CN105432008A - 电源多重化系统以及被供电单元 - Google Patents

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Abstract

在为了提高可靠性而使电力的供给具有冗余性的电源多重化系统中，具有：电源单元(101)；电源单元(201)；以及被供电单元(301)，其从所述电源单元(101、201)被供给电力，所述被供电单元(301)具有对来自所述电源单元(101、201)的电流进行调整的作为控制单元的双重化电路(305)。所述双重化电路(305)对电流进行调整，而向电源线输出。

Description

电源多重化系统以及被供电单元
技术领域
本发明涉及一种能够从多个系统供给电力的电源多重化系统以及被供电单元。
背景技术
当前，为了使需要可靠性的电子设备的电力供给具有冗余性，在具有2个电力供给系统(电源双重化系统)的可编程逻辑控制器中，对电源双重化系统所需的2个电力供给系统的电流进行调整的双重化电路被安装在电源双重化系统所使用的各电源单元中。安装有双重化电路的电源单元成为电源双重化系统专用的电源单元(专用电源单元)。为了使向系统供给的负载分散，专用电源单元与电源双重化系统所连接的另一方的专用电源单元进行通信，对负载进行共享。
双重化电路由下述部件构成：以对接二极管、FET(FieldEffectTransistor)为代表的对电流进行调整的电流调整部；以及对2个双重化电源单元的电流进行控制的控制部。在以可编程逻辑控制器的基本单元为代表的被供电侧的单元(被供电单元)、即能够安装2个电源的电源双重化系统专用的基本单元(双重化基本单元)安装2个专用电源单元，准备2个电力供给系统，从而具有向可编程逻辑控制器的电源的冗余性。如上所述的技术在下述专利文献1中公开。
专利文献1：日本特开2008－148513号公报图1
发明内容
然而，根据上述现有的技术，双方的专用电源单元各自对另一方的专用电源单元的负载状态彼此进行监视，将负载均等地分散，向被供电单元供给电力(负荷共享)。因此，需要将彼此监视而进行负荷共享的单元安装在专用电源单元侧，对于电源双重化系统的构建，需要对专用电源单元以及能够安装2个专用电源单元的被供电单元这双方进行开发，存在开发成本增大这样的问题。
本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于得到一种相对于现有的系统，能够实现开发成本的降低的电源多重化系统以及被供电单元。
为了解决上述的课题，达到目的，本发明的特征在于，具有：第一电源单元；第二电源单元；以及被供电单元，其从所述第一以及第二电源单元被供给电力，所述被供电单元具有对来自所述第一以及第二电源单元的电流进行调整的控制单元。
发明的效果
本发明所涉及的电源多重化系统以及被供电单元相对于现有的系统，具有能够实现开发成本的降低这样的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1的电源双重化系统的结构例的图。
图2是表示实施方式1的双重化电路的结构例的图。
图3是表示实施方式2的电源多重化系统的结构例的图。
图4是表示实施方式3的电源多重化系统的结构例的图。
图5是表示实施方式5的电源多重化系统的结构例的图。
图6是表示实施方式9的双重化电路的结构例的图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明所涉及的电源多重化系统以及被供电单元的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式1.
图1是表示本实施方式的电源双重化系统的结构例的图。电源双重化系统具有电源单元101、201和被供电单元301。在这里，作为电源多重化系统的一个例子，对将电源双重化的电源双重化系统进行说明。
电源单元101是在电源双重化系统中使用的电源单元，利用供电线(电源线、GND)与电源110连接。另外，电源单元201是在电源双重化系统中使用的电源单元，利用供电线(电源线、GND)与电源210连接。电源单元101、201是通常的结构，具有下述的各功能部：将从外部供给的一次电源(交流·直流)输入的输入功能部；对一次电源进行整流·平滑的一次侧整流·平滑功能部；将整流后的电流转换为高频的开关功能部；对二次电源进行整流·平滑的二次侧整流·平滑功能部；以及向被供电单元301输出二次电源的输出功能部。一次侧整流·平滑功能部以及二次侧整流·平滑功能部例如用由电解电容器形成的温度寿命部件构成。在图1中，电源单元101、201分别在内部安装有温度寿命部件102、202。温度寿命部件102、202是指寿命受温度较大程度地左右(影响)的部件，具体而言，能举出前述的电解电容器等。
被供电单元301是在电源双重化系统中需要接受确保了冗余性的电力供给的单元，在可编程逻辑控制器的情况下，成为基本单元。在被供电单元301安装有2个电源单元101、201，并且安装有对从电源单元101、201向被供电单元301的电源线供给的电流进行调整的电流调整部302、303。另外，在被供电单元301中安装有对电流调整部302、303进行控制的控制部304。利用电流调整部302、303以及控制部304构成作为控制单元的双重化电路305。
在电源双重化系统中，在通常工作状态下，利用控制部304的控制，以相对于电源单元101、201使负载均等地分散的形式，使2个系统同时工作。在由于电源单元101或201的故障、或者一方的供电线的停止等，1个系统的电力供给停止的情况下，控制部304检测到该情况，并立即进行从另一方的电力供给系统向被供电单元301整体供给电力的控制。由此，在电源双重化系统中，能够使系统整体的运转持续，使可靠性提高。具体而言，控制部304对电源单元101、201的输出电压进行监视，对电源单元101、201的输出电压进行比较。在输出电压差超过了负荷共享的有效范围的情况下，控制部304使输出正常的电压的电源单元侧的电流调整部始终ON，使输出异常的电压的电源单元侧的电流调整部始终OFF，从而将负荷共享无效化，只用正常的电源单元向被供电单元301供给电力。在此时，异常的电源单元被电流整流部与电源双重化系统断开，因此能进行更换等的应对。
图2是表示本实施方式的双重化电路的结构例的图。图1中所示的电源单元101的输出端子与图2中所示的双重化电路305的IN1端子连接，同样地，电源单元201的输出端子与双重化电路305的IN2端子连接。图2中所示的电源线是图1中所示的被供电单元301内的电源线。双重化电路305的IN1、IN2端子分别与控制部304的VIN1、VIN2端子连接。控制部304测量对VIN1、VIN2端子施加的电源单元101、201的输出电压。在所测量的VIN1、VIN2端子之间产生电位差的情况下，控制部304对GATE1、GATE2的电压进行操作，直至OUT1、OUT2端子的电压相同为止，对电流调整部302、303内的FET(TR1、TR2)的正向电压降量进行调整，从而实现2个电源系统的输出电流的均衡化。
另外，在控制部304中，也可以不测量对VIN1、VIN2端子施加的电源单元101、201的输出电压进行测量，而以使OUT1、OUT2端子的电压相同的方式对GATE1、GATE2的电压进行操作，对来自电流调整部302、303的输出进行控制，由此也能够实现2个电源系统的输出电流的均衡化。
另外，在电源单元101或者电源单元201发生故障·短路的情况下，控制部304对故障·短路进行检测，将GATE1或者GATE2高速断开，从而能够防止电流向发生故障或短路的电源系统流入，保护系统。
在如上所述地构成的电源双重化系统中，无需进行为了在电源单元101、201中进行负荷共享而所需的通信，将实现电源双重化系统所需的双重化电路305全部安装在被供电单元301中，从而能够删除当前在电源单元侧所安装的双重化电路。因此，电源单元101、201无需使用专用电源单元，而能够使用标准电源单元。由此，在电源双重化系统的构建中，当前需要开发专用电源单元以及能够安装2台专用电源单元的被供电单元，与此相对，在本实施方式中，只通过被供电单元301的开发就能够实现，因此能够抑制开发成本。另外，对于电源双重化系统的利用者而言，由于能够利用标准电源单元，从而便利性提高。
另外，能够将当前在各电源单元中分别安装的电流调整部、控制部、附带于这些部分的电阻、电容器等，集中安装在被供电单元301中作为双重化电路305，因此能够削减控制部304、以及附带的电阻、电容器等的部件个数，能够削减产品成本。
另外，由于能够削减部件个数，因此能够从电源双重化系统的平均故障间隔即MTBF(MeanTimeBetweenFailure(s))值中减去所削减的部件的故障率，因此能够提高系统整体的可靠性。
此外，在电源单元101、201中安装有以电解电容器为代表的温度寿命部件102、202，该电解电容器的寿命通常遵循以下所示的表示电解电容器寿命和温度的关系的算式(阿伦尼乌斯定律)，如果周围温度上升10℃，则电解电容器的寿命成为1/2。
L＝Lo×2(Tmax-Ta)/10
其中，L：实际使用时的寿命(Hr)，Lo：额定温度下的寿命(Hr)，Tmax：额定温度(℃)，Ta：周围温度(℃)。
另一方面，双重化电路305安装有电流调整部302、303。在现有的系统中，由于将电流调整部安装在电源单元侧，因此温度寿命部件102、202和电流调整部302、303存在于同一单元内，存在温度寿命部件102、202受到电流调整部302、303的发热的影响，寿命降低的问题。在本实施方式中，将温度寿命部件102、202和电流调整部302、303配置在不同单元中，从而这些部件被远隔配置，能够实现温度寿命部件102、202的长寿命化，进而实现电源双重化系统的长寿命化。
此外，通过双重化电路305的部件个数的削减、以及不需要针对温度寿命部件102、202的散热对策，从而能够实现电源双重化系统的小型化。
另外，在以上的说明中，将向被供电单元301供给的电源系统设为2个系统进行了说明，但不限定于此，也可以进一步增加电源单元以及向电源单元的供电源，当然也能够适用于电源多重化系统。
此外，在以上的说明中，对于向被供电单元301供给电源的电源单元101、201，作为分别从不同的供电源(电源)被供给电力的电源单元而进行了说明，但不限定于此，也可以将向各个电源单元101、201供电的供电源设为相同，当然也能够适用于以确保电源单元的冗余性为目的的电源多重化系统。
实施方式2.
图3是表示本实施方式的电源多重化系统的结构例的图。电源双重化系统具有电源单元401、411、双重化单元421以及CPU(CentralProcessingUnit)单元431。电源单元401具有温度寿命部件102以及电源线402。电源单元411具有温度寿命部件202以及电源线412。电源单元401、411与电源单元101、201同样地，具有以下各功能部：输入功能部、一次侧整流·平滑功能部、开关功能部、二次侧整流·平滑功能部、以及输出功能部。双重化单元421具有由电流调整部302、303以及控制部304构成的双重化电路305。另外，对于与实施方式1相同的结构，标注相同的标号而省略其说明。
电源单元401的温度寿命部件102的电源线经由电源单元411的电源线412、双重化单元421的电流调整部302而与CPU单元431的电源线连接。电源单元411的温度寿命部件202的电源线经由双重化单元421的电流调整部303而与CPU单元431的电源线连接。另外，电源单元401的温度寿命部件102的GND经由电源单元411的电源线412、双重化单元421而与CPU单元431的GND连接。电源单元411的温度寿命部件202的GND经由双重化单元421而与CPU单元431的GND连接。
在实施方式1中，将被供电单元301假定为可编程逻辑控制器的基本单元，在该被供电单元301中安装有双重化电路305的部件，但对于除此以外的结构安装双重化电路305的部件也能得到相同的效果。
例如，在可编程逻辑控制器中，在如图3所示那样是不具有基本单元的构造的情况下，取代对双重化基本单元进行开发，而是对安装有双重化电路305的双重化单元421、以及在单元内安装有将来自其它电源单元的电力向双重化单元421侧传递的电源线402、412的专用的电源单元401、411进行开发，从而与实施方式1同样地，作为电源双重化系统，能够实现由部件个数的削减而带来的产品成本的削减、可靠性的提高、长寿命化、以及小型化。
实施方式3.
图4是表示本实施方式的电源多重化系统的结构例的图。电源双重化系统具有电源单元401、411以及CPU单元441。CPU单元441具有由电流调整部302、303以及控制部304构成的双重化电路305。
CPU单元441构成为，将实施方式2中的双重化单元421以及CPU单元431设为1个结构。但是，各单元内的各结构的连接关系与实施方式2相同。在将实施方式2中所说明的双重化电路305安装到CPU单元441中的情况下，与实施方式1同样地，作为电源双重化系统，也能够实现由部件个数的削减而带来的产品成本的削减、可靠性的提高、长寿命化、以及小型化。
实施方式4.
此外，对于电源双重化系统，在作为除了可编程逻辑控制器以外的用途，假定在服务器系统等的主板上使用的情况下，通过将双重化电路的部件安装至主板，而能够得到与实施方式1相同的效果。
实施方式5.
图5是表示本实施方式的电源多重化系统的结构例的图。电源双重化系统具有电源单元101a、201a以及被供电单元301a。电源单元101a、201a分别具有温度寿命部件102、202、以及反馈电路103、203。另外，被供电单元301a具有由电流调整部302a、303a以及控制部304a构成的双重化电路305a。与实施方式1相比较，不同点为：电源单元101a、201a具有反馈电路103、203，控制部304a与反馈电路103、203连接。从电源110、210至温度寿命部件102、202、电流调整部302a、303a为止的各连接关系与实施方式1相同。电源单元101a、201a与电源单元101、201同样地，具有以下的各功能部：输入功能部、一次侧整流·平滑功能部、开关功能部、二次侧整流·平滑功能部、以及输出功能部。
在本实施方式中，控制部304a对电源单元101a、201a的输出电压进行监视，对电源单元101a、201a的输出电压进行比较。在输出电压差超过负荷共享的有效范围的情况下，控制部304a将对负载进行控制的信号向电源单元101a、201a的反馈电路103、203传递。在电源单元101a、201a中，通过反馈电路103、203的控制，对来自温度寿命部件102、202的输出进行控制。在实施方式1中，在电流调整部302、303中使用FET，但在本实施方式中，如图5所示，作为电流调整部302a、303a，能够使用现有的对接二极管。
通过设为如上所述的结构，由于能够将电源单元101a、201a的温度寿命部件102、202和成为发热部件的电流调整部302a、303a配置在不同的单元中，因此能够得到下述效果，即，系统寿命的提高、以及由不需要散热对策而带来的小型化。
实施方式6.
另外，在实施方式1中，准备了2个系统的电源单元以及向电源单元的供电源，但通过准备更多的电源系统，作为电源多重化系统，能够得到实现更高可靠性的效果。
实施方式7.
另外，在实施方式1中，在电源双重化系统中，将双重化电路305的部件全部安装在作为基本单元的被供电单元301中，但也可以是将双重化电路305的结构部件的一部分安装在电源单元101、201中。
例如，在将控制部304安装在各电源单元101、201中的情况下，不能期望由控制部304本身的部件个数削减而带来的产品成本削减、可靠性提高、以及由标准电源的使用而带来的开发费削减，但能够得到下述效果，即：由将电源单元101、201的温度寿命部件102、202和成为发热部件的电流调整部302、303配置在不同单元中而带来的系统寿命的提高、由不需要散热对策而实现的小型化。
实施方式8.
另外，与实施方式7相反，在将电流调整部302、303安装在电源单元101、201中，将控制部304安装在作为基本单元的被供电单元301中的情况下，在电源双重化系统中，不能期待由标准电源的使用而带来的开发费削减、由温度寿命部件和发热部件的远隔配置而带来的长寿命化、以及系统小型化，但通过由控制部外围的部件整合而产生的部件个数的削减，能够得到产品成本的削减、可靠性的提高、以及由安装面积削减而带来的小型化的效果。
实施方式9.
另外，在电源双重化系统中，也可以在被供电单元301中使双重化电路本身具有冗余性。
图6是表示本实施方式的双重化电路的结构例的图。在图6中所示的IN1、IN2的连接目标、以及电源线与图2(实施方式1)相同。在这里，被供电单元301具有2个双重化电路305，通过将各电源系统的电流调整部302、303以及控制部304双重化，从而即使在1个系统的双重化电路305本身发生故障的情况下，也能够通过另1个系统的双重化电路305使电力供给持续，得到系统整体的可靠性提高的效果。
实施方式10.
在上面的实施方式1～9中，具体而言，对具有2个电源单元的、电源系统是2个系统的电源双重化系统进行了说明，但这只是一个例子，电源系统并不限定于2个系统。例如，也能够适用于将电源系统设为3个系统的电源三重化系统，也能够适用于进一步增加了电源系统的电源多重化系统。
工业实用性
如以上所述，本发明所涉及的电源多重化系统对需要高可靠性的电子设备的电源供给系统是有用的，尤其适合于可编程逻辑控制器的电源双重化系统、服务器系统等。
标号的说明
101、101a、201、201a、401、411电源单元，102、202温度寿命部件，103、203反馈电路，110、210电源，301、301a被供电单元，302、302a、303、303a电流调整部，304、304a控制部，305、305a双重化电路，402、412电源线，421双重化单元，431、441CPU单元。

Claims (18)

1.一种电源多重化系统，其特征在于，具有：
第一电源单元；
第二电源单元；以及
被供电单元，其从所述第一以及第二电源单元被供给电力，
所述被供电单元具有对来自所述第一以及第二电源单元的电流进行调整的控制单元。
2.一种电源多重化系统，其特征在于，具有：
多个电源单元；以及
被供电单元，其从所述多个电源单元被供给电力，
所述被供电单元具有对来自所述多个电源单元的电流进行调整的控制单元。
3.一种电源多重化系统，其特征在于，
具有从电源单元被供给电力的被供电单元，
所述被供电单元具有对来自所述电源单元的电流进行调整的控制单元。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源多重化系统，其特征在于，
所述控制单元具有：
控制部，其对从所述电源单元供给的电力进行测量；以及
电流调整单元，其基于所述控制部的控制，对来自所述电源单元的电流进行调整，
将所述控制部配置于所述电源单元，将所述电流调整单元配置于所述被供电单元。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电源多重化系统，其特征在于，
所述控制单元具有：
控制部，其对从所述电源单元供给的电力进行测量；以及
电流调整单元，其基于所述控制部的控制，对来自所述电源单元的电流进行调整，
将所述控制部配置于所述被供电单元，将所述电流调整单元配置于所述电源单元。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电源多重化系统，其特征在于，
所述被供电单元具有大于或等于2个控制单元。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电源多重化系统，其特征在于，
所述电源单元具有向所述被供电单元供给电力的电路部件之中由周围的温度而影响部件寿命的温度寿命部件。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电源多重化系统，其特征在于，
所述控制单元使用FET而对来自所述电源单元的电流进行调整。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电源多重化系统，其特征在于，
所述电源单元不具有在向所述被供电单元供给电力时对电流进行调整的电路。
10.一种被供电单元，其从第一电源单元以及第二电源单元被供给电力，特征在于，
具有对来自所述第一以及第二电源单元的电流进行调整的控制单元。
11.一种被供电单元，其从多个电源单元被供给电力，特征在于，
具有对来自所述多个电源单元的电流进行调整的控制单元。
12.一种被供电单元，其从电源单元被供给电力，特征在于，
具有对来自所述电源单元的电流进行调整的控制单元。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的被供电单元，其特征在于，
所述控制单元具有：
控制部，其对从所述电源单元供给的电力进行测量；以及
电流调整单元，其基于所述控制部的控制，对来自所述电源单元的电流进行调整，
将所述控制部配置于所述电源单元，将所述电流调整单元配置于所述被供电单元。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的被供电单元，其特征在于，
所述控制单元具有：
控制部，其对从所述电源单元供给的电力进行测量；以及
电流调整单元，其基于所述控制部的控制，对来自所述电源单元的电流进行调整，
将所述控制部配置于所述被供电单元，将所述电流调整单元配置于所述电源单元。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的被供电单元，其特征在于，
所述被供电单元具有大于或等于2个控制单元。
16.根据权利要求10至12中任一项所述的被供电单元，其特征在于，
该被供电单元与所述电源单元连接，所述电源单元具有向所述被供电单元供给电力的电路部件之中由周围的温度而影响部件寿命的温度寿命部件。
17.根据权利要求10至12中任一项所述的被供电单元，其特征在于，
所述控制单元使用FET而对来自所述电源单元的电流进行调整。
18.根据权利要求10至12中任一项所述的被供电单元，其特征在于，
该被供电单元与所述电源单元连接，所述电源单元不具有在向所述被供电单元供给电力时对电流进行调整的电路。
CN201480041987.XA 2014-05-08 2014-05-08 电源多重化系统以及被供电单元 Pending CN105432008A (zh)

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