CN115765394A - 支持多模式配置的电源系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种支持多模式配置的电源系统及其控制方法，电源系统包括多个并联的电压转换模块，每个电压转换模块对应连接有处理器模块，所有的电压转换模块之间通过均流信号线连接实现均流控制，电压转换模块用于将交流输入或直流输入转换为直流电压输出；还包括配置输入模块和与处理器模块连接的均流信号开关，均流信号开关用于控制对应的电压转换模块与均流信号线的均流信号的通断，配置输入模块用于向每个处理器模块发送所有电压转换模块的输入模式；处理器模块还用于根据接收到的对应的电压转换模块的输入模式以控制其对应的电压转换模块输出直流电压，以及根据接收到的所有电压转换模块的输入模式以控制其对应的均流信号开关的开启或关闭。

Description

支持多模式配置的电源系统及其控制方法

技术领域

本申请属于电源相关技术领域，涉及一种支持多模式配置的的电源系统及其控制方法。

背景技术

电源作为电源系统中最重要的组成部分之一，在电源系统中发挥着非常重要的作用，通常情况下，系统只需要支持交流AC220V一种电源输入，这时一个电源实现AC220V到低压直流的转换就能满足需求。

在工业、车载、船舶等特殊应用场景下，电子系统需要支持多种电源输入，例如有交流AC220V，直流DC220，直流DC48V及直流DC24V等，这里面的直流供电很多是通过电池，所以设计时要求多电源同时输入时具有交流供电优先的能力，也就是AC220V和DC同时接入供电时，电源系统使用AC220V，而当AC220V掉电后，自动使用DC供电。

此外，这种多电源配置时也有可能是多个同类型的交流或者直流电源并联使用，以提供更高的输出功率，这需要电源输出具有并联均流能力。

如果某船用通信系统，需要支持AC220V和DC220V不同组合下的供电，也就是AC+DC，AC+AC，DC+DC这三种情况，通常需要设计4款电源：AC支持/不支持均流，DC支持/不支持均流，根据具体组合情况选择电源是否支持均流，需要禁止AC+DC情况下使用支持均流的电源，这不仅增加了设计复杂度，也很容易在使用中犯错，非常的复杂。

发明内容

本申请的目的在于，提出了一种支持多模式配置的电源系统，采用并联的多种电压转换模块的进行配置，能够降低电源系统的设计复杂度，提高易用性，每个电压转换模块既支持AC交流输入，也支持DC直流输入。

本申请技术方案是一种支持多模式配置的电源系统，其特征在于，包括多个并联的电压转换模块，每个电压转换模块对应连接有处理器模块，所有的电压转换模块之间通过均流信号线连接实现均流控制，电压转换模块用于将交流输入或直流输入转换为直流电压输出；

还包括配置输入模块和与每个处理器模块对应连接的均流信号开关；均流信号开关用于控制对应的电压转换模块与均流信号线的均流信号的通断，配置输入模块用于向每个处理器模块发送所有电压转换模块的输入模式，其中输入模式包含交流模式和直流模式；

处理器模块还用于根据接收到的对应的电压转换模块的输入模式以控制其对应的电压转换模块输出直流电压，以及根据接收到的所有电压转换模块的输入模式以控制其对应的均流信号开关的开启或关闭。

本技术方案的有益技术效果在于，通过在交流与直流输入时输出不同的直流电压，在多电压转换模块的电源系统配置时，可优先选择输出的直流电压高的电压转换模块进行供电，只需配置输入模式就可实现多电压转换模块的通插通用，从而极大程度方便电源系统的研发测试，降低系统运维成本，提升产品质量，提高设计效率。

在该技术方案的一个实施方式中，当接收到的对应的电压转换模块的输入模式为交流模式时，处理器模块控制对应的电压转换模块输出第一直流电压值；

当接收到的对应的电压转换模块的输入模式为直流模式时，处理器模块控制对应的电压转换模块输出第二直流电压值，其中，第一直流电压值大于第二直流电压值，以实现交流优先供电。

如此，各个电压转换模块既支持AC交流输入，也支持DC直流输入，通过电压转换模块的输入模式配置，可控制各电压转换模块的输出直流电压，例如在AC交流输入时即交流模式，输出的第一直流电压值高于DC直流输入即直流模式时输出的第二直流电压值，电源系统会优先采用输出直流电压值高的电压转换模块进行供电，实现交流优先供电特性。反之亦然。

同时在电压转换模块之间设有输入模式的控制信号以及均流信号，控制电压转换模块仅在输入模式均相同时才支持均流，开启均流信号开关实现均流信号的传输，而在AC交流输入和DC直流输入搭配下不支持均流，只支持交流供电优先。

在该技术方案的一个实施方式中，当接收到的所有电压转换模块的输入模式均相同时，处理器模块以控制对应的均流信号开关的进行开启，否则关闭。

如此，在所有电压转换模块的输入模式相同时，例如均为交流模式或均为直流模式时，开启均流信号开关，使并联的所有的电压转换模块之间实现均流控制。

在该技术方案的一个实施方式中，电压转换模块包括EMI滤波单元、功率因数校正单元、DC/DC变换器单元和滤波冗余单元；

EMI滤波单元接入交流输入或直流输入，经EMI滤波单元处理后给功率因数校正单元，功率因数校正单元转换后输出直流母线电压给DC/DC变换器单元，经DC/DC变换器单元转换后输出给滤波冗余单元，经冗余及滤波处理后稳定输出直流电压。

在该技术方案的一个实施方式中，处理器模块包括辅助电路和微处理器，辅助电路的输入端接于功率因数校正单元的输出端，其输出端与微处理器相连接，辅助电路用于为微处理器进行供电。

在该技术方案的一个实施方式中，还包括控制面板，控制面板设有配置输入模块，配置输入模块包括与每个电压转换模块一一对应的配置开关，配置开关用于配置输入对应电压转换模块的输入模式，且将对应电压转换模块的输入模式发送给每个处理器模块。

在该技术方案的一个实施方式中，各个电压转换模块之间通过均流信号线连接，均流信号线包括用于均流控制的均流PC总线、用于输出补偿S+的控制信号线和用于输出补偿S-的控制信号线。

本申请的另一技术方案是提供如上所述的电源系统的控制方法，包括如下步骤：

接收所有电压转换模块的输入模式，其中输入模式包括交流模式和直流模式；

根据接收到每个电压转换模块的输入模式，控制对应的各个电压转换模块输出的直流电压；

根据接收到的所有电压转换模块的输入模式，控制各个电压转换模块对应的均流信号开关的开启或关闭。

在该技术方案的一个实施方式中，当接收到电压转换模块的输入模式为交流模式时，控制该电压转换模块输出第一直流电压值；

当输入模式为直流模式时，控制该电压转换模块输出第二直流电压值，其中第一直流电压值大于第二直流电压值，以实现交流优先供电。

在该技术方案的一个实施方式中，当接收到的所有电压转换模块的输入模式均相同时，以控制所有的均流信号开关的进行开启，否则关闭。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请一实施例中的电源的原理框图。

图2是本申请一实施例中的电源系统的两个电源的模式状态与均流信号的关系图。

具体实施方式

下面将结合本申请一些实施例中的附图，对本申请一些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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图详细描述本申请实施例的技术方案。

本实施例是提供一种支持多模式配置的电源系统，包括多个并联的电压转换模块，每个电压转换模块对应连接有处理器模块，所有的电压转换模块之间通过均流信号线连接实现均流控制，电压转换模块用于将交流输入或直流输入转换为直流电压输出；

还包括配置输入模块和与每个处理器模块对应连接的均流信号开关；均流信号开关用于控制对应的电压转换模块与均流信号线的均流信号的通断，配置输入模块用于向每个处理器模块发送所有电压转换模块的输入模式，其中输入模式包含交流模式和直流模式；

处理器模块还用于根据接收到的对应的电压转换模块的输入模式以控制其对应的电压转换模块输出直流电压，以及根据接收到的所有电压转换模块的输入模式以控制其对应的均流信号开关的开启或关闭。

可以理解地是，每个电压转换模块均可以交流输入或直流输入，电压转换模块的输出端合并作为电源系统的输出，根据电压转换模块的输入对其进行配置输入模式，如交流输入时则配置为交流模式，而直接输入时配置为直流模式，处理器模块根据电压转换模块的输入模式控制输出的直流电压。

示例性地，在多个电压转换模块并联时，希望使用交流输入的电压转换模块进行供电，交流输入的电压转换模块掉电后，能够自动转换为直流输入的电压转换模块，对此，当接收到的对应的电压转换模块的输入模式为交流模式时，处理器模块控制对应的电压转换模块输出第一直流电压值；当接收到的对应的电压转换模块的输入模式为直流模式时，处理器模块控制对应的电压转换模块输出第二直流电压值，其中，第一直流电压值大于第二直流电压值，以实现交流优先供电。

如此，交流模式下输出的直流电压较高，多个并联的电压转换模块中，会优先使用交流模式的电压转换模块，以达到交流优先供电功能。

在并联的多个电压转换模块的输入模式不相同时，是不能进行并联均流的，只有在当接收到的所有电压转换模块的输入模式均相同时，处理器模块以控制对应的均流信号开关的进行开启，否则默认情况下，均流信号开关都是处于关闭状态。

每个电压转换模块包括EMI滤波单元、功率因数校正单元、DC/DC变换器单元和滤波冗余单元；EMI滤波单元接入交流输入或直流输入，经EMI滤波单元处理后给功率因数校正单元，功率因数校正单元转换后输出直流母线电压给DC/DC变换器单元，经DC/DC变换器单元转换后输出给滤波冗余单元，经冗余及滤波处理后稳定输出直流电压。

处理器模块包括辅助电路和微处理器，辅助电路的输入端接于功率因数校正单元的输出端，其输出端与微处理器相连接，辅助电路用于为微处理器进行供电。

电源系统还包括控制面板，控制面板设有配置输入模块，配置输入模块包括与每个电压转换模块一一对应的配置开关，配置开关用于配置输入对应电压转换模块的输入模式，且将对应电压转换模块的输入模式发送给每个处理器模块。

可以理解地，每个电压转换模块一一对应连接有一个配置开关，当电压转换模块连接交流输入时，配置开关设置为交流模式，配置开关将配置的控制信号发送给处理器模块，处理器模块控制电压转换模块输出一个较高的直流电压，而在直流模式下，则输出一个较低的直流电压。每个配置开关还会将自身配置的输入模式发送给所有的处理器模块，处理器模块在判定所有电压转换模块的输入模式后，判断是否控制均流信号开关打开。

为了实现均流，各个电压转换模块之间通过均流信号线连接，均流信号线包括用于均流控制的均流PC总线、用于输出补偿S+的控制信号线和用于输出补偿S-的控制信号线。

需要说明地是，本实施例中每个电压转换模块分别对应一个处理器模块、均流信号开关和配置开关，也可以是，将每个电压转换模块对应的处理器模块集成为一个处理器模块，同时控制多个电压转换模块，以及均流信号开关和配置开关均可集成为一个模块中。

以下并联的两个电源进行配置为例，对本实施例的电源系统的技术方案进行示例的说明。

假设电源系统需要支持AC220V交流输入与DC220V直流输入，每个电源均可以接入一种输入电压，如AC220V交流输入电压或DC220V直流输入电压，如此，两个电源就共有3种电源搭配情况：AC交流输入+DC直流输入，AC交流输入+AC交流输入，DC直流输入+DC直流输入。

电源系统要求AC交流输入+DC直流输入的搭配情况时，能够支持AC交流输入的电源供电优先，关闭均流。而在AC交流输入+AC交流输入和DC直流输入+DC直流输入时，能够同时供电并且开启均流。要求在1个电源系统中实现，以下说明其设计方法与工作过程。

如图1中所示，提供一个电源，既能够支持AC220V交流输入，也支持DC220V直流输入。该电源在AC220V交流输入下的输出直流电压设置为直流DC52V，高于在DC220V直流输入下的输出直流电压-直流DC50V，如此可以实现交流优先供电特性，当交流不在时，自动切换到直流供电。

每个电源包括电压转换模块，电压转换模块包括EMI滤波单元、功率因数校正单元、DC/DC变换器单元和滤波冗余单元；输入电压经EMI滤波单元后给功率因数校正单元(PFC，Power Factor Correction缩写，功率因数校正)供电，通过将交流整流后的电压或者直流输入电压转换成稳定的390V直流母线电压给后端高压DC/DC变换器单元供电，输出稳定的直流电压，再经滤波冗余单元进行滤波以及冗余处理后输出稳定的52V或者50V的直流电压。

每个电源还包括与电压转换模块对应一个处理器模块、一个均流信号开关和一个配置开关，处理器模块包括辅助电路和微处理器MCU，微处理器MCU控制控制内部风扇的工作，微处理器还可通过MCU控制电路，实现IPMI通信(Intelligent Platform ManagementInterface的缩写，智能型平台管理接口)、交直流模式检测、内部风扇控制及面板指示灯显示以及整机电源风扇控制等功能。

电压转换模块的输入模式配置通过一控制面板上的配置开关实现。电压转换模块的输入模式配置为交流模式时，电压转换模块对应的输出直流电压为52V，配置为直流模式时，电压转换模块对应的输出直流电压为50V。

需要说明地是，EMI滤波单元，功率因数校正单元、DC/DC变换器单元和滤波冗余单元均是本领域的常规技术手段，可以选择采用现有技术中能够实现其它功能的电路，对本领域技术人员而言是可实现的，其具体电路结构在此不再说明。

如图2中所示，两个电源并联使用时，在电源之间设计了5个信号线。其中2个信号线用于传递输入模式配置状态到对端的电源。另3个信号线用于均流控制，分别是均流PC总线，输出补偿S+信号线和输出补偿S-信号线。

电压转换模块的输入模式配置状态以及和它并联的电压转换模块的输入模式状态，送到电源的微处理器MCU，经微处理器MCU处理后，根据两电源的电压转换模块的输入模式是否一样，判断是否应该使能均流功能，并输出相应的控制信号控制3个均流信号的通断。

3个均流信号线需同时接通同时断开，由微处理器MCU输出的控制信号统一控制均流信号开关来实现。当需要均流功能时，两个电源的均流信号线互联并互相传送均流信号，当不需要均流功能时，两个电源的均流信号完全断开，均流信号开关默认为断开，也就是默认不支持均流。两个电源仅在输入模式同为交流模式或者同为直流模式时，才使能均流。

电源系统设计过程中，其工作过程为：

第一步：根据需求配置电源的输入模式为交流模式或者直流模式，然后接入电源的输入。

第二步：电源的微处理器MCU识别到输入模式后，如果是交流模式，则配置电压转换模块输出52V的直流电压，如果是直流模式，则配置输出50V的直流电压。

第三步：电源的内微处理器MCU同时根据识别到的两个电源的输入模式，判断当前两个电源的输入模式是否一样，如果一样，则控制打开均流信号开关，使两个电源能够进行均流功能；否则，不动作。

第四步：电源根据输入模式的设置以及微处理器MCU的控制，进入正常工作状态。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种支持多模式配置的电源系统，其特征在于，包括多个并联的电压转换模块，每个电压转换模块对应连接有处理器模块，所有的电压转换模块之间通过均流信号线连接实现均流控制，电压转换模块用于将交流输入或直流输入转换为直流电压输出；

还包括配置输入模块和与每个处理器模块对应连接的均流信号开关；均流信号开关用于控制对应的电压转换模块与均流信号线的均流信号的通断，配置输入模块用于向每个处理器模块发送所有电压转换模块的输入模式，其中输入模式包含交流模式和直流模式；

处理器模块还用于根据接收到的对应的电压转换模块的输入模式以控制其对应的电压转换模块输出直流电压，以及根据接收到的所有电压转换模块的输入模式以控制其对应的均流信号开关的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的支持多模式配置的电源系统，其特征在于，当接收到的对应的电压转换模块的输入模式为交流模式时，处理器模块控制对应的电压转换模块输出第一直流电压值；

当接收到的对应的电压转换模块的输入模式为直流模式时，处理器模块控制对应的电压转换模块输出第二直流电压值，其中，第一直流电压值大于第二直流电压值，以实现交流优先供电。

3.根据权利要求1所述的支持多模式配置的电源系统，其特征在于，当接收到的所有电压转换模块的输入模式均相同时，处理器模块以控制对应的均流信号开关的进行开启，否则关闭。

4.根据权利要求1所述的支持多模式配置的电源系统，其特征在于，电压转换模块包括EMI滤波单元、功率因数校正单元、DC/DC变换器单元和滤波冗余单元；

EMI滤波单元接入交流输入或直流输入，经EMI滤波单元处理后给功率因数校正单元，功率因数校正单元转换后输出直流母线电压给DC/DC变换器单元，经DC/DC变换器单元转换后输出给滤波冗余单元，经冗余及滤波处理后稳定输出直流电压。

5.根据权利要求4所述的支持多模式配置的电源系统，其特征在于，处理器模块包括辅助电路和微处理器，辅助电路的输入端接于功率因数校正单元的输出端，其输出端与微处理器相连接，辅助电路用于为微处理器进行供电。

6.根据权利要求1所述的支持多模式配置的电源系统，其特征在于，还包括控制面板，控制面板设有配置输入模块，配置输入模块包括与每个电压转换模块一一对应的配置开关，配置开关用于配置输入对应电压转换模块的输入模式，且将对应电压转换模块的输入模式发送给每个处理器模块。

7.根据权利要求1所述的支持多模式配置的电源系统，其特征在于，各个电压转换模块之间通过均流信号线连接，均流信号线包括用于均流控制的均流PC总线、用于输出补偿S+的控制信号线和用于输出补偿S-的控制信号线。

8.如权利要求1-7任一项所述的电源系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

接收所有电压转换模块的输入模式，其中输入模式包括交流模式和直流模式；

根据接收到每个电压转换模块的输入模式，控制对应的各个电压转换模块输出的直流电压；

根据接收到的所有电压转换模块的输入模式，控制各个电压转换模块对应的均流信号开关的开启或关闭。

9.根据权利要求8所述的电源系统的控制方法，其特征在于，当接收到电压转换模块的输入模式为交流模式时，控制该电压转换模块输出第一直流电压值；

当输入模式为直流模式时，控制该电压转换模块输出第二直流电压值，其中第一直流电压值大于第二直流电压值，以实现交流优先供电。

10.根根据权利要求8所述的电源系统的控制方法，其特征在于，当接收到的所有电压转换模块的输入模式均相同时，以控制所有的均流信号开关的进行开启，否则关闭。

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