專利名稱：自動轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊的制作方法
自動轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊
相關(guān)申請的交叉引用
本申請基于35U.S.C. 119要求2007年3月14日提交的、名稱為"自動 轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊"的美國臨時申請第60/894,842號的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，在這里并入 其內(nèi)容，就像完整地陳述一樣。
背景技術(shù)：
電子數(shù)據(jù)處理(EDP)設(shè)備(諸如服務(wù)器、存儲裝置等) 一般耦接到數(shù) 據(jù)中心中的交流電(AC)電源，并且需要非常高的可靠性。由于該原因，該 設(shè)備一般耦接到一個或多個不間斷電源(UPS)。當(dāng)在數(shù)據(jù)中心中供應(yīng)冗余電 源(例如，A和B電源)時，數(shù)據(jù)中心管理員必須管理所述兩個電源的供給 和容量需求。必須進行供給，使得如果所述兩個電源中的任一個故障，則剩 余的電源有充足的功率容量，來承載該設(shè)備的全部負(fù)載。然而，從UPS向該 設(shè)備傳遞功率的復(fù)雜性經(jīng)常造成中斷的許多可能性。例如，經(jīng)常在大型UPS 系統(tǒng)和該設(shè)備之間的電路通路中放置中間(interim)電路斷路器、功率連接 插頭和插座、配電單元(PDU)、電源板、和其他分布系統(tǒng)。這些組件增加了 設(shè)備從所述電源中斷或斷開的概率。
EDP設(shè)備可以包含可以從兩個單獨的AC源向該設(shè)備的內(nèi)部電路提供直 流電(DC)功率的雙功率供應(yīng)安排。在該安排中，所述AC源之一的故障將 導(dǎo)致從該單元中的替換DC功率供應(yīng)來供應(yīng)該設(shè)備負(fù)載。在存在全部兩個AC 源時，由全部兩個功率供應(yīng)分擔(dān)該負(fù)載，或者將該負(fù)載偏向到所述功率供應(yīng) 之一。這些系統(tǒng)(有時稱為"冗余供應(yīng)"系統(tǒng))可以是該設(shè)備內(nèi)用于到電子 電路的可靠功率傳遞的最后防線。然而，由于可能需要的附加功率供應(yīng)而導(dǎo) 致這些解決方案可能昂貴。此外，所添加的組件生成更多熱量，這在許多應(yīng) 用中可能是極其不期望的?？商鎿Q地，EDP設(shè)備可以包括僅一個功率供應(yīng)和 一個AC功率輸入。在該配置中，該設(shè)備常遭受單一 AC源的故障。此外， 附加組件可能需要可能極端昂貴的機架空間。最后，附加組件可能增加線纜 (cord)(例如，網(wǎng)絡(luò)線纜、電源線纜等)的數(shù)目，這可能顯著地減少機架中的氣流，從而減少了整體最大可實現(xiàn)部署密度并增加了能量成本。
與該背景技術(shù)相對的是，已經(jīng)發(fā)展了在這里描述的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊。

發(fā)明內(nèi)容
與意欲為示范性和圖示性、并且不限制范圍的系統(tǒng)、工具、和方法結(jié)合, 來描述并圖示本發(fā)明的以下實施例和方面。
根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的一個方面，提供了一種用于在兩個電源之間自動地切換
電負(fù)載的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括開關(guān)模塊；以及主要和輔 助輸入線纜，其每一個附著到所述開關(guān)^^莫塊，并且其每一個用于從所述兩個 電源中的不同一個接收功率。為了用在具有A-B電源的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，期 望確定性地管理A和B電源上的負(fù)載。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)可以操作為當(dāng)A電 源(即，主要電源)可用時，優(yōu)選并^f吏用A電源；而當(dāng)A電源不可用時，僅 使用B電源(即，輔助電源)。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)還包括輸出線纜，附著到 所述開關(guān)模塊，用于向所述電負(fù)載供應(yīng)功率。另外，所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括 繼電器(例如，機械繼電器、固態(tài)繼電器等)，所述繼電器布置在所述開關(guān)模 塊內(nèi)并且耦接到所述主要輸入線纜。所述繼電器可操作為感測所述主要輸入 線纜上的合適的功率傳遞(即，質(zhì)量)，并且根據(jù)所述輸入功率質(zhì)量的值來自 動地將所述輸出線纜耦接到所述主要輸入線纜或輔助輸入線纜。
所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)可以實現(xiàn)在相對小的裝置中，所述裝置適于部署在機 架安裝電裝置的背部中或插入到所述機架安裝電裝置中。機架安裝電裝置可 以用在適于支撐電裝置的任何結(jié)構(gòu)(例如，2梁(post)設(shè)備機架、4梁設(shè)備 機架、各種類型的拒子等)中。所述開關(guān)模塊可以占用小于IO立方英寸，且 更優(yōu)選地，小于3立方英寸。在這點上，所述開關(guān)沒有占用設(shè)備機架中任何 寶貴的安裝空間，并且可以減少與在傳統(tǒng)設(shè)計中使用的相當(dāng)大的組件和較長 的電源線纜相關(guān)聯(lián)的冷卻問題。由于所述開關(guān)的組件的減少數(shù)目和尺寸，所 以與其他自動轉(zhuǎn)換開關(guān)相比，它還可以消耗相對小的功率(例如，100-200毫 瓦)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在兩個電源之間自動地切換電 負(fù)載的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括占用小于10立方英寸的空間的 開關(guān)模塊。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)還包括主要和輔助輸入線纜，其每一個附著到 所述開關(guān)模塊，并且其每一個用于從所述兩個電源中的不同一個接收功率；以及輸出線纜或直接連接插座，附著到所述開關(guān)模塊，用于向所述電負(fù)載供
應(yīng)功率。另外，所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括 一個或多個繼電器，包含在所述開 關(guān)模塊內(nèi)并且具有耦接到所述主要輸入線纜的電壓感測輸入，用于當(dāng)所述主 要輸入線纜的功率質(zhì)量可接受時，將所述輸出線纜耦接到所述主要輸入線纜； 而當(dāng)所述主要輸入線纜上的功率質(zhì)量不可接受時，將所述輸出線纜耦接到所 述輔助輸入線纜。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于向電裝置提供功率的方法。所 述方法包括提供自動切換裝置，該自動切換裝置具有用于耦接到第一電源 的第一接口、用于耦接到第二電源的第二接口、和用于耦接到要供電的電裝 置的第三接口。所述自動切換裝置操作為響應(yīng)于所述主要輸入功率的質(zhì)量中 斷，來在所述第一和第二電源之間自動地切換。所述方法還包括將所述第 一接口耦接到所述第一電源；將所述第二接口耦接到所述第二電源；以及將
所述第三接口耦接到所述電裝置。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了 一種用于為機架安裝電裝置供電的系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括機架或拒子，具有多個垂直隔開的電裝置，所述電裝置附著 到所述機架或擱置在為了支撐其上的電裝置而供應(yīng)的垂直隔開的架子。所述 機架還包括與相應(yīng)的第一和第二電源相關(guān)聯(lián)的第一和第二電源板。此外， 所述系統(tǒng)包括自動切換模塊，包括耦接到第一電源板的第一線纜、耦接到第 二電源板的第二線纜、和耦接到在機架的架子之一上支撐的電裝置的第三線 纜。所述自動切換模塊操作為響應(yīng)于功率的中斷，來在所述第一和第二電源 板之間切換對于所述電裝置的功率供應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于在兩個電源之間自動地切換電 負(fù)載的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括開關(guān)模塊；以及主要和輔助 輸入線纜，其每一個附著到所述轉(zhuǎn)換模塊，并且其每一個用于從所述兩個電 源中的不同一個接收功率。所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)還包括輸出插座，附著到所 述開關(guān)模塊，用于向所述負(fù)載供應(yīng)功率。另外，所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括一 個或多個繼電器，布置在所述開關(guān)模塊內(nèi)并且耦接到所述主要輸入線纜。所 述一個或多個繼電器可操作為感測所述主要輸入線纜上功率的可用性和質(zhì) 量，并且根據(jù)所述主要輸入線纜上的功率可用性的適合性來自動地將所述輸 出插座耦接到所述主要和輔助輸入線纜之一。
除了上述的示范方面和實施例之外，通過參考附圖并研究以下描述，進一步的方面和實施例將變得明顯。


圖l是示范自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的透視圖。 圖2是自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的外殼的透視圖。
圖3是自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的示意圖。
圖4是實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的應(yīng)用的示范圖。
圖5是示范自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的另一實施例的透視圖。
圖6是示范自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的又一實施例的透視圖。
圖7是示范自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的又一實施例的示意圖。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明容許各種修改和替換形式，但是借助于附圖中的示例而已經(jīng) 示出了本發(fā)明的特定實施例，并且在這里詳細(xì)地描述所述示范實施例。然而， 應(yīng)理解，不意欲將本發(fā)明限于所公開的具體形式，而是相反地，本發(fā)明要覆 蓋落入由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的所有修改、等同物、和 替換方案。
在圖1中呈現(xiàn)了自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50的透視圖。自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50可以包括 位于三條電源線纜1、 2、 3的交點處的模塊4。三條電源線纜1、 2、 3可以 耦接到模塊4，并且可以包括分別利用插頭5、 6終接(terminate)的主要 輸入線纜1和輔助輸入線纜2、和利用插座7終接的單一輸出線纜3。插頭5、 6和插座7可以是一般裝配標(biāo)準(zhǔn)EDP設(shè)備的類型(例如，NEMA 5-15、 NEMA 5-20、正C 320-C13、 IEC 320-C14等)。線纜1、 2、 3可以通過拉緊-釋放
(strain-relieving)裝置1A-3A而耦接到模塊4。在一個實施例中，輸入線纜 1、 2在長度上不大于24英寸，而輸出線纜3在長度上不大于12英寸。
圖2是模塊4的結(jié)構(gòu)的透視圖。模塊4可以包括外殼ll、 一個或多個 繼電器12、和線纜拉緊-釋放裝置1A-3A。模塊4還可以包括安裝翼片
(mounting tab ) 8和附著永久磁鐵9。外殼11可以是在模塊4的組件周圍形 成的熱塑的噴射成型塊。作為替換方案，外殼11還可以包括包圍該成型塊的 金屬外殼。此外，外殼11可以是金屬或塑料外殼，所述外殼具有通過適應(yīng)的 絕緣材料或通過合適的機械支撐在內(nèi)部支撐的內(nèi)部組件。附著永久磁鐵9可以嵌入在成型塊中，或可替換地，附著到金屬或塑料外殼。在一個實施例中，
外殼11的尺寸近似為1.5英寸寬、乘0.75英寸高、乘3英寸長。
圖3圖示了自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50的示意圖的一個實施例。模塊4包括外殼 11、繼電器12、和用于電源線纜1、 2、 3的連接。繼電器12包括常開(NO) 線路接觸器14、常閉(NC)線路接觸器13、線路轉(zhuǎn)換(transfer)接觸器15、 NO中性接觸器17、 NC中性接觸器16、中性轉(zhuǎn)換接觸器18、線圈19、和芯 體(core) 20。繼電器12可以是雙刀雙擲(DPDT)繼電器，并且示意性地 照此示出所述繼電器12。然而，該繼電器可以包括兩個匹配的單刀雙擲 (SPDT)繼電器、或?qū)崿F(xiàn)所期望的功能的其他配置。
電源線纜l、 2、 3可以分別包括線路導(dǎo)線1L、 2L、 3L;中性導(dǎo)線1N、 2N、 3N;和^妄地導(dǎo)線1G、 2G、 3G。作為示例，插頭5、 6可以為三導(dǎo)線、 15安培類型，諸如國家電氣制造商協(xié)會(NEMA)類型5-15,而插座7可以 為三導(dǎo)線、15安培類型，諸如類型320-C13正C連接器，以上兩者普遍用于 EDP設(shè)備中。
現(xiàn)在描述繼電器12的特定連接。如可以看出的，三條接地導(dǎo)線1G、 2G、 3G可以電耦接在一起。主要線路導(dǎo)線1L可以連接到NO接觸器14，而輔助 線路導(dǎo)線2L可以連接到NC接觸器13。輸出線路導(dǎo)線3L可以連接到繼電器 12的轉(zhuǎn)換接觸器15。另外，主要中性導(dǎo)線1N可以連接到NO接觸器17，而 輔助中性導(dǎo)線2N可以連接到NC接觸器16。輸出中性導(dǎo)線3N可以連接到繼 電器12的轉(zhuǎn)換接觸器18。
繼電器12的線圈19可以連接在主要線路導(dǎo)線1L和中性導(dǎo)線1N之間。 在操作中，當(dāng)主要輸入線纜1上的電壓高于用于操作該設(shè)備的最小可接受值 時，可以通過施加到線圈19的電壓來激勵(energize)繼電器12。在該狀態(tài) 中，NO接觸器M、 17耦接到繼電器12的轉(zhuǎn)換接觸器15、 18。這導(dǎo)致導(dǎo)線 1L和3L耦接在一起、以及導(dǎo)線1N和3N耦接在一起，使得輸出線纜3耦接 到主要輸入線纜1。如果主要輸入線纜1上的電壓降低到最小可接受值以下， 則可以去激勵繼電器12,這導(dǎo)致NC接觸器13、 16耦接到轉(zhuǎn)換接觸器15、 18,并且輸出線纜3耦接到輔助輸入線纜2。按照該方式，當(dāng)主要電源上的 電壓中斷時，該設(shè)備自動耦接到輔助電源。如果主要輸入線纜1上的電壓再 次超過最小可接受值，則可以再次激勵繼電器12,并且輸出線纜3可以從輔 助輸入線纜2斷開，并且重新連接到主要輸入線纜1。也就是說，當(dāng)輸入電源線纜1中的電壓超過大于最小可接受值的第一值時，激勵繼電器12，并且 當(dāng)電壓降低到雖然小于第一值但是仍大于或等于最小可接受值的第二值以下
時，去激勵所述繼電器12。該滯后(hysteresis)可能是期望的，這是因為其 阻止了繼電器12的震顫(chattering),如果相同的電壓值用于激勵并去激勵 繼電器12，則所述震顫可發(fā)生。
盡管未示出，但是變阻器或齊納二極管裝置可以跨接到輸入或輸出導(dǎo)線， 以限制由于外部或切換瞬態(tài)而導(dǎo)致的電壓尖峰(spike )。同樣，如果必要或期 望，則可以包括各種類型的線路濾波器。
自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50可以包括用于安裝如圖2所示的模塊4的裝置。 一個安 裝裝置可以是用于將模塊4附著到鐵i茲安裝表面(諸如，鋼制安裝表面)的 永久磁鐵9。磁鐵9可以嵌入在模塊4中，或可替換地，其可以附著到模塊4 的表面。另外或可替換地，模塊4可以包括安裝翼片8。安裝翼片8可以包 括螺絲孔，使得翼片8可以旋擰或打結(jié)纏繞(tie-wrap)到期望的安裝位置。
圖5圖示了自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50的另一實施例，其中插座7可以直接連接到 模塊4。在該配置中，模塊4可以直接插入到一件設(shè)備中，而無需任何附加 的安裝裝置。相應(yīng)地，該實施例中模塊4的尺寸可以使得模塊4包含在標(biāo)準(zhǔn) EDP設(shè)備(例如，1.75英寸高、或其他垂直標(biāo)準(zhǔn)的一個機架單元)的高度尺 寸內(nèi)。如下面參考圖6而討論的，這可以許可在機架中將多個EDP設(shè)備堆疊 在一起。
在圖4中示出了自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50的應(yīng)用的示范圖。設(shè)備26可以安裝在 機架25中，所述機架25具有在機架25的相對側(cè)上安裝的主要電源板21和 輔助電源板22。電源板21和22分別包括多個插口 ( outlet) 23和24。模塊 4的主要和輔助輸入插頭5、 6可以分別插入到插口 23、 24中，而模塊4的 輸出插座7可以耦接到設(shè)備26上的插頭27。在正常使用時，可以對于與在 機架25中安裝的一樣多的多件設(shè)備來重復(fù)該應(yīng)用。在操作中，設(shè)備26可以 經(jīng)過主要輸入線纜1和輸出線纜3來從主要電源板21接收功率。當(dāng)主要電源 板21上電壓的中斷發(fā)生時，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50然后可以經(jīng)過輔助輸入線纜2 和輸出線纜3，來將設(shè)備26耦接到輔助電源板24。按照此方式，向設(shè)備26 提供功率冗余。
自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50可特別地很好適于高密度應(yīng)用，其中機架25可包含四 十或更多件設(shè)備。例如，在這種情況下，可需要具有八十個輸入插頭5、 6和四十個輸出插座7的四十個自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50。典型地，該密度需要仔細(xì)關(guān)注 于線纜管理，以便防止可能抑制機架25的冷卻的氣流阻滯。相應(yīng)地，在這種 應(yīng)用中，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50通過包括具有適于特定應(yīng)用的長度的線纜來消除該 問題。
模塊4的形狀從末端和側(cè)面來看可以實質(zhì)上為矩形，其中輸出線纜3和 一條輸入線纜2附著到^f莫塊4的一端，而另一輸入線纜1附著到相對端。此 外，模塊4的橫截面積可以小于一個半平方英寸，并且模塊4的長度可以小 于三英寸，在模塊4內(nèi)包含的總體積小于四個半立方英寸。
該實施例的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50的一個區(qū)別特征在于，繼電器12不需要任 何附加的控制電路來操作。不存在繼電器控制電路許可自動轉(zhuǎn)換開關(guān)功能被 包含在比具有復(fù)雜電路(例如，高速控制器、光學(xué)隔離器、電流傳感器、或 同步電路等)的開關(guān)所需的空間小得多的空間中。使用DPDT繼電器(或匹 配的多個繼電器)來確保做出連接之前斷開(break-before-make connection ) 防止了并聯(lián)地連接兩個電源，所述并聯(lián)連接可能導(dǎo)致破壞設(shè)備。自動轉(zhuǎn)換開 關(guān)50利用最常見EDP設(shè)備的固有能量存儲能力，以在從一個源斷開連接和 對于另一個源做出連接之間的短時間間隔(例如，幾毫秒)期間，操作該設(shè) 備。按照此方式，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50以比傳統(tǒng)的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)更小的空間和更 低的成本來提供自動轉(zhuǎn)換功能。
自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50還剛好在輸入處向設(shè)備提供切換電源，由此使得所述開 關(guān)和設(shè)備之間的故障概率最小化。另外，自動轉(zhuǎn)換開關(guān)50占用相對小的空間， 并且其提供機架安裝設(shè)備(rack-mounted equipment)中的更好的電纜管理。 線纜的長度可以允許接近于每件設(shè)備的背板來放置模塊4，并且可以允許對 于電源板的連接,而沒有多余的線纜長度。該配置消除了通常與機架安裝設(shè) 備相關(guān)聯(lián)的電源線纜的纏結(jié)(tangle)。
圖6圖示了自動轉(zhuǎn)換開關(guān)60的又一實施例，其中插座67可以直接連接 到模塊64。在該配置中，與圖5所示的開關(guān)50類似地，模塊64可以直接插 入到一件設(shè)備中，而無需任何附加的安裝裝置。也就是說，模塊64是自支撐 的。相應(yīng)地，該實施例中模塊64的尺寸可以使得模塊64包含在標(biāo)準(zhǔn)EDP設(shè) 備(例如，1.75英寸高的一個機架單元)的高度尺寸內(nèi)。這可以許可在機架 中將多個EDP設(shè)備堆疊在一起。此外，由于沒有對EDP設(shè)備背部上的插頭 的放置和方向進行標(biāo)準(zhǔn)化，所以模塊64的垂直和水平安裝高度應(yīng)小于一個機架單位。當(dāng)與具有相對大深度的裝置(例如， 一些服務(wù)器) 一起使用時，模
塊64的深度也可能變成難題。因此，模塊64的深度可以約束為小于大約4 英寸。優(yōu)選地，模塊64具有小于大約0立方英寸的體積，并更優(yōu)選地，小 于大約3立方英寸。此外，兩條電源線纜61、 62可以耦接到模塊64，并且 可以包括分別利用插頭66和插頭65終接的主要輸入線纜62和輔助輸入線 纜61。線纜61、 62可以通過拉緊-釋放裝置61A-62A而耦接到模塊64。如所 示的，線纜61、 62從模塊64延長接近于插座67,以減少當(dāng)插入到電源中時 由線纜61、 62施加的應(yīng)力。模塊64還可包括狀態(tài)指示器68,以允許用戶確 定哪個電源是激活的。例如，當(dāng)插座67電耦接到插頭66時，點亮"A"燈， 而當(dāng)插座67電耦接到插頭65時，點亮"B"燈。
圖7圖示了自動轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊150的又一實施例的示意圖。模塊150的 基本功能性在于，促進向負(fù)載功率連接172傳遞的功率在主要電源連接152 和替換電源連接154之間的快速轉(zhuǎn)換。例如，模塊150可以在小于大約15毫 秒(且優(yōu)選地，小于IO毫秒)的時間段期間轉(zhuǎn)換該功率。 一般地，模塊150 操作為當(dāng)主要電源處的功率穩(wěn)定時、將主要電源連接152連接到負(fù)載功率連 接172。此外，響應(yīng)于耦接到主要電源連接152的電源處的功率中斷，模塊 150可操作為將負(fù)載功率連接172耦接到與替換電源連接的替換電源連接 154,直到主要電源連接152處的功率恢復(fù)為止。模塊150可以能夠操作為感 測主要電源連接152上的各種功率質(zhì)量特征，并且響應(yīng)于這些特征來切換功 率連接。由模塊150感測的功率質(zhì)量特征可以包括中斷、電壓下降、電壓 波動、或頻率變化等。下面，詳細(xì)地描述模塊150的特定特征和操作。
模塊150包括兩個單刀雙擲(SPDT)繼電器166和168，用于促進在 主要電源連接152和替換電源連接154之間的功率轉(zhuǎn)換。如所示的，繼電器 166將主要電源連接152的熱導(dǎo)線(hot conductor) 156耦接到負(fù)載功率連接 172的熱導(dǎo)線170。繼電器166還將替換電源154的熱節(jié)點158與負(fù)載功率連 接172的熱導(dǎo)線170進行耦接。類似地，主要電源連接152和替換電源連接 154的中性導(dǎo)線157、 159還分別經(jīng)過繼電器168而耦接到負(fù)載功率連接172 的中性導(dǎo)線171。
模塊150還包括第三SPDT繼電器164,其位于在主要電源連接152的 通路中。繼電器164用以防止在這里稱為"電弧延續(xù)(arc carryover)"的非 期望效應(yīng)。當(dāng)經(jīng)過繼電器的接觸器的電流足夠大、以允許通過負(fù)載先前連接到的繼電器的斷開生成的電弧繼續(xù)、直到該接觸器到達替換源為止時，電弧 延續(xù)發(fā)生。這可導(dǎo)致兩個電源之間的有效短路，其在某些條件下可能導(dǎo)致電 流迅速增加，這可以破壞設(shè)備或使電路保護裝置跳閘，導(dǎo)致了系統(tǒng)停機時間。 用于減少電弧延續(xù)概率的 一種方式在于，確保主要輸入繼電器接觸器和輔助 繼電器接觸器之間的充足分離間隙。然而，在空間受限的應(yīng)用中，模塊150 的大小約束可能妨礙具有充足分離間隔的繼電器的使用。
為了減少電弧延續(xù)的概率，將繼電器164引入到主要電源連接152的通 路中，作為斷開繼電器。也就是說，不連接繼電器164的替換電極。繼電器 164按照使得在從一個電源到另一電源的轉(zhuǎn)換次序期間、斷開繼電器164使 主要功率通路在轉(zhuǎn)換繼電器166和168從一個位置改變到另一位置時的短時 間段期間從輔助功率通路分離的方式，來以與繼電器166、 168的定時關(guān)系而 起作用。通過稍微地從轉(zhuǎn)換繼電器166和168的切換動作偏移斷開繼電器164 的動作的定時，可以確保AC功率將在轉(zhuǎn)換周期期間通過零電流電平。這與 由繼電器164提供的添加第三分離間隔相結(jié)合，顯著地增加了模塊150的電 弧抑制容量。為了控制繼電器164、 166、和168的定時和驅(qū)動，提供了繼電 器驅(qū)動器和同步部件184。部件184可以包括各種模擬和數(shù)字電子設(shè)備，以 驅(qū)動繼電器164、 166、和168。與來自電源的直接致動相對，使用電子設(shè)備 來驅(qū)動繼電器具有下面討論的優(yōu)點。
為了進一步防止電弧延續(xù)，將保險絲162定位在替換電源連接154的通 路中。應(yīng)明白，除了替換電源連接154的通路之外、或代替該通路，可以在 主要電源連接152的通路中應(yīng)用保險絲。保除絲162可以是快速動作保險絲， 其可操作為在支路斷路器斷開以前斷開，這可防止局部過載條件影響相同支 路上的其他附著設(shè)備。在一個實施例中，雖然使用了 20A功率限制快速動作 保險絲，但是其他值可以代替來提供模塊150的各種應(yīng)用中的期望保護。
本發(fā)明人已經(jīng)進一步認(rèn)識到，可以期望在主要電源上的中斷以后、當(dāng)將 功率從替換電源連接154返回到主要電源連接152時引入延遲。在這點上， 延遲可以幫助減少如果主要電源處于間歇情形下、或可能導(dǎo)致繼電器不必要 地來回轉(zhuǎn)換的低電壓條件中的轉(zhuǎn)換的次數(shù)。作為示例，可以從主要電源穩(wěn)定 的時間到模塊150將功率從替換電源返回到主要電源的時間引入三到五秒的 延遲。為了提供該延遲，提供了電壓感測和返回轉(zhuǎn)換延遲部件180。部件180 可操作為經(jīng)由節(jié)點174和175來感測主要電源連接152處的電壓。 一旦部件180已經(jīng)確定了主要電源152處的電壓已經(jīng)可用了一預(yù)定的時間萃殳(例如，3 到5秒)，部件180就向繼電器驅(qū)動器和同步部件184提供信號。如所示的， 部件180、 184通過光學(xué)隔離器182而耦接在一起，所述光學(xué)隔離器182用以 從替換電源連接154電隔離主要電源連接152。在從部件180接收到信號之 后，繼電器驅(qū)動器和同步部件184然后可以使用電子控制電路以激活繼電器 164、 166、和168,其依次將功率從替換電源連接154返回到主要電源連接 152。應(yīng)明白，部件180和184可以包括各種數(shù)字和/或模擬組件，以實現(xiàn)電 壓感測和延遲功能。例如，在一個實施例中，部件180包括數(shù)字定時器。
部件184使用電子控制電路驅(qū)動繼電器164、 166、 169來代替主要電源 的直接致動可以提供顯著的優(yōu)點。在先前實施例中，由主要電源激勵繼電器， 使得當(dāng)主要電源穩(wěn)定時、主要電源保持連接到負(fù)載功率連接。如果發(fā)生主要 電源故障，不保持繼電器，并因此所述繼電器釋放，其依次將負(fù)載連接到替 換電源。 一旦將功率返回到主要電源，繼電器就立即激勵，因此將負(fù)載重新 連接到主要電源。如上面所討論的，該配置不允許當(dāng)從替換電源轉(zhuǎn)換回到主 要電源時引入延遲。此外，該配置需要在大多數(shù)時間(即，只要主要電源穩(wěn) 定的任何時候)激勵繼電器，導(dǎo)致了不必要的功耗和減少的繼電器壽命期待， 這減少了模塊150的整體可靠性。
為了解決上述問題，從替換電源連接154驅(qū)動繼電器164、 166、 168。 這通過經(jīng)過節(jié)點176和177來將繼電器驅(qū)動器部件184耦-接到替換電源連接 154來完成。因此，前述電子延遲電路現(xiàn)在可以使用可用的替換電源，來從 延遲時間段期間開始進行操作。此外，可以僅在主要電源152的停機時間段 期間(這可是相對罕見的情形)激勵繼電器164、 166、和168。因此，該配 置可以顯著地延長繼電器的可能壽命期待，減少功耗，并且改善;f莫塊150的 整體可靠性。
盡管已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)地圖示并描述了本發(fā)明，但是這種圖 示和描述要被認(rèn)為是示范性的并且不限于字面。例如，在上文描述的某些實 施例可以與其他所描述的實施例進行組合和/或以其他方式進行安排(例如， 可以以其他次序執(zhí)行處理元件)。相應(yīng)地，應(yīng)理解，僅已經(jīng)示出并描述了本發(fā) 明的優(yōu)選實施例和其變形，并且期望保護落入本發(fā)明精神內(nèi)的所有改變和修 改。
權(quán)利要求
1.一種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于在兩個電源之間自動地切換電負(fù)載，所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括開關(guān)模塊；主要和輔助輸入線纜，每一個附著到所述開關(guān)模塊，并且每一個用于從所述兩個電源中的不同一個接收功率；輸出線纜，附著到所述開關(guān)模塊，用于向所述電負(fù)載供應(yīng)功率；以及繼電器，布置在所述開關(guān)模塊內(nèi)、并且耦接到所述主要輸入線纜；其中所述繼電器能夠操作為感測所述主要輸入線纜上的功率質(zhì)量，并且根據(jù)所述功率質(zhì)量的值來自動地將所述輸出線纜耦接到所述主要和輔助輸入線纜之一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述輸入和輸出線纜中的每一 個包含線路導(dǎo)線和中性導(dǎo)線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述繼電器包括機械繼電器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述繼電器包括連接在所述 主要輸入線纜的所述線路導(dǎo)線和所述中性導(dǎo)線之間的線圈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述繼電器包括固態(tài)繼電器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊占用小于十立方 英寸的體積。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊具有小于三英寸 的長度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊具有小于1.5平 方英寸的橫截面積。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊通過噴射成型處 理或插入成型處理而形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括熱塑材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括金屬外殼。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊是具有兩端的 拉長的立方體，其中所述輸出線纜和所述兩個輸入線纜之一被附著到所述兩 端之一，而所述兩個輸入線纜中的另一個被附著到所述兩端中的另一端。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括永久磁鐵, 用于將所述開關(guān)模塊附著到磁性表面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括用于支撐 所述開關(guān)模塊的安裝翼片。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中如果所述電壓大于第一值， 則所述輸出線纜耦接到所述主要輸入線纜，而如果所述電壓小于第二值，則 所述輸出線纜耦接到所述輔助輸入線纜。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述輸入線纜的長度不多于 24英寸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述輸出線纜的長度不多于 12英寸。
18. —種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于在兩個電源之間自動地切換電負(fù)載，所述 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括開關(guān)模塊，占用小于IO立方英寸的空間；主要和輔助輸入線纜，每一個附著到所述開關(guān)模塊，并且每一個用于從 所述兩個電源中的不同 一個接收功率；輸出線纜，附著到所述開關(guān)模塊，用于向所述電負(fù)載供應(yīng)功率；以及 繼電器，布置在所述開關(guān)模塊內(nèi)、并且具有耦接到所述主要輸入線纜的 功率質(zhì)量感測輸入，該繼電器能夠操作為當(dāng)所述主要輸入線纜上的所述功率 質(zhì)量能夠接受時、將所述輸出線纜耦接到所述主要輸入線纜，而當(dāng)所述主要 輸入線纜上的所述功率質(zhì)量不能夠接受時、將所述輸出線纜耦接到所述輔助 輸入線纜。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊通過噴射成型 處理而由塑性材料形成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括金屬外殼。
21. —種用于向電裝置提供功率的方法，包括以下步驟 提供自動切換裝置，具有用于耦接到第一電源的第一接口、用于耦接到第二電源的第二接口、和用于耦接到要供電的電裝置的第三接口，其中所述 自動切換裝置操作為響應(yīng)于功率的中斷來在所述第一和第二電源之間自動地 切換；將所述第 一接口耦接到所述第 一 電源；將所述第二接口耦接到所述第二電源；以及 將所述第三接口耦接到所述電裝置； 其中所述自動切換裝置占用小于IO立方英寸的空間。
22. —種用于為機架安裝的電裝置供電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括機架，包括用于附著到或支撐電裝置的多個垂直隔開的機制，所述機架 還包括與相應(yīng)的第一和第二電源相關(guān)聯(lián)的第一和第二電源板；以及自動切換模塊，包括耦接到第一電源板的第一線纜、耦接到第二電源板 的第二線纜、和耦接到由所述機架的所述機制之一所支撐的電裝置的第三線 纜，其中所述自動切換模塊操作為響應(yīng)于功率的中斷，來在所述第一和第二 電源板之間切換對于所述電裝置的功率供應(yīng)。
23. —種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于在兩個電源之間自動地切換電負(fù)載，所述 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括開關(guān)模塊；主要和輔助輸入線纜，每一個附著到所述開關(guān)模塊，并且每一個用于從 所述兩個電源中的不同 一個接收功率；輸出插座，附著到所述開關(guān)模塊，用于向所述電負(fù)載供應(yīng)功率；以及 繼電器，布置在所述開關(guān)模塊內(nèi)、并且耦接到所述主要輸入線纜；其中 所述繼電器能夠操作為感測所述主要輸入線纜上的功率質(zhì)量，并且根據(jù)所述 功率質(zhì)量的值來自動地將所述輸出插座耦接到所述主要和輔助輸入線纜之
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊通過噴射成型 處理或插入成型處理而由塑性材料形成。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括金屬外殼。
26. —種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于在兩個電源之間自動地切換電負(fù)載，所述 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)包括開關(guān)模塊；主要和輔助輸入線纜，每一個附著到所述開關(guān)模塊，并且每一個用于從所述兩個電源中的不同一個接收功率；輸出插座，附著到所述開關(guān)模塊，用于向所述電負(fù)載供應(yīng)功率；以及 電路，布置在所述開關(guān)模塊內(nèi)、并且耦接到所述主要和輔助輸入線纜以及所述輸出插座；其中所述電路能夠操作為感測所述主要輸入線纜上的功率質(zhì)量，并且根據(jù)所述功率質(zhì)量的值來自動地將所述輸出插座耦接到所述主要 和輔助輸入線纜之一。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述電路能夠操作為在預(yù)定 時間段之后、根據(jù)所述主要線纜上的可用功率質(zhì)量的返回，來自動地將所述 輸出插座耦接到所述主要和輔助輸入線纜之一。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述電路包括一個或多個繼 電器。 ，
29. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述電路包括定時器。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述電路中的至少一部分從 耦接到所述輔助輸入電源線纜的電源接收功率。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)具有小于 大約2瓦的平均功耗。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)具有小于 大約200毫瓦的平均功耗。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述自動轉(zhuǎn)換開關(guān)占用小于 十立方英寸的體積。
34. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述電路能夠操作為在小于 大約IO毫秒的時間段中，自動地將所述輸出插座耦接到所述主要和輔助輸入 線纜之一。
35. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述功率質(zhì)量包括電壓下降、 電壓波動、頻率變化、和中斷中的至少一個。
36. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述電路包括光學(xué)隔離電路， 用于隔離所述兩個電源。
37. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述輸入和輸出線纜中的每 一個包含線路導(dǎo)線和中性導(dǎo)線。
38. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊占用小于十立 方英寸的體積。
39. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊具有小于三英 寸的長度。
40. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊具有小于1.5 平方英寸的橫截面積。
41. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊通過插入成型 處理而形成。
42. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括熱塑材料。
43. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述開關(guān)模塊包括金屬外殼。
44. 根據(jù)權(quán)利要求26的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其中所述輸入線纜的長度不多于 24英寸。
全文摘要
一種自動轉(zhuǎn)換開關(guān)(60)，用于在兩個電源之間自動地切換電負(fù)載，包括開關(guān)模塊(64)，包含用于促進切換功能的電路，并且具有兩個附著的輸入電纜(61、62)和一個附著的輸出插座(67)。開關(guān)模塊(64)可以直接安裝在一件機架安裝設(shè)備的背部上或安裝接近于所述設(shè)備的背部，從而使所述開關(guān)(60)和設(shè)備之間的功率故障概率最小化。所述開關(guān)(60)相對小，不需要機架內(nèi)的安裝空間，并且需要最小的線纜長度。
文檔編號H05B37/00GK101690404SQ200880015911
公開日2010年3月31日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
發(fā)明者史蒂夫·查普爾, 威廉·帕喬德 申請人:佐尼特結(jié)構(gòu)解決方案有限責(zé)任公司