CN104578383B

CN104578383B - 输入冗余电路

Info

Publication number: CN104578383B
Application number: CN201310495538.XA
Authority: CN
Inventors: 郑锺仁
Original assignee: Astec International Ltd
Current assignee: Astec International Ltd
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: US9806519B2; US10340685B2; US20150109708A1; US20170279267A1; CN104578383A

Abstract

本公开涉及一种输入冗余电路。根据本公开的输入冗余电路可以包括：核心电源单元；第一输入端口，其连接到第一输入电压；第二输入端口，其连接到第二输入电压；继电器单元，其连接到所述第一输入端口和所述第二输入端口，以将所述第一输入电压和所述第二输入电压中的一个提供给所述核心电源单元；以及浪涌电流限制单元，其耦合到所述继电器单元，用于限制所述继电器单元在所述第一输入电压和所述第二输入电压之间进行切换时产生的浪涌电流。

Description

输入冗余电路

技术领域

本公开涉及电源的技术领域，具体地涉及一种输入冗余电路。

背景技术

这个部分提供了与本公开有关的背景信息，这不一定是现有技术。

为了具有输入冗余，传统的方法一般涉及使用两个电源。这两个电源并行地运行，并且在输出端口处电流共享。传统的方法一般使用不同的输入电源，乃至使用电池备用电源如不间断电源（UPS）。两个电源的使用会占据较多的空间，导致成本增加。

发明内容

这个部分提供了本公开的一般概要，而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。

本公开的目的在于提供一种输入冗余电路，其能够在具有两个分开的输入电压的单个电源之内实现输入冗余，从而减少了系统中使用的电源的数目。

根据本公开的一方面，提供了一种输入冗余电路，该输入冗余电路特征在于包括：核心电源单元；第一输入端口，其连接到第一输入电压；第二输入端口，其连接到第二输入电压；继电器单元，其连接到所述第一输入端口和所述第二输入端口，以将所述第一输入电压和所述第二输入电压中的一个提供给所述核心电源单元；以及浪涌电流限制单元，其耦合到所述继电器单元，用于限制所述继电器单元在所述第一输入电压和所述第二输入电压之间进行切换时产生的浪涌电流。

优选地，继电器单元可以包括：常闭继电器单元，其连接到第一输入端口；常开继电器单元，其连接到第二输入端口；以及双触点继电器单元，所述双触点继电器单元的常闭触点连接到常闭继电器单元，并且所述双触点继电器单元的常开触点连接到常开继电器单元。

优选地，继电器单元可以包括：第一继电器，其具有第一常闭触点和第一常开触点；以及第二继电器，其具有第二常闭触点和第二常开触点，其中，第一常闭触点和第二常闭触点连接到第一输入端口，并且第一常开触点和第二常开触点连接到第二输入端口。

优选地，继电器单元可以包括：第一常开继电器单元，其连接到第一输入端口；第二常开继电器单元，其连接到第二输入端口；以及双触点继电器单元，所述双触点继电器单元的常闭触点连接到第一常开继电器单元，并且所述双触点继电器单元的常开触点连接到第二常开继电器单元，并且输入冗余电路可以进一步包括：第一继电器驱动单元，其耦合到第一输入端口，以借助于第一输入电压来驱动第一常开继电器单元；以及/或者第二继电器驱动单元，其耦合到第二输入端口，以借助于第二输入电压来驱动第二常开继电器单元。

优选地，输入冗余电路可以进一步包括：辅助电源电路，其耦合到第二输入端口，以借助于第二输入电压将偏置功率提供给核心电源单元。

优选地，继电器单元可以包括：第一常开继电器单元，其连接到第一输入端口；第二常开继电器单元，其连接到第二输入端口；以及双触点继电器单元，所述双触点继电器单元的常闭触点连接到第一常开继电器单元，并且所述双触点继电器单元的常开触点连接到第二常开继电器单元，并且输入冗余电路可以进一步包括：第一辅助电源电路，其耦合到第一输入端口，以借助于第一输入电压将偏置功率提供给核心电源单元；以及/或者第二辅助电源电路，其耦合到第二输入端口，以借助于第二输入电压将偏置功率提供给核心电源单元。

优选地，输入冗余电路可以进一步包括：第一感测单元，其耦合到第一输入端口以感测第一输入电压是否工作正常，并且将指示第一输入电压是否工作正常的第一感测信号提供给核心电源单元；以及第二感测单元，其耦合到第二输入端口以感测第二输入电压是否工作正常，并且将指示第二输入电压是否工作正常的第二感测信号提供给核心电源单元。

优选地，继电器单元可以缺省地将第一输入电压提供给核心电源单元，并且基于第一感测信号和第二感测信号，核心电源单元可以控制继电器单元从第一输入电压和第二输入电压中的一个切换到另一个。

优选地，核心电源单元可以包括：控制单元，用于产生第一控制信号和第二控制信号，所述第一控制信号用于控制继电器单元从第一输入电压和第二输入电压中的一个断开，并且所述第二控制信号用于控制继电器单元连接到第一输入电压和第二输入电压中的另一个；升压单元，用于升高由继电器单元提供的第一输入电压和第二输入电压中的一个；以及大容量电容器单元，其由升压单元供电。

优选地，在继电器单元响应于第一控制信号从第一输入电压和第二输入电压中的一个断开之前，控制单元可以使升压单元被禁用。

优选地，在继电器单元响应于第二控制信号连接到第一输入电压和第二输入电压中的另一个之后，控制单元可以使升压单元被再次启用。

优选地，基于第一输入电压和第二输入电压中的另一个的供应电压和大容量电容器单元提供的电容电压，浪涌电流限制单元可以产生浪涌电流限制信号，所述浪涌电流限制信号指示供应电压小于电容电压的时间段，并且基于浪涌电流限制信号，控制单元可以产生第二控制信号以控制继电器单元，使得继电器单元在该时间段之内连接到第一输入电压和第二输入电压中的另一个。

优选地，浪涌电流限制单元可以包括：浪涌电流限制电路，其耦合到继电器单元，用于限制由第一输入电压和第二输入电压产生的浪涌电流；以及加速电路，其与浪涌电流限制电路并联连接，用于加速浪涌电流限制电路的接通时间。

优选地，加速电路可以在控制单元产生第一控制信号之前断开，并且在控制单元产生第二控制信号之后接通，并且浪涌电流限制电路可以包括：限制继电器，其在加速电路断开之前断开，并且在加速电路接通之后接通；以及限制电阻器，其与限制继电器并联连接，用于限制浪涌电流。

优选地，加速电路可以包括半导体器件。

根据本公开的输入冗余电路，能够在具有两个分开的输入电压的单个电源之内实现输入冗余。这两个输入电压可以是两个交流（AC）电压输入、一个AC电压输入和一个高压直流（DC）输入或者两个高压DC输入。这既可以降低总体成本，又可以降低系统内部这些电源的总体功率损耗。此外，系统中所需电源的数目将会减少，所以需要较少的空间来容纳这些电源。最终可以减少系统的尺寸。

从在此提供的描述中，进一步的适用性区域将会变得明显。这个概要中的描述和特定例子只是为了示意的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图只是为了所选实施例的示意的目的而非全部可能的实施，并且不旨在限制本公开的范围。在附图中：

图1是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路的框图；

图2是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路的示意图；

图3是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路的示意图；

图4是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的浪涌电流限制单元的工作原理的示意图；

图5是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路的操作的波形图；

图6是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路的示意图；

图7是图示根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的浪涌电流限制单元的一个例子的电路图；

图8是图示如图7所示的浪涌电流限制单元的操作的波形图；

图9是图示根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路的示意图；

图10是图示根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路的示意图；

图11是图示根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路的示意图；

图12是图示根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路的示意图；以及

图13是图示根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路的示意图。

虽然本公开容易经受各种修改和替换形式，但是其特定实施例已作为例子在附图中示出，并且在此详细描述。然而应当理解的是，在此对特定实施例的描述并不打算将本公开限制到公开的具体形式，而是相反地，本公开目的是要覆盖落在本公开的精神和范围之内的所有修改、等效和替换。要注意的是，贯穿几个附图，相应的标号指示相应的部件。

具体实施方式

现在参考附图来更加充分地描述本公开的例子。以下描述实质上只是示例性的，而不旨在限制本公开、应用或用途。

提供了示例实施例，以便本公开将会变得详尽，并且将会向本领域技术人员充分地传达其范围。阐述了众多的特定细节如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员而言将会明显的是，不需要使用特定的细节，示例实施例可以用许多不同的形式来实施，它们都不应当被解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，没有详细地描述众所周知的过程、众所周知的结构和众所周知的技术。

如图1所示，根据本公开的实施例的输入冗余电路110可以包括输入端口111和112、继电器单元120、浪涌电流限制单元130和核心电源单元140。

输入端口111可以连接到输入电压211，并且输入端口112可以连接到输入电压212。

继电器单元120可以连接到输入端口111和112，以将输入电压211和212中的一个提供给核心电源单元140。

浪涌电流限制单元130可以耦合到继电器单元120，用于限制继电器单元120在输入电压211和212之间进行切换时产生的浪涌电流。

根据本公开的实施例的输入冗余电路100能够在具有两个分开的输入电压211和212的单个电源之内实现输入冗余。这既可以降低总体成本，又可以降低系统内部这些电源的总体功率损耗。此外，系统中所需电源的数目将会减少，所以需要较少的空间来容纳这些电源。最终可以减少系统的尺寸。

下面参考图2来详细地描述本公开的实施例。图2图示了根据本公开的实施例的输入冗余电路。如图2所示，根据本公开的实施例的输入冗余电路可以包括继电器1、1a、2、2a、3、4和5、电阻器6、输入部分电路7、输出部分电路8、感测与辅助电源电路9、电磁干扰滤波器（EMI）10和11以及感测电路12。

EMI10和11可以分别接入输入电压INPUT_1和INPUT_0。EMI10和11可以用来避免来自核心电源的电磁噪声进入到商业AC线路中。EMI10和11在这里起到输入端口的作用。输入电压INPUT_1和INPUT_0也可以通过其它方式或者直接连接到根据本公开的实施例的输入冗余电路，本公开对此并没有特殊限制。

EMI11将输入电压INPUT_0耦合到继电器1和1a。继电器1和1a是常闭继电器，并且构成常闭继电器单元。EMI10将输入电压INPUT_1耦合到继电器2和2a。继电器2和2a是常开继电器，并且构成常开继电器单元。

继电器3和4是双触点继电器，并且构成双触点继电器单元。具体地，继电器3和4可以是单刀双掷（SPDT）继电器或双刀双掷（DPDT）继电器。继电器3的常闭触点连接到继电器1，并且继电器3的常开触点连接到继电器2。继电器4的常闭触点连接到继电器1a，并且继电器4的常开触点连接到继电器2a。

继电器5是常开继电器，并且耦合到继电器3。电阻器6与继电器5并联连接。具体地，电阻器6可以是普通的电阻器，也可以是热敏电阻器。继电器5和电阻器6形成浪涌电流限制电路。

继电器3和4可以将输入电压INPUT_1和INPUT_0中的一个提供给输入部分电路7。输入部分电路7和输出部分电路8构成核心电源单元。

作为感测单元的感测电路12耦合到EMI11以感测输入电压INPUT_0是否工作正常，并且将指示输入电压INPUT_0是否工作正常的感测信号SENSE_0提供给输入部分电路7。

作为感测单元和辅助电源电路的感测与辅助电源电路9耦合到EMI10。作为感测单元，感测与辅助电源电路9可以感测输入电压INPUT_1是否工作正常，并且将指示输入电压INPUT_1是否工作正常的感测信号SENSE_1提供给输入部分电路7。作为辅助电源电路，感测与辅助电源电路9可以借助于输入电压INPUT_1将偏置功率PVCC提供给输入部分电路7。

由于继电器1和1a是常闭继电器，并且继电器3和4的常闭触点分别连接到继电器1和1a，所以输入电压INPUT_0被缺省地提供给输入部分电路7。

自动地，或者基于感测信号SENSE_0和SENSE_1，输入部分电路7可以对由继电器1、1a、2、2a、3和4构成的继电器单元进行控制，以从输入电压INPUT_1和INPUT_0中的一个切换到另一个。

如果用户每次都提供输入电压INPUT_0以向整个电路加电，则由于输入电压INPUT_0被缺省地提供给输入部分电路7，则不需要提供感测与辅助电源电路9中的辅助电源电路部分。此时，针对输入电压INPUT_1只需要提供感测电路，该感测电路可以与针对输入电压INPUT_0的感测电路12相同。

然而，某些用户可能需要在仅存在输入电压INPUT_1的情况下向整个电路加电。在这种情况下，需要提供感测与辅助电源电路9中的辅助电源电路部分。

具体地，当在核心电源单元启动期间仅存在输入电压INPUT_1而不存在输入电压INPUT_0时，向核心电源单元加电的仅有方式就是通过感测与辅助电源电路9中的辅助电源电路部分来提供偏置功率PVCC。否则，因为继电器2和2a是常开继电器，并且继电器3和4的常开触点分别连接到继电器2和2a，所以当仅存在输入电压INPUT_1时，核心电源单元无法被加电。

另一方面，当在核心电源单元启动期间存在输入电压INPUT_0时，核心电源单元可以从输入电压INPUT_0加电并通过自身生成偏置功率。在这种情况下，来自感测与辅助电源电路9中的辅助电源电路部分的偏置功率PVCC就变得无用。

偏置功率PVCC是提供给核心电源单元的初级侧控制电路的初级偏置功率。它可以包括多于一个的偏置电压如12V和继电器驱动电压（取决于继电器）。当在核心电源单元启动期间仅存在输入电压INPUT_1而不存在输入电压INPUT_0时，来自感测与辅助电源电路9中的辅助电源电路部分的偏置功率PVCC将会唤醒核心电源单元的初级侧控制电路。然后，输入电压INPUT_1就可以进一步连接到核心电源单元。

感测电路12和感测与辅助电源电路9的具体电路可以用本领域技术人员众所周知的方式来实现，本公开在此不再详述。

当输入电压INPUT_0和INPUT_1两者都存在时，输入电压INPUT_0将会连接到核心电源单元的输入部分亦即输入部分电路7。输入电压INPUT_0将会向核心电源单元提供电力。同时，输入电压INPUT_1将会通过常开继电器2和2a以及继电器3和4的常开触点与输入部分电路7和输入电压INPUT_0相隔离。

输入电压INPUT_0和INPUT_1两者的输入电平可以分别通过感测信号SENSE_0和SENSE_1来反映。所以，即使输入电压INPUT_0和INPUT_1中的一个没有连接到输入部分电路7，输入部分电路7也可以获知输入电压INPUT_0和INPUT_1两者是否正常。例如，当输入电压INPUT_0变坏（信号消失或信号减弱）时，输入部分电路7可以发出驱动信号如DRIVE_1和DRIVE_2来激活由继电器1、1a、2、2a、3和4构成的继电器单元，以将输入电压INPUT_1连接到输入部分电路7。与此同时，输入电压INPUT_0将会与其余的电路相隔离。这样就可以在不必具有两个核心电源的情况下实现输入冗余。

需要说明的是，输入电压INPUT_0和INPUT_1可以是两个AC输入，一个AC输入和一个高压DC输入（例如240VDC），或者两个高压DC输入（例如240VDC）。

如图2所示的继电器布置可以避免两个输入电压INPUT_0和INPUT_1由于错误的控制序列而短接在一起，并且在任何时刻只有两个输入电压INPUT_0和INPUT_1中的一个将会连接到输入部分电路7。

在由继电器1、1a、2、2a、3和4构成的继电器单元中，继电器1、1a、2和2a可以用来提供输入电压INPUT_0和INPUT_1之间的足够间隙以满足安全隔离需求。一般而言，应当满足两个输入电压INPUT_0和INPUT_1之间的大约4mm的间隙。

在间隙不足的情况下，可以与继电器1、1a、2和2a串联地添加更多的继电器，它们都具有相同的驱动信号。图2所示的继电器1、1a、2和2a是分开的继电器，本公开不限于此。例如，继电器1和1a可以是单个继电器。类似地，继电器2和2a、1和2、1a和2a等等也可以是单个继电器。

另外，感测信号SENSE_0和SENSE_1以及偏置功率PVCC也与输入电压INPUT_0和INPUT_1相隔离。例如，感测信号SENSE_0和SENSE_1可以通过光耦合器或某种隔离驱动器与输入电压INPUT_0和INPUT_1相隔离。另外，偏置功率PVCC可以来自辅助电源电路的变压器绕组，因此也可以与输入电压INPUT_0和INPUT_1相隔离。这种隔离对于安全性而言是有必要的。

根据本公开的实施例的核心电源单元可以是普通的电源，该电源可以在前端（例如输入部分电路7）具有升压功率因数校正器（PFC）或DC升压电路。

在如图3所示的输入冗余电路中，图2所示的输入部分电路7被控制电路13、升压电路14和电容器15所取代。图3所示的输入冗余电路的其余部分与图2相同，在此不再赘述。

如图2和3所示，根据本公开的实施例的输入冗余电路中的核心电源单元（输入部分电路）可以包括作为控制单元的控制电路13、作为升压单元的升压电路14和作为大容量电容器单元的电容器15。

控制电路13可以产生控制信号DRIVE_1和DRIVE_2。控制信号DRIVE_1可以对继电器3和4进行控制，使得继电器3和4的常闭触点断开并且常开触点接通，或反之。当继电器3和4的常闭触点断开时，继电器3和4从输入电压INPUT_0断开。

控制信号DRIVE_2可以对继电器1、1a、2和2a进行控制，使得常闭继电器1和1a断开，并且常开继电器2和2a接通，或反之。当继电器3和4的常开触点接通并且常开继电器2和2a也接通时，继电器3和4连接到输入电压INPUT_1。

升压电路14可以升高由继电器单元提供的输入电压INPUT_0和INPUT_1中的一个。电容器15由升压电路14供电以产生电容电压Vbulk。

升压电路14可以是升压PFC或DC升压电路。由于普通的输入AC电压为180至264Vac（宽范围AC），所以峰值输入电压大约为374V。为了在264Vac的输入下保持功率因数校正功能，PFC电路的输出必须大于374V。通常的输出电压电平为380V至400V。对于更高的最大AC输入，PFC输出电压需要相应地增加。

此外，通过升高电压，可以用低得多的大容量电容值更容易地满足保持时间需求（一般需要12ms）。除了这些之外，当大容量电容器（亦即电容器14）处的电压Vbulk被调节时，可以优化输出部分电路8的设计。

PFC可以迫使输入电流的形状跟随输入电压的形状，以便使得功率因数接近于1。一般而言，PFC的输入可以是全波整流正弦波，并且输出可以是DC高电压如395Vdc。在理论上，PFC可以接受任何形状的正电压波形，包括纯DC电压，并且输出DC高电压。

DC升压电路可以接受DC输入电压如240Vdc，并且将其逐渐增加到较高的电压如395Vdc。这里，电压240Vdc和395Vdc仅仅是例子，本公开对此并没有特殊限制。

作为升压PFC或DC升压电路的升压电路14的具体电路可以用本领域技术人员众所周知的方式来实现，本公开对此并没有特殊限制。

电容器15也被称为大容量电容器。当输出部分电路8的AC/DC输入丢失时，电容器15可以用来保持输出部分电路8运行一段时间如12ms。这一段时间（12ms）被称为“保持时间”。

输出部分电路8可以是具有变压器的递减DC/DC转换器。变压器可以提供安全隔离和部分的电压递减功能。输出部分电路8的输入端连接到升压电路14的输出端（电容器15）。输出部分电路8可以将DC高电压递减到DC低电压如12Vdc、5Vdc等等。输出部分电路8的具体电路可以用本领域技术人员众所周知的方式来实现，本公开对此并没有特殊限制。

接下来对由继电器5和电阻器6形成的浪涌电流限制电路的功能进行详细描述。

在普通的电源电路中，浪涌电流限制电路被用来限制在AC输入电压被施加到电源电路期间产生的浪涌电流。浪涌电流限制电路的操作如下。在施加AC输入电压之前，浪涌继电器（如继电器5）将会断开，以便全部的电流都会流过限流电阻器（如电阻器6），从而在第一阶段对大容量电容器（如电容器15）进行充电。在大容量电容器被充电并且输入电流变得非常低之后，浪涌继电器将会接通以旁路限流电阻器。当AC输入电压中断并且电源电路停止工作时，浪涌继电器将会断开。

当输入电压高于电容器15处的电压Vbulk时，将会产生浪涌电流。根据本公开的实施例的输入冗余电路可以避免继电器单元在输入电压INPUT_0和INPUT_1之间进行切换时产生的浪涌电流。

作为例子，如图3所示，当输入电压INPUT_0和INPUT_1两者都存在时，输入电压INPUT_0将会自发地连接到核心电源单元的输入部分电路（亦即控制电路13和升压电路14）。输入电压INPUT_0将会提供电力给核心电源单元，并且继电器5将会在电容器15被峰值充电之后闭合。然后，升压电路14会将电容电压Vbulk升高至较高的电压（例如395Vdc）。输入电压INPUT_1将会通过常开继电器2和2a以及继电器3和4的常开触点而与核心电源单元和输入电压INPUT_0相隔离。当输入电压INPUT_0变坏（信号消失或信号减弱）时，控制电路13可以发出驱动信号如DRIVE_1和DRIVE_2来激活由继电器1、1a、2、2a、3和4构成的继电器单元，以接入输入电压INPUT_1。但是，在从输入电压INPUT_0切换到输入电压INPUT_1的过程期间，在输入电压INPUT_0被断开之后，电容电压Vbulk将会下降。在输入电压INPUT_1被接入时，如果输入电压INPUT_1的瞬间电压高于电容电压Vbulk，则会产生浪涌电流。如果不对如此产生的浪涌电流加以限制，将会对输入冗余电路造成损坏。

为了限制继电器单元在输入电压INPUT_0和INPUT_1之间进行切换时产生的浪涌电流，首先，当输入电压INPUT_0变坏（信号消失或信号减弱）时，在控制电路13发出控制信号以断开输入电压INPUT_0之前，控制电路13可以使升压电路14被禁用，以便在激活任何继电器之前停止输入电流流动。这可以避免继电器处的断开电流。

在标称输入线路（180至264Vac）下，电容电压Vbulk总是高于输入电压。因此，禁用升压电路14将会立即停止输入电流。由于实际上没有输入电流，所以可以避免继电器的断开电流。

接下来，控制电路13可以发出控制信号DRIVE_1以激活继电器3和4。继电器3和4的常闭触点将会开启，并且常开触点将会闭合。

接下来，控制电路13可以发出控制信号DRIVE_2以激活继电器1、1a、2和2a。继电器1和1a将会断开，并且继电器2和2a将会闭合。

为了避免在继电器2和2a触点闭合时接入的输入电压INPUT_1的瞬间电压高于电容电压Vbulk而产生浪涌电流，控制信号DRIVE_2应当在这样的点处发出，在所述点处，继电器2和2a将会在输入电压INPUT_1的过零点周围的区域处闭合，如图4中的矩形框所示。

为了实现这一点，根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的浪涌电流限制单元可以基于输入电压INPUT_1的供应电压（例如通过感测信号SENSE_1获知）和电容器15提供的电容电压Vbulk而产生浪涌电流限制信号，该浪涌电流限制信号指示输入电压INPUT_1的供应电压小于电容电压Vbulk的时间段。基于浪涌电流限制信号，核心电源单元中包括的控制单元（例如控制电路13）可以产生控制信号DRIVE_2以控制继电器单元（例如继电器2和2a），使得继电器单元在输入电压INPUT_1的供应电压小于电容电压Vbulk的时间段之内连接到输入电压INPUT_1。这样一来就避免了继电器单元的触点闭合期间产生的高电流流动（浪涌电流）。

接下来，取决于升压电路14的峰值电流限制，可以在控制电路12产生控制信号DRIVE_2之前或之后，再次启用升压电路14，从而完成从输入电压INPUT_0到输入电压INPUT_1的切换。

可以参考图5来进一步理解如上所述从输入电压INPUT_0到输入电压INPUT_1的切换。图5图示了根据本公开的实施例的输入冗余电路的操作的波形图。如图5所示，在升压电路14被禁用之后的1ms处，响应于控制电路13发出的控制信号DRIVE_1，继电器3和4的常闭触点将会物理地开启，并且常开触点将会物理地闭合。然后，响应于控制电路13发出的控制信号DRIVE_2，继电器1和1a将会物理地断开，并且继电器2和2a将会物理地闭合，以接入输入电压INPUT_1。在输入电压INPUT_1被接入之后的1ms处，升压电路14被再次启用。这里的1ms仅仅作为例子，本公开对此并没有特殊限制。

取决于不同的设计和需要，控制信号DRIVE_2也可以与控制信号DRIVE_1一起发出。此外，控制信号DRIVE_1和控制信号DRIVE_2的发出顺序也可以互换。只要能保证在继电器单元的触点闭合时接入的输入电压INPUT_1的瞬间电压低于电容电压Vbulk，本公开对控制信号DRIVE_1和控制信号DRIVE_2的发出顺序并没有特殊限制。

根据如上所述的本公开的实施例的输入冗余电路，可以避免继电器单元的断开电流，并且可以在继电器单元的触点闭合期间将电流限制到可控制的低水平。

需要说明的是，如上所述的根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的浪涌电流限制单元以及核心电源单元中包括的控制单元可以共同地通过如图6所示的控制电路13来实现。控制电路13可以通过本领域技术人员已知的方式如微处理器等来实现，也可以通过其它硬件电路来实现，本公开对此并没有特殊限制。

当从输入电压INPUT_0到输入电压INPUT_1的切换完成时，常闭继电器1和1a断开，常开继电器2和2a闭合，继电器3和4的常闭触点断开，并且继电器3和4的常开触点闭合，如图6所示。在从输入电压INPUT_0到输入电压INPUT_1的切换过程中，浪涌电流限制电路中的继电器5没有受到任何影响而始终保持闭合。

另一方面，当需要从输入电压INPUT_1切换到输入电压INPUT_0时，也可以使用与上面类似的过程。本公开对此不再赘述。

在上面描述的根据本公开的实施例的输入冗余电路中，可以在不对浪涌电流限制电路进行操作的情况下，通过选择恰当的控制信号的发出时刻来完成从一个输入电压向另一个输入电压的切换。

接下来描述根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路，在该输入冗余电路中，可以在不考虑控制信号的发出时刻的情况下，通过对浪涌电流限制电路进行操作来完成从一个输入电压向另一个输入电压的切换。

如图7所示，根据本公开的另一个实施例的输入冗余电路中包括的浪涌电流限制单元可以包括继电器5、电阻器6和R1以及半导体器件Q1。这里，继电器5和电阻器6形成浪涌电流限制电路，其耦合到继电器单元，用于限制由输入电压INPUT_0和INPUT_1产生的浪涌电流。电阻器R1和半导体器件Q1形成加速电路，其与浪涌电流限制电路并联连接，用于加速浪涌电流限制电路的接通时间，并且可以大大降低继电器5的切换电流。

一般而言，电阻器6的标称电阻为10欧姆。半导体器件Q1可以是绝缘栅双极晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、可控硅整流器（SCR）等。电阻器R1是低电阻的电阻器，其电阻值可以是0欧姆至1欧姆，这取决于半导体器件Q1的浪涌电流额定值。

半导体器件Q1的基极信号G1可以来自核心电源单元。电阻器R1连接到半导体器件Q1的集电极，并且半导体器件Q1的发射极连接到继电器5。需要说明的是，电阻器R1只需串联连接到半导体器件Q1即可。例如，电阻器R1也可以连接在半导体器件Q1的发射极和继电器5之间，本公开对此并没有特殊限制。与半导体器件Q1并联连接的二极管可以起到保护作用。

继电器5的接通和断开时间延迟以毫秒（例如3ms）计，而半导体器件Q1的接通和断开时间延迟则以微秒（例如3μm）计。这就是为什么加速电路与浪涌电流限制电路并联连接之后可以缩短整个浪涌电流限制电路的接通时间的原因。

作为例子，参考图3和7并且如图8所示，当输入电压INPUT_0和INPUT_1两者都存在时，输入电压INPUT_0将会自发地连接到核心电源单元的输入部分电路（亦即控制电路13和升压电路14）。输入电压INPUT_0将会提供电力给核心电源单元，并且继电器5将会在电容器15被峰值充电之后闭合。然后，升压电路14会将电容电压Vbulk升高至较高的电压（例如395Vdc）。输入电压INPUT_1将会通过常开继电器2和2a以及继电器3和4的常开触点而与核心电源单元和输入电压INPUT_0相隔离。当输入电压INPUT_0变坏（信号消失或信号减弱）时，控制电路13可以发出驱动信号如DRIVE_1和DRIVE_2来激活由继电器1、1a、2、2a、3和4构成的继电器单元，以接入输入电压INPUT_1。但是，在从输入电压INPUT_0切换到输入电压INPUT_1的过程期间，在输入电压INPUT_0被断开之后，电容电压Vbulk将会下降。在输入电压INPUT_1被接入时，如果输入电压INPUT_1的瞬间电压高于电容电压Vbulk，则会产生浪涌电流。如果不对如此产生的浪涌电流加以限制，将会对输入冗余电路造成损坏。

为了限制继电器单元在输入电压INPUT_0和INPUT_1之间进行切换时产生的浪涌电流，首先，当输入电压INPUT_0变坏（信号消失或信号减弱）时，在控制电路13发出控制信号以断开输入电压INPUT_0之前，控制电路13可以发出控制信号DRIVE_5以断开继电器5。在断开继电器5之后，可以断开半导体器件Q1。此时，控制电路13也可以使升压电路14被禁用，以便在激活任何继电器之前停止输入电流流动。

接下来，控制电路13可以发出控制信号以激活构成继电器单元的其它继电器，使得继电器单元的触点断开。进一步，控制电路13可以发出控制信号以激活构成继电器单元的其它继电器，使得继电器单元的触点接通。当继电器单元的触点接通时，即使输入电压INPUT_1瞬间电压高于电容电压Vbulk，由于继电器5和半导体器件Q1两者都开启（断开），所以输入电流将会流过电阻器6，从而限制了浪涌电流。

接下来，在控制电路13发出控制信号以接入输入电压INPUT_1之后，半导体器件Q1和继电器5相继接通。如上所述，由于继电器5的接通和断开时间延迟以毫秒计，而半导体器件Q1的接通和断开时间延迟则以微秒计，所以可以缩短整个浪涌电流限制电路的接通时间。另外，由于继电器5在半导体器件Q1断开之前断开，并且在半导体器件Q1接通之后接通，所以可以大大降低继电器5的切换电流。

在这期间，如果之前控制电路13使升压电路14被禁用，则可以在控制电路13发出控制信号以接入输入电压INPUT_1之前或之后，再次启用升压电路14，从而完成从输入电压INPUT_0到输入电压INPUT_1的切换。

根据如上所述的本公开的实施例的输入冗余电路，同样可以限制继电器单元的断开电流和接通电流。另一方面，当需要从输入电压INPUT_1切换到输入电压INPUT_0时，也可以使用与上面类似的过程。本公开对此不再赘述。

另外需要说明的是，在根据本公开的实施例的技术方案中，浪涌电流限制电路可以放置在输入功率路径中的任何位置处以限制浪涌电流，而并不限于如图2和3中所示的位置。

进一步，在根据本公开的实施例的技术方案中，继电器单元也不限于如图2和3中所示的继电器1、1a、2、2a、3和4。

具体地，如图9所示，根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的继电器单元可以包括继电器1’和2’。继电器1’和2’可以分别具有常闭触点和常开触点。其中，继电器1’和2’的常闭触点连接到EMI11，并且继电器1’和2’的常开触点连接到EMI10。如图9所示的继电器1’和2’同样可以实现根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的继电器单元的功能。如图9所示的输入冗余电路的其余部分与图2和2类似，本公开在此不再赘述。

进一步，在图2和3中，继电器3和4由相同的控制信号DRIVE_1控制，并且继电器1、1a、2和2a由相同的控制信号DRIVE_2控制。本公开并不限于此。如图10所示，继电器1、1a和3由相同的控制信号DRIVE_1控制，并且继电器2、2a和4由相同的控制信号DRIVE_2控制。这种控制信号的改变并不会影响根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的继电器单元的功能。

进一步，如图11所示，继电器1由控制信号DRIVE_10控制，继电器1a由控制信号DRIVE_10a控制，继电器2由控制信号DRIVE_20控制，继电器2a由控制信号DRIVE_20a控制，继电器3由控制信号DRIVE_30控制，并且继电器4由控制信号DRIVE_40控制。换言之，继电器1、1a、2、2a、3和4可以分别由不同的控制信号来控制。这种控制信号的改变同样也不会影响根据本公开的实施例的输入冗余电路中包括的继电器单元的功能。

进一步，在图2和3中，继电器1和1a是常闭继电器。本公开并不限于此。如图12所示，继电器1和1a也可以是常开继电器。在如图12所示的技术方案中，进一步用感测与驱动电路12’取代了图2和3所示的感测电路12，并且用感测、辅助电源与驱动电路9’取代了图2和3所示的感测与辅助电源电路9。感测与驱动电路12’中的驱动电路部分可以借助于输入电压INPUT_0通过控制信号DRIVE_3来驱动常开继电器1和1a。感测、辅助电源与驱动电路9’中的驱动电路部分可以借助于输入电压INPUT_1通过控制信号DRIVE_4来驱动常开继电器2和2a。由于继电器1、1a、2和2a都是常开继电器，所以必须提供驱动电路以在加电之前使继电器1和1a或2和2a闭合。当然，也可以只在感测与驱动电路12’和感测、辅助电源与驱动电路9’中的一个中提供驱动电路部分，而并不一定需要在这两者中都提供驱动电路部分。

进一步，如图13所示，继电器1’和1a’也是常开继电器。在如图13所示的技术方案中，进一步用感测与辅助电源电路12’取代了图2和3所示的感测电路12。另外，继电器1’和1a’由控制信号DRIVE_3控制，并且继电器2和2a由控制信号DRIVE_4控制。由于继电器1’、1a’、2和2a都是常开继电器，所以必须提供辅助电源电路以在加电之前向核心电源单元提供偏置功率。感测与辅助电源电路12’中的辅助电源电路部分可以借助于输入电压INPUT_0将偏置功率PVCC提供给核心电源单元。感测与辅助电源电路9中的辅助电源电路部分可以借助于输入电压INPUT_1将偏置功率PVCC提供给核心电源单元。当然，也可以只在感测与辅助电源电路12’和感测与辅助电源电路9中的一个中提供辅助电源电路部分，而并不一定需要在这两者中都提供辅助电源电路部分。

根据本公开的实施例的输入冗余电路可以应用于任何的AC-DC或DC-DC电源，该电源可以具有升压类型的PFC或升压电路。

根据本公开的实施例，可以在单个单元中实现输入冗余。这样一来，就可以用较低的成本来实现输入冗余，并且增加了系统水平的功率密度。另外，根据本公开的实施例的输入冗余电路的继电器布置可以避免两个输入电压由于错误的控制序列而短接在一起，并且驱动序列可以避免继电器触点处的高切换电流。

以上虽然结合附图详细描述了本公开的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本公开，而并不构成对本公开的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本公开的实质和范围。因此，本公开的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims

1.一种输入冗余电路，包括：

核心电源；

第一输入端口，所述第一输入端口用于接收第一输入电压；

第二输入端口，所述第二输入端口用于接收第二输入电压；

继电器，所述继电器连接到所述第一输入端口和所述第二输入端口，以将所述第一输入电压和所述第二输入电压选择性地与所述核心电源连接和断开；

升压电路，所述升压电路用于使由所述继电器连接的所述第一输入电压和所述第二输入电压中的一者升压；

控制电路，所述控制电路被配置成在所述继电器将所述第一输入电压和所述第二输入电压中的一者与所述核心电源断开之前，禁用所述升压电路；以及

浪涌电流限制电路，所述浪涌电流限制电路耦合到所述核心电源，并且被配置成限制所述继电器在所述第一输入电压和所述第二输入电压之间进行切换时产生的浪涌电流。

2.根据权利要求1所述的输入冗余电路，其中，所述继电器包括：

常闭继电器，所述常闭继电器连接到所述第一输入端口；

常开继电器，所述常开继电器连接到所述第二输入端口；以及

双触点继电器，其中，所述双触点继电器的常闭触点连接到所述常闭继电器，并且所述双触点继电器的常开触点连接到所述常开继电器。

3.根据权利要求1所述的输入冗余电路，其中，所述继电器包括：

第一继电器，所述第一继电器具有第一常闭触点和第一常开触点；以及

第二继电器，所述第二继电器具有第二常闭触点和第二常开触点，

其中，所述第一常闭触点和所述第二常闭触点连接到所述第一输入端口，并且所述第一常开触点和所述第二常开触点连接到所述第二输入端口。

4.根据权利要求1所述的输入冗余电路，其中，所述继电器包括：

第一常开继电器，所述第一常开继电器连接到所述第一输入端口；

第二常开继电器，所述第二常开继电器连接到所述第二输入端口；以及

双触点继电器，其中，所述双触点继电器的常闭触点连接到所述第一常开继电器，并且所述双触点继电器的常开触点连接到所述第二常开继电器，并且

所述输入冗余电路还包括：

第一继电器驱动电路，所述第一继电器驱动电路耦合到所述第一输入端口，以借助于所述第一输入电压来驱动所述第一常开继电器；以及/或者

第二继电器驱动电路，所述第二继电器驱动电路耦合到所述第二输入端口，以借助于所述第二输入电压来驱动所述第二常开继电器。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的输入冗余电路，还包括：

辅助电源电路，所述辅助电源电路耦合到所述第二输入端口，以借助于所述第二输入电压将偏置功率提供给所述核心电源。

6.根据权利要求1所述的输入冗余电路，其中，所述继电器包括：

所述输入冗余电路还包括：

第一辅助电源电路，所述第一辅助电源电路耦合到所述第一输入端口，以借助于所述第一输入电压将偏置功率提供给所述核心电源；以及/或者

第二辅助电源电路，所述第二辅助电源电路耦合到所述第二输入端口，以借助于所述第二输入电压将偏置功率提供给所述核心电源。

7.根据权利要求1所述的输入冗余电路，还包括：

第一感测电路，所述第一感测电路耦合到所述第一输入端口以感测所述第一输入电压是否工作正常，并且将指示所述第一输入电压是否工作正常的第一感测信号提供给所述核心电源；以及

第二感测电路，所述第二感测电路耦合到所述第二输入端口以感测所述第二输入电压是否工作正常，并且将指示所述第二输入电压是否工作正常的第二感测信号提供给所述核心电源。

8.根据权利要求7所述的输入冗余电路，其中，所述继电器被配置成缺省地将所述第一输入电压提供给所述核心电源，并且

所述核心电源被配置成基于所述第一感测信号和所述第二感测信号，控制所述继电器从所述第一输入电压和所述第二输入电压中的一者切换到所述第一输入电压和所述第二输入电压中的另一者。

9.根据权利要求1所述的输入冗余电路，其中，所述控制电路被配置成产生第一控制信号和第二控制信号，其中，所述第一控制信号用于控制所述继电器将所述第一输入电压和所述第二输入电压中的一者与所述核心电源断开，并且所述第二控制信号用于控制所述继电器将所述第一输入电压和所述第二输入电压中的另一者连接到所述核心电源；

所述输入冗余电路还包括由所述升压电路供电的电容器。

10.根据权利要求9所述的输入冗余电路，其中，所述控制电路被配置成响应于所述第一控制信号，使所述升压电路被禁用。

11.根据权利要求10所述的输入冗余电路，其中，所述控制电路被配置成响应于所述第二控制信号，使所述升压电路被启用。

12.根据权利要求10所述的输入冗余电路，其中，所述浪涌电流限制电路用于基于所述电容器提供的电容电压和作为所述第一输入电压和所述第二输入电压中的所述另一者的供应电压，产生浪涌电流限制信号，所述浪涌电流限制信号指示所述供应电压小于所述电容电压的时间段，和

所述控制电路被配置成基于所述浪涌电流限制信号，产生所述第二控制信号以控制所述继电器在所述时间段之内将所述第一输入电压和所述第二输入电压中的所述另一者连接到所述核心电源。

13.根据权利要求9所述的输入冗余电路，还包括加速电路，所述加速电路与所述浪涌电流限制电路并联连接，用于缩短所述浪涌电流限制电路的接通时间。

14.根据权利要求13所述的输入冗余电路，其中：

所述加速电路包括开关；

所述控制电路被配置成在所述控制电路产生所述第一控制信号之前，使所述加速电路的所述开关断开，并且在所述控制电路产生所述第二控制信号之后接通所述加速电路的所述开关，并且

所述浪涌电流限制电路包括：

限制继电器，所述控制电路被配置成在所述加速电路的所述开关断开之前使所述限制继电器断开，并且在所述加速电路的所述开关接通之后使所述限制继电器接通；以及

限制电阻器，所述限制电阻器与所述限制继电器并联连接，用于限制所述浪涌电流。

15.根据权利要求14所述的输入冗余电路，其中，所述加速电路的所述开关包括半导体器件。