用于降低包括主用模塊和備用模塊的設(shè)備的功耗的電路結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及電力電子領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種用于降低包括主用模塊和備用模塊的設(shè)備的功耗的電路結(jié)構(gòu)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冗余在需要更高可靠性的各種過程控制中廣泛使用。離散控制系統(tǒng)(DCS)中的輸入/輸出(I/o)冗余提供了具有相同的硬件和固件結(jié)構(gòu)的兩個模塊，即，一是主用模塊，另一個是備用模塊或者備份模塊。只要主用模塊中發(fā)生錯誤，則將發(fā)起從主用模塊到備用模塊的切換。然后，主用模塊將停止工作，并且備用模塊將接管職責(zé)以保持過程控制繼續(xù)運行。I/o模塊中的冗余設(shè)計提高了 DCS的可靠性，并且確保了 I/O模塊的錯誤不會影響過程控制。
[0003]存在兩種用于模擬輸出模塊冗余的現(xiàn)有解決方案。第一種是所謂的并行冗余。在這一解決方案中，主用模塊和備用模塊二者分別輸出50%功率并且并行地工作。然而，并行冗余需要模塊同步的高可靠性以及每個單個模塊的高精度。因此，并行冗余不僅很難實現(xiàn)，并且其制造成本也相對較高。
[0004]另一種現(xiàn)有解決方案是使得主用模塊輸出100%功率并且使得備用模塊僅建立在其自己的旁路模塊內(nèi)部的輸出循環(huán)。這一解決方案較簡單并且成本較低。在這一解決方案中，由于在備用模塊內(nèi)部已經(jīng)建立了輸出循環(huán)，所以切換是無擾的。然而，備用模塊內(nèi)部的輸出電流也增加了備用模塊的功耗。冗余的備用模塊的功耗可能對于系統(tǒng)散熱是個大問題，并且也不利于模塊尺寸最小化。
[0005]圖1示意性地圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的冗余電路結(jié)構(gòu)。如圖1所示，該電路結(jié)構(gòu)包括主用模塊12和備用模塊14。在正常情況下，主用模塊中的第一開關(guān)122開啟，主用模塊12中的輸出電壓124經(jīng)由電流控制設(shè)備126 (例如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET))對負(fù)載16供電。同時，備用模塊14中的第二開關(guān)142閉合以確保備用模塊14不對該負(fù)載16供電。換言之，在正常情況下，主用模塊12向負(fù)載16提供功率并且備用模塊14處于備用狀態(tài)中。在主用模塊12中發(fā)生錯誤的情況下，將發(fā)起從主用模塊12到備用模塊14的切換。這時，第一開關(guān)122閉合并且備用模塊14中的第二開關(guān)142開啟。因此，備用模塊14的電壓輸出144經(jīng)由電流控制設(shè)備146(例如MOSFET)對該負(fù)載16供電。然而，即使在備用模塊14處于備用狀態(tài)時，仍然向第二電流控制設(shè)備(MOSFET) 146施加較高的電壓輸出144，所以這一解決方案使得備用模塊的功耗非常高，并且因此這一方案不利于散熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的實施例的目的中的一個或多個目的在于提出一種用以解決或者至少部分緩解現(xiàn)有技術(shù)中的至少部分問題的電路結(jié)構(gòu)和方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施例，提供有一種電路結(jié)構(gòu)。該電路結(jié)構(gòu)包括主用模塊和備用模塊。該主用模塊包括用于經(jīng)由第一電流控制設(shè)備對負(fù)載供電的主輸出電壓，該第一電流控制設(shè)備被配置成控制流經(jīng)負(fù)載的電流。該備用模塊包括用于在主用模塊失效時經(jīng)由第二電流控制設(shè)備對負(fù)載供電的主輸出電壓，該第二電流控制設(shè)備被配置成控制流經(jīng)負(fù)載的電流。該備用模塊還包括輔輸出電壓，該輔輸出電壓用于在該備用模塊處于備用狀態(tài)時對第二電流控制設(shè)備供電以使得該第二電流控制設(shè)備處于接通狀態(tài)。另外，該備用模塊的輔輸出電壓被配置成小于該備用模塊的主輸出電壓。
[0008]根據(jù)示例性實施例，備用模塊的輔輸出電壓還可以被配置成向第二電流控制設(shè)備提供如下電壓，該電壓是大于或等于用于使得第二電流控制設(shè)備處于其飽和區(qū)域的電壓。
[0009]根據(jù)示例性實施例，主用模塊還可以包括輔輸出電壓，該輔輸出電壓用于在主用模塊處于備用狀態(tài)時對第一電流控制設(shè)備供電以使得第一電流控制設(shè)備處于接通狀態(tài)。在這一實施例中，該主用模塊的輔輸出電壓可以被配置成小于該主用模塊的主輸出電壓。
[0010]根據(jù)示例性實施例，主用模塊的輔輸出電壓還可以被配置成大于或等于用于使得第一電流控制設(shè)備處于其飽和區(qū)域的電壓。
[0011]根據(jù)示例性實施例，主用模塊還可以包括在該主用模塊的主輸出電壓與負(fù)載之間的第一開關(guān)以及在該主用模塊的輔輸出電壓與第一電流控制設(shè)備之間的第二開關(guān)。在這一實施例中，該第一開關(guān)和該第二開關(guān)互鎖。
[0012]根據(jù)示例性實施例，備用模塊還可以包括在備用模塊的主輸出電壓與負(fù)載之間的第三開關(guān)以及在該備用模塊的輔輸出電壓與第二電流控制設(shè)備之間的第四開關(guān)。在這一實施例中，該第三開關(guān)和該第四開關(guān)互鎖。
[0013]根據(jù)示例性實施例，第一開關(guān)和第三開關(guān)互鎖。
[0014]根據(jù)示例性實施例，主用模塊還可以包括第一驅(qū)動單元，該第一驅(qū)動單元連接至第一電流控制設(shè)備的控制端，用于提供用于周期性地接通和關(guān)斷第一電流控制設(shè)備的第一控制信號。備用模塊還可以包括第二驅(qū)動單元，該第二驅(qū)動單元連接至第二電流控制設(shè)備的控制端，用于提供用于周期性地接通和關(guān)斷第二電流控制設(shè)備的第二控制信號。
[0015]根據(jù)示例性實施例，第一控制信號與第二控制信號相同。
[0016]根據(jù)示例性實施例，第一電流控制設(shè)備和第二電流控制設(shè)備可以是MOSFET。
[0017]根據(jù)示例性實施例，上述電路結(jié)構(gòu)還可以包括用于生成主用模塊的主輸出電壓和輔輸出電壓的第一平面變壓器。
[0018]根據(jù)示例性實施例，上述電路結(jié)構(gòu)還可以包括用于生成備用模塊的主輸出電壓和輔輸出電壓的第二平面變壓器。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的實施例，提供有一種在操作狀態(tài)與備用狀態(tài)之間可切換的電路結(jié)構(gòu)。該電路結(jié)構(gòu)包括:主輸出電壓，用于經(jīng)由電流控制設(shè)備對負(fù)載供電，該電流控制設(shè)備被配置成在電路結(jié)構(gòu)處于操作狀態(tài)時控制流經(jīng)負(fù)載的電流；以及輔輸出電壓，用于在電路結(jié)構(gòu)處于備用狀態(tài)時對電流控制設(shè)備供電以使得電流控制設(shè)備處于接通狀態(tài)。另夕卜，該輔輸出電壓被配置成小于該主輸出電壓。
[0020]根據(jù)示例性實施例，輔輸出電壓還可以被配置成向電流控制設(shè)備提供如下電壓，該電壓是大于或等于用于使得電流控制設(shè)備處于其飽和區(qū)域的電壓。
[0021]根據(jù)示例性實施例，上述電路結(jié)構(gòu)還可以包括在主輸出電壓與負(fù)載之間的第一開關(guān)以及在輔輸出電壓與電流控制設(shè)備之間的第二開關(guān)。在這一實施例中，該第一開關(guān)和該第二開關(guān)互鎖。
[0022]根據(jù)示例性實施例，電流控制設(shè)備可以是MOSFET。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的實施例，提供有一種用于降低包括主用模塊和備用模塊的設(shè)備的功耗的方法。該方法包括:通過主用模塊的主輸出電壓經(jīng)由第一電流控制設(shè)備對負(fù)載供電，其中該第一電流控制設(shè)備控制流經(jīng)負(fù)載的電流；當(dāng)主用模塊失效時，通過備用模塊的主輸出電壓經(jīng)由第二電流控制設(shè)備對負(fù)載供電，其中該第二電流控制設(shè)備控制流經(jīng)負(fù)載的電流；以及當(dāng)備用模塊處于備用狀態(tài)時，通過備用模塊的輔輸出電壓對第二電流控制設(shè)備供電以使得第二電流控制設(shè)備處于接通狀態(tài)。另外，該備用模塊的輔輸出電壓小于該備用模塊的主輸出電壓。
[0024]根據(jù)示例性實施例，備用模塊的輔輸出電壓向第二電流控制設(shè)備提供如下電壓，該電壓是大于或等于用于使得第二電流控制設(shè)備處于其飽和區(qū)域的電壓。
[0025]根據(jù)示例性實施例，上述方法還可以包括:當(dāng)主用模塊處于備用狀態(tài)時，通過該主用模塊的輔輸出電壓對第一電流控制設(shè)備供電以使得第一電流控制設(shè)備處于接通狀態(tài)。在這一實施例中，該主用模塊的輔輸出電壓小于該主用模塊的主輸出電壓。
[0026]根據(jù)示例性實施例，主用模塊的輔輸出電壓大于或等于用于使得第一電流控制設(shè)備處于其飽和區(qū)域的電壓。
[0027]根據(jù)示例性實施例，主用模塊可以包括在主用模塊的主輸出電壓與負(fù)載之間的第一開關(guān)以及在主用模塊的輔輸出電壓與第一電流控制設(shè)備之間的第二開關(guān)。在這一實施例中，該第一開關(guān)和該第二開關(guān)互鎖。
[0028]根據(jù)示例性實施例，備用模塊可以包括在備用模塊的主輸出電壓與負(fù)載之間的第三開關(guān)以及在備用模塊的輔輸出電壓與第二電流控制設(shè)備之間的第四開關(guān)。在這一實施例中，該第三開關(guān)和該第四開關(guān)互鎖。
[0029]根據(jù)示例性實施例，第一開關(guān)和第三開關(guān)互鎖。
[0030]根據(jù)示例性實施例，第一電流控制設(shè)備和第二電流控制設(shè)備可以是MOSFET。
[0031 ] 與現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案相比，本發(fā)明的實施例中提供的電路結(jié)構(gòu)和方法的主用模塊和備用模塊的功耗非常低并且有利于散熱。