功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法，該雙電源冗余供電系統(tǒng)包括負載、主供電模塊以及從供電模塊、功率切換控制信號產(chǎn)生電路以及負載功率控制模塊，該功率切換控制信號產(chǎn)生電路包括冗余電源模塊、第一電壓放大模塊、第二電壓放大模塊、除法模塊以及比較模塊。通過上述公開內(nèi)容，本發(fā)明所揭示的技術(shù)方案可能根據(jù)主供電模塊和從供電模塊的供電電流的比例來產(chǎn)生精確的功率切換控制信號，從而基于電流分擔負載的比例進行系統(tǒng)功耗控制，可最大化的利用系統(tǒng)供電能力，減少錯誤判決帶來的功能能力浪費，切換過程同步于電源電壓的變化，可以準確控制切換時間點，做到無縫控制，避免中間過程的負載過載。
【專利說明】功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及電源【技術(shù)領域】，特別是涉及一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，多電源冗余技術(shù)得到廣泛應用，舉例而言，多數(shù)桌面電子辦公的設備同時支持POE (Power over Ethernet,以太網(wǎng)供電模塊)和適配器供電,可提高辦公桌面簡潔度。如果辦公設備支持POE供電，客戶僅需要一根網(wǎng)線即可實現(xiàn)上網(wǎng)和供電兩個功能；如果辦公設備不支持POE供電，客戶也可以使用適配器來供電。對于兩種電源的供電方式，都要求可以實現(xiàn)無縫切換，以便客戶能夠自由切換供電的方式，以便保證負載工作的連續(xù)性而不會出現(xiàn)中斷現(xiàn)象。
[0003]但不能忽略的是，由于以太網(wǎng)供電模塊最大能提供13W，而適配器能提供20W以上，因此，如果設備支持POE和適配器供電，為充分利用兩種電源的效率，大多會設計成:適配器供電時，使能系統(tǒng)全部功能，保證最大效率工作；而POE供電時，需要限制某些功能，使設備功耗小于POE的最大功耗，以免出現(xiàn)過載掉電保護。如果電源是從大功率適配器向小功率POE切換時，POE會瞬間承載適配器供電時的全部負載，此時，系統(tǒng)功耗遠大于POE的能提供的最大功率，會出現(xiàn)過載掉電的風險，需要等到設備將某些功能模塊關(guān)閉或降低模塊自身功耗后，系統(tǒng)功耗才會低于POE能提供的最大功率，防止過載掉電保護。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)提供了如下技術(shù)方案，請參見圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]如圖1所示，這是一個適配器和Ρ0Ε(即以太網(wǎng)供電模塊)的傳統(tǒng)冗余供電設計，適配器(未繪示)輸入的電流從二極管D22的陽極輸入，POE (未繪示)輸入的電流從二極管Dll的陽極輸入，其中系統(tǒng)供電電壓要求為12V，按照雙二極管的冗余供電原理，哪一路電源電壓高，哪一路就會提供相對較大的負載電流，此處假設適配器B’點電壓為12V，POEA’點電壓為11.5V，配置為適配器優(yōu)先供電)，通過電阻Rl和R2的分壓，得到E點電壓為12V*R2/(R1+R2)=3.3V(R1和R2的值，根據(jù)控制信號的電壓要求來設定，假設系統(tǒng)要求高電平為3.3V，低電平為0V)，系統(tǒng)功耗控制信號為高電平，表示系統(tǒng)正在使用適配器供電。
[0006]當適配器關(guān)閉時，B點電壓會降低，E點電壓隨著降低，當E點降到OV時，適配器完全停止供電，此時，POE單獨供電，系統(tǒng)功耗控制信號為低電平，表示系統(tǒng)正在使用POE供電，設備將功耗切換到POE供電模式，同時保證設備功耗低于POE提供最大功率，防止過載掉電保護。
[0007]以上電路存在以下問題:只有在適配器輸出電壓降低到OV時，才能檢測到適配器掉電，調(diào)整系統(tǒng)功耗，但是，在冗余供電設計中，通常不是簡單的一個供電，另一個不供電的情況，而是當一個電源供電電流降低時，另外一個電源能夠補上其余電流，來保證系統(tǒng)能持續(xù)供電。
[0008]在這種設計中，會出現(xiàn)一個中間狀態(tài)，即兩個電源按照一定比例分擔系統(tǒng)的負載電流，此情況下，如果按照上述傳統(tǒng)設計，則無法對中間狀態(tài)進行功耗控制。此時，按照電流分擔比例來計算，即使系統(tǒng)達到最大功耗，如果POE所承擔的功耗小于13W，就不必對系統(tǒng)功耗做出限制。而在傳統(tǒng)設計中，卻只能判斷出電源供電和不供電兩個狀態(tài)。如果只檢測適配器的供電狀態(tài)，在中間狀態(tài)時，系統(tǒng)會判斷適配器仍然在供電，因為此時適配器電源并沒降低到0V，然而在此時，POE也會承載一部分系統(tǒng)功耗，如果POE所承擔的功耗超過13W，則系統(tǒng)在最大功耗進行切換時，會出現(xiàn)過載下電；反之，如果修改為檢測POE的供電狀態(tài)，則在中間狀態(tài)時，系統(tǒng)會判斷POE仍然在供電，系統(tǒng)會對系統(tǒng)功耗進行限制，然而在此時，如果POE所承擔的功耗低于13W，則無需對系統(tǒng)進行功耗限制，這樣就浪費了系統(tǒng)的供電能力。
[0009]通常來說，電源的輸出電壓并不是一個固定準確的值，而是一個范圍，按照雙二極管的冗余設計原理，兩路電源的電壓高低和其本身所分擔負載電流的比例是成正比的，這就意味著中間狀態(tài)不僅僅出現(xiàn)在電源切換過程中，在實際應用時也有可能經(jīng)常出現(xiàn)。這就成為該系統(tǒng)的固有缺陷。
[0010]以下請參見圖2，圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另外一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)不意圖。如圖2所不出為一個兩路電源二選一的電源選擇系統(tǒng)(某一時刻,只有一個電源在供電，不能兩個電源同時供電)。假設系統(tǒng)默認設置為以太網(wǎng)供電模塊103供電，此時供電控制器101輸出開關(guān)控制信號為高電平，可控開關(guān)102斷開，使得適配器104與負載105處于斷開狀態(tài)，以太網(wǎng)供電模塊103單獨給負載105供電。
[0011]當太網(wǎng)供電模塊103的輸入電壓降低時，可控開關(guān)102會自動檢測該電壓，當檢測到降低至正常范圍以下時(此時太網(wǎng)供電模塊103停止供電)，輸出的開關(guān)控制信號變?yōu)榈碗娖?，打開可控開關(guān)102，適配器104和負載105相連，適配器104單獨給負載105供電。這就實現(xiàn)了兩路電源的二選一切換，此時的功耗管理依賴于可控開關(guān)102的開關(guān)控制信號。
[0012]該設計的控制可控開關(guān)102開啟或關(guān)閉的信號不是通用信號，受到可控開關(guān)102的限制。如果電路設計中沒有該開關(guān)控制信號，則無法使用該設計。并且為了實現(xiàn)兩路電源的無縫切換，保證系統(tǒng)的運作連續(xù)，對可控開關(guān)的開關(guān)速度要求極高，負載越大，開關(guān)速度要求越快，反之越小，目前業(yè)界通用的開關(guān)速度會限定此設計所能應用的負載情況，通用性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法實施例，能根據(jù)主供電模塊和從供電模塊的供電電流的比例來產(chǎn)生精確的功率切換控制信號。
[0014]本發(fā)明為解決技術(shù)問題而采用的一個技術(shù)方案是:提供一種雙電源冗余供電系統(tǒng)，包括負載、主供電模塊以及從供電模塊，主供電模塊提供第一供電電流至負載，從供電模塊提供第二供電電流至負載，負載的最大功耗小于或等于主供電模塊的最大輸出功率，且大于從供電模塊的最大輸出功率，該系統(tǒng)進一步包括功率切換控制信號產(chǎn)生電路和負載功率控制模塊，其中該功率切換控制信號產(chǎn)生電路包括:冗余電源模塊，對第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號；第一電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號；第二電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號；除法模塊，將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓；比較模塊，將比值電壓與閾值電壓進行比較，在比值電壓大于閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在比值電壓小于或等于閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值；而負載功率控制模塊在獲取到第一功率切換控制信號時將負載的功耗減小至從供電模塊的最大輸出功率，在獲取到第二功率切換控制信號時保持負載的功耗不變。
[0015]本發(fā)明為解決技術(shù)問題而采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路，該電路包括:冗余電源模塊，對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號；第一電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號；第二電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號；除法模±夾，將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓；比較模塊，將比值電壓與閾值電壓進行比較，在比值電壓大于閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在比值電壓小于或等于閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值。
[0016]本發(fā)明為解決技術(shù)問題而采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種雙電源冗余供電方法，包括以下步驟:對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供至負載的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號；以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號；將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓；將比值電壓與閾值電壓進行比較，在比值電壓大于閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在比值電壓小于或等于閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值；根據(jù)第一功率切換控制信號將負載的功耗減小至從供電模塊的最大輸出功率，或根據(jù)第二功率切換控制信號保持負載的功耗不變。
[0017]區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明實施例的功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法能根據(jù)主供電模塊和從供電模塊的供電電流的比例來產(chǎn)生精確的功率切換控制信號，從而基于電流分擔負載的比例進行系統(tǒng)功耗控制，可最大化的利用系統(tǒng)供電能力，減少錯誤判決帶來的功能能力浪費，切換過程同步于電源電壓的變化，可以準確控制切換時間點，做到無縫控制，避免中間過程的負載過載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另外一種功率切換控制/[目號廣生電路的電路結(jié)構(gòu)不意圖；[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙電源冗余供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙電源冗余供電系統(tǒng)的具體電路圖；
[0022]圖5是雙極管的輸入電壓和輸出電壓位置關(guān)系圖；
[0023]圖6是雙極管的輸入電壓和輸出電壓的差值與通過的電流值的關(guān)系曲線圖；
[0024]圖7是PNP三極管放大電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖8是除法器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的功率切換控制信號產(chǎn)生電路中各點的信號時序圖；以及
[0027]圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的雙電源冗余供電方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明實施例提供了一種雙電源冗余供電系統(tǒng)，包括負載、主供電模塊以及從供電模塊，主供電模塊提供第一供電電流至負載，從供電模塊提供第二供電電流至負載，負載的最大功耗小于或等于主供電模塊的最大輸出功率，且大于從供電模塊的最大輸出功率，該系統(tǒng)進一步包括功率切換控制信號產(chǎn)生電路和負載功率控制模塊，其中該功率切換控制信號產(chǎn)生電路包括:冗余電源模塊，對第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號；第一電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號；第二電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號；除法模塊，將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓；比較模塊，將比值電壓與閾值電壓進行比較，在比值電壓大于閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在比值電壓小于或等于閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值；而負載功率控制模塊在獲取到第一功率切換控制信號時將負載的功耗減小至從供電模塊的最大輸出功率，在獲取到第二功率切換控制信號時保持負載的功耗不變。
[0029]本發(fā)明實施例進一步提供了一種功率切換控制信號產(chǎn)生電路，該電路包括:冗余電源模塊，對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號；第一電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號；第二電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號；除法模塊，將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓；比較模塊，將比值電壓與閾值電壓進行比較，在比值電壓大于閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在比值電壓小于或等于閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值。
[0030]本發(fā)明實施例進一步提供了一種雙電源冗余供電方法，包括以下步驟:對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供至負載的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號；以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號；將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓；將比值電壓與閾值電壓進行比較，在比值電壓大于閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在比值電壓小于或等于閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值；根據(jù)第一功率切換控制信號將負載的功耗減小至從供電模塊的最大輸出功率，或根據(jù)第二功率切換控制信號保持負載的功耗不變。
[0031]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例的功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法能根據(jù)主供電模塊和從供電模塊的供電電流的比例來產(chǎn)生精確的功率切換控制信號，從而基于電流分擔負載的比例進行系統(tǒng)功耗控制，可最大化的利用系統(tǒng)供電能力，減少錯誤判決帶來的功能能力浪費，切換過程同步于電源電壓的變化，可以準確控制切換時間點，做到無縫控制，避免中間過程的負載過載。
[0032]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明實施例的功率切換控制信號產(chǎn)生電路、雙電源冗余供電系統(tǒng)及方法進行描述。
[0033]請參見圖3，圖3是本發(fā)明實施例的雙電源冗余供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明的雙電源冗余供電系統(tǒng)包括負載203、主供電模塊201、從供電模塊202、功率切換控制信號產(chǎn)生電路20以及負載功率控制模塊209，主供電模塊201提供第一供電電流至負載203，從供電模塊202提供第二供電電流至負載203。
[0034]其中，負載203的最大功耗小于或等于主供電模塊201的最大輸出功率,且大于從供電模塊202的最大輸出功率，由于主供電模塊201和從供電模塊202的最大輸出功率不相同，因此，本發(fā)明的雙電源冗余供電系統(tǒng)是一種非對稱的電源供電系統(tǒng)。
[0035]請繼續(xù)參見圖3，如圖3所示，本發(fā)明的功率切換控制信號產(chǎn)生電路20包括冗余電源模塊204、第一電壓放大模塊205、第二電壓放大模塊206、除法模塊207以及比較模塊208。
[0036]其中，冗余電源模塊204對第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號。第一電壓放大模塊205以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號，第二電壓放大模塊206以相同的預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號。除法模塊207將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓。比較模塊208將比值電壓與閾值電壓Vret進行比較，在比值電壓大于閾值電壓Vret時輸出第一功率切換控制信號,在比值電壓小于或等于閾值電壓Vret時輸出第二功率切換控制信號。
[0037]上述的閾值電壓Vret的電壓值等于從供電模塊202的最大輸出功率與將負載203的最大功耗減去從供電模塊202的最大輸出功率所得差值之比值。舉例而言，若主供電模塊201的最大輸出功率為20w，負載203的最大功耗為20w，從供電模塊202的最大輸出功率為13w，則可設定閾值電壓Vret為13/ (20-13) =13/7。
[0038]本發(fā)明的雙電源冗余供電系統(tǒng)進一步包括負載功率控制模塊209，在獲取到第一功率切換控制信號時將負載203的功耗減小至從供電模塊202的最大輸出功率，在獲取到第二功率切換控制信號時保持負載203的功耗不變。從而確保從供電模塊202不會超載工作。
[0039]由于非對稱的從供電模塊202和主供電模塊201通過冗余電源模塊204向負載203供電，冗余電源模塊204不僅實現(xiàn)了兩路電源的冗余供電設計，還能將兩路電源的電流信號轉(zhuǎn)換為第一電壓信號和第二電壓信號(均為一個小幅值的電壓信號)，而第一電壓放大模塊205和第二電壓放大模塊206會將此第一電壓信號和第二電壓信號分別放大至合適范圍，除法模塊207將計算來自從供電模塊202和主供電模塊201的第一電壓放大信號和第一電壓放大信號的比例，與閾值電壓Vret作比較，以產(chǎn)生第一功率切換控制信號或第二功率切換控制信號，雙電源冗余供電系統(tǒng)利用該第一功率切換控制信號或第二功率切換控制信號快速判斷負載203的當前供電狀態(tài)和功耗分配情況，同步調(diào)整負載203的功耗，達到同步切換負載203功耗的目的。
[0040]以下請參見圖4以對上述的雙電源冗余供電系統(tǒng)的具體電路結(jié)構(gòu)作出詳細說明。
[0041]圖4是本發(fā)明第一實施例的雙電源冗余供電系統(tǒng)的具體電路結(jié)構(gòu)圖，其中圖4在圖3的基礎上進一步繪示出本發(fā)明的功率切換控制信號產(chǎn)生電路20的具體電路結(jié)構(gòu)。
[0042]如圖4所示，冗余電源模塊204包括第一雙極管Dl和第二雙極管D2，第一雙極管Dl的陽極與主供電模塊201連接，第一雙極管Dl的陰極與負載203連接，第二雙極管D2的陽極與從供電模塊202連接，第二雙極管D2的陰極與第一雙極管Dl的陰極連接。
[0043]并請參見圖5和圖6,圖5是雙極管的輸入電壓和輸出電壓位置關(guān)系圖，圖6是雙極管的輸入電壓Vl和輸出電壓V2的差值與通過的電流值的關(guān)系曲線圖。
[0044]由圖6可知，一般的雙極管具有以下傳輸特性:陽極和陰極之間的電壓差V2-V1與通過的電流具有一定的對應關(guān)系，具體表現(xiàn)為，通過的電流值越大，陽極和陰極之間的電壓差V2-V1越大(二者為非線性關(guān)系)。由于以上特性為普通雙極管所共有的特點，因此本發(fā)明中所采用的第一雙極管Dl以及第二雙極管D2也具有相同的傳輸特性，本發(fā)明利用雙極管的該傳輸特性對主供電模塊201和從供電模塊202輸出的電流進行采樣，以生成對應電壓信號。
[0045]對于冗余電源模塊204而言，由二極管的傳輸特性可知，通過二極管的電流和其兩端的電壓成一定比例關(guān)系，雙二極管冗余設計，正是利用了二極管的這一特性，兩路二極管所通過的電流大小取決于其輸入的電壓大小(因為兩個二極管有一個腳是連接在一起的，所以兩個二極管兩端的電壓差值的大小，只取決于另一個腳的輸入電壓)。
[0046]如果知道主供電模塊201和從供電模塊202的輸入電壓值，以及雙電源冗余供電系統(tǒng)的負載203電流，就可以根據(jù)二極管的傳輸特性曲線分別計算出流過兩個二極管的電流。其最終實現(xiàn)的效果就是:哪個二極管輸入電壓高，其分擔的電流占總電流的比例就越大。
[0047]此設計的主要作用有兩個:
[0048](a)實現(xiàn)電源(即主供電模塊201和從供電模塊202)的無縫切換。
[0049](b)電流取樣(根據(jù)二極管的導通特性圖可知，在其流過的電流為一定值時，其兩端的電壓差也是一個對應的值)。
[0050]請再次參見圖4，主供電模塊201輸出的第一供電電流Ia在流經(jīng)第一雙極管Dl時會在第一雙極管Dl的陽極和陰極之間產(chǎn)生與其電流值對應的電壓差信號,該電壓差信號即上述的第一電壓信號。同理，從供電模塊202輸出的第二供電電流Ip在流經(jīng)第二雙極管D2時會在第二雙極管D2的陽極和陰極之間產(chǎn)生與其電流值對應的電壓差信號，該電壓差信號即上述的第二電壓信號。因此，第一雙極管Dl可對第一供電電流進行米樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，第二雙極管D2可對第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號。
[0051]請繼續(xù)參見圖4，第一電壓放大模塊205包括第一 PNP三極管Q1、第一電阻Rl以及第二電阻R2，第一 PNP三極管Ql的基極與第一雙極管Dl的陰極連接，所述第一 PNP三極管Ql的發(fā)射極與第一雙極管Dl的陽極連接，第一 PNP三極管Ql的集電極與所述第一電阻Rl的一端連接，第一電阻Rl的另一端與第二電阻R2的一端連接，第二電阻R2的另一端接地，第一電阻Rl的另一端輸出上述的第一電壓放大信號。
[0052]第二電壓放大模塊206包括第二 PNP三極管Q2、第三電阻R3以及第四電阻R4，第二 PNP三極管Q2的基極與第二雙極管D2的陰極連接，第二 PNP三極管Q2的發(fā)射極與第二雙極管D2的陽極連接，第二 PNP三極管Q2的集電極與第三電阻R3的一端連接，第三電阻R3的另一端與第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4的另一端接地，其中，第一電阻與第三電阻R3的電阻值相同，第二電阻與所述第四電阻R4的電阻值相同，第三電阻R3的另一端輸出第二電壓放大信號。
[0053]上述設置方式利用了 PNP三極管的同步放大特性對點I和2之間的第一電壓信號以及對點5和6之間的第二電壓信號進行放大，以下將參見圖7簡述PNP三極管的同步放大特性。
[0054]并請參見圖7，其中圖7是PNP三極管的同步放大特性示意圖。如圖5所示，如果在PNP三極管的基極輸入直流偏置為VDD，幅度為Vc的輸入信號(假設VDD等于本發(fā)明中的主供電模塊201或從供電模塊202所提供的供電電壓，Vc等于二極管在最大系統(tǒng)負載203下的導通電壓)，在發(fā)射極輸入VDD，則將在集電極得到跟隨變化并被放大至直流偏置為VDD/2，幅度為VDD/2的輸出信號。
[0055]因此，圖4中所述的第一電壓放大模塊205正是利用第一 PNP三極管Ql的同步放大特性，以預定放大倍數(shù)對所述第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號，其中，預定放大倍數(shù)取決于第一電阻Rl以及第二電阻R2，如圖3所示，第一電阻Rl和第二電阻R2串聯(lián)以對放大所得的電壓進行分壓，保證可輸出精確的第一電壓放大信號。同理，第二電壓放大模塊206的設置方式與第一電壓放大模塊205的設置方式完全一致，并且第一電阻Rl與第三電阻R3的電阻值相同，第二電阻R2與第四電阻R4的電阻值相同，以保證二者的電壓放大倍數(shù)一致，其中，第三電阻R3的另一端輸出上述的第二電壓放大信號。
[0056]由于第一電壓放大模塊205和第二電壓放大模塊206實質(zhì)上就是一個放大器,而本發(fā)明利用的是最簡單的三極管放大電路，按照三極管傳輸特性，將第一三極管的2腳和I腳差值電壓，進行放大，并傳輸給第一電阻Rl和第二電阻R2進行分壓，將第二三極管的4腳和5腳差值電壓，進行放大，并傳輸給第三電阻R3和第四電阻R4進行分壓。實質(zhì)就是將通過二極管的電流同步轉(zhuǎn)換為滿足系統(tǒng)要求的電壓信號。其具體實現(xiàn)方式并不局限于三極管，也可以采用運放等其他標準放大器電路來實現(xiàn)。
[0057]請參見圖4，除法模塊207將兩路電源供電電流的等效電壓進行除法運算，將其比值轉(zhuǎn)換為一個電壓值，即比值電壓，即將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓。
[0058]并請參見圖8，圖8為除法模塊207的電路結(jié)構(gòu)示意圖。除法模塊207的等效效果為:out3輸出的比值電壓=0utl/0ut2*k (k為除法器本身所決定的固定系數(shù)，一般設置為I)。
[0059]由于該除法模塊207是一個基本通用除法電路，其設計本身并非本發(fā)明的核心，于此不作贅述，也可以替換為其他類型的除法電路或除法器，只要其功能等效于將輸入電壓的比值轉(zhuǎn)化為一個唯一對應的輸出電壓。
[0060]請繼續(xù)參見圖4，比較模塊208將此比值等效電壓和系統(tǒng)設定的閾值電壓Vret作比較，以產(chǎn)生功率切換控制信號對負載203進行功耗控制。其中，該閾值電壓Vret為在最大負載203下的從供電模塊202和主供電模塊201分擔比值所對應的電壓值，即，從供電模塊202的最大輸出功率與將負載203的最大功耗減去從供電模塊202的最大輸出功率所得差值之比值。
[0061]閾值電壓Vret代表了負載203處于最大功耗時,從供電模塊202分擔其最大供電能力的比例對應的電壓。比如:假設負載203的最大功耗為20w，從供電模塊202的最大輸出功率為13w，為了保證在最大功耗下，從供電模塊202不出現(xiàn)過載，只需保證從供電模塊202分擔的負載203不超過13w，主供電模塊201分擔剩余的7w，所以只要滿足:從供電模塊202輸出功率/主供電模塊201輸出功率〈13/7，則即使負載203處于最大功耗，從供電模塊202也不會出現(xiàn)過載。這里的閾值電壓Vret即等效于從供電模塊202和主供電模塊201按照13/7的功率比例進行供電時，除法模塊207輸出的比值電壓。
[0062]綜上，便實現(xiàn)了:當從供電模塊202和主供電模塊201分擔負載203比小于13/7時，功率切換控制信號輸出第二功率切換控制信號(高電平信號1，對應的模擬電壓為
3.3v)，此時無需限制負載203的功耗，反之，輸出第一功率切換控制信號(低電平信號0，對應的模擬電壓為0v)，則限定系統(tǒng)最大功耗為13w。
[0063]按照上述系統(tǒng)分析。假設負載203最大功耗為20W，負載203電壓為12V，從供電模塊202的最大輸出功率為13w，主供電模塊201的最大輸出功率為20w，負載203的最大功耗為20w，則負載203電流=20w/12v=l.1 K,即:Ia+Ip=l.7A，從供電模塊202最大可承載功耗為13W，則切換控制的比例點為13/7。在正常工作時，主供電模塊201優(yōu)先供電，A點電壓為12V，從供電模塊202為冗余備份，B點電壓設定為11.5V，當適配器供電關(guān)閉或電壓下降時，其各點效果實際波形如圖9所示。
[0064]如圖9所示，Vmax是除法器輸出的最大比例電壓，V (13/7)為輸入電流比例為13/7時對應的二極管電壓通過除法器轉(zhuǎn)換后的輸出電壓，Vref = V (13/7)。而負載功率控制模塊209在獲取到所述第一功率切換控制信號OV時將負載203的功耗減小至從供電模塊202的最大輸出功率，在獲取到第二功率切換控制信號3.3V時保持負載203的功耗不變。其中，負載功率控制模塊209對負載203進行功耗控制的具體控制方式為現(xiàn)有技術(shù)，于此不作贅述。
[0065]值得注意的是，上述的主供電模塊201優(yōu)選為適配器，從供電模塊202優(yōu)選為以太網(wǎng)供電模塊。
[0066]請進一步參見圖10，圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的雙電源冗余供電方法的流程圖。如圖10所示，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的雙電源冗余供電方法包括如下步驟:[0067]步驟301:對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供至負載的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于第二供電電流的電流值的第二電壓信號。
[0068]步驟302:以預定放大倍數(shù)對第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號，以預定放大倍數(shù)對第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號。
[0069]步驟303:將第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓。
[0070]步驟304:判斷比值電壓是否大于閾值電壓，若是，執(zhí)行步驟305，反之，執(zhí)行步驟306。其中，閾值電壓的電壓值等于從供電模塊的最大輸出功率與將負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值。
[0071]步驟305:輸出第一功率切換控制信號。
[0072]步驟306:輸出第二功率切換控制信號。
[0073]步驟307:根據(jù)第一功率切換控制信號將負載的功耗減小至從供電模塊的最大輸出功率。
[0074]步驟308:或根據(jù)第二功率切換控制信號保持負載的功耗不變。
[0075]綜上，本發(fā)明實現(xiàn)了:在非對稱功耗的多電源冗余供電系統(tǒng)中，基于負載電流分配比例進行系統(tǒng)功耗控制的設計，實現(xiàn)了最大效率的負載功耗控制。
[0076]而在供電能力不均衡的、多電源系統(tǒng)中，基于電流分擔負載的比例進行系統(tǒng)功耗控制，可最大化的利用系統(tǒng)供電能力，減少錯誤判決帶來的功能能力浪費。切換過程同步于電源電壓的變化，可以準確控制切換時間點，做到無縫控制，避免中間過程的負載過載。
[0077]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙電源冗余供電系統(tǒng)，其特征在于，包括負載、主供電模塊以及從供電模塊，所述主供電模塊提供第一供電電流至所述負載，所述從供電模塊提供第二供電電流至所述負載，所述負載的最大功耗小于或等于所述主供電模塊的最大輸出功率，且大于所述從供電模塊的最大輸出功率，所述系統(tǒng)進一步包括: 功率切換控制信號產(chǎn)生電路，包括: 冗余電源模塊，對所述第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于所述第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對所述第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于所述第二供電電流的電流值的第二電壓信號； 第一電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對所述第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號； 第二電壓放大模塊，以所述預定放大倍數(shù)對所述第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號； 除法模塊，將所述第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓； 比較模塊，將所述比值電壓與閾值電壓進行比較，在所述比值電壓大于所述閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在所述比值電壓小于或等于所述閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，所述閾值電壓的電壓值等于所述從供電模塊的最大輸出功率與將所述負載的最大功耗減去從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值； 負載功率控制模塊，在獲取到所述第一功率切換控制信號時將所述負載的功耗減小至所述從供電模塊的最大輸出功率，在獲取到所述第二功率切換控制信號時保持所述負載的功耗不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源冗余`供電系統(tǒng)，其特征在于，所述冗余電源模塊包括第一雙極管和第二雙極管，所述第一雙極管的陽極與所述主供電模塊連接，所述第一雙極管的陰極與所述負載連接，所述第二雙極管的陽極與所述從供電模塊連接，所述第二雙極管的陰極與所述第一雙極管的陰極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙電源冗余供電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電壓放大模塊包括第一 PNP三極管、第一電阻以及第二電阻，所述第一 PNP三極管的基極與所述第一雙極管的陰極連接，所述第一 PNP三極管的發(fā)射極與所述第一雙極管的陽極連接，所述第一 PNP三極管的集電極與所述第一電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端接地，其中，所述第一電阻的另一端輸出所述第一電壓放大信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙電源冗余供電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電壓放大模塊包括第二 PNP三極管、第三電阻以及第四電阻，所述第二 PNP三極管的基極與所述第二雙極管的陰極連接，所述第二 PNP三極管的發(fā)射極與所述第二雙極管的陽極連接，所述第二 PNP三極管的集電極與所述第三電阻的一端連接，所述第三電阻的另一端與所述第四電阻的一端連接，所述第四電阻的另一端接地，其中，所述第一電阻與所述第三電阻的電阻值相同，所述第二電阻與所述第四電阻的電阻值相同，所述第三電阻的另一端輸出所述第二電壓放大信號。
5.—種功率切換控制信號產(chǎn)生電路，其特征在于，包括: 冗余電源模塊，對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于所述第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于所述第二供電電流的電流值的第二電壓信號； 第一電壓放大模塊，以預定放大倍數(shù)對所述第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號； 第二電壓放大模塊，以所述預定放大倍數(shù)對所述第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號； 除法模塊，將所述第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓； 比較模塊，將所述比值電壓與閾值電壓進行比較，在所述比值電壓大于所述閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在所述比值電壓小于或等于所述閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，所述閾值電壓的電壓值等于所述從供電模塊的最大輸出功率與將所述負載的最大功耗減去所述從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率切換控制信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述冗余電源模塊包括第一雙極管和第二雙極管，所述第一雙極管的陽極與所述主供電模塊連接，所述第一雙極管的陰極與所述負載連接，所述第二雙極管的陽極與所述從供電模塊連接，所述第二雙極管的陰極與所述第一雙極管的陰極連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率切換控制信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述第一電壓放大模塊包括第一 PNP三極管、第一電阻以及第二電阻，所述第一 PNP三極管的基極與所述第一雙極管的陰極連接，所述第一 PNP三極管的發(fā)射極與所述第一雙極管的陽極連接，所述第一 PNP三極管的集電極與所述第一電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端接地，所述第一電阻的另一端輸出所述第一電壓放大信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率切換控制信號產(chǎn)生電路，其特征在于，所述第二電壓放大模塊包括第二 PNP三極管、第三電阻以及第四電阻，所述第二 PNP三極管的基極與所述第二雙極管的陰極連接，所述第二 PNP三極管的發(fā)射極與所述第二雙極管的陽極連接，所述第二 PNP三極管的集電極與所述第三電阻的一端連接，所述第三電阻的另一端與所述第四電阻的一端連接，所述第四電阻的另一端接地，其中，所述第一電阻與所述第三電阻的電阻值相同，所述第二電阻與所述第四電阻的電阻值相同，所述第三電阻的另一端輸出所述第二電壓放大信號。
9.一種雙電源冗余供電方法，其特征在于，包括以下步驟: 對主供電模塊提供至負載的第一供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于所述第一供電電流的電流值的第一電壓信號，對從供電模塊提供至所述負載的第二供電電流進行采樣以產(chǎn)生對應于所述第二供電電流的電流值的第二電壓信號； 以預定放大倍數(shù)對所述第一電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第一電壓放大信號，以所述預定放大倍數(shù)對所述第二電壓信號進行電壓放大處理以產(chǎn)生第二電壓放大信號； 將所述第二電壓放大信號除以第一電壓放大信號以產(chǎn)生比值電壓； 將所述比值電壓與閾值電壓進行比較，在所述比值電壓大于所述閾值電壓時輸出第一功率切換控制信號，在所述比值電壓小于或等于所述閾值電壓時輸出第二功率切換控制信號，其中，所述閾值電壓的電壓值等于所述從供電模塊的最大輸出功率與將所述負載的最大功耗減去所述從供電模塊的最大輸出功率所得差值之比值；根據(jù)所述第一功率切換控制信號將所述負載的功耗減小至所述從供電模塊的最大輸出功率，或根據(jù)所述第二功率`切換控制信號保持所述負載的功耗不變。
【文檔編號】H02J9/06GK103516043SQ201210213258
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】張 浩 申請人:華為技術(shù)有限公司