CN104348370A - 电源变换模块、供电装置和供电方法 - Google Patents

电源变换模块、供电装置和供电方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种供电装置和电源控制方法，该装置包括：N+m个电源变换模块；其中，N个电源变换模块为主电源变换模块；电源变换模块包括检测切换单元和转换单元；检测切换单元分别与第一交流电源的输出端和第二交流电源的输出端连接，检测切换单元，用于实时监控第一交流电源的工作状态和第二交流电源的工作状态，闭合第一交流电源和第二交流电源中处于正常工作状态的一个电源与转换单元之间的通道，并切断第一交流电源和第二交流电源中另一个电源与转换单元之间的通道；转换单元，用于将检测切换单元闭合的通道中电源输出的电压转换成负载需要的直流电压。本发明实施例减少了供电装置中电源变换模块的个数。

Description

电源变换模块、供电装置和供电方法
技术领域
本发明实施例涉及电子技术，尤其涉及一种电源变换模块、供电装置和供电方法。 
背景技术
典型的通信设备、信息与通信技术（Information Communication Technology，简称ICT）设备包括供电装置、业务单板以及散热风扇等。其中，供电装置负责接收设备外部的一个或多个电源输入，并把设备外输入的电源转换成设备内负载（包括业务单板、散热风扇等）可用的电源。 
如图1所示，N路电源输入到供电装置时，供电装置内需设置N个电源变换模块，每个电源变换模块均连接一路电源，也就是N路电源需要有N个电源变换模块，电源变换模块将电源的输出电压转换成设备内负载需要的直流电压，通常为-48V或12V。为满足高可靠性，通常电源进行N+N备份，也就是，为每个电源均备份一个电源。每个电源变换模块均从一个电源取电，相应地，电源变换模块也是N+N备份，其中，N个电源变换模块从N个A路电源取电，另外N个电源变换模块从N个B路电源取电。 
所以，对N个电源进行N+N备份时，电源变换模块也需要进行N+N备份，供电装置需求的电源变换模块数量较多，尤其是大功率设备，供电装置需求的电源变换模块数量会更多。例如，功耗超过20kw的设备，电源变换模块的数量可能超过16个。因此，供电装置对电源变换模块的需求量较大，增加了系统的供电成本，同时还增加了电源变换模块占用的空间。 
发明内容
本发明实施例提供一种电源变换模块、供电装置和供电方法，用于解决供电装置中电源变换模块数量较多的缺陷，在满足供电高可靠性的情况下，减少了供电装置中电源变换模块的个数。 
第一方面，本发明实施例提供的一种电源变换模块，包括 
检测切换单元和转换单元；所述检测切换单元分别与第一交流电源的输出端和第二交流电源的输出端连接，所述检测切换单元还与所述转换单元连接，所述转换单元与负载连接； 
所述检测切换单元，用于实时监控所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，闭合所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个电源与所述转换单元之间的通道，并切断所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个电源与所述转换单元之间的通道； 
所述转换单元，用于将所述检测切换单元闭合的通道中所述处于正常工作状态一个交流电源输出的交流电压进行整流后转换成负载需要的直流电压。 
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述检测切换单元包括：检测子单元、控制子单元、第一切换子单元和第二切换子单元； 
所述检测子单元分别与所述第一交流电源的输出端和所述第二交流电源的输出端连接，所述检测子单元还与所述控制子单元连接；所述检测子单元，用于实时检测所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值，并将检测到的所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值发送给所述控制子单元； 
所述控制子单元分别与所述检测子单元、所述第一切换子单元和所述第二切换子单元连接；所述控制子单元，用于根据所述第一交流电源的电压值，实时监控所述第一交流电源是否处于正常工作状态，根据所述第二交流电源的电压值，实时监控所述第二交流电源是否处于正常工作状态； 
所述第一切换子单元分别与所述第一交流电源、所述转换单元和所述控制子单元连接；所述第二切换子单元分别与所述第二交流电源、所述转换单元和所述控制子单元连接； 
所述控制子单元，还用于根据所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，向所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源连接的第一切换子单元或第二切换子单元发送闭合信号，向另一个电源连接的第一切换子单元或第二切换子单元发送切断信号，以闭合所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个交 流电源与所述转换单元之间的通道，切断所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个交流电源与所述转换单元之间的通道； 
所述第一切换子单元，用于根据所述控制子单元发送的控制信号，切断或闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道； 
所述第二切换子单元，用于根据所述控制子单元发送的控制信号，切断或闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道。 
结合第一方面，或第一方面的第一种可能实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述检测切换单元还包括：切断确认子单元； 
所述切断确认子单元分别与所述控制子单元、所述第一切换子单元和所述第二切换子单元以及所述转换单元连接； 
所述控制子单元，还用于先向所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于非正常工作状态的一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送切断信号，然后向所述切断确认子单元发送包括通道标识的切断确认指示信号，在接收到所述切断确认子单元发送的切断确认信号后，向所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送闭合信号；所述通道标识用于标识所述第一交流电源与所述连接单元之间的通道，或所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道； 
所述切断确认子单元，用于接收到所述控制子单元发送的切断确认指示信号后，判断所述通道标识对应的通道是否切断，在确定所述通道标识对应的通道切断后向所述控制子单元发送切断确认响应信号。 
第二方面，本发明实施例提供一种电源控制方法，供电装置内每个电源变换模块分别连接有第一交流电源和第二交流电源，所述方法包括： 
实时监控所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态； 
根据所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，闭合所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个电源与所述电源变换模块中转换单元之间的通道，并切断所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个电源与所述转换单元之间的通道； 
将所述检测切换单元闭合的通道中所述处于正常工作状态一个交流电源 输出的交流电压进行整流后转换成负载需要的直流电压。 
结合第二方面，在第一种可能实现方式中，所述方法还包括：若所述第一交流电源处于非正常工作状态和所述第二交流电源均处于非正常工作状态，向管理所述供电装置的主机发送告警消息。 
结合第二方面，或第二方面的第一种可能实现方式，在第二种可能的实现式中，所述实时监控所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，包括： 
实时监控所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值，根据所述第一交流电源的电压值，判断所述第一交流电源是否处于正常工作状态，根据所述第二交流电源的电压值，判断所述第二交流电源是否处于正常工作状态。 
第三方面，本发明实施例还提供一种供电装置，包括：N+m个如上所述的电源变换模块，N+m个所述电源变换模块的输出端并联，实现负载均衡；其中，N个所述电源变换模块为主电源变换模块，m个所述电源变换模块为备用电源变换模块；N为自然数，所述m为大于或等于0，且小于或等于所述N的整数。 
上述技术方案中，电源变换模块将连接的两个交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源作为供电源，将供电源输出的交流电压进行转换后输出给负载，因此，电源变换模块连接的交流电源实现了双备份。因为，每个电源变换模块连接的交流电源都实现了双备份，对于包括N个电源变换模块的供电装置来说，其输入的电源实现了N+N备份，满足了为负载提供高可靠供电的需求。现有技术中，实现电源N+N备份，供电装置中需要N+N个电源变换模块，而本实施列提供的供电装置只需要N个电源变换模块。因而，在满足供电高可靠性的情况下，本实施例提供的供电装置中包括的电源变换模块数量远少于现有技术提供的供电装置中包括的电源变换模块的数量，降低了供电装置的生产成本。进一步，为实现对电源变换模块的备份，可以在供电装置中增加至少1个电源变换模块，因此，包括N+m个电源变换模块的供电装置。不仅实现了供电源的N+N备份，还实现了电源变换模块的N+m备份。 
附图说明
图1为现有技术提供的供电装置结构示意图； 
图2为本发明实施例提供的一种电源变换模块结构示意图； 
图3为本发明实施例提供的另一种电源变换模块结构示意图； 
图4为本发明实施例提供的检测子单元的一种电路结构图； 
图5A本发明实施例提供的第一切换子单元的一种电路结构图； 
图5B本发明实施例提供的第二切换子单元的一种电路结构图； 
图6A为本发明实施例提供的又一种电源变换模块结构示意图； 
图6B本发明实施例提供的切断确认子单元的一种电路结构图； 
图7为本发明实施例提供的再一种电源变换模块结构示意图； 
图8为本发明实施例提供的辅助电源子单元的一种电路示意图； 
图9为本发明实施例提供的转换单元的一种结构示意图； 
图10为本发明实施例提供的整流及PFC模块的一种电路示意图； 
图11为本发明实施例提供的一种电源控制方法流程图； 
图12为本发明实施例提供的一种供电装置结构示意图。 
具体实施方式
图2为本发明实施例提供的一种电源变换模块供电装置结构示意图。如图2所示，电源变换模块包括检测切换单元21和转换单元22。检测切换单元与转换单元连接，转换单元的输出端可与负载连接，从而为负载供电。 
检测切换单元还分别与第一交流电源的输出端和第二交流电源的输出端连接。检测切换单元有两个输入端，一个输入端与第一交流电源的输出端连接，另一个输入端与第二交流电源的输出端连接。电源变换模块连接的两个交流电源中有一个交流电源正常工作，该电源变换模块就可为负载供电。第一交流电源和第二交流电源可能来自机房不同的供电网络，也可能来自两个不同的UPS或电池。其中，交流（Alternating Current，简称AC）电源可以是220V、110V或120V。 
检测切换单元，用于实时监控第一交流电源的工作状态和第二交流电源的工作状态，闭合第一交流电源和第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源与转换单元之间的通道，并切断第一交流电源和第二交流电源中另一个交流电源与转换单元之间的通道。 
监控到两个交流电源均处于正常工作状态，检测切换单元可以闭合任意一个交流电源与转换单元之间的通道，切断另一个交流电源与转换单元之间的通道，使通道闭合的交流电源为供电源。两个交流电源均处于正常工作状态情况下，检测切换单元闭合与转换单元之间的通道的交流电源是为负载供电的供电源，该交流电源可称为主供电源，另一个称为备用供电源。监控到两个交流电源中有一个电源处于非工作状态，另一个处于正常工作状态，则检测切换单元闭合正常工作状态的电源与转换单元之间的通道，切断故障电源与转换单元之间的通道，使通道闭合的交流电源为供电源。可选地，先切断故障电源与转换单元之间的通道，后闭合正常工作状态的电源与转换单元之间的通道，避免故障电源恢复正常工作后，两个电源同时供电对负载造成影响。 
检测切换单元支持双路AC输入和1路AC输出，即两路电源均为AC电源，检测切换单元输出的供电源为一路AC电源。 
转换单元，用于将所述检测切换单元闭合的通道中所述处于正常工作状态一个交流电源输出的交流电压进行整流后转换成负载需要的直流电压。进一步，转换单元，还用于将所述检测切换单元闭合的通道中所述处于正常工作状态一个交流电源输出的交流电压进行滤波和整流后转换成负载需要的直流电压。 
在第一交流电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，将第一交流电源输出的电压转换成负载需要的直流电压。在第二交流电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，将第二交流电源输出的电压转换成负载需要的直流电压。转换单元输出负载需要的电压可以是-48V，也可以是12V。 
本实施例提供的电源变换模块中，检测切换单元与两个交流电源连接，检测切换单元可以闭合两个电源中处于正常工作状态的一个交流电源与转换单元之间的通道，并切断第一交流电源和第二交流电源中另一个电源与转换单元之间的通道，转换单元将检测切换单元闭合的通道中交流电源输出的电压转换成负载需要的直流电压。 
进一步，第一交流电源和第二交流电源中有一个电源与转换单元之间的通道闭合后，检测切换单元根据已闭合通道中电源的工作状态，确定是否切换转换单元连接的电源。具体如下： 
所述检测切换单元，还用于在所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第一交流电源处于非正常工作状态而所述第二交流电源处于正常工作状态，切断所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道并闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道。 
在第一交流电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，检测切换单元监测到第一交流电源处于非正常工作状态即故障状态，同时监测到第二交流电源处于正常工作状态时，切断所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道并闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道。 
所述检测切换单元，还用于在所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第二交流电源处于非正常工作状态而所述第一交流电源处于正常工作状态，切断所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道并闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道。 
在第二交流电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，检测切换单元监测到第二交流电源处于非正常工作状态即故障状态，同时监测到第一交流电源处于正常工作状态时，切断所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道并闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道。 
本实施例提供的电源变换模块将连接的两个交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源作为供电源，将供电源输出的交流电压进行转换后输出给负载，因此，电源变换模块连接的交流电源实现了双备份，满足了为负载提供高可靠供电的需求。 
图3为本发明实施例提供的另一种电源变换模块结构示意图。如图3所示，电源变换模块中检测切换单元包括检测子单元31、控制子单元32、第一切换子单元33和第二切换子单元34。 
检测子单元分别与第一交流电源的输出端和第二交流电源的输出端连接，检测子单元还与控制子单元连接。检测子单元包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与第一交流电源的输出端连接，另一个输入端与第二交流电源的输出端连接，检测子单元的输出单元与控制子单元连接。检测子单元，用于实时检测第一交流电源的电压值和第二交流电源的电压值，并将检测到的第一交流电源的电压值和第二交流电源的电压值发送给控制子单元。实现检测子单元的一种电路图请参见图4所示。 
控制子单元分别与检测子单元、第一切换子单元和第二切换子单元连接。第一切换子单元分别与第一交流电源、转换单元和控制子单元连接，第二切换子单元分别与第二交流电源、转换单元和控制子单元连接。控制子单元，用于根据第一交流电源的电压值，实时监控第一交流电源是否处于正常工作状态，根据第二交流电源的电压值，实时监控第二交流电源是否处于正常工作状态。 
控制子单元可以由DSP或MCU实现，可以通过算法对检测子单元传送过来的电压值进行计算，判断出当前输入的两路电源是交流还是直流。对于交流电源，通过判断电压是否正常和/或频率是否正常，来判断交流电源是否处于正常工作状态。对于直流电源，通过判断电压是否正常判断直流电源是否处于正常工作状态。其中，电压异常包括欠压、过压和/或电压丢失等。对于直流电源，如果电压异常，确定直流电源处于非正常工作状态。通常交流电源的正常频率范围为47HZ～63HZ，频率超出正常频率范围时，确定交流电源处于非正常工作状态。对于交流电源来说，如果电压异常，或者，频率超出正常范围，确定交流电源处于非正常工作状态。 
控制子单元，还用于根据第一交流电源的工作状态和第二交流电源的工作状态，向第一交流电源和第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源连接的第一切换子单元或第二切换子单元发送闭合信号，向另一个交流电源连接的第一切换子单元或第二切换子单元发送切断信号，以闭合第一交流电源和第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源与转换单元之间的通道，切断第一交流电源和第二交流电源中另一个交流电源与转换单元之间的通道。 
例如，确定第一交流电源和第二交流电源均处于正常工作状态时，控制子单元可以向第一交流电源连接的第一切换子单元连接发送闭合信号以闭合第一交流电源与转换单元之间的通道，同时向与第二交流电源连接的第二切换子单元发送切断信号以切断第二交流电源与转换单元之间的通道；控制子单元也可以向第二交流电源连接的第二切换子单元连接发送闭合信号以闭合第二交流电源与转换单元之间的通道，同时向与第一交流电源连接的第一切换子单元发送切断信号以切断第一交流电源与转换单元之间的通道。 
又例如，确定第一交流电源处于正常工作状态而第二交流电源处于非工 作状态时，控制子单元向与第一交流电源连接的第一切换子单元发送闭合信号以闭合第一交流电源与转换单元之间的通道，同时向与第二交流电源连接的第二切换子单元发送切断信号以切断第二交流电源与转换单元之间的通道。 
又例如，确定第二交流电源处于正常工作状态而第一交流电源处于非正常工作状态时，控制子单元向与第二交流电源连接的第二切换子单元发送闭合信号以闭合第二交流电源与转换单元之间的通道，同时向与第一交流电源连接的第一切换子单元发送切断信号以切断第一交流电源与转换单元之间的通道。 
进一步，在第一交流电源和第二交流电源中有一个电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，控制子单元根据第一交流电源和第二交流电源的工作状态，确定是否切换与转换单元连接的通道。具体如下： 
所述控制子单元，还用于在所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第一交流电源处于非正常工作状态且所述第二交流电源处于正常工作状态，向所述第一切换子单元发送切断信号，并向所述第二切换子单元发送闭合信号。所述控制子单元，还用于在所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第二交流电源处于非正常工作状态且所述第一交流电源处于正常工作状态，向所述第二切换子单元发送切断信号，并向所述第一切换子单元发送闭合信号。 
在第一交流电源与转换单元连接的通道闭合的情况下，控制子单元确定第一交流电源处于非正常工作状态即处于故障状态时，向第一切换子单元发送切断信号。进一步，判断第二交流电源是否处于正常工作状态，如果第二交流电源处于正常工作状态，控制子单元向第二切换子单元发送闭合信号。在第一交流电源与转换单元连接的通道闭合的情况下，控制子单元确定第一交流电源处于正常工作状态时，无需向第一切换子单元和第二切换子单元发送控制信号，保持两个通道的原有状态。 
同理，在第二交流电源与转换单元连接的通道闭合的情况下，控制子单元确定第二交流电源处于故障状态时，向第二切换子单元发送切断信号。进一步，判断第一交流电源是否处于正常工作状态，如果第一交流电源处于正常工作状态，控制子单元还向第一切换子单元发送闭合信号。在第二交流电 源与转换单元连接的通道闭合的情况下，控制子单元确定第二交流电源处于正常工作状态时，无需向第一切换子单元和第二切换子单元发送控制信号，保持两个通道的原有状态。 
通常情况下，可以在第一交流电源和第二交流电源中选择一个电源为主电源，另一个电源为备用电源。控制子单元确定主电源处于非正常工作状态而备用电源处于工作状态时，向与主电源连接的切换子单元发送切断信号，向与备用电源连接的切换子单元发送闭合信号。在主电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，如果确定主电源处于正常工作状态，控制子单元无需向两个切换子单元发送控制信号。 
第一切换子单元，用于根据控制子单元发送的控制信号，切断或闭合第一交流电源与转换单元之间的通道。如果控制子单元向第一切换子单元发送的控制信号是切断信号，则切断第一交流电源与转换单元之间的通道，使第一交流电源与转换单元隔离，如果控制信号是闭合信号，则闭合第一交流电源与转换单元之间的通道，使第一交流电源与转换单元连接。 
第二切换子单元，用于根据控制子单元发送的控制信号，切断或闭合第二交流电源与转换单元的通道。如果控制子单元向第二切换子单元发送的控制信号是切断信号，则切断第二交流电源与转换单元之间的通道，如果控制信号是闭合信号，则闭合第二交流电源与转换单元之间的通道。 
第一切换子单元的电路结构与第二切换子单元的电路结构相同，具体请分别参见图5A和图5B提供的电路结构图。 
本实施例中控制子单元根据检测子单元传送的第一交流电源的电压值和第二交流电源的电压值，分别向第一切换子单元和第二切换子单元发送控制信号，使转换单元与两个电源中处于正常工作状态的一个电源之间的通道处于闭合状态，从而满足了为与转换单元连接的负载提供高可靠供电的需求。 
图4为本发明实施例提供的检测子单元的一种电路结构图。图4提供的检测子单元可以支持AC故障检测，也可以支持HVDC故障检测。如图4所示，A路电源和B路电源分别接入到检测子单元，A路电源的电压和B路电源的电压分别通过运放电路转换成合适范围的正电压送给ADC模块进行检测。如图4所示的共两级运放电路。以A路输入为例，第一级运放电路为U0和电阻R1/R2/R3/R4，第二级运放电路为U1和电阻R5/R6/R7。A路输入电压值为 UA=A+-A-，运放U0与电阻R1/R2/R3/R4形成第一级放大电路，主要作用是实现把需要检测的高电压转换成适合测量的低电压（通常电压不超过5V）。通常电阻取值R1=R2，R3=R4，经过第一级运放后的输出电压Uout1=-UA*R3/R1。运放U1和电阻R5/R6/R7形成第二级放大电路，主要作用是把第一级运放输出的电压（可能是正电压，也可能是负电压）转换成ADC可检测的正电压，通常电压范围为0～3.3V。经过第二级运放后输出的电压Uout2=（Uout1/R5＋VDD/R6）/(1/R5+1/R6+1/R7)。 
ADC模块通过数字接口与控制子单元连接，例如，SPI接口或I2C接口。控制子单元通过该数字接口可以实时获取到ADC模块输出的电压值。其中，图3所示的A路电源可为第一交流电源或第二交流电源，相应地，B路电源可为第二交流电源或第一交流电源。 
图5A本发明实施例提供的第一切换子单元的一种电路结构图。图5B本发明实施例提供的第二切换子单元的一种电路结构图。 
第一切换子单元内部的开关部件和第二切换子单元内部的开关部件可以用金属氧化物半导体场效应管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称MOSFET），也可以用氮化钾场效应管（Gallium Nitride Field Effect Transistor，简称GaNFET），还可以用继电器。图5A和图5B中采用2个N沟道MOSFET或GaNFET作为开关部件。每个通道上采用2个背靠背连接的MOSFET或GaNFET来实现对AC或HVDC的关断和打开功能。电压隔离单元0、电压隔离单元1、电压隔离单元2和电压隔离单元3的各自主要作用是产生可驱动所在通道的MOSFET或GaNFET源端（S端）的VGS电压，用于对所在通道的MOSFET或GaNFET的栅极进行控制。如果是GaNFET，该VGS电压通常为6V左右；如果是MOSFET，该VGS电压通常为12V左右。另外，为方便控制子单元根据切换需要打开或关闭所在通道，电压隔离单元0、电压隔离单元1、电压隔离单元2和电压隔离单元3各包括一个用于关断和打开输出电压的控制管脚，通过改变该控制管脚的电平实现对所在电压隔离单元输出电压的关断和打开控制。该控制管脚通过隔离光耦与控制子单元连接，可以根据控制子单元下发的控制信号打开或关闭电压隔离单元的输出，进而控制对应通道的MOSFET或GaNFET的打开或关闭。 
如图5A和图5B所示，当控制子单元需要把当前的主电源由电源A切换 到电源B时，首先控制子单元驱动控制信号0和控制信号1均为高电平，则对应的隔离光耦OC0和隔离光耦OC1不导通，进而对应的电压隔离单元0和电压隔离单元1的shutdown端为上拉到正电压VCC_OUT，从而电压隔离单元0和电源隔离单元1关断输出，第一切换子单元中A+和A-所连接的MOSFET或GaNFET关闭。控制子单元在关闭第一切换子单元中的MOSFET或GaNFET后，驱动控制信号2和控制信号3均为低电平，则对应的隔离光耦OC2和隔离光耦OC3导通，进而对应的电压隔离单元2和电压隔离单元3的shutdown端对应为低电平，从而电压隔离单元2和电压隔离单元3输出有效的VGS_B+和VGS_B－电压，驱动第一切换子单元的MOSFET或GaNFET导通，从而主电源由电源A切换为电源B。 
图6A为本发明实施例提供的又一种电源变换模块结构示意图。如图6A所示，为避免处于故障状态的电源在恢复工作的瞬间对负载造成的影响，检测切换单元中还可包括切断确认子单元35，以使控制子单元确定接收到切断信号的切换子单元切断相应的通道后，再向另一个切换子单元发送闭合信号。 
切断确认子单元分别与控制子单元、第一切换子单元和第二切换子单元以及转换单元连接。 
控制子单元，还用于先向第一交流电源和第二交流电源中处于非正常工作状态的一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送切断信号，然后向切断确认子单元发送包括通道标识的切断确认指示信号，在接收到切断确认子单元发送的切断确认信号后，向第一交流电源和第二交流电源中另一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送闭合信号；通道标识用于标识第一交流电源与连接单元之间的通道，或第二交流电源与转换单元之间的通道。 
如果第一交流电源处于非工作状态而第二交流电源处于正常工作状态，，控制子单元向第一交流电源连接的第一切换子单元发送切断信号，然后向切断确认子单元发送包括通道标识的切断确认指示信号，在接收到切断确认子单元发送的切断确认信号后，向第二交流电源连接的第二切换子单元发送闭合信号。控制子单元在切断确认指示信号中通过携带的通道标识，告知切断确认子单元需要确认哪个电源与转换单元之间的通道是否已切断。 
切断确认子单元，用于接收到控制子单元发送的切断确认指示信号后， 判断通道标识对应的通道是否切断，在确定通道标识对应的通道切断后向控制子单元发送切断确认响应信号。 
切断确认子单元主要功能是在控制子单元进行电源切换时，先确认原来与转换单元连接的电源是否已被切断，确保不会出现在原来的电源未切断情况下，使另一个电源与转换单元之间的通道闭合。切断确认子单元的具体电路图如图6B所示。通过霍尔电流传感器检测输电流是否已低于设定的门限来确认电源所在的通道是否切断。为避免交流正弦波在过零点的误判，通常软件会进行连续多次电流值确认，如果多次电流值都低于设定的门限，则认为原电源所在通道已关断。 
结合图5A和图5B，控制子单元在关闭第一切换子单元中的MOSFET或GaNFET后，再检测切断确认子单元输出的响应信号是否是切断确认响应信号，如果是切断确认响应信号，则确认当前电源A所在通道已关闭。当确认到当前电源A所在通道已关闭后，再驱动控制信号2和控制信号3均为低电平，则对应的隔离光耦OC2和隔离光耦OC3导通，进而对应的电压隔离单元2和电压隔离单元3的shutdown端对应为低电平，从而电压隔离单元2和电压隔离单元3输出有效的VGS_B+和VGS_B－电压，驱动第一切换子单元的MOSFET或GaNFET导通，从而主电源由电源A切换为电源B。 
图7为本发明实施例提供的再一种电源变换模块结构示意图。如图7所示，本实施例提供的电源变换模块中检测切换单元还包括通信子单元36。 
通信子单元分别与控制子单元和管理供电装置的主机连接；控制子单元，还用于在第一交流电源和第二交流电源均处于非正常工作状态时，向通信子单元发送告警信息。通信子单元，用于将控制子单元发送的告警信息传输给管理供电装置的主机。 
通信子单元也可以把主机下发的控制及查询信息发送给控制子单元。通信子单元可以根据不同主机的接口需要，提供与主机匹配的通信接口，例如I2C接口、RS485接口和FE接口等。 
为使电源变换模块在单路电源输入的情况下维持正常工作，本实施例提供的电源变交模块中检测切换单元还包括辅助电源子单元，以为检测切换单元中各子单元提供工作需要的电压，例如，12V或3.3V。辅助电源子单元分别与第一交流电源和第二交流电源连接，辅助电源子单元还分别与控制子单 元、所述第一切换子单元、所述第二切换子单元、所述切断确认子单元和所述通信子单元连接，用于向控制子单元、所述第一切换子单元、所述第二切换子单元、所述切断确认子单元和所述通信子单元供电。 
图8为本发明实施例提供的辅助电源子单元的一种电路示意图，如图8所示，A路输入和B路输入各有1个整流模块，主要功能是实现对输入交流的整流处理，把交流输入转换成直流输出。变压器模块T1和变压器模块T2作用是，根据原边的匝数和副边的匝数实现电压变换，并实现原边电压与副边电压的电器隔离。反馈模块A和反馈模块B的功能是对各自通道的输出电压进行检测，并把检测的电压反馈给PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制模块。PMW控制模块A根据反馈模块A检测的输出电压VCC1确定输出给M1的PWM信号占空比，通过改变占空比来改变输出电压值。同理，PMW控制模块B根据反馈模块B检测的输出电压VCC2确定输出给M2的PWM信号占空比，通过改变占空比来改变输出电压值。其中，M1和M2分别是MOSFET。合路模块的作用是实现VCC1和VCC2两路输出电压的合路处理，把合路之后的电压输出给检测切换单元内部的其它子单元，从而确保在任何一路电源故障的情况下，检测切换单元可以维持正常工作。由于辅助电源子单元输出功率很低，通常合路模块可以通过2个二极管实现。 
辅助电源子单元既支持输入的电源为AC电源，也支持输入电源为HVDC电源。以输入通道A为例，当输入的电源为AC时，在AC电压的正半周期内，辅助电源子单元内部电流流向如下：A+>D0>T1>M1>AGND0>D3>A-。在AC电压的负半周期内，辅助电源子单元内部电流流向如下：A->D1>T1>M1>AGND0>D2>A+。当输入的电源为HVDC时，辅助电源子单元内部电流流向如下：A+>D0>T1>M1>AGND0>D3>A-。 
图9为本发明实施例提供的一种电源变换模块中转换单元的结构示意图。如图9所示，转换单元包括滤波模块、整流及PFC模块和DC/DC转换模块。其中，PFC是Power Factor Correction（功率因素校准）的英文缩写。 
滤波模块、整流及PFC模块和DC/DC转换模块均可兼容AC输入和HVDC输入，滤波模块用于对电源变换模块的供电源进行滤波处理。当电源变换模块的供电源为AC电源时，整流及PFC模块实现AC的谐波抑制，并把AC转换成直流电压，例如380V电压。当电源变换模块的供电源为HVDC电源时，则 把HVDC电压转换成DC/DC输入需要的直流电压，例如380V。整流及PFC模块可以沿用目前通用的整流及PFC模块的电路图，为兼容AC输入和HVDC输入，整流及PFC模块中需采用耐压性能较高的元器件，图10为本发明实施例提供的整流及PFC模块的一种电路示意图。如图10所示。当供电源为HVDC电源时，电流从输入的正端经过二极管D2后，再通过PFC电路，最后经过二极管D4回到负端。 
DC/DC转换模块实现把PFC模块输出的直流电压转换成设备负载需要的直流电压，例如12V或-48V，并可以实现多路DC/DC转换模块并联时的均流控制。 
图11为本发明实施例提供的一种电源控制方法流程图。供电装置内每个电源变换模块分别连接有第一交流电源和第二交流电源。本实施例的执行主体为电源变换模块。如图11所示，本实施例提供的电源控制方法，包括： 
步骤111：实时监控第一交流电源的工作状态和第二交流电源的工作状态。 
电源变换模块有两个输入端，一个输入端与第一交流电源的输出端连接，另一个输入端与第二交流电源的输出端连接。电源变换模块连接的两个交流电源中有一个电源正常工作，该电源变换模块就可为负载供电。第一交流电源和第二交流电源可能来自机房不同的供电网络，也可能来自两个不同的UPS或电池。AC电源可以是220V、110V或120V。 
电源变换模块可以实时监控所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值，根据所述第一交流电源的电压值，判断所述第一交流电源是否处于正常工作状态，根据所述第二交流电源的电压值，判断所述第二交流电源是否处于正常工作状态。 
步骤112：根据第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，闭合第一交流电源和第二交流电源中处于正常工作状态的一个电源与电源变换模块中转换单元之间的通道，并切断第一交流电源和第二交流电源中另一个电源与转换单元之间的通道。 
监控到两个交流电源均处于正常工作状态，电源变换模块可以闭合任意一个电源与转换单元之间的通道，并切断另一个交流电源与转换单元之间的通道，使通道闭合的电源为供电源。电源变换模块支持双路AC输入和1路 AC输出。 
电源变换模块监测到所述第一交流电源和所述第二交流电源均处于非正常工作状态时，向管理所述供电装置的主机发送告警消息。 
在所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第一交流电源处于非正常工作状态而所述第二交流电源处于正常工作状态，先切断所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道，然后闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道。在所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第二交流电源处于非正常工作状态而所述第一交流电源处于正常工作状态，先切断所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道，然后闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道。 
步骤113：将与转换单元之间的通道闭合的电源输出的交流电压进行整流处理后转换成负载需要的直流电压。 
在第一交流电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，将第一交流电源输出的交流电压进行整流处理后转换成负载需要的直流电压。在第二交流电源与转换单元之间的通道闭合的情况下，将第一交流电源输出的交流电压进行整流处理后转换成负载需要的直流电压。进一步，将与转换单元之间的通道闭合的电源输出的交流电压进行整流处理后转换成负载需要的直流电压。 
本实施例提供的电源控制方法，供电装置中每个电源变换模块都可以将连接的两个电源中处于正常工作状态的一个电源作为供电源，将供电源输出的电压转换后输出给负载，因此，每个电源变换模块连接的电源都实现了双备份，对于包括N个电源变换模块的供电装置来说，其输入的电源实现了N+N备份，满足了为负载提供高可靠供电的需求。现有技术中，实现电源N+N备份，供电装置中需要N+N个电源变换模块，而本实施列提供的供电装置只需要N个电源变换模块。因而，在满足供电高可靠性的情况下，本实施例提供的供电装置中包括的电源变换模块数量远少于现有技术提供的供电装置中包括的电源变换模块的数量，降低了供电装置的生产成本。进一步，为实现对电源变换模块的备份，可以在供电装置中增加至少1个电源变换模块，因此，包括N+m个电源变换模块的供电装置。不仅实现了供电源的N+N备份，还实现了电源变换模块的N+m备份。 
图12为本发明实施例提供的一种供电装置结构示意图。如图12所示， 供电装置包括：N+m个电源变换模块。其中，N+m个电源变换模块的输出端并联，支持负载均流，其中，N为自然数，m为大于等于0小于等于N的整数。N个电源变换模块为主电源变换模块，m个电源变换模块为备用电源变换模块。m可以为零，表示本实施例提供的供电装置中可以没有备用电源变换模块。为实现对电源变换模块的备份，可以在本实施例提供的供电装置中增加1、2、3、……N-1、或N个电源变换模块。 
图12中电源变换模块可以是图2、图3、图6A和图7中任意一个电源源变换模块，图12中电源变换模块的具体功能和电路结构参见图2、图3、图6A和图7对应实施例的描述，在此不再赘述。 
本实施例提供的供电装置中，每个电源变换模块都可以将连接的两个交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源作为供电源，将供电源输出的交流电压进行转换后输出给负载，因此，每个电源变换模块连接的交流电源都实现了双备份，对于包括N个电源变换模块的供电装置来说，其输入的电源实现了N+N备份，满足了为负载提供高可靠供电的需求。现有技术中，实现电源N+N备份，供电装置中需要N+N个电源变换模块，而本实施列提供的供电装置只需要N个电源变换模块。因而，在满足供电高可靠性的情况下，本实施例提供的供电装置中包括的电源变换模块数量远少于现有技术提供的供电装置中包括的电源变换模块的数量，降低了供电装置的生产成本，同时。降低了供电装置。进一步，为实现对电源变换模块的备份，可以在供电装置中增加至少1个电源变换模块。因此，包括N+m个电源变换模块的供电装置。不仅实现了供电源的N+N备份，还实现了电源变换模块的N+m备份。 
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 

Claims (12)

1.一种电源变换模块，其特征在于，包括检测切换单元和转换单元；所述检测切换单元分别与所述第一交流电源的输出端和所述第二交流电源的输出端连接，所述检测切换单元还与所述转换单元连接，所述转换单元与负载连接；
所述检测切换单元，用于实时监控所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，闭合所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源与所述转换单元之间的通道，并切断所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个交流电源与所述转换单元之间的通道；
所述转换单元，用于将所述检测切换单元闭合的通道中所述处于正常工作状态一个交流电源输出的交流电压进行整流后转换成负载需要的直流电压。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于：
所述检测切换单元，还用于在所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第一交流电源处于非正常工作状态而所述第二交流电源处于正常工作状态，切断所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道并闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道；
所述检测切换单元，还用于在所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第二交流电源处于非正常工作状态而所述第一交流电源处于正常工作状态，切断所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道并闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道。
3.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述检测切换单元包括：检测子单元、控制子单元、第一切换子单元和第二切换子单元；
所述检测子单元分别与所述第一交流电源的输出端和所述第二交流电源的输出端连接，所述检测子单元还与所述控制子单元连接；所述检测子单元，用于实时检测所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值，并将检测到的所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值发送给所述控制子单元；
所述控制子单元分别与所述检测子单元、所述第一切换子单元和所述第二切换子单元连接；所述控制子单元，用于根据所述第一交流电源的电压值，实时监控所述第一交流电源是否处于正常工作状态，根据所述第二交流电源的电压值，实时监控所述第二交流电源是否处于正常工作状态；
所述第一切换子单元分别与所述第一交流电源、所述转换单元和所述控制子单元连接；所述第二切换子单元分别与所述第二交流电源、所述转换单元和所述控制子单元连接；
所述控制子单元，还用于根据所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，向所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送闭合信号，向另一个电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送切断信号，以闭合所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个交流电源与所述转换单元之间的通道，切断所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个交流电源与所述转换单元之间的通道；
所述第一切换子单元，用于根据所述控制子单元发送的控制信号，切断或闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道；
所述第二切换子单元，用于根据所述控制子单元发送的控制信号，切断或闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道。
4.根据权利要求3所述的模块，其特征在于：
所述控制子单元，还用于在所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第一交流电源处于非正常工作状态且所述第二交流电源处于正常工作状态，向所述第一切换子单元发送切断信号，并向所述第二切换子单元发送闭合信号；
所述控制子单元，还用于在所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第二交流电源处于非正常工作状态且所述第一交流电源处于正常工作状态，向所述第二切换子单元发送切断信号，并向所述第一切换子单元发送闭合信号。
5.根据权利要求3或4所述的模块，其特征在于，所述检测切换单元还包括：切断确认子单元；
所述切断确认子单元分别与所述控制子单元、所述第一切换子单元和所述第二切换子单元以及所述转换单元连接；
所述控制子单元，还用于先向所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于非正常工作状态的一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送切断信号，然后向所述切断确认子单元发送包括通道标识的切断确认指示信号，在接收到所述切断确认子单元发送的切断确认信号后，向所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个交流电源连接的所述第一切换子单元或所述第二切换子单元发送闭合信号；所述通道标识用于标识所述第一交流电源与所述连接单元之间的通道，或所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道；
所述切断确认子单元，用于接收到所述控制子单元发送的切断确认指示信号后，判断所述通道标识对应的通道是否切断，在确定所述通道标识对应的通道切断后向所述控制子单元发送切断确认响应信号。
6.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述检测切换单元还包括：通信子单元；
所述通信子单元分别与所述控制子单元和管理所述供电装置的主机连接；
所述控制子单元，还用于在所述第一交流电源处于非正常工作状态和/或所述第二交流电源处于非正常工作状态时，向所述通信子单元发送告警信息；
所述通信子单元，用于将所述控制子单元发送的告警信息传输给管理所述供电装置的主机。
7.根据权利要求6所述的模块，其特征在于，所述检测切换单元还包括：辅助电源子单元；
所述辅助电源子单元分别与所述第一交流电源和第二交流电源连接，所述辅助电源子单元还分别与所述控制子单元、所述第一切换子单元、所述第二切换子单元、所述切断确认子单元和所述通信子单元连接，用于向所述控制子单元、所述第一切换子单元、所述第二切换子单元、所述切断确认子单元和所述通信子单元供电。
8.一种供电方法，其特征在于，供电装置内每个电源变换模块分别连接有第一交流电源和第二交流电源，所述方法包括：
实时监控所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态；
根据所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，闭合所述第一交流电源和所述第二交流电源中处于正常工作状态的一个电源与所述电源变换模块中转换单元之间的通道，并切断所述第一交流电源和所述第二交流电源中另一个电源与所述转换单元之间的通道；
将所述检测切换单元闭合的通道中所述处于正常工作状态一个交流电源输出的交流电压进行整流后转换成负载需要的直流电压。
9.根据权利要8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第一交流电源处于非正常工作状态而所述第二交流电源处于正常工作状态，先切断所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道，然后闭合所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道；
在所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道闭合的情况下，若所述第二交流电源处于非正常工作状态而所述第一交流电源处于正常工作状态，先切断所述第二交流电源与所述转换单元之间的通道，然后闭合所述第一交流电源与所述转换单元之间的通道。
10.根据权利要8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述第一交流电源和所述第二交流电源均处于非正常工作状态，向管理所述供电装置的主机发送告警消息。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述实时监控所述第一交流电源的工作状态和所述第二交流电源的工作状态，包括：
实时监控所述第一交流电源的电压值和所述第二交流电源的电压值，根据所述第一交流电源的电压值，判断所述第一交流电源是否处于正常工作状态，根据所述第二交流电源的电压值，判断所述第二交流电源是否处于正常工作状态。
12.一种供电装置，其特征在于，包括：N+m个如权利要求1至7任一项所述的电源变换模块，N+m个所述电源变换模块的输出端并联，以实现负载均流；其中，N个所述电源变换模块为主电源变换模块，m个所述电源变换模块为备用电源变换模块；N为自然数，所述m为大于或等于0，且小于或等于所述N的整数。
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