CN115333355A - 连接器、开关电源及通信电源系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的一种连接器、开关电源及通信电源系统，该连接器包括第一连接件、第二连接件、电容预充电路和控制电路。第一连接件能与第二连接件可拆卸连接，第一连接件连接电源装置的输出端，第二连接件连接直流母线；电容预充电路和控制电路均设置在第一连接件上，电容预充电路连接电容电路，控制电路用于控制电源装置的上下电。基于此，在第一连接件插入第二连接件的过程中，直流母线先通过电容预充电路给电容电路充电，控制电路再控制电源装置上电；以及，在第一连接件拔出第二连接件的过程中，在电源装置与直流母线断开连接之前，控制电路先控制所述电源装置下电。可以看出，本申请可以降低开关电源的功耗，同时可以简化开关电源的结构。
Description
技术领域
本申请涉及电气技术领域，具体涉及一种连接器、开关电源及通信电源系统。
背景技术
通信电源系统作为通信系统一个重要的组成部分，在通常情况下都会设置多个开关电源，以确保可靠性。基于此，为了实现通信电源系统的灵活性，开关电源通常能够支持热插拔，即开关电源的插入和拔出不会影响通信电源系统的正常运行。
开关电源的热插拔可能会导致拉弧产生(可称为打火)，拉弧带来的高温高热会损坏开关电源中的连接器。因此在相关技术中，为了抑制拉弧的产生，通常会在开关电源的输出电容串联限流电阻、以及在开关电源中额外设置电流检测装置和灭弧结构等等，但是，前述实施方式会导致开关电源的功耗过高以及开关电源的结构过于复杂。
发明内容
基于此，本申请实施例提供了一种连接器、开关电源及通信电源系统，以降低开关电源的功耗并简化开关电源的结构。
第一方面，本申请实施例提供了一种连接器，包括：
第一连接件，连接电源装置的输出端，所述电源装置在输出端设有电容电路；
第二连接件，能与所述第一连接件可拆卸链接，且连接通信电源系统的直流母线；
电容预充电路，设置在所述第一连接件上，且连接所述电容电路；以及
控制电路，设置在所述第一连接件上，且连接所述电源装置，用于控制所述电源装置的上电和下电；
在所述第一连接件插入所述第二连接件的过程中，所述直流母线先通过所述电容预充电路给所述电容电路充电，所述控制电路再控制所述电源装置上电；以及，在所述第一连接件拔出所述第二连接件的过程中，在所述电源装置与所述直流母线断开连接之前，所述控制电路先控制所述电源装置下电。
第二方面，本申请实施例提供了一种开关电源，包括电源装置和如第一方面所述的连接器，所述电源装置的输出端与所述连接器连接。
第三方面，本申请实施例提供了一种通信电源系统，包括直流母线和如第三方面所述的开关电源，所述直流母线与所述开关电源连接。
本申请实施例提供的一种连接器、开关电源及通信电源系统，该连接器包括：第一连接件、第二连接件、电容预充电路和控制电路。其中，第一连接件能与第二连接件可拆卸连接，第一连接件连接电源装置的输出端，第二连接件连接直流母线；电容预充电路和控制电路均设置在第一连接件上，电容预充电路连接电容电路，控制电路用于控制电源装置的上下电。基于此，在第一连接件插入第二连接件的过程中，直流母线先通过电容预充电路给电容电路充电，控制电路再控制电源装置上电；以及，在第一连接件拔出第二连接件的过程中，在电源装置与直流母线断开连接之前，控制电路先控制所述电源装置下电。与相关技术相比，本申请实施例不需要在开关电源的输出电容额外设置限流电阻，因此可以降低开关电源的功耗；同时，也不需要额外设置电流检测装置和灭弧结构，因此可以简化开关电源的结构。
附图说明
图1为本申请实施例提供的通信电源系统的一种电路结构示意图；
图2为通信电源系统的一种示例性电路结构示意图；
图3为本申请实施例提供的开关电源的一种电路结构示意图；
图4为开关电源的一种电路结构示意图；
图5为本申请实施例提供的连接器的一种电路结构示意图；
图6为控制电路的一种供电示意图；
图7为第一连接件和第二连接件的一种电路结构示意图；
图8为电容预充电路的一种电路结构示意图；
图9为控制电路的一种电路结构示意图；
图10为在位检测电路的一种电路结构示意图；
图11为信号处理电路的一种电路结构示意图；
图12为信号处理电路的另一种电路结构示意图；
图13为信号过滤电路的一种电路结构示意图；
图14为本申请实施例中连接器的一种示例性电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
下面结合附图，对本说明书的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请实施例提供的一种通信电源系统，如图1所示，可以包括开关电源10和直流母线20，其中，开关电源10与直流母线20连接。在本实施例中，开关电源10的数量可以是一个或多个，具体可以根据实际情况合理设置。示例性的，如图2所示，开关电源10的数量可以是多个，各开关电源10的第二连接件分别与直流母线20连接，可以理解，每个开关电源10将各自输出的电能汇聚到直流母线20上，以使直流母线20可以为一个或多个用电设备提供工作电源。
本申请实施例提供的一种开关电源10，如图3所示，可以包括电源装置110和连接器120。在本实施例中，电源装置110能够输出直流电能，并且，电源装置110的上电和下电是可控的，例如，电源装置可以包括一个或多个开关管，则由于开关管具有可控性，因此电源装置110的上下电也是可控的；连接器120与电源装置110的输出端连接，且用于连接直流母线20。由此可知，电源装置110输出的直流电能能够通过连接器120输送至直流母线20。示例性的，如图4所示，电源装置110可以包括AC/DC整流器，则AC/DC整流器的输入端可以连接交流电源、输出端可以连接连接器120，如此在电源装置110已上电的情况下，交流电源输出的交流电能经过整流之后变成直流电能，并通过连接器120输送给直流母线20。
本申请实施例提供的一种连接器120，如图5所示，可以包括第一连接件121、第二连接件122、电容预充电路123和控制电路124。另外在本实施例中，电源装置110在输出端设有电容电路111，即电容电路111并联在电源装置110的输出端，可以理解，电容电路111可以确保开关电源10输出的稳定性，以使开关电源10输出更为优质的电能。
第一连接件121和第二连接件122可拆卸连接，因此开关电源10可以以插卡方式进行热插拔，其中，第一连接件121连接电源装置110的输出端，第二连接件122连接直流母线20。在一实施方式中，第二连接件122可以相对直流母线20固定设置，如此可以便于第一连接件121的插入和拔出。示例性的，第一连接件121和第二连接件122可以分别为插卡和插座，且插座相对直流母线20固定设置。
电容预充电路123和控制电路124均可以设置在第一连接件121上。其中，电容预充电路123连接电容电路111，控制电路124用于控制电源装置110的上电和下电，示例性的，控制电路124可以连接电源装置110中的开关管，则控制电路124可以通过控制开关管导通的方式使电源装置110上电，同样的，也可以通过控制开关管断开的方式使电源装置110下电。
在本实施例中，在第一连接件121插入第二连接件122的过程中(即热插)，直流母线20先通过电容预充电路123给电容电路111充电，控制电路124再控制电源装置110上电，具体而言，开关电源在热插前，电容电路由于没有充能而导致两端的电压比较低，此时若将电源装置上电，则电容电路和直流母线之间的电压差过大，从而产生拉弧，因此在本实施例中，在第一连接件121插入第二连接件122的过程中，电容预充电路123先与直流母线20形成连接，从而使得直流母线20先给电容电路111充电，可以理解，电容电路111在充电之后，其两端的电压接近直流母线的电压，因此在电容电路111充电之后，控制电路124再控制电源装置110上电，由于此时电容电路111的电压接近直流母线20的电压，因此可以避免拉弧的产生。此外，在第一连接件121拔出第二连接件122的过程中(即热拔)，在电源装置110与直流母线20断开连接之前，控制电路124先控制电源装置110下电，具体而言，开关电源在热拔时，当电源装置与直流母线断开连接时会产生拉弧，因此在本实施例中，在第一连接件121拔出第二连接件122的过程中，控制电路124在电源装置110与直流母线20断开连接之前，先控制电源装置110下电，如此可以避免拉弧的产生。因此，本实施例提供的连接件，当其用于开关电源时，不仅使得开关电源能够支持热插拔，且在热插拔时能够避免拉弧的产生，从而有效减少了由于拉弧打火带来的安全事故等等。
因此由前文论述可知，本实施例与相关技术相比，不需要在开关电源的输出电容(即前文所述的电容电路111)额外设置限流电阻，因此可以降低开关电源的功耗；同时，也不需要额外设置电流检测装置和灭弧结构，因此可以简化开关电源的结构。
在一实施例中，如图6所示，控制电路124可以连接电容电路111，以使电容电路111在充电之后为控制电路124提供工作电源。具体而言，在第一连接件121插入第二连接件122的过程中，若存在一些异常情况(例如接触不良或导线断裂等等)导致直流母线20无法给电容电路111充电，此时控制电路124若控制电源装置110上电，则会导致拉弧的产生。基于此，本实施例由电容电路111给控制电路124供电，则若存在前述异常情况时，电容电路111由于没有充能而无法给控制电路124供电，因此可以避免电源装置110的上电，从而避免拉弧的产生。此外，在不存在异常情况时，直流母线20是可以给电容电路111充电的，换言之，电容电路111能够正常给控制电路124供电，如此在插入过程中并不影响控制电路124对电源装置110的控制。示例性的，电容电路111可以通过辅助电路给控制电路124供电，例如通过boost降压电路给控制电路124供电。
在一实施例中，第一连接件121设有多个第一金属件，第二连接件122设有对应各个第一金属件的第二金属件，可以理解，第一金属件能与第二金属件可拆卸连接，示例性的，第一金属件和第二金属件可以分别为金属插针和金属插座片。在一实施方式中，第一金属件与第二金属件的数目可以一致，并且一个第一金属件对应一个第二金属件，即一一对应。
如图7所示，多个第一金属件可以包括功率正金属件1211、功率地金属件1212、预充电金属件1213和在位金属件1214。其中，功率正金属件1211连接电源装置110的正输出端，功率地金属件1212连接电源装置110的负输出端，相应的，功率正金属件1211对应的第二金属件1221连接直流母线20的正极，功率地金属件1212对应的第二金属件1212连接直流母线20的负极；预充电金属件1213连接电容预充电路123，在位金属件1214连接控制电路124，在一实施方式中，预充电金属件1213对应的第二金属件1223可以连接第二金属件1221，即连接直流母线20的正极。
在本实施例中，在位金属件1214的长度小于功率正金属件1211的长度，功率正金属件1211的长度分别小于功率地金属件1212的长度和预充电金属件1213的长度。如此，在第一连接件121插入第二连接件122的过程中，功率地金属件1212和预充电金属件1213最先各自接触对应的第二金属件，接着功率正金属件1211接触对应的第二金属件，最后在位金属件1214接触对应的第二金属件；相反的，在第一连接件121拔出第二连接件122的过程中，在位金属件1214先脱离对应的第二金属件，接着功率正金属件1211脱离对应的第二金属件，最后功率地金属件1212和预充电金属件1213各自脱离对应的第二金属件。在一实施方式中，功率地金属件1212的长度可以等于预充电金属件1213的长度。
基于此，在第一连接件121插入第二连接件122的过程中，当预充电金属件1213接触第二金属件1223以及功率地金属件1212接触第二金属件1222时，直流母线20与电容电路111形成充电回路，从而使得直流母线20给电容电路111充电；此后，当在位金属件1214接触第二金属件1224时，控制电路124控制电源装置110上电。具体而言，在热插过程中，预充电金属件1213和功率地金属件1212最先各自接触对应的第二金属件，由于直流母线20是有电能输出的(例如存在其他开关电源给直流母线20输送电能)，因此直流母线20可以先给电容电路111充电(即直流母线20给电容电路111供电)，由图可知充电回路为：直流母线20正极——第二金属件1223——预充电金属件1213——电容预充电路123——电容电路111——功率地金属件1212——第二金属件1222——直流母线20负极；接着，功率正金属件1211接触第二金属件1221，在此之后电容电路111与直流母线20的供电关系恢复正常，即电容电路111供电给直流母线20，由此可知，功率正金属件1211的长度分别小于功率地金属件1212的长度和预充电金属件1213的长度，可以确保电容电路111能够先进行充电；最后，在位金属件1214接触第二金属件1224，由于在位金属件1214的长度小于功率正金属件1211的长度，因此电源装置110与直流母线20之间已存在连接关系，并且此时电容电路111的电压接近直流母线20的电压，因此控制电路124可以控制电源装置110上电，如此可以避免拉弧的产生。另外可以理解，在电源装置110上电之后，开关电源10就能够持续给直流母线20供电。
此外，在第一连接件121拔出第二连接件122的过程中，当在位金属件1214脱离第二金属件1224时，控制电路124控制电源装置110下电。具体而言，在热拔过程中，在位金属件1214最先脱离第二金属件1224，由于在位金属件1214的长度小于功率正金属件1211的长度，因此此时电源装置110与直流母线20之间还是存在连接关系的，如此控制电路124可以控制电源装置110下电，同样也可以避免拉弧的产生。
在一实施例中，如图8所示，电容预充电路123包括二极管D和限流电阻Rc，其中，二极管D的正极连接预充电金属件1213、负极连接电容电路111；限流电阻Rc连接在电容电路111与预充电金属件1213之间。具体而言，二极管D可以防止预充电金属件1213和功率正金属件1211之间形成回路，而限流电阻Rc可以限制流经电容电路111的充电电流。
在一实施例中，如图9所示，控制电路124可以包括控制器1241和在位检测电路1242，其中，在位检测电路1242连接在在位金属件1214和控制器1241之间；控制器1241可以包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，且连接电源装置110的控制端。基于此，当在位金属件1214已接触第二金属件1224时，在位检测电路1242向控制器1241传输第一电信号，且当在位金属件1214脱离第二金属件1224时，在位检测电路1242向控制器1241传输第二电信号，以使控制器1241在检测到在位检测电路1242传输的电信号符合预设变化时控制电源装置110的上电或下电。具体而言，在热插过程中，在位金属件1214与第二金属件1224之间的关系由脱离到接触，则在位检测电路1242向控制器1241传输的电信号将会从第二电信号变成第一电信号，因此控制器1241在检测到在位检测电路1242传输的电信号符合此预设变化时，可以确定此时在位金属件1214已接触到了第二金属件1224，从而可以控制电源装置110上电；相反的，在热拔过程中，在位金属件1214与第二金属件1224之间的关系由接触到脱离，则在位检测电路1242向控制器1241传输的电信号将会从第一电信号变成第二电信号，因此控制器1241在检测到在位检测电路1242传输的电信号符合此预设变化时，可以确定此时在位金属件1214已脱离了第二金属件1224，从而可以控制电源装置110下电。
在一实施方式中，如图10所示，在位检测电路1242可以包括信号源电路VCC和信号处理电路1243，其中，信号源电路VCC可以包括但不限于控制器1241的电源输出电路，且其与信号处理电路1243连接，信号处理电路1243连接在在位金属件1214和控制器1241之间；此外，第二金属件1224与第二金属件1222连接。基于此，当在位金属件1214已接触第二金属件1224时，信号源电路VCC通过信号处理电路1243向控制器1241传输第一电信号；相反的，当在位金属件1214已脱离第二金属件1224时，信号源电路VCC通过信号处理电路1243向控制器1241传输第二电信号。
示例性的，如图11所示，信号处理电路1243可以包括第一电阻R1和第二电阻R2，其中，第一电阻R1的第一端连接在位金属件1214、第二端连接控制器1241，第二电阻R2连接在信号源电路VCC和第一电阻R2的第二端之间。如此，当在位金属件1214已接触第二金属件1224时，信号源电路VCC通过第二电阻R2输出两路电信号，一路输出到控制器1241，另一路通过第一电阻R1输出到地(其电路回路为VCC—R2—R1—1214—1224—1222—1212)，由此可知，信号源电路VCC向控制器1241输出的第一电信号由于被另一回路分压，因此第一电信号可以理解为低电平信号；而当在位金属件1214已脱离第二金属件1224时，信号源电路VCC通过第二电阻R2直接向控制器1241输出第二电信号，由于此时没有分压，因此第二电信号可以理解为高电平信号。
示例性的，如图12所示，信号处理电路1243可以包括第三电阻R3、第四电阻R4和开关管Q，其中，开关管Q可以包括三极管、MOS管等等，且开关管Q的控制端通过第三电阻R3连接在位金属件1214、第一开关端通过第四电阻R4连接信号源电路VCC、以及第二开关端接地。如此，当在位金属件1214已接触第二金属件1224时，由于开关管Q的控制端与功率地金属件1212之间存在连接关系(具体原理可参见前文论述)，因此开关管Q的控制端会有电流输入，即开关管Q处于导通状态，因此，信号源电路VCC通过第四电阻R4输出的电信号主要输入到地，即信号源电路VCC向控制器1241输出的第一电信号可以理解为低电平信号；而当在位金属件1214已脱离第二金属件1224时，由于开关管Q的控制端没有电流输入，即开关管Q处于断开状态，因此，信号源电路VCC通过第四电阻R4输出的电信号主要输入到控制器1241，即信号源电路VCC向控制器1241输出的第一电信号可以理解为高电平信号。
在一实施方式中，如图13所示，在位检测电路1242可以通过信号过滤电路1244连接控制器1241，其中，信号过滤电路1244可以包括滤波器，可以理解，通过信号过滤电路1244可以向控制器1244输出更为优质的电信号。
综上所述，图14是本申请实施例中连接器的一种示例性电路结构示意图，具体连接关系等请参见附图，此处不再赘述。在本示例中，在第一连接件121插入第二连接件122的过程中，预充电金属件1213和功率地金属件1212最先各自接触对应的第二金属件，直流母线20先给电容电路111充电，可以理解，电容电路111在充电之后可以给控制器供电；待在位金属件1214接触第二金属件1224，控制器检测到电信号符合预设变化(即高电平变成低电平)，从而控制电源装置110上电，可以理解，由于在位金属件1214的长度小于功率正金属件1211的长度，因此电源装置110与直流母线20之间已存在连接关系，并且此时电容电路111的电压接近直流母线20的电压，因此以避免拉弧的产生。而在第一连接件121拔出第二连接件122的过程中，在位金属件1214最先脱离第二金属件1224，控制器检测到电信号符合预设变化(即低电平变成高电平)，从而控制电源装置110下电，可以理解，由于在位金属件1214的长度小于功率正金属件1211的长度，因此此时电源装置110与直流母线20之间还是存在连接关系的，因此可以避免拉弧的产生。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种连接器，其特征在于，包括：
第一连接件，连接电源装置的输出端，所述电源装置在输出端设有电容电路；
第二连接件，能与所述第一连接件可拆卸连接，且连接通信电源系统的直流母线；
电容预充电路，设置在所述第一连接件上，且连接所述电容电路；以及
控制电路，设置在所述第一连接件上，且连接所述电源装置，用于控制所述电源装置的上电和下电；
在所述第一连接件插入所述第二连接件的过程中，所述直流母线先通过所述电容预充电路给所述电容电路充电，所述控制电路再控制所述电源装置上电；以及，在所述第一连接件拔出所述第二连接件的过程中，在所述电源装置与所述直流母线断开连接之前，所述控制电路先控制所述电源装置下电。
2.根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述控制电路连接所述电容电路，以使所述电容电路在充电之后为所述控制电路提供工作电源。
3.根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述第一连接件设有多个第一金属件，所述第二连接件设有对应各所述第一金属件的第二金属件；
所述多个第一金属件包括功率正金属件、功率地金属件、预充电金属件和在位金属件；所述在位金属件的长度小于所述功率正金属件的长度，所述功率正金属件的长度分别小于所述功率地金属件的长度和所述预充电金属件的长度；
所述功率正金属件连接所述电源装置的正输出端，所述功率地金属件连接所述电源装置的负输出端；
所述预充电金属件连接所述电容预充电路，以在所述第一连接件插入所述第二连接件的过程中，当所述预充电金属件接触对应的第二金属件以及所述功率地金属件接触对应的第二金属件时，所述直流母线与所述电容电路形成充电回路，从而使得所述直流母线给所述电容电路充电；
所述在位金属件连接所述控制电路，以在所述第一连接件插入所述第二连接件的过程中，当所述在位金属件接触对应的第二金属件时，所述控制电路控制所述电源装置上电，以及在所述第一连接件拔出所述第二连接件的过程中，当所述在位金属件脱离对应的第二金属件时，所述控制电路控制所述电源装置下电。
4.根据权利要求3所述的连接器，其特征在于，所述电容预充电路包括二极管和限流电阻；所述二极管的正极连接所述预充电金属件、负极连接所述电容电路；所述限流电阻连接在所述电容电路与所述预充电金属件之间。
5.根据权利要求3或4所述的连接器，其特征在于，所述控制电路包括控制器和在位检测电路，所述在位检测电路连接在所述在位金属件和所述控制器之间，所述控制器连接所述电源装置的控制端；
当所述在位金属件已接触对应的第二金属件时，所述在位检测电路向所述控制器传输第一电信号，且当所述在位金属件已脱离对应的第二金属件时，所述在位检测电路向所述控制器传输第二电信号，以使所述控制器在检测到所述在位检测电路传输的电信号符合预设变化时控制所述电源装置的上电或下电。
6.根据权利要求5所述的连接器，其特征在于，所述在位金属件对应的第二金属件连接所述功率地金属件对应的第二金属件；
所述在位检测电路包括信号源电路和信号处理电路，所述信号源电路与所述信号处理电路连接，所述信号处理电路连接在所述在位金属件和所述控制器之间；
当所述在位金属件已接触对应的第二金属件时，所述信号源电路通过所述信号处理电路向所述控制器传输第一电信号；当所述在位金属件已脱离对应的第二金属件时，所述信号源电路通过所述信号处理电路向所述控制器传输第二电信号。
7.根据权利要求6所述的连接器，其特征在于，所述信号处理电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的第一端连接所述在位金属件、第二端连接所述控制器；所述第二电阻连接在所述信号源电路和所述第一电阻的第二端之间；或者，
所述信号处理电路包括第三电阻、第四电阻和开关管；所述开关管的控制端通过所述第三电阻连接所述在位金属件、第一开关端通过所述第四电阻连接所述信号源电路、以及第二开关端接地。
8.根据权利要求5所述的连接器，其特征在于，所述在位检测电路通过信号过滤电路连接所述控制器。
9.一种开关电源，其特征在于，包括电源装置和如权利要求1-8任一项所述的连接器，所述电源装置的输出端与所述连接器连接。
10.一种通信电源系统，其特征在于，包括直流母线和如权利要求9所述的开关电源，所述直流母线与所述开关电源连接。
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