CN102200824B - 一种双模冗余供电系统 - Google Patents

Abstract

一种双模冗余供电系统，涉及一种供电系统，它解决了现有冗余电源的供电可靠性较差的问题。它的可充电电源与充电电路连接，充电电路为+5V供电电路、待机供电电路供电，+5V供电电路同时与+3.3V供电电路、+1.2V供电电路和+12V供电电路连接，供电电压监控电路监控待机供电电路和+3.3V供电电路、+1.2V供电电路和+12V供电电路连接；电池电压/电流及供电监控电路监控充电电路的状态及控制充电电路进行充电，供电电压监控电路的供电电压输出端通过Compact PCI接口与待供电系统的供电电压输入端连接；两个电源插卡之间并联。本发明适用于向目标系统供电。

Description

一种双模冗余供电系统

技术领域

本发明涉及一种供电系统。

背景技术

嵌入式高可信计算机系统需要长时间的高可靠供电。高可靠供电的含义是：即使电源设备出现故障，也不允许出现供电中断。为此，要提高电源子系统的容错能力，其中最合适的措施就是采用冗余电源的供电方式。但是现有的冗余电源的供电可靠性较差。

发明内容

本发明是为了解决现有冗余电源的供电可靠性较差的问题，从而提供一种双模冗余供电系统。

一种双模冗余供电系统，它包括两个完全相同的电源插卡，所述每个电源插卡均包括可充电电源、充电电路、待机供电电路、+5V供电电路、+3.3V供电电路、+1.2V供电电路、+12V供电电路、电池电压/电流及供电监控电路、供电电压监控电路和Compact PCI接口；可充电电源的电源信号输入端与充电电路的电源信号输出端连接，可充电电源的电源信号输出端与充电电路的电源信号输入端连接；充电电路的+5V电源信号输出端与+5V供电电路的电源信号输入端连接；充电电路的待机电源信号输出端与待机供电电路的待机电源信号输入端连接；待机供电电路的待机电源信号输出端与供电电压监控电路的待机供电信号输入端连接；+5V供电电路的三个+5V电源信号输出端分别与+3.3V供电电路的电源信号输入端、+1.2V供电电路的电源信号输入端和+12V供电电路的电源信号输入端连接，+3.3V供电电路的+3.3V电源信号输出端与供电电压监控电路的+3.3V电源信号输入端连接；+1.2V供电电路的+1.2V电源信号输出端与供电电压监控电路的+1.2V电源信号输入端连接；+12V供电电路的+12V电源信号输出端与供电电压监控电路的+12V电源信号输入端连接；充电电路的电源监控信号输出端与电池电压/电流及供电监控电路的电源监控信号输入端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路的充电控制信号输出端与充电电路的充电控制信号输入端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路的电源信号输入端与Compact PCI接口的待供电系统的+20V充电电源输出端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路通过IIC串行总线与Compact PCI接口连接，所述Compact PCI接口提供外部IIC串行总线接口；供电电压监控电路的供电电压输出端与Compact PCI接口的待供电系统的供电电压输入端连接；两个电源插卡之间并联连接。

供电电压监控电路的供电电压输出端输出的电压电源包括用于待供电系统待机的两路待机电压电源和用于待供电系统的四路供电电压电源，所述两路待机电压电源分别为+5V和+3.3V；四路供电电压电源分别为+12V、+5V、+3.3V和+1.2V。

供电电压监控电路采用型号为LTM4600的芯片输出+5V的供电电压电源。

供电电压监控电路采用型号为MAX771的芯片将+5V的供电电压电源转化为+12V的供电电压电源输出；供电电压监控电路采用型号为LT1085的芯片将+5V的供电电压电源转化为+3.3V的供电电压电源输出；供电电压监控电路采用型号为LM1117-ADJ的芯片将+5V的供电电压电源转化为+1.2V的供电电压电源输出。

可充电电源为16.8V/9600mAH的锂电池组。

充电电路采用型号为LT1505的芯片实现。

供电电压监控电路采用型号为C8051F041的单片机实现。

有益效果：本发明采用双模冗余供电系统为待供电提供供电，当其中一个电源插卡损坏后，另一个电源插卡仍然可以进行不间断的供电，系统供电可靠性是现有的供电系统的2倍。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明具体实施方式七的电路连接示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，一种双模冗余供电系统，它包括两个完全相同的电源插卡10，所述每个电源插卡10均包括可充电电源1、充电电路2、待机供电电路3、+5V供电电路4、+3.3V供电电路9、+1.2V供电电路11、+12V供电电路5、电池电压/电流及供电监控电路6、供电电压监控电路7和Compact PCI接口8；可充电电源1的电源信号输入端与充电电路2的电源信号输出端连接，可充电电源1的电源信号输出端与充电电路2的电源信号输入端连接；充电电路2的+5V电源信号输出端与+5V供电电路4的电源信号输入端连接；充电电路2的待机电源信号输出端与待机供电电路3的待机电源信号输入端连接；待机供电电路3的待机电源信号输出端与供电电压监控电路7的待机供电信号输入端连接；+5V供电电路4的三个+5V电源信号输出端分别与+3.3V供电电路9的电源信号输入端、+1.2V供电电路11的电源信号输入端和+12V供电电路5的电源信号输入端连接，+3.3V供电电路9的+3.3V电源信号输出端与供电电压监控电路7的+3.3V电源信号输入端连接；+1.2V供电电路11的+1.2V电源信号输出端与供电电压监控电路7的+1.2V电源信号输入端连接；+12V供电电路5的+12V电源信号输出端与供电电压监控电路7的+12V电源信号输入端连接；充电电路2的电源监控信号输出端与电池电压/电流及供电监控电路6的电源监控信号输入端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路6的充电控制信号输出端与充电电路2的充电控制信号输入端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路6的电源信号输入端与Compact PCI接口8的待供电系统的+20V充电电源输出端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路6通过IIC串行总线与CompactPCI接口8连接，所述Compact PCI接口8提供外部IIC串行总线接口；供电电压监控电路7的供电电压输出端与Compact PCI接口8的待供电系统的供电电压输入端连接；两个电源插卡10之间并联连接。

本发明的电源系统采用两个模块的冗余结构。两个电源插卡1用于提供系统所需要的所有电压电源，插卡提供足够的功率余量，即使在两个插卡1中的一个插卡1故障无法正常供电的情况下，另外一个插卡1也可以负担整个系统所需要消耗的功率。并且用户可以在开机状态下更换故障的插卡，每个插卡1通过支持热插拔的Compact PCI接口8连接到待供电系统的主机板上，尽可能将所有部件放到可拆换的供电模块上，待供电系统的主机板上部件尽量精简。本发明提供了两路输出电压电源：其中一路为+5V、+3.3V两种供电电压电源用于系统待机时供电；另一路为+12V、+5V、+3.3V、+1.2V四种供电电压电源用于系统正常工作时供电，且这两组电源能在主机板的控制下独立地开启和关闭。

每个电源插卡1通过底板上的电源总线并联，共同给目标系统供电。

本发明的电源插卡1通过3U规格的Compact PCI插头连接到主机板，插卡上1设置了LT1646芯片支持热插拔。电源插卡通过Compact PCI接口8连接到IIC总线上，用于与待供电系统上的处理器相连，将一些模块状态信息和控制信号通过这些连接传送。

电源插卡1通过IIC总线与主机板上的MCU连接，电池的电压和放电电流等数据通过这条传送。而电源的开关信号、充电完成信号、插卡的使能信号都直接通过PCB布线与主机板上的MCU相连。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种双模冗余供电系统的区别在于，供电电压监控电路7的供电电压输出端输出的电压电源包括用于待供电系统待机的两路待机电压电源和用于待供电系统的四路供电电压电源，所述两路待机电压电源分别为+5V和+3.3V；四路供电电压电源分别为+12V、+5V、+3.3V和+1.2V。

本实施方式中，电源插卡1还有一个指示电源工作状况的信号，这个信号通过CompactPCI接口接出，如果系统发现某个电源插卡1不正常，这个信号就会给出提醒用户更换故障插卡。这个信号是由LTC2910电压监控芯片给出的。LTC2910是一种八路电压监控IC，当其中的一路或多路电压低于预设值时，LTC2910的状态指示引脚的电平就会发生跳变。本系统在插卡上了使用一片LTC2910来监视待机+5V、待机+3.3V、主+5V、主+3.3V、主+1.2V、主+12V这六路电压。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式二所述的一种双模冗余供电系统的区别在于，供电电压监控电路7采用型号为LTM4600的芯片输出+5V的供电电压电源。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种双模冗余供电系统的区别在于，供电电压监控电路7采用型号为MAX771的芯片将+5V的供电电压电源转化为+12V的供电电压电源输出；供电电压监控电路7采用型号为LT1085的芯片将+5V的供电电压电源转化为+3.3V的供电电压电源输出；供电电压监控电路7采用型号为LM1117-ADJ的芯片将+5V的供电电压电源转化为+1.2V的供电电压电源输出。

本实施方式中，选用LTC1628作为主控芯片构成降压电路，LTC1628是一种DC/DC降压控制芯片，只需要在外围设置合适的功率MOSFET、电感以及较少的无源器件就可以正常工作，提供+5V与+3.3V两路输出电压，通过选择合适的外围器件，整个电路可以提供高达90％的效率。主+5V供电IC采用LTM4600，它是Linear Technology推出的模块化DC/DC电源IC。通过将MOSFET、电感、续流二极管等构成开关电压转换电路的必要元件全部集成到芯片中，LTM4600只需要极少的外围元件就可以正常工作(一个输入蓄能电容，一个输出电容，一个调节输出电压的电阻)，提供10A的最大持续输出电流及高达93％的效率。主+12V、主3.3V及主1.2V电压由主+5V电压转换而来，采用的芯片分别是MAX771、LT1085及LM1117-ADJ。

具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三或四所述的一种双模冗余供电系统的区别在于，可充电电源1为16.8V/9600mAH的锂电池组。

本实施方式中，每块电源插卡1都配置一块16.8V/9600mAH的锂电池组，每块电池组的充电和放电都是可独立调节的。

具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的一种双模冗余供电系统的区别在于，充电电路2采用型号为LT1505的芯片实现。

本实施方式中，电源插卡上集成了电池充电电路，为保证较短的充电时间，充电电路要能提供较大的充电电流。选用LT1505作为充电电路的主控芯片，它基于DC/DC的原理，提供最高4A的充电电流。

具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、或六所述的一种双模冗余供电系统的区别在于，供电电压监控电路7采用型号为C8051F041的单片机实现。

本实施方式中，每个电源插卡1上使用一片C8051F041单片机监控电池的状况。该单片机除了具备高效的51内核之外，还在片上集成了丰富的数字及模拟外设，如IIC核、Uart核、ADC等，对它们的编程十分方便。

C8051F041片上包括一个高压差分放大器，其增益可调，通过它可以直接测量电池两端的电压。而电池的放电电流需要间接地测量，如图2所示，在电池的负极串联一片10mΩ/1W的精密电阻，电流流过这个电阻时会在电阻两端产生微小的压降，这个压降经过仪表放大器INA122放大，送入C8051F041的ADC的输入端，最后由C8051F041里面运行的程序将电流算出。

Claims (7)

1.一种双模冗余供电系统，其特征是：它包括两个完全相同的电源插卡(10)，所述每个电源插卡(10)均包括可充电电源(1)、充电电路(2)、待机供电电路(3)、+5V供电电路(4)、+3.3V供电电路(9)、+1.2V供电电路(11)、+12V供电电路(5)、电池电压/电流及供电监控电路(6)、供电电压监控电路(7)和Compact PCI接口(8)；可充电电源(1)的电源信号输入端与充电电路(2)的电源信号输出端连接，可充电电源(1)的电源信号输出端与充电电路(2)的电源信号输入端连接；充电电路(2)的+5V电源信号输出端与+5V供电电路(4)的电源信号输入端连接；充电电路(2)的待机电源信号输出端与待机供电电路(3)的待机电源信号输入端连接；待机供电电路(3)的待机电源信号输出端与供电电压监控电路(7)的待机供电信号输入端连接；+5V供电电路(4)的三个+5V电源信号输出端分别与+3.3V供电电路(9)的电源信号输入端、+1.2V供电电路(11)的电源信号输入端和+12V供电电路(5)的电源信号输入端连接，+3.3V供电电路(9)的+3.3V电源信号输出端与供电电压监控电路(7)的+3.3V电源信号输入端连接；+1.2V供电电路(11)的+1.2V电源信号输出端与供电电压监控电路(7)的+1.2V电源信号输入端连接；+12V供电电路(5)的+12V电源信号输出端与供电电压监控电路(7)的+12V电源信号输入端连接；充电电路(2)的电源监控信号输出端与电池电压/电流及供电监控电路(6)的电源监控信号输入端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路(6)的充电控制信号输出端与充电电路(2)的充电控制信号输入端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路(6)的电源信号输入端与Compact PCI接口(8)的待供电系统的+20V充电电源输出端连接；所述电池电压/电流及供电监控电路(6)通过IIC串行总线与Compact PCI接口(8)连接，所述Compact PCI接口(8)提供外部IIC串行总线接口；供电电压监控电路(7)的供电电压输出端与Compact PCI接口(8)的待供电系统的供电电压输入端连接；两个电源插卡(10)之间并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种双模冗余供电系统，其特征在于供电电压监控电路(7)的供电电压输出端输出的电压电源包括用于待供电系统待机的两路待机电压电源和用于待供电系统的四路供电电压电源，所述两路待机电压电源分别为+5V和+3.3V；四路供电电压电源分别为+12V、+5V、+3.3V和+1.2V。

3.根据权利要求2所述的一种双模冗余供电系统，其特征在于供电电压监控电路(7)采用型号为LTM4600的芯片输出+5V的供电电压电源。

4.根据权利要求3所述的一种双模冗余供电系统，其特征在于供电电压监控电路(7)采用型号为MAX771的芯片将+5V的供电电压电源转化为+12V的供电电压电源输出；供电电压监控电路(7)采用型号为LT1085的芯片将+5V的供电电压电源转化为+3.3V的供电电压电源输出；供电电压监控电路(7)采用型号为LM1117-ADJ的芯片将+5V的供电电压电源转化为+1.2V的供电电压电源输出。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种双模冗余供电系统，其特征在于可充电电源(1)为16.8V/9600mAH的锂电池组。

6.根据权利要求5所述的一种双模冗余供电系统，其特征在于充电电路(2)采用型号为LT1505的芯片实现。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的一种双模冗余供电系统，其特征在于供电电压监控电路(7)采用型号为C8051F041的单片机实现。

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