CN102687361B

CN102687361B - 为开关供电设备选择单个交流电源

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Publication number: CN102687361B
Application number: CN201080058411.6A
Authority: CN
Inventors: R·S·马利克; R·迪马克
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-11-23
Also published as: US8232680B2; GB2488446B; WO2011076504A1; GB201204155D0; GB2488446A; DE112010004913T5; US20110148204A1; DE112010004913B4; CN102687361A

Abstract

公开了在供电设备中提供交流(“AC”)电源冗余的设备、系统和方法。第一输入模块被配置成接收第一交流电输入波形。第二输入模块被配置成接收第二交流电输入波形。开关逻辑模块控制第一开关和第二开关，以选择交流电输入波形之一供供电设备使用。如果存在第一交流电输入波形，那么选择使用第一交流电输入波形。如果第一和第二交流电输入波形都存在，那么选择使用第一交流电输入波形。如果只存在第二交流电输入波形，那么选择使用第二交流电输入波形。

Description

为开关供电设备选择单个交流电源

技术领域

本发明涉及供电设备，更具体地说，涉及提供交流(“AC”)冗余的低成本、高效供电设备。

背景技术

供电设备(有时被称为供电设备单元或PSU)是把电能或者其它类型的能量提供给输出负载或者一组负载的装置或系统。在一些实施例中，供电设备可被配置成把电力从一种形式转换成另一种形式，比如把交流电转换成直流(“DC”)电。供电设备的调节通常是通过并入把供电设备的输出电压和/或电流严格控制为特定值的电路来实现的。严格地保持所述特定值，而不管给予供电设备输出端的负载的变化或者在供电设备输入端的任何合理的电压变化。

例如，在诸如计算机之类的电子装置中，供电设备一般被设计成把交流电压输入，比如惯常用常规墙壁插座提供的交流电压输入转换成若干低电压直流电输出，以便传送给电子装置的内部组件。转换一般是在诸如整流级、预调节级(例如有源谐波滤波器)、调节器/断路器级等的各级进行的。所述各级可以是升压级、降压级或者其它派生布局。

在一些情况下，为了保护电子装置免于意外的电力故障，需要供电设备的冗余。例如，可以使用两个以上的供电设备来提供冗余直流电输出，使得在一个供电设备失效的情况下，第二个或第三个供电设备将继续提供所需直流电。这被称为DC冗余。

除了DC冗余之外，一些供电设备还被配置成提供AC冗余，这意味着它们从两个以上的电源接收交流输入电。如图1中所示，为了提供交流冗余，一些常规系统需要两个以上供电设备的完全冗余。系统100描述了第一供电设备102和第二供电设备104。第一供电设备102接收交流电波形AC1作为输入，第二供电设备104接收第二交流电波形AC2作为输入。这两个供电设备102、104的输出被结合，从而形成冗余直流输出Vout。因此，如果提供给第一供电设备102的交流电波形AC1因某种原因失效，那么第二供电设备104继续从第二交流电波形AC2接收交流电，从而提供交流冗余保护。

在一些实施例中，第一供电设备102和第二供电设备104可被设置在单个壳体中。例如，单个壳体单元可以包括多于一个的交流输入连接器，用于接收交流电波形AC1、AC2。在所述单个壳体内，可以设置冗余供电设备102和104，以接收冗余交流电波形AC1、AC2，并提供输出信号Vout。然而，由于设置两个完全冗余的供电设备102、104的成本，这种实现相对昂贵。

此外，如果两个交流电波形被同时施加到同一个供电设备102的输入端，那么会出现另一个问题。在这种情况下，所述两个交流电波形可能异相，这会导致施加到供电设备102的总体较高电压。结果效率显著降低。

发明内容

根据上面所述，显然需要以有效、低成本的方式来提供交流冗余的设备、系统和方法。有利的是，这样的设备、系统和方法应当消除提供完全冗余的供电设备的需要，同时即使当两个冗余交流电波形异相时，也仍然维持供电设备的效率。

根据现有技术的状态，尤其是根据目前可用的供电设备一直未充分解决的现有技术中的问题和需要，开发了本发明。因而，为了提供一种向供电设备提供交流电源冗余的设备、系统和方法，开发了本发明，所述设备、系统和方法克服了现有技术中的许多或者全部上述缺陷。

提供交流电源冗余的设备具备多个模块，所述多个模块被配置成在功能上执行即使两个冗余交流电源被施加到供电设备的输入端，每次也只利用单个交流电源的必要步骤。所述实施例中的这些模块包括第一输入模块、第二输入模块和开关逻辑模块。所述设备还包括第一开关和第二开关。

第一输入模块被配置成从第一电源接收第一交流电输入波形。第一输入模块通过感测从第一交流电输入波形产生的第一直流(“DC”)偏压，来确定第一交流电输入波形是否存在。第二输入模块被配置成从第二电源接收第二交流电输入波形。第二输入模块通过感测从第二交流电输入波形产生的第二直流偏压，来确定第二交流电输入波形是否存在。

第一开关连接第一输入模块和公共节点，第二开关连接第二输入模块和公共节点，使得公共节点处的电力波形向输出节点供电。输出电力随后一般被传给供电设备的附加变换级或调节级。

开关逻辑模块控制第一开关和第二开关，以确定哪个电力波形将被提供给公共节点。响应于存在第一直流偏压和不存在第二直流偏压，开关逻辑模块使第一开关保持在闭合位置，并使第二开关保持在断开位置。这使电力从第一输入模块传到公共节点。

响应于存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，开关逻辑模块使第一开关保持在闭合位置，并使第二开关保持在断开位置。同样，这使电力从第一输入模块传到公共节点。

响应于不存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，开关逻辑模块使第一开关保持在断开位置，并使第二开关保持在闭合位置。这使电力从第二输入模块传到公共节点。因此，开关逻辑模块根据第一和第二交流电输入波形的存在，操作开关以选择来自第一电源或第二电源的电力。

在一个实施例中，第一输入模块包括整流第一交流电输入波形的第一电力整流器，第二输入模块包括整流第二交流电输入波形的第二电力整流器，使得在公共节点和输出节点处提供整流后的电力波形。在另一个实施例中，第一输入模块感测第一电力整流器的输出以生成第一直流偏压，第二输入模块感测第二电力整流器的输出以生成第二直流偏压。在一些实施例中，电力整流器可以是全波整流器。

在一个实施例中，设备还可被配置成包括连接在公共节点和输出节点之间的电力整流器，在这种情况下，第一交流电输入波形或者第二交流电输入波形被施加于公共节点，以及电力整流器的输出包括输出节点处的整流后的交流电波形。在另一个实施例中，第一输入模块感测第一交流电输入波形，然后把第一交流电输入波形变换成第一直流偏压，第二输入模块感测第二交流电输入波形，然后把第二交流电输入波形变换成第二直流偏压。

在另一个实施例中，源自于第一交流电输入波形的整流后的交流波形被施加到第一光耦合器，以向开关逻辑模块提供第一直流偏压，源自于第二交流电输入波形的整流后的交流波形被施加到第二光耦合器，以向开关逻辑模块提供第二直流偏压。第一和第二光耦合器将第一和第二交流电输入波形与开关逻辑模块电隔离。在另一个实施例中，第一开关包括第一继电器，第二开关包括第二继电器，第一和第二继电器包括电磁继电器。

在另一个实施例中，设备包括直流电源、第一逻辑开关、第二逻辑开关和第三逻辑开关。第一继电器的线圈可被连接到直流电源和第一逻辑开关，使得闭合第一逻辑开关会闭合第一继电器。第二继电器的线圈可被连接到直流电源和第二逻辑开关，使得闭合第二逻辑开关会闭合第二继电器。第三逻辑开关可被连接到第二逻辑开关的驱动输入端，使得闭合第三逻辑开关会阻止第二逻辑开关闭合。

因而，响应于存在来自第一光耦合器的第一直流偏压，第一逻辑开关闭合。响应于不存在来自第一光耦合器的第一直流偏压，第一逻辑开关断开。响应于存在来自第二光耦合器的第二直流偏压，以及在第三逻辑开关的驱动输入端不存在来自第一光耦合器的第一直流偏压，第二逻辑开关闭合。响应于存在施加到第三逻辑开关的驱动输入端的来自第一光耦合器的第一直流偏压(在这种情况下，第三逻辑开关闭合，并阻止第二逻辑开关闭合)，或者不存在来自第二光耦合器的第二直流偏压，第二逻辑开关断开。在一些实施例中，第一、第二和第三逻辑开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)。

在一个实施例中，第一输入模块、第二输入模块、第一开关、第二开关和开关逻辑模块包括开关供电设备的输入级。在所述设备的另一个实施例中，当存在第一交流电输入波形时，第一输入模块从第一电源接收第一交流电输入波形，并提供第一整流后的交流波形。在这个实施例中，当存在第二交流电输入波形时，第二输入模块从第二电源接收第二交流电输入波形，并提供第二整流后的交流波形。

所述设备包括连接第一输入模块和公共节点的第一继电器和连接第二输入模块和公共节点的第二继电器，使得公共节点处的电力波形向输出节点供电。所述设备还包括当存在第一交流电输入波形时，接收第一整流后的交流波形作为输入，并提供第一直流偏压的第一隔离装置，和当存在第二交流电输入波形时，接收第二整流后的交流波形作为输入，并提供第二直流偏压的第二隔离装置。第一和第二直流偏压被与第一交流电输入波形的地电位隔离。

所述设备还包括具有如上所述的操作的直流电源、第一逻辑开关、第二逻辑开关和第三逻辑开关。

还提出本发明的系统以提供交流电源冗余。所述系统包括上面说明的交流冗余设备的各个实施例。另外，在一个实施例中，所述系统包括其中交流冗余设备向开关供电设备供电的开关供电设备。

在另一个实施例中，系统包括从开关供电设备接收电力的电子装置。

还提出本发明的一种提供交流电源冗余的方法。公开的实施例中的方法包括为实现上面关于所述设备和系统的操作介绍的功能而必需的步骤。在一个实施例中，所述方法包括：从第一电源接收第一交流电输入波形，并通过感测从第一交流电输入波形产生的第一直流偏压来确定是否存在第一交流电输入波形。所述方法还包括：从第二电源接收第二交流电输入波形，并通过感测从第二交流电输入波形产生的第二直流偏压来确定是否存在第二交流电输入波形。

所述方法还包括控制第一开关和第二开关。第一开关把公共节点连接到第一交流电输入波形，第二开关把公共节点连接到第二交流电输入波形。公共节点处的电力波形向输出节点供电。输出节点处的电力一般被提供给另一个供电设备级。

通过响应于存在第一直流偏压和不存在第二直流偏压，使第一开关保持在闭合位置和使第二开关保持在断开位置，响应于存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，使第一开关保持在闭合位置和使第二开关保持在断开位置，以及响应于不存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，使第一开关保持在断开位置和使第二开关保持在闭合位置，来控制第一和第二开关。

在另一个实施例中，所述方法包括：整流第一交流电输入波形和第二交流电输入波形，使得在公共节点和输出节点处提供整流后的电力波形。在另一个实施例中，所述方法包括：感测整流后的第一交流电输入波形以产生第一直流偏压，以及感测整流后的第二交流电波形以产生第二直流偏压。整流最好是全波整流。

在另一个实施例中，第一交流电输入波形和第二交流电输入波形之一被施加在公共节点处，以及施加在公共节点处的波形被整流并传给输出节点，使得在输出节点处提供整流后的交流电波形。在另一个实施例中，所述方法包括：把第一交流电输入波形变换成第一直流偏压，以及把第二交流电输入波形变换成第二直流偏压。

本说明书内各处对特征、优点或类似语言的引用并不意味着可利用本发明实现的所有特征和优点都应存在于本发明的任何单个实施例中。相反，涉及特征和优点的语言应当理解成意味着关于实施例说明的特定特征、优点或特性包含在本发明的至少一个实施例中。从而，在本说明书内的各个地方对特征和优点的讨论以及类似语言可以(但不一定)指的是同一个实施例。

此外，在一个或多个实施例中，可以按照任何适当方式来组合说明的本发明的特征、优点和特性。本领域的技术人员会认识到，可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的情况下，实践本发明。在其它情况下，在某些实施例中可能认识到并不存在于本发明的所有实施例中的另外的特征和优点。

根据以下说明和附加的权利要求，本发明的这些特征和优点将更加明显，或者通过如下陈述的本发明的实践，可以了解实施例的这些特征和优点。

附图说明

为了易于理解本发明的优点，将参考在附图中图解说明的具体实施例，更详细地说明上面简要说明的发明。这些附图仅仅描述了一些实施例，于是不应被视为对本发明范围的限制，将通过利用附图，更专一和详细地说明和解释本发明，其中：

图1是图解说明具有冗余交流电源和冗余供电设备的系统的现有技术实施例的示意方框图；

图2是图解说明按照本发明的具有冗余交流电源的系统的一个实施例的示意方框图；

图3是图解说明实现按照本发明的具有冗余交流电源的低成本、高效系统的设备的一个实施例的示意方框图；

图4是图解说明按照本发明的具有冗余交流电源的供电设备的一个详细实施例的示意方框图；

图5是图解说明按照本发明的具有冗余交流电源的供电设备的另一个详细实施例的示意方框图；以及

图6是图解说明按照本发明的提供冗余交流电源的方法的一个实施例的示意流程图。

具体实施方式

本领域的技术人员会理解，本发明的各个方面可被具体体现成系统、方法或计算机程序产品。因而，本发明的各个方面可以采取纯硬件实施例，纯软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者结合这里通常可被称为“电路”、“模块”或“系统”的软件和硬件特征的实施例的形式。此外，本发明的各个方面可以采取包含在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有包含于其中的计算机可读程序代码。

本说明书中说明的许多功能单元被标记为模块，以便更加特别强调其实现的独立性。例如，模块可被实现成包括定制的VLSI电路或门阵列，诸如逻辑芯片之类的成品半导体，晶体管，或者其它离散组件的硬件电路。模块也可以用可编程硬件器件，比如现场可编程门阵列，可编程阵列逻辑，可编程逻辑器件等实现。

模块也可以用供各种处理器执行的软件实现。例如，可执行代码的识别模块可包括可被组织成对象、过程或函数的计算机指令的一个或多个物理或逻辑块。然而，识别模块的可执行指令不必物理地位于一起，相反可以包含保存在不同位置的根本不同的指令，当被逻辑结合在一起时，所述这些指令构成所述模块，并实现所述模块的规定用途。

事实上，可执行代码的模块可以是单个指令，或者许多指令，甚至可以分布在几个不同的代码段内，不同的程序中，以及几个存储装置间。类似地，这里可以在模块内识别和例示操作数据，操作数据可以按任何适当的形式来体现，以及在任何适当种类的数据结构内组织。操作数据可被集中成单个数据集，或者可以分布在不同的位置，包括分布在不同的存储装置，可以至少部分仅仅作为电信号存在于系统或网络上。在用软件实现模块或模块的多个部分的情况下，软件的各个部分被保存在一个或多个计算机可读介质上。

说明书内对“一个实施例”，“实施例”或类似语言的引用意味着关于该实施例说明的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。从而，出现在说明书中各个地方的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”和类似语言可以(但未必)都指的是同一个实施例。

此外，在一个或多个实施例中，可以按照任何适当的方式来组合说明的本发明的特征、结构和特性。在下面的说明中，提供了众多的具体细节，比如编程、软件模块、用户选择、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等的例子，以透彻理解本发明的实施例。然而，本领域的技术人员会认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者可以利用其它方法、组件、材料等来实践本发明。在其它情况下，未详细表示或说明公知的结构、材料或操作，以避免模糊本发明的各个方面。

附图中的示意流程图和/或示意方框图图解说明了按照本发明的各个实施例的设备、系统、方法和计算机程序产品的各种可能实现的体系结构、功能和操作。在这个方面，示意流程图和/或示意方框图中的每个方框可代表包含实现指定逻辑功能的程序代码的一个或多个可执行指令的模块、程序段或一部分代码。

另外应注意，在一些备选实现中，在方框中表示的功能可不按照附图中所示的顺序发生。例如，接连表示的两个方框事实上可以基本同时地执行，或者各个块有时可按照相反的顺序执行，取决于所涉及的功能。可以设想在功能、逻辑或效果方面与图解说明的各个附图的一个或多个方框，或其多个部分等同的其它步骤和方法。

尽管在流程图和/或方框图中可采用各种箭头和线条，不过它们显然并不限制对应实施例的范围。事实上，一些箭头或其它连接符可用于仅仅指示所述实施例的逻辑流。例如，箭头可以指示所述实施例的枚举步骤之间的未指定持续时间的等待或监控时期。另外注意，方框图和/或流程图中的每个方框，以及方框图和/或流程图中的各个方框的组合可用完成指定功能或动作的基于专用硬件的系统，或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

图2是图解说明按照本发明的具有冗余交流电源AC1、AC2的系统200的一个实施例的示意方框图。系统200包括一个或多个供电设备202、204，至少两个冗余交流电输入波形AC1、AC2，和电子装置206。

如图所示，供电设备202、204经由第一和第二交流电输入波形AC1、AC2接收冗余电力，然后把电力提供给电子装置206。最好，第一和第二交流电输入波形由向逆变器或发生器馈电的两个不同交流电源，比如墙壁插座和备用电池提供。在说明的实施例中，经由输出信号Vout，从多个供电设备202、204向电子装置206提供电力。在其它实施例中，电子装置206可从单个供电设备202接收电力。

在图解说明的实施例中，供电设备202向电子装置206提供调节后的电力，从而向电子装置206内的各个电子系统和子系统供电。供电设备202、204一般通过调节母线或者类似装置连接到电子装置206。调节母线和供电设备202、204可被配置成向电子装置206提供一个或多个不同的电压和电流。例如，在典型供电设备中，一般提供+12v、+5v、+3.3v和-12v的电压。最好，供电设备202、204是开关供电设备。本领域的技术人员会理解，开关供电设备或者开关模式供电设备(“SMPS”)是包含开关调节器的供电设备。开关调节器通过利用可变占空比接通或断开金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)或者其它开关来调节电力，以产生期望的输出信号。

在各个实施例中，电子装置206可以是计算机系统，比如桌上型计算机、膝上型计算机或者服务器，供电设备202可被配置成向计算机系统的各个组件提供电力。在其它实施例中，电子装置206可包括诸如刀片服务器、外围组件互连(“PCI”)卡、路由器、个人数字助理(PDA)、交换机、电器、数字媒体播放器、显示器、或者本领域的技术人员认识的其它电子装置。在一个实施例中，可以在与电子装置206相同的外壳内，比如在计算机塔式机箱内实现供电设备202、204。在其它实施例中，供电设备202、204可以在电子装置206的外部实现，并可通过诸如软线、电缆或总线之类的连接装置连接到电子装置104，比如在刀片中心中。

电子装置206使负载被施加到供电设备202、204。负载量会影响供电设备202、204的性能。供电设备202、204最好被配置成与规定负载一起有效地工作。在一个实施例中，负载可随电子装置206的工作特性而变化，供电设备202、204可被配置成相应地进行调整。例如，供电设备202、204可包括响应于负载的变化来调整供电设备202、204的电力输出特性的反馈信号。一般来说，供电设备202、204调整调节母线上的电压，以便在变化的负载条件下，向电子装置206提供大体恒定的电压电平。

一个或多个电源(未示出)被配置成以交流电输入波形AC1、AC2的形式向供电设备202、204提供输入电力。一般来说，电源是经电力线连接到向家庭和企业供电的逆变器等的公用事业或者备用电池。电力随后经常规的墙壁插座或者借助本领域的技术人员已知的其它装置被输送到供电设备202、204。在一些实施例中，电源包括发电机、备用电源、供电设备或者其它电力组件。供电设备202、204被配置成接收冗余交流电波形AC1、AC2，然后利用接收的交流电波形AC1、AC2来生成和调节供电子装置206使用的一个或多个电力波形。

最好，每个供电设备202、204包括交流冗余设备208，交流冗余设备208提供用于有效并且成本效率高地仅仅利用第一和第二交流电输入波形AC1、AC2之一的电路和逻辑。交流冗余设备208控制第一开关S1和第二开关S2来选择交流电输入波形AC1、AC2之一，以传递到供电设备202、204的附加级210。通过仅仅选择冗余交流电输入波形AC1、AC2之一供供电设备202、204使用，保持了交流冗余，但是消除了可能由同时使用两个交流电波形AC1、AC2引起的问题。例如，消除了与异相交流电波形相关联的问题。

通常，交流冗余设备208通过检测第一和第二交流电输入波形AC1、AC2的存在，并根据它们的检测到的存在来选择波形之一供使用来工作。例如，如果只有第一交流电输入波形AC1存在，或者如果交流电输入波形AC1、AC2都存在，那么交流冗余设备208可闭合第一开关S1并断开第二开关S2，使得第一交流电输入波形AC1或其派生物被提供给输出节点AC4。如果只有第二交流电输入波形AC2存在(比如在第一交流电输入波形AC1的来源失效的情况下)，那么第一开关S1将被断开，并且第二开关S2将被闭合，使得第二交流电输入波形AC2或其派生物被提供给输出节点AC4。

另外，交流冗余设备208可以进行交流电输入波形AC1、AC2的整流。在各个实施例中，整流后的交流电输入波形可被用于向逻辑电路供电，并且可以整流后的形式被传送给供电设备202的附加级210。典型的开关供电设备202可以包括把交流电波形变换成直流(“DC”)信号的变换级和把直流信号调节到某个优选电压(比如12伏)的附加调节级。通常，调节后的直流电压被传送给电子装置206。

图3是实现按照本发明的低成本、高效的冗余交流电系统的交流冗余设备208的一个实施例的示意方框图。在说明的实施例中，交流冗余设备208包括第一输入模块302、第二输入模块304和开关逻辑模块306。

第一输入模块302最好被配置成从第一电源接收第一交流电输入波形AC1。第一输入模块302包括把交流冗余设备208连接到第一电源的第一连接器等。第一输入模块302通过感测从第一交流电输入波形AC1产生的第一直流偏压，来确定是否存在第一交流电输入波形AC1。类似地，第二输入模块304被配置成从第二电源接收第二交流电输入波形AC2。第二输入模块304通过感测从第二交流电输入波形AC2产生的第二直流偏压，来确定是否存在第二交流电输入波形AC2。

感测直流偏压一般意味着电路或其它计算装置被用于接收交流电输入波形AC1、AC2或其整流后的形式，其中，响应于交流电输入波形AC1、AC2的存在或不存在，电路提供直流偏压来控制第一和第二开关S1、S2。在一个优选实施例中，可以使用光耦合器或类似的隔离装置来接收整流后的交流电输入波形，其中整流后的波形使光耦合器把直流信号传给控制电力开关S1、S2的工作的一个或多个逻辑开关。光耦合器是利用短光学传输路径在电路的元件之间传送电子信号，同时使它们保持电隔离的装置。在另一个实施例中，作为隔离装置，变压器被用于隔离。本领域的技术人员会认识到其它隔离装置和电路。

在一个实施例中，第一输入模块302包括对第一交流电输入波形AC1进行整流的第一电力整流器，以及第二输入模块304包括对第二交流电输入波形AC2进行整流的第二电力整流器，使得在公共节点AC3和输出节点AC4处提供整流后的电力波形。最好，电力整流器是全波整流器，不过预期在一些实施例中，可以使用半波整流器。这里使用的“公共节点”是连接第一开关S1的输出端和第二开关S2的输出端的节点。输出节点AC4是提供来自交流冗余设备208的输出波形的节点。在第一和第二输入模块302、304都包括电力整流器的实施例中，公共节点AC3可被直接连接到输出节点AC4，或者公共节点AC3可把整流后的交流电波形提供给输出节点AC4。然而，如下所述，在公共节点AC3和输出节点AC4之间，可发生另外的电力变换，比如整流。

除了被提供为输出电力波形之外，整流后的交流电输入波形AC1、AC2可被用于生成向开关逻辑模块306的逻辑电路供电的直流电压源，以及整流后的交流电输入波形的直流分量可被用于确定第一和第二交流电输入波形AC1、AC2的存在。例如，第一输入模块302可感测或利用第一电力整流器的输出来产生第一直流偏压，以及第二输入模块304可感测第二电力整流器的输出来产生第二直流偏压。第一和第二直流偏压随后可被用于向电力开关S1、S2提供控制信号，以有选择地把电力波形提供给输出节点AC4。

在一个实施例中，第一输入模块302感测第一交流电输入波形AC1，当第一交流电输入波形AC1存在时，把第一交流电输入波形AC1变换成第一直流偏压。同样地，第二输入模块304感测第二交流电输入波形AC2，当第二交流电输入波形AC2存在时，把第二交流电输入波形AC2变换成第二直流偏压。直流偏压的产生一般包括整流，以及在一些情况下，还包括整流后的波形的平滑。

在另一个实施例中，源自于第一交流电输入波形AC1的整流后的交流波形可被施加到第一光耦合器，以向开关逻辑模块306提供第一直流偏压，以及源自于第二交流电输入波形AC2的整流后的交流波形可被施加到第二光耦合器，以向开关逻辑模块306提供第二直流偏压。

在一些情况下，如上所述，可在公共节点AC3和输出节点AC4之间进行诸如整流之类的额外操作。例如，电力整流器可被连接在公共节点AC3和输出节点AC4之间，使得在公共节点AC3处施加第一交流电输入波形AC1或者第二交流电输入波形AC2(无论哪一个被选择)。随后，信号可被整流并被传送给输出节点AC4，使得电力整流器的输出包括整流后的交流电波形。在这样的实施例中，即使未经整流的第一和第二交流电输入波形AC1、AC2可经由电力开关S1、S2被传送给公共节点AC3，源自于第一和第二交流电输入波形AC1、AC2的额外整流后的波形仍可被用于产生第一和第二直流偏压和向开关逻辑模块306供电。例如，第一和第二交流电输入波形AC1、AC2可分别传递给第一和第二开关S1、S2，但是第一和第二输入模块302、304中的感测电路可感测和整流第一和第二交流电输入波形AC1、AC2，并且感测电路可产生第一和第二直流偏压。

开关逻辑模块306控制第一和第二开关S1、S2的操作，以确定哪个电力波形AC1、AC2或其派生物将被提供给公共节点AC3。在操作中，开关逻辑模块306响应于第一直流偏压的存在和第二直流偏压不存在，使第一开关S1保持在闭合位置，并使第二开关S2保持在断开位置。第一直流偏压的存在指示在第一输入模块302存在第一交流电输入波形AC1，第二直流偏压的存在指示在第二输入模块304存在第二交流电输入波形AC2。闭合第一开关S1并断开第二开关S2使存在于第一输入模块302的交流电从第一输入模块302传给公共节点AC3。因此，如果只有第一交流电输入波形AC1存在，那么选择它供供电设备202、204使用。

随后，开关逻辑模块306响应于第一直流偏压的存在和第二直流偏压的存在，使第一开关S1保持在闭合位置，并使第二开关S2保持在断开位置。同样，这使存在于第一输入模块302的交流电AC1从第一输入模块302传给公共节点304，而防止存在于第二输入模块304的交流电AC2被传送给公共节点AC3(即使交流电输入波形AC1、AC2都存在)。因此，当交流电输入波形AC1、AC2都存在时，选择第一交流电输入波形AC1供供电设备202、204使用。

最后，开关逻辑模块306响应于第一直流偏压不存在和第二直流偏压存在，使第一开关S1保持在断开位置，并使第二开关S2保持在闭合位置。这使存在于第二输入模块304的交流电从第二输入模块304传给公共节点AC3。因此，如果第一交流电输入波形AC1不存在，那么选择第二交流电输入波形AC2供供电设备202、204使用。按照这种方式，开关逻辑模块306根据第一和第二交流电输入波形AC1、AC2的存在来操作开关S1、S2，以选择源于第一或第二来源的电力。这提供了交流冗余，同时提高了系统200的效率。

在一个实施例中，第一和第二输入模块302、304通过确定交流电压高于阈值，确定第一和第二交流电输入波形存在与否。例如，如果高于70伏，那么第一输入模块302确定存在第一交流电输入波形。在一个实施例中，交流电输入波形可能低于阈值，使得输入模块302、304和/或开关逻辑模块306中的控制电路不工作，不闭合开关等等。在另一个实施例中，当交流电输入波形低于阈值时，输入模块302、304和/或开关逻辑模块306中的电路可关闭、拉低信号等等。本领域的技术人员会认识到当部分存在时，确定交流电输入波形AC1、AC2是否存在的其它方式。

图4是图解说明按照本发明的具有冗余交流电源的供电设备402的一个详细实施例的示意方框图。在所述实施例中，在所述电路中实现第一输入模块302、第二输入模块304和开关逻辑模块306。例如，第一和第二输入模块302、304包括连接器(未示出)、第一电力整流器404、第二电力整流器406、电阻器R1、R3、以及第一和第二光耦合器U1、U2。第一电力整流器404连接到第一继电器K1，第一继电器K1连接到公共节点AC3。第二电力整流器406连接到第二继电器K2，第二继电器K2连接到公共节点AC3。在所述实施例中，公共节点AC3连接到输出节点AC4，输出节点AC4连接到供电设备级210，供电设备级210供给调节后的直流电压Vout。开关逻辑模块306包括电阻器R2、R4，以及逻辑开关Q1、Q2、Q3。最好从交流电输入波形AC1和/或AC2中得到+12伏直流电压。最好，逻辑开关Q1、Q2、Q3是MOSFET。

在操作中，供电设备402接收第一和第二交流电输入波形AC1、AC2作为输入。第一和第二交流电输入波形AC1、AC2分别由第一和第二电力整流器404、406整流。整流后的第一交流电输入波形被传给第一继电器K1。当第一继电器K1被闭合时，整流后的第一交流电输入波形通过第一继电器K1传到公共节点AC3。整流后的第二交流电输入波形被传给第二继电器K2。当第二继电器K2被闭合时，整流后的第二交流电输入波形通过第二继电器K2传到公共节点AC3。整流后的第一交流电输入波形在电阻器R1中被感测，并被传给第一光耦合器U1的输入端。当存在第一交流电输入波形AC1时，在第一光耦合器U1的输出端存在第一直流偏压DC1。整流后的第二交流电输入波形在电阻器R3中被感测，并被传给第二光耦合器U2的输入端。当存在第二交流电输入波形AC2时，在第二光耦合器U2的输出端存在第二直流偏压DC2。取决于整流后的波形是否存在，光耦合器U1、U2将使直流偏压DC1、DC2被施加到第一、第二和第三逻辑开关Q1、Q2、Q3中的一个或多个的输入端。

第一继电器K1的线圈连接到+12伏直流电源和第一逻辑开关Q1，使得闭合第一逻辑开关Q1会闭合第一继电器K1。类似地，第二继电器K2的线圈连接到+12伏直流电源和第二逻辑开关Q2，使得闭合第二逻辑开关Q2会闭合第二继电器K2。继电器K1、K2最好是响应于电流通过继电器K1、K2的线圈而打开和闭合的电磁继电器。第三逻辑开关Q3连接到第二逻辑开关Q2的驱动输入端，使得闭合第三逻辑开关Q3会使第二逻辑开关Q2的驱动输入端(即，栅极)接地，从而即使存在第二交流电输入波形AC2，也防止第二逻辑开关Q2闭合。注意，开关Q1、Q2和Q3被表示成MOSFET，但可以是其它类型的开关或半导体开关。

因此，响应于存在来自第一光耦合器U1的第一直流偏压DC1，第一逻辑开关Q1闭合，以及响应于不存在来自第一光耦合器U1的第一直流偏压DC1，第一逻辑开关Q1断开。响应于存在来自第二光耦合器U2的第二直流偏压DC2，和在第三逻辑开关Q3的驱动输入端不存在来自第一光耦合器U1的第一直流偏压DC1，第二逻辑开关Q2闭合。响应于存在施加到第三逻辑开关Q3的驱动输入端的来自第一光耦合器U1的第一直流偏压DC1(第三逻辑开关闭合，从而防止第二逻辑开关闭合)，或者不存在来自第二光耦合器U2的第二直流偏压DC2，第二逻辑开关Q2断开。按照这种方式，选择第一交流电波形AC1或第二交流电波形AC2供供电设备402使用，以及所选波形的整流后的派生物被传给供电设备210的各个附加级。

图5是图解说明按照本发明的具有冗余交流电源的供电设备502的另一个详细实施例的示意方框图。描述的实施例类似于图4中描述的实施例，除了交流电输入波形AC1、AC2被未整流地直接提供给第一和第二继电器K1、K2之外。第一和第二整流器504、506改为设置在光耦合器支路上。因此，使选择的第一或第二交流电输入波形AC1、AC2以未整流的形式通过对应的第一或第二继电器K1、K2。

在一个实施例中，可在公共节点AC3和输出节点AC4之间设置额外的电力整流器508，使得向附加供电设备级210提供整流后的波形。在另一个实施例中，可以省去公共节点AC3和输出节点AC4之间的电力整流器508，使得未整流的交流电输入波形AC1、AC2被直接传给供电设备级210。在一些情况下，在附加供电设备级210内或者不需要整流的地方发生交流电输入波形AC1、AC2的整流。

在一个实施例中，第一和第二整流器504、506是全波整流器。在另一个实施例中，第一和第二整流器504、506是半波整流器。在其它实施例中，第一和第二整流器504、506可以是电阻器R1、R3以及第一和第二光耦合器U1、U2的输入级，在所述输入级，光耦合器U1、U2提供二极管函数作为输入。本领域的技术人员会认识到感测AC电压或电流，并从AC电压或电流中得到直流偏压信号的其它方式。本发明预期感测交流波形，并在存在交流波形的情况下，提供直流偏压信号的任何第一和第二输入模块302、304。

在图3-5中描述的实施例中，电路一般被设计成感测全波整流后的交流波形或者半波整流后的交流波形，以及不对从峰值电压变化到零电压的交流波形起反应。例如，输入模块302、304和开关逻辑模块306中的时间常数一般长到足以在交流波形的周期的整个交流波形波动中，使第一和第二继电器U1、U2保持在期望的位置。在一个实施例中，对于60Hz系统来说，输入模块302、304和/或开关逻辑模块306可具有至少2个周期或者约33毫秒的时间常数。本领域的技术人员会认识到如何防止第一和第二开关K1、K2的不必要切换。

图6是图解说明按照本发明，提供冗余交流电源的方法600的一个实施例的示意流程图。方法600可不同于描述的实施例，以包括额外的步骤，或者重新安排各个步骤，以包括上面参考图2-5说明的各个实施例。

方法600开始，第一输入模块通过感测从第一交流电输入波形AC1产生的第一直流(“DC”)偏压DC1来确定602是否存在第一交流电输入波形AC1。一般来说，这是通过把整流后的第一交流电输入波形AC1施加到光耦合器，以向一个或多个逻辑开关Q1、Q2、Q3提供控制信号来实现的。

之后，第二输入模块304通过感测从第二交流电输入波形AC2产生的第二直流偏压DC2来确定604是否存在第二交流电输入波形AC2。在一个实施例中，由第一和第二电力整流器404、406对第一和第二交流电输入波形AC1、AC2进行整流606，然后从整流后的波形产生608第一和第二直流偏压DC1、DC2。在另一个实施例中，由第一和第二整流器504、506对第一和第二交流电输入波形AC1、AC2进行整流606，然后从整流后的波形产生608第一和第二直流偏压DC1、DC2，同时，第一和第二交流电输入波形AC1、AC2之一被传给公共节点AC3和输出节点AC4之间的电力整流器508。

第一开关K1和第二开关K2由开关逻辑模块306控制610-620，以选择交流电输入波形AC1、AC2之一或其派生物到输出节点AC4。第一开关K1把公共节点AC3连接到第一交流电输入波形AC1，第二开关把公共节点AC3连接到第二交流电输入波形AC2。根据第一和第二交流电输入波形AC1、AC2的存在的确定来控制开关K1和K2。

开关逻辑模块306确定610第一交流电输入波形是否存在，并确定612、616第二交流电波形AC2是否存在。如果开关逻辑模块306确定610第一交流电输入波形AC1存在，那么不论确定612、616第二交流电输入波形AC2是否存在，开关逻辑模块306都保持614第一开关K1在闭合位置和第二开关在断开位置。因此，来自第一交流电波形AC1的电力被传送给输出节点AC4。

如果开关逻辑模块306确定610第一交流电输入波形AC1不存在，并且开关逻辑模块306确定616第二交流电输入波形AC2存在，那么开关逻辑模块306保持618第一开关K1在断开位置，以及第二开关K2在闭合位置。因此，来自第二交流电波形AC2的电力被传送给输出节点AC4。

如果开关逻辑模块306确定610第一交流电输入波形AC1不存在，并且确定616第二交流电输入波形AC2也不存在，那么在一个实施例中，开关逻辑模块306保持620第一开关K1在断开位置，以及第二开关K2在断开位置620，从而供电设备402不可获得任何交流电。

说明的实施例在各个方面都只应被认为是例证性的，而不是对本发明的限制。因此，本发明的范围由附加的权利要求限定，而不是上述说明限定。在权利要求的等同物的含意和范围内的所有变化都包含在权利要求的范围之内。

Claims

1.一种提供交流AC电源冗余的设备，所述设备包括：

第一输入模块，第一输入模块被配置成从第一电源接收第一交流电输入波形，第一输入模块通过感测从第一交流电输入波形产生的第一直流DC偏压来确定第一交流电输入波形是否存在；

第二输入模块，第二输入模块被配置成从第二电源接收第二交流电输入波形，第二输入模块通过感测从第二交流电输入波形产生的第二直流偏压来确定第二交流电输入波形是否存在；

把第一输入模块连接到公共节点的第一开关；

把第二输入模块连接到所述公共节点的第二开关，其中，所述公共节点处的电力波形向输出节点供电；以及

开关逻辑模块，该开关逻辑模块控制第一开关和第二开关，

响应于存在第一直流偏压和不存在第二直流偏压，所述开关逻辑模块使第一开关保持在闭合位置，并使第二开关保持在断开位置，

响应于存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，所述开关逻辑模块使第一开关保持在闭合位置，并使第二开关保持在断开位置，以及

响应于不存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，所述开关逻辑模块使第一开关保持在断开位置，并使第二开关保持在闭合位置；

其中，源自于第一交流电输入波形的整流后的交流波形被施加到第一光耦合器，以向所述开关逻辑模块提供第一直流偏压，以及源自于第二交流电输入波形的整流后的交流波形被施加到第二光耦合器，以向所述开关逻辑模块提供第二直流偏压，第一和第二光耦合器把第一和第二交流电输入波形与所述开关逻辑模块电隔离；

其中，第一开关包括第一继电器，以及第二开关包括第二继电器，所述第一和第二继电器包括电磁继电器；

所述设备进一步包括直流电源、第一逻辑开关、第二逻辑开关和第三逻辑开关，第一继电器的线圈连接到所述直流电源和第一逻辑开关，使得闭合第一逻辑开关会闭合第一继电器，第二继电器的线圈连接到所述直流电源和第二逻辑开关，使得闭合第二逻辑开关会闭合第二继电器，第三逻辑开关连接到第二逻辑开关的驱动输入端，使得闭合第三逻辑开关会阻止第二逻辑开关闭合，其中，

响应于存在来自第一光耦合器的第一直流偏压，第一逻辑开关闭合，

响应于不存在来自第一光耦合器的第一直流偏压，第一逻辑开关断开，

响应于存在来自第二光耦合器的第二直流偏压，和在第三逻辑开关的驱动输入端不存在来自第一光耦合器的第一直流偏压，第二逻辑开关闭合，以及

响应于下列之一，第二逻辑开关断开：

存在施加到第三逻辑开关的驱动输入端的来自第一光耦合器的第一直流偏压，第三逻辑开关闭合并阻止第二逻辑开关闭合，和

不存在来自第二光耦合器的第二直流偏压。

2.按照权利要求1所述的设备，其中，第一输入模块进一步包括整流第一交流电输入波形的第一电力整流器，以及第二输入模块进一步包括整流第二交流电输入波形的第二电力整流器，其中，在所述公共节点和输出节点处提供整流后的电力波形。

3.按照权利要求2所述的设备，其中，第一输入模块感测第一电力整流器的输出以生成第一直流偏压，以及第二输入模块感测第二电力整流器的输出以生成第二直流偏压。

4.按照权利要求3所述的设备，其中，第一和第二电力整流器包含全波整流器。

5.按照权利要求1所述的设备，进一步包括连接在公共节点和输出节点之间的电力整流器，其中，第一交流电输入波形和第二交流电输入波形之一被施加在所述公共节点，以及所述电力整流器的输出包括所述输出节点处的整流后的交流电波形。

6.按照权利要求5所述的设备，其中，第一输入模块感测第一交流电输入波形，并把第一交流电输入波形变换成第一直流偏压，以及第二输入模块感测第二交流电输入波形，并把第二交流电输入波形变换成第二直流偏压。

7.按照权利要求6所述的设备，其中，第一、第二和第三逻辑开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

8.按照权利要求1所述的设备，其中，第一输入模块、第二输入模块、第一开关、第二开关和开关逻辑模块包括开关供电设备的输入级。

9.一种在供电设备中提供交流AC电源冗余的系统，所述系统包括：

开关供电设备；

向供电设备供电的交流冗余设备，所述交流冗余设备包括：

把第一输入模块连接到公共节点的第一开关；

开关逻辑模块，该开关逻辑模块控制第一开关和第二开关，

所述交流冗余设备进一步包括直流电源、第一逻辑开关、第二逻辑开关和第三逻辑开关，第一继电器的线圈连接到所述直流电源和第一逻辑开关，使得闭合第一逻辑开关会闭合第一继电器，第二继电器的线圈连接到所述直流电源和第二逻辑开关，使得闭合第二逻辑开关会闭合第二继电器，第三逻辑开关连接到第二逻辑开关的驱动输入端，使得闭合第三逻辑开关会阻止第二逻辑开关闭合，其中，

响应于下列之一，第二逻辑开关断开：

不存在来自第二光耦合器的第二直流偏压。

10.按照权利要求9所述的系统，进一步包括电子装置，其中，所述开关供电设备向所述电子装置供电。

11.一种提供交流AC电源冗余的方法，所述方法包括：

在提供交流AC电源冗余的交流冗余设备中：

通过感测从第一交流电输入波形产生的第一直流DC偏压来确定是否存在第一交流电输入波形；

通过感测从第二交流电输入波形产生的第二直流偏压来确定是否存在第二交流电输入波形；以及

控制第一开关和第二开关，第一开关把公共节点连接到第一交流电输入波形，第二开关把所述公共节点连接到第二交流电输入波形，其中，所述公共节点处的电力波形向输出节点供电，控制第一和第二开关包括：

响应于存在第一直流偏压和不存在第二直流偏压，使第一开关保持在闭合位置，并使第二开关保持在断开位置，

响应于存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，使第一开关保持在闭合位置，并使第二开关保持在断开位置，和

响应于不存在第一直流偏压和存在第二直流偏压，使第一开关保持在断开位置，并使第二开关保持在闭合位置；

响应于下列之一，第二逻辑开关断开：

不存在来自第二光耦合器的第二直流偏压。

12.按照权利要求11所述的方法，进一步包括：整流第一交流电输入波形和第二交流电输入波形，其中，在所述公共节点和输出节点处提供整流后的电力波形。

13.按照权利要求12所述的方法，进一步包括：感测整流后的第一交流电输入波形以产生第一直流偏压，以及感测整流后的第二交流电波形以产生第二直流偏压。

14.按照权利要求13所述的方法，其中，所述整流是全波整流。

15.按照权利要求11所述的方法，其中，第一交流电输入波形和第二交流电输入波形之一被施加在所述公共节点，以及其中，施加在所述公共节点处的波形被整流并被传给所述输出节点，使得在输出节点处提供整流后的交流电波形。

16.一种提供交流AC电源冗余的设备，所述设备包括：

第一输入模块，当存在第一交流电输入波形时，第一输入模块从第一电源接收第一交流电输入波形，并提供第一整流后的交流波形；

第二输入模块，当存在第二交流电输入波形时，第二输入模块从第二电源接收第二交流电输入波形，并提供第二整流后的交流波形；

把第一输入模块连接到公共节点的第一继电器；

把第二输入模块连接到所述公共节点的第二继电器，其中，所述公共节点处的电力波形向输出节点供电；

第一隔离装置，当存在第一交流电输入波形时，第一隔离装置接收第一整流后的交流波形作为输入，并提供第一直流偏压，第一直流偏压与第一交流电输入波形的地电位隔离；

第二隔离装置，当存在第二交流电输入波形时，第二隔离装置接收第二整流后的交流波形作为输入，并提供第二直流偏压，第二直流偏压与第二交流电输入波形的地电位隔离；

直流电源；

第一逻辑开关；

第二逻辑开关；以及

第三逻辑开关，其中，第一继电器的线圈连接到所述直流电源和第一逻辑开关，使得闭合第一逻辑开关会闭合第一继电器，第二继电器的线圈连接到所述直流电源和第二逻辑开关，使得闭合第二逻辑开关会闭合第二继电器，第三逻辑开关连接到第二逻辑开关的驱动输入端，使得闭合第三逻辑开关会阻止第二逻辑开关闭合，以及其中，

响应于存在第一直流偏压，第一逻辑开关闭合；

响应于不存在第一直流偏压，第一逻辑开关断开；

响应于存在第二直流偏压和在第三逻辑开关的驱动输入端不存在第一直流偏压，第二逻辑开关闭合；以及

响应于下列之一，第二逻辑开关断开：

存在施加到第三逻辑开关的驱动输入端的第一直流偏压，第三逻辑开关闭合并阻止第二逻辑开关闭合，和

不存在第二直流偏压。