯(lián)，為CPU板2供電。 如圖3所示，將DC/DC 二次電源模塊1和4正母線經(jīng)二極管后并聯(lián)，負(fù)母線直接并 聯(lián)，為CPU板1供電。同理將DC/DC 二次電源模塊2和5的輸出提供給CPU板2，將DC/DC 二次電源模塊3和6的輸出提供給CPU板3。 二極管的作用是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)并聯(lián)DC/DC 二次電源模塊的故障之間的影B向，當(dāng)其中一
5個(gè)電源模塊發(fā)生故障，由于有二極管隔離，不會(huì)影響另一個(gè)電源模塊的正常輸出，二極管的 選取應(yīng)考慮當(dāng)其中的一個(gè)電源模塊輸出電路短路，能夠承受另一個(gè)二次電源模塊的輸出電 壓而不被擊穿。 目前本發(fā)明已應(yīng)用在某型號(hào)火箭牽制釋放故障檢測(cè)系統(tǒng)中。系統(tǒng)配置兩路直流 28V供電，經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)絲和電阻的保護(hù)電路，經(jīng)過(guò)DC/DC電源模塊變換成4路5V 二次電源，為 三個(gè)CPU板供電。 本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于包括兩臺(tái)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源、四個(gè)保險(xiǎn)絲、兩個(gè)電阻、四個(gè)DC/DC二次電源模塊和兩個(gè)二極管，一個(gè)保險(xiǎn)絲與一個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線進(jìn)行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保護(hù)后分成兩路，為兩個(gè)DC/DC二次電源模塊供電，在由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC二次電源模塊中選兩個(gè)DC/DC二次電源模塊，選好的兩個(gè)DC/DC二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板供電，另外兩個(gè)DC/DC二次電源模塊分別給其余兩個(gè)CPU板供電，即實(shí)現(xiàn)了將兩路獨(dú)立直流電源輸入變換為三路獨(dú)立可靠的直流電源輸出為三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于 所述保險(xiǎn)絲按照工作電流不大于額定電流75%的原則選取。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于 所述電阻阻值按照保險(xiǎn)絲內(nèi)阻的5 10倍選取。
4. 一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于包括兩臺(tái)獨(dú)立的直流穩(wěn) 壓電源、四個(gè)保險(xiǎn)絲、兩個(gè)電阻、六個(gè)DC/DC 二次電源模塊和六個(gè)二極管， 一個(gè)保險(xiǎn)絲與一 個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線進(jìn) 行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保護(hù)后分成三路，為三個(gè)DC/DC 二次電源模塊供 電，將由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC 二次電源模塊進(jìn)行兩兩組合，共組成三組，每組的 兩個(gè)DC/DC 二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板供 電，即實(shí)現(xiàn)了將兩路獨(dú)立直流電源輸入變換為三路獨(dú)立可靠的直流電源輸出為三冗余嵌入 式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于 所述保險(xiǎn)絲按照工作電流不大于額定電流75%的原則選取。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，其特征在于 所述電阻阻值按照保險(xiǎn)絲內(nèi)阻的5 10倍選取。
全文摘要
一種三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠供電電路，一個(gè)保險(xiǎn)絲與一個(gè)電阻串聯(lián)，再與一個(gè)保險(xiǎn)絲并聯(lián)后接在每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源的正母線的輸出端，對(duì)母線進(jìn)行短路保護(hù)，每臺(tái)直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)短路保護(hù)后分成兩路，為兩個(gè)DC/DC二次電源模塊供電，在由不同直流穩(wěn)壓電源供電的DC/DC二次電源模塊中選兩個(gè)DC/DC二次電源模塊，選好的兩個(gè)DC/DC二次電源模塊的輸出各串聯(lián)一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起為其中的一個(gè)CPU板供電，另外兩個(gè)DC/DC二次電源模塊分別給其余兩個(gè)CPU板供電。解決了三冗余嵌入式計(jì)算機(jī)的供電電路的可靠性問(wèn)題，消除因開(kāi)路或短路故障造成系統(tǒng)失效的單點(diǎn)失效故障模式。
文檔編號(hào)H02H7/22GK101777790SQ200910243288
公開(kāi)日2010年7月14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)明者張學(xué)英 申請(qǐng)人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所