CN102723884A - 电源输出高端防反灌开关管的供电系统及冗余电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统及冗余电源系统，属于能源技术领域。一定程度上解决了现有的冗余电源模块中输出高端的防反灌开关管的控制电路结构复杂的技术问题。该开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统，包括第一高端二极管、滤波电路和一个防反灌开关管，其中第一高端二极管的正极与交流输入线圈的一端相连，第一高端二极管的负极连接至滤波电路的输入端；滤波电路的输出端连接至防反灌开关管的驱动极。

Description

电源输出高端防反灌开关管的供电系统及冗余电源系统

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统及冗余电源系统。

背景技术

冗余电源系统是一种可靠性较高的电源系统，多用于服务器等设备中，由多个冗余电源模块组成，每个冗余电源模块各由一个防反灌开关管来控制，例如利用金属氧化层半导体场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET）进行控制，共同为设备提供直流电。当一个冗余电源模块出现故障时，控制该冗余电源模块的防反灌开关管就会关断，其余的冗余电源模块还可以继续为设备供电，不会对设备造成影响。

本发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下问题：目前的冗余电源模块中，有一种是将防反灌开关管串联在直流输出端的高压端，这样可以避免防反灌开关管的控制信号对直流输出端输出的其他信号造成干扰，例如IIC（Inter-Integrated Circuit）总线协议通信信号等。但是将防反灌开关管串联在输出高端，需要额外的绕组及供电电路为防反灌开关管提供控制信号，导致输出高端的防反灌开关管的控制电路结构复杂的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统及冗余电源系统，一定程度上简化了现有的冗余电源模块中输出高端的防反灌开关管的控制电路结构。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统，包括交流输入线圈、直流输出端、第一滤波电容、第一高端二极管、滤波电路和防反灌开关管，其中：

所述直流输出端的高压端连接至所述交流输入线圈的中点，所述直流输出端的低压端连接至两个并联的整流二极管的正极，两个所述整流二极管的负极分别连接至所述交流输入线圈的两端，所述第一滤波电容并联在所述直流输出端的两端；

所述第一高端二极管的正极与所述交流输入线圈的一端相连，所述第一高端二极管的负极连接至所述滤波电路的输入端；

所述滤波电路的输出端连接至所述防反灌开关管的驱动极；

所述防反灌开关管串联于所述交流输入线圈的中点与所述直流输出端的高压端之间，且所述防反灌开关管的源极与所述所述交流输入线圈的中点相连，所述防反灌开关管的漏极与所述直流输出端的高压端相连。

一种冗余电源系统，包括至少两个冗余电源模块，每个所述冗余电源模块的直流输出的均并联在同一负载的两端，每个所述冗余电源模块中设有上述开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统。

与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案具有如下优点：交流输入线圈的两端中，当与第一高端二极管相连的一端为高压端，另一端为低压端时，与交流输入线圈的低压端相连的整流二极管导通；与交流输入线圈的高压端相连的整流二极管承受反向电压而不导通，并且第一高端二极管能够获取该高压端的电压，经过滤波电路处理后输入防反灌开关管的驱动极，作为防反灌开关管的控制信号。

由于此时直流输出端的高压端与交流输入线圈的中点的电压相等，并且防反灌开关管驱动极的电压与交流输入线圈的高压端的电压相等，所以防反灌开关管驱动极的电压高于源极的电压，从而实现了为输出高端的防反灌开关管供电。因此本发明提供的技术方案中，不仅避免了防反灌开关管的控制信号对直流输出端输出的其他信号造成干扰，并且无需设置额外的绕组及供电电路，一定程度上简化了现有的输出高端的防反灌开关管的控制电路结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统的示意图；

图2为本发明的实施例提供的开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统的另一示意图；

图3为本发明的实施例提供的供电系统的一种实施方式的示意图；

图4为本发明的实施例提供的供电系统的一种实施方式的示意图；

图5为本发明的实施例提供的冗余电源系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例所提供的开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统可应用于冗余电源模块，该供电系统包括交流输入线圈L2、直流输出端、第一滤波电容C1、第一高端二极管D3、滤波电路和一个防反灌开关管，本实施例中，以MOSFET作为防反灌开关管。冗余电源模块的输入端通常是一个变压器，包括原线圈L1和副线圈L2，该副线圈即作为冗余电源模块的交流输入线圈L2。

直流输出端用于给负载供电，直流输出端的高压端V+连接至交流输入线圈L2的中点，直流输出端的低压端V-连接至两个并联的整流二极管D1、D2的正极，两个整流二极管D1、D2的负极分别连接至交流输入线圈L2的两端，第一滤波电容C1并联在直流输出端的两端。

第一高端二极管D3的正极与交流输入线圈L2的a端相连，第一高端二极管D3的负极连接至滤波电路的输入端，滤波电路的输出端连接至MOSFET的驱动极，也就是栅极（G极）。MOSFET串联于交流输入线圈L2的中点与直流输出端的高压端V+之间，且MOSFET的源极（S极）与交流输入线圈L2的中点相连，MOSFET的漏极（D极）与直流输出端的高压端V+相连。

交流输入线圈的a、b两端中，当与第一高端二极管D3相连的a端为高压端，b端为低压端时，与交流输入线圈L2的低压端b相连的整流二极管D2导通；与交流输入线圈L2的高压端a相连的整流二极管D1承受反向电压而不导通，并且第一高端二极管D3能够获取该高压端a的电压，经过滤波电路处理后输入MOSFET的G极，作为MOSFET的控制信号。

由于此时直流输出端的高压端V+与交流输入线圈L2的中点的电压相等，并且MOSFET的G极的电压与交流输入线圈L2的高压端a的电压相等，所以MOSFET的G极的电压高于S极的电压，即Vgs>0，从而实现了为输出高端的MOSFET供电。因此本发明提供的技术方案中，不仅避免了防反灌开关管的控制信号对直流输出端输出的其他信号造成干扰，并且无需设置额外的绕组及供电电路，一定程度上简化了现有的输出高端的防反灌开关管的控制电路结构。

作为一个优选方案，供电系统中还包括连接于滤波电路的输出端与MOSFET的G极之间的控制电路，如图2所示。当该冗余电源模块出现故障时，控制电路能够将滤波电路输出的MOSFET控制信号转为低电平，关断MOSFET，从而使负载以及其他的冗余电源模块不受该产生故障的冗余电源模块影响。

具体的，如图3所示，滤波电路包括第二滤波电容C2，第二滤波电容C2连接于第一高端二极管D3的负极与MOSFET的S极之间；

进一步的，为降低电流和功耗，通常还可以在第一高端二极管D3的负极串联一个电阻R。

交流输入线圈L2的a端输出的是正弦波等交流信号，第二滤波电容C2能够将该交流信号的波形转换为平稳的高电平。此外，第二滤波电容C2能够在较长时间内保持该高电平，当交流输入线圈L2的a端为低压端，b端为高压端时，也能够为MOSFET的G极供电。

控制电路包括比较器，比较器的输入端与滤波电路的输出端相连，比较器的输出端与MOSFET的G极相连，比较器的两个检测端分别与MOSFET的S极和D极相连。

比较器检测并比较MOSFET的S极和D极的电压，由于MOSFET本身存在阻抗，因此正常情况下，S极的电压比D极略高一些，从滤波电路输出的MOSFET控制信号可直接通过比较器。当D极的电压高于S极的电压时，即负载侧电压高于冗余电源模块的内部电压，则认为该冗余电源模块出现故障，比较器将滤波电路输出的MOSFET控制信号转为低电平，就可以将MOSFET关断，从而使负载以及其他的冗余电源模块不受该产生故障的冗余电源模块影响。

需要说明的是，上述交流输入线圈也可以由两个相同的线圈串联而成，并且将直流输出端的高压端连接至两个线圈之间，只要两个线圈的同名端方向一致即可。另外，防反灌开关管不只限于MOSFET，也可利用IGBT等其他晶体管实现。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于：如图4所示，本实施例中还包括第二高端二极管D4，第二高端二极管D4的正极与交流输入线圈L2的b端相连，第二高端二极管D4的负极连接至滤波电路的输入端。

当交流输入线圈L2的a端为低压端，b端为高压端时，设置于b端的第二高端二极管D4可以获取b端的高电压，经过滤波电路之后输入MOSFET的G极，作为MOSFET的控制信号。这样，第二滤波电容C2保持高电平的时间可以缩短，从而简化滤波电路的设计。

实施例3：

如图5所示，本发明实施例还提供一种冗余电源系统，包括至少两个冗余电源模块，每个冗余电源模块的直流输出的均并联在同一负载的两端，并且其中每个冗余电源模块中都设有上述实施例1或实施例2中的开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统，其具体实现可参考上述实施例描述，在此不再赘述。

由于本发明实施例提供的冗余电源系统与上述本发明实施例所提供的冗余电源模块具有相同的技术特征，所以也能产生相同的技术效果，解决相同的技术问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统，其特征在于，所述系统包括交流输入线圈、直流输出端、第一滤波电容、第一高端二极管、滤波电路和防反灌开关管，其中：

所述直流输出端的高压端连接至所述交流输入线圈的中点，所述直流输出端的低压端连接至两个并联的整流二极管的正极，两个所述整流二极管的负极分别连接至所述交流输入线圈的两端，所述第一滤波电容并联在所述直流输出端的两端；

所述第一高端二极管的正极与所述交流输入线圈的一端相连，所述第一高端二极管的负极连接至所述滤波电路的输入端；

所述滤波电路的输出端连接至所述防反灌开关管的驱动极；

所述防反灌开关管串联于所述交流输入线圈的中点与所述直流输出端的高压端之间，且所述防反灌开关管的源极与所述所述交流输入线圈的中点相连，所述防反灌开关管的漏极与所述直流输出端的高压端相连。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述滤波电路包括第二滤波电容，所述第二滤波电容连接于所述所述第一高端二极管的负极与所述防反灌开关管的源极之间。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：还包括连接于所述滤波电路的输出端与所述防反灌开关管的驱动极之间的控制电路。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于：所述控制电路包括比较器；

所述比较器的输入端与所述滤波电路的输出端相连；

所述比较器的输出端与所述防反灌开关管的驱动极相连；

所述比较器的两个检测端分别与所述防反灌开关管的源极和漏极相连。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：还包括第二高端二极管，所述第二高端二极管的正极与所述交流输入线圈的另一端相连，所述第二高端二极管的负极连接至所述滤波电路的输入端。

6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于：所述第一高端二极管的负极与所述滤波电路的输入端之间串联有电阻。

7.一种冗余电源系统，其特征在于：包括至少两个冗余电源模块，每个所述冗余电源模块的直流输出的均并联在同一负载的两端；

每个所述冗余电源模块中设有权利要求1-6任一项所述的开关电源输出高端防反灌开关管的供电系统。

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