CN102082460A - 一种cpci电源装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电源领域，提供了一种CPCI电源装置及系统，所述装置包括主电源转换模块，电池包，电池充电及电源分配电路，供电转换电路，以及电源管理电路。本发明在一个CPCI电源装置中集成电源转换电路和电池供电电路，电源转换电路根据主电源和电池包的状态，控制使用主电源或者电池给系统供电，使CPCI系统能够实现小型化，并具有很好的稳定性和便携性，而且通过内置电池供电系统使得整个CPCI系统具有良好的移动性。

Description

一种CPCI电源装置及系统

技术领域

本发明属于电源领域，尤其涉及一种CPCI电源装置及系统。

背景技术

随着社会的发展，计算机在各行各业中都发挥着重要的作用，电信、网络、工业控制、军事、航空航天、水利、交通、测绘、医疗等很多行业对计算机有着极高的可靠性要求。紧凑型PCI(Compact Peripheral Component Interconnect，CPCI)是以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线，主要通过结构、电气等方面的改进使整个系统获得远远高于普通计算机的高可靠性。

为了保证整个CPCI系统的稳定运行，稳定的供电系统是必不可少的。CPCI系统主要是通过冗余电源来实现稳定可靠的供电。目前，3U CPCI电源一般整体功率在200W左右，6U CPCI电源一般整体功率在400W左右，对于一般的CPCI系统来说无疑是合适的。但在一些应用领域，客户基于对可靠性的要求，需要选用CPCI系统，同时对性能的要求不高，而更加关注系统的低功耗和便携性。在这种小型或者便携式CPCI系统中，系统的整体功耗较小，完全可以选用较小功率的电源供电，但受限于当前的CPCI电源，仍然只能选用大功率电源。同时，如果要发挥出CPCI系统的稳定性优势，整个系统至少要配备两个电源做冗余，而在外部仍需配置不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)系统，以应对外部供电突然断开的风险，从而导致整个CPCI系统将会变得庞大，无法做到小型化。

图1是现有CPCI系统供电部分典型的组成形式。一般来说，在CPCI供电部分都由两个以上的标准电源模块组成，整个供电部分的输出功率总是大于系统所需功率，多出的功率作为冗余。一旦其中某个电源模块出现问题而停止供电时，其它模块便会平均承担多出来的电源负载，即电流共享。对于可能发生的外部供电切断的情况，则利用UPS或其他的储能设备来实现，主要取决于系统的大小及组成形式。例如一般的CPCI系统对于市电的备份一般使用UPS，以保证在意外发生时数据不会丢失，对于应用于电信的大型CPCI系统，除了UPS之外，可能还会有发电机等供电设备，以便维持更长期的供电。

这种CPCI供电形式对于一般的CPCI应用来说都是合适的。因为在很多系统中，CPCI都是整个大系统的一部分，而这种大系统的整体功率很大，常用交流供电，即使使用的是直流电源，也往往是从整个大系统中二级电压轨取电，例如电信系统的AC220V转换后的DC48V。对于这种系统，供电都是统一设计，如UPS等应急电源都是整个系统共享，并不只针对CPCI系统。在这种应用中，对CPCI系统的小型化、便携性、可移动性没有太高要求，反而为了满足性能，CPCI系统一般都比较大。

但在其他的应用场合，往往CPCI系统就是整个应用的全部，需要整个系统小型化、稳定性强、便携性好，甚至具备一定的可移动性。对于这种应用环境，现有的CPCI供电形式不能满足需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种CPCI电源装置，旨在解决在一些应用场合，现有的CPCI供电形式导致CPCI系统体积较大、稳定性和便携性差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种CPCI电源装置，所述装置包括：

主电源转换模块，用于将外部输入的主电源电压转换为标准电压；

电池包，用于在主电源供电不正常时向系统供电；

电池充电及电源分配电路，其前级分别与所述主电源转换模块和电池包连接，用于隔离所述主电源转换模块和电池包，根据接收的电源分配指令和充电设定指令，分配主电源或者电池包向系统供电，并向所述电池包充电；

供电转换电路，与所述电池充电及电源分配电路的后级连接，用于将电池充电及电源分配电路分配的电压转换为需要的电压，向系统供电；以及

电源管理电路，分别与所述主电源转换模块、电池充电及电源分配电路、电池包、供电转换电路连接，用于根据主电源和电池包的状态，向所述电池充电及电源分配电路输出电源分配指令和充电设定指令。

本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述装置的CPCI系统。

本发明实施例在一个CPCI电源装置中集成电源转换电路和电池供电电路，电源转换电路根据主电源和电池包的状态，控制使用主电源或者电池给系统供电，使CPCI系统能够实现小型化，并具有很好的稳定性和便携性，而且通过内置电池供电系统使得整个CPCI系统具有良好的移动性。

附图说明

图1是现有技术提供的CPCI电源装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的CPCI电源装置的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的包含扩展电池包的CPCI电源装置的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例在一个CPCI电源装置中集成电源转换电路和电池供电电路，电源转换电路根据主电源和电池包的状态，控制使用主电源或者电池给系统供电。

图2示出本发明实施例提供的一种CPCI电源装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该电源装置可以广泛应用于各种具有小型化、便携性好、可移动性需求的CPCI系统中。

在本发明实施例中，为了满足CPCI系统的小型化需求，主电源转换模块1、电池充电及电源分配电路2、主电池包3、电源管理电路5，以及组成供电电路的降压转换模块6、升压转换模块7以及负压转换模块8能够全部整合在符合CPCI 3U电源尺寸的结构之内。

外部输入的交流电或者直流电作为系统主电源，经主电源转换模块1转换为标准电压，例如19V电压，供后级使用。

电池充电及电源分配电路2的前级分别与主电源转换模块1、主电池包3相连，后级连接到降压转换模块6和负压转换模块8。电池充电及电源分配电路2接收外部元件设置和来自电源管理电路5的电源分配指令和充电设定指令，隔离主电源转换模块1和主电池包3，并给主电池包3充电。

电源管理电路5由降压转换模块6供电，分别与主电源转换模块1、主电池包3、电源分配电路2之间连接。电源管理电路5负责整个电源的管理，进行主电源侦测，获知主电源的状态，与主电池包3之间通过系统管理总线(System Management Bus，SMBus)交换数据，获知电池包的状态。电源管理电路5提供电源分配指令和充电设定指令给电池充电及电源分配电路2。当侦测主电源供电正常时，控制电池充电及电源分配电路2分配主电源给后级供电，否则分配主电池包3给后级供电。在整个电源工作中，电源管理电路5监测整个电源的状态，特别是电池包的状态。一旦有超过设定值的状态，则立刻进入保护状态。

降压转换模块6通过降压电路将输入的电压降压转换为CPCI规范要求的电压，输出给CPCI背板。降压转换模块6的输出送到升压转换模块7。升压转换模块7和负压转换模块8将相应的电压分别进行升压转换和负压转换，转换为所需要的电压，输出给CPCI背板。

例如，降压转换模块6通过降压电路将输入的19V或者9～12.6V电压转换为5V和3.3V，满足CPCI电源规范的要求。负压转换模块8将19V或者9～12.6V电压直接负压转换为-12V。

在具体应用中，由于电池充电及电源分配电路2之后的电压存在19V或者9～12.6V两种状态。若由9～12.6V转为12V，就必须采用升降压电路，比较复杂。因为12V电流很小，而且有些情况下不带负载，由5V转换在线路上比较简单。因此，通过升压转换模块7将降压转换模块6转换输出的5V电压升压转换为12V。

作为本发明实施例的一个优选实施例，主电源转换模块1可使用板载的方式内置于电源装置的内部，也可使用可更换的扩展模块方式实现。当使用可更换的扩展模块方式时，可以具有如下优点：

1.若主电源转换模块1损坏，切换至主电池包3供电，此时维护人员可方便地将已损坏的主电源转换模块1取出，更换为完好的模块。

2.可根据使用环境的不同，可灵活配置主电源转换模块1，以应对不同的输入电压，例如可装配AC96～264V模块应对市电供电的应用环境，也可装配DC36～75V模块应对电信系统电压。

为了加强供电系统的稳定性，作为本发明实施例的一个优化实施例，如图3所示，可以在上述电源装置中增加扩展电池包4，使得整个供电系统获得第二个冗余电池。

扩展电池包4作为整个系统的扩展应用，不是电源装置中必不可少的一部分，在结构上也是独立的模块。在具体实现上，扩展电池包4在CPCI系统中独立占用一个插槽。在扩展应用中，扩展电池包4联接至本CPCI电源系统，使整个供电系统获得第二个冗余电池。

扩展电池包4与主电池包3在电源装置的作用和实现完全相同，当外部供电断开时，给系统供电。但主电池包3和扩展电池包4不能同时充电或者给系统供电，两者之间存在备份关系，可以通过电源管理电路5智能选择由哪一个电池包使用或者哪一个电池包备用。

作为本发明实施例的一个实施例，主电池包3或扩展电池包4可以采用锂电池，由多颗锂离子电芯组成，内置保护板，组成符合智能电池系统(SmartBattery System，SBS)标准的电池包，接口部分预留正电压接口、地接口、SMbus信号(包括时钟和数据两条线)接口、电池插入识别接口等。

作为本发明实施例的一个实施例，电池充电及电源分配电路2由电源分配线路、充电部分、通讯部分组成。这三部分可以是一个整体，所有的功能由专用的电池充电芯片实现，例如可以采用电池充电芯片OZ864实现。

其中，电源分配线路使用MOS管实现主电源转换模块1和主电池包3的隔离。在有扩展电池包4的应用中，可同时实现主电源转换模块1、主电池包3和扩展电池包4三个部分的隔离。当主电源供电正常时，默认为由主电源供电，否则由主电池包3或扩展电池包4供电，主电池包3或扩展电池包4的供电顺序由电源管理电路5定义。

充电部分用于给主电池包3和扩展电池包4充电。

通讯部分用于通过外部元件设置和接收来自电源管理电路5的信号，进行电源分配管理和充电设定。

本发明实施例在一个CPCI电源装置中集成电源转换电路和电池供电电路，电源转换电路根据主电源和电池包的状态，控制使用主电源或者电池给系统供电，使CPCI系统能够实现小型化，并具有很好的稳定性和便携性，而且通过内置电池供电系统使得整个CPCI系统具有良好的移动性。同时，通过增加作为冗余的扩展电池包，进一步增强了供电稳定性。另外，主电源转换部分可以采用可更换的扩展模块方式，便于主电源转换部分的维修和更换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CPCI电源装置，其特征在于，所述装置包括：

主电源转换模块，用于将外部输入的主电源电压转换为标准电压；

电池包，用于在主电源供电不正常时向系统供电；

电池充电及电源分配电路，其前级分别与所述主电源转换模块和电池包连接，用于隔离所述主电源转换模块和电池包，根据接收的电源分配指令和充电设定指令，分配主电源或者电池包向系统供电，并向所述电池包充电；

供电转换电路，与所述电池充电及电源分配电路的后级连接，用于将电池充电及电源分配电路分配的电压转换为需要的电压，向系统供电；以及

电源管理电路，分别与所述主电源转换模块、电池充电及电源分配电路、电池包、供电转换电路连接，用于根据主电源和电池包的状态，向所述电池充电及电源分配电路输出电源分配指令和充电设定指令。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主电源转换模块使用板载的方式内置于所述电源装置的内部。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主电源转换模块使用可更换的扩展模块方式。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池充电及电源分配电路包括：

电源分配线路，用于隔离所述主电源转换模块与电池包，根据所述电源管理电路的电源分配指令，选择主电源或者电池包供电；

充电部分，用于根据所述电源管理电路的电池充电指令给所述电池包充电；以及

通讯部分，用于通过外部元件设置和接收来自电源管理电路的信号，进行电源分配管理和充电设定。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池包包括：

一个主电池包，以及

一个与所述主电池包形成冗余的扩展电池包。

6.如权利要求1或5所述的装置，其特征在于，所述电池包采用锂电池。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述锂电池由多颗锂离子电芯组成，内置保护板，接口部分预留正电压接口、地接口、系统管理总线信号接口，以及电池插入识别接口。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电转换电路包括：

降压转换模块，用于将输入的电压降压转换为需要的电压；

负压转换模块，用于将输入的电压负压转换为需要的负电压；以及

升压转换模块，用于将输入的电压升压转换为需要的电压。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述升压转换模块与所述降压转换模块相连，用于将所述降压转换模块输出的电压升压转换为需要的电压。

10.一种包含权利要求1所述的电源装置的CPCI系统。

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