CN116368724A - 一种供电电源、供电设备及通信机柜 - Google Patents

一种供电电源、供电设备及通信机柜 Download PDF

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CN116368724A CN202180027941.2A CN202180027941A CN116368724A CN 116368724 A CN116368724 A CN 116368724A CN 202180027941 A CN202180027941 A CN 202180027941A CN 116368724 A CN116368724 A CN 116368724A
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Abstract

本申请公开了一种供电电源、供电设备及通信机柜，其中，供电电源包括：第一级DC/DC电路将供电电源的输入电压降压后输出给第二级DC/DC电路的输入端；第二级DC/DC电路将第二级DC/DC电路的输入端的直流电压降压稳压后提供给负载；控制器在第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制；在端口电压位于第三电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制；在端口电压位于第二电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用开环控制；端口电压为第一级DC/DC电路的输入电压或输出电压；能够提高供电电源的供电效率，提高电源的利用率。

Description

一种供电电源、供电设备及通信机柜 技术领域
本申请涉及设备供电技术领域，尤其涉及一种供电电源、供电设备及通信机柜。
背景技术
随着各个行业数据处理量的逐渐增大，对于供电电源的高功率密度的诉求越来越高，即希望供电电源在小型化时还具有较高的供电效率。例如以大容量光传送网(OTN，Optical Transport Network)为例，业务容量已经增长到100T。
目前，很多机房的供电电源采用48V直流供电为主，供电电源一般包括两级直流/直流电路，第一级直流/直流(DC/DC，Direct Current)电路的输入电压范围较宽，在36V-72V之间波动，其中48V为工作的额定电压；第一级直流/直流电路的输出电压一般为12V左右，例如在9V-15V之间波动。为了给负载提供精准的供电电压，供电电源还包括第二级直流/直流电路，即稳压降压模块，将9V-15V转换为更精准的电压为负载供电，例如1.2V和3.3V等。
目前，供电电源中第一级直流/直流电路采用全闭环控制，例如对输出电压进行采样，将采样的输出电压与基准电压进行比较，根据比较结果进行闭环反馈控制第一直流/直流电路，使输出电压向基准电压逼近。
但是，由于供电电源在大部分工作时间时输入电压在48V左右，而仅一小部分时间在48V以下或以上波动，因此，供电电源一直采用闭环反馈控制致使供电电源的供电效率较低，致使电源利用率下降。
发明内容
本申请提供了一种供电电源、供电设备及通信机柜，能够提高供电电源的供电效率，提高电源的利用率。
本申请实施例提供一种供电电源，包括：第一级DC/DC电路、第二级DC/DC电路和控制器；第一级DC/DC电路将供电电源的输入电压降压后输出给第二级DC/DC电路的输入端；第二级DC/DC电路将第二级DC/DC电路的输入端的直流电压降压稳压后提供给负载；控制器在第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制；在端口电压位于第三电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制；在端口电压位于第二电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用开环控制；端口电压为第一级DC/DC电路的输入电压或输出电压；第一电压范围的电压大于第二电压范围的电压，第二电压范围的电压大于第三电压范围的电压；第一电压范围包括端口电压的最大值，第三电压范围包括端口电压的最小值。
该供电电源对于对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环和开环相结合的控制方式，以采样第一级DC/DC电路的输入电压为例，具体地对于第一DCDC的输入电压在最大值附近和最小值附近均采用闭环控制，只有在第一级DC/DC电路的端口电压处于边界范围时，为了保证后一级电路的输入电压在安全的范围内，才对第一级DC/DC电路的端口电压的输出电压采取闭环控制。即对于第一级DC/DC电路的端口电压在两边界位于的范围时才有闭环控制，两边界位于的范围是指最大值和最小值各自位于的电压范围，端口电压不位于两 边界电压范围时可以采用开环控制。由于开环控制相对于闭环控制来说，电源的转换效率更高，电能的利用率更高。因为大部分工况输入电压都在第二电压范围，因此，大部分时间采用开环控制，可以提高电源的转换效率，提高利用率。因为开环控制与闭环控制相比，功耗小，控制简单。
一种可能的实现方式，供电电源中的闭环控制是指第一级DC/DC电路的端口电压在对应区间时，控制第一级DC/DC电路的输出电压在一个比较稳定的电压值，而不是控制输出电压在某一个电压范围内。控制器，具体用于在第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围时，根据端口电压控制第一级DC/DC电路中的开关管开关动作，使第一级DC/DC电路的输出电压为第一电压；控制器，具体用于在第一级DC/DC电路的端口电压位于第三电压范围时，根据端口电压控制第一级DC/DC电路中的开关管动作，使第一级DC/DC电路的输出电压为第二电压；第一电压大于第二电压。
一种可能的实现方式，第二电压范围包括第一级DC/DC电路的输入端的额定电压。由于第一级DC/DC电路大部分时间工作在额定电压，因此，进行开环控制即可。开环控制简单，开关管不必频繁动作来改变输出电压的大小，进而可以降低开关管在开关动作过程中带来的损耗，进而提高电源的转换效率，提高电能利用率。
一种可能的实现方式，第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围的电压区间可以无缝衔接，即两个相邻的电压区间之间不再包括其他电压区间；第一电压范围的最小值为第二电压范围的最大值，第二电压范围的最小值为第三电压范围的最大值。
一种可能的实现方式，第一电压范围和第二电压范围之间还可以包括其他电压区间，不限定包括的电压区间的数量，例如，第一电压范围和第二电压范围之间还包括至少一个第四电压范围；控制器，还用于在端口电压位于至少一个第四电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制或开环控制。
一种可能的实现方式，第二电压范围和第三电压范围之间还包括其他电压区间，不限定包括的电压区间的数量，例如，第二电压范围和第三电压范围之间还包括至少一个第五电压范围；控制器，还用于在端口电压位于至少一个第五电压范围时，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制或开环控制。
一种可能的实现方式，其中，端口电压可以为第一级DC/DC电路的输入电压，采集输入电压的优势是便于信号采集和后续信号处理。
一种可能的实现方式，控制器，具体用于根据第一级DC/DC电路的输入电压对第一级DC/DC电路的输出电压采用前馈闭环控制。即采集输入电压来判断输入电压所处于的电压区间，从而选择对于输出电压是采取开环控制还是闭环控制，这种控制方式属于前馈闭环控制方式。前馈闭环控制的优点是不必采集输出电压向输入端反馈，还需要进行信号隔离，本申请采取前馈闭环控制电路结构简单，易于实现。
一种可能的实现方式，第一级DC/DC电路采用隔离型DC/DC电路或非隔离型DC/DC电路。
一种可能的实现方式，为了实现输入电压与输出电压之间的隔离，避免信号干扰，第一级DC/DC电路采用隔离型DC/DC电路，隔离型DC/DC电路至少包括变压器，变压器可 以通过原边绕组和副边绕组实现干扰信号的隔离；供电电源还包括：电压采样电路；电压采样电路，用于采集变压器的原边绕组的电压，变压器的原边绕组的电压用于表征第一级DC/DC电路的输入电压。
一种可能的实现方式，第一级DC/DC电路采用隔离型DC/DC电路，隔离型DC/DC电路至少包括变压器；电压采样电路包括辅助绕组；供电电源还包括：电压采样电路；辅助绕组与变压器的原边绕组耦合，电压采样电路，用于采集辅助绕组的电压，辅助绕组的电压用于表征第一级DC/DC电路的输入电压。
一种可能的实现方式，供电电源还包括：电压采样电路；电压采样电路至少包括采样电阻或耦合电感，采样电阻或耦合电感连接第一级DC/DC电路的输入端；电压采样电路，用于采集采样电阻的电压或耦合电感的电压，采样电阻的电压或耦合电感的电压用于表征第一级DC/DC电路的输入电压。直接采集输入电压实现对输出电压的控制，由于不必采集输出电压，因为变压器的原边和副边对应不同的地，为了避免采集的输出电压对于控制器产生信号干扰，需要将采集的输出电压经过隔离光耦发送给控制器。而本申请实施例提供的方式，直接采集原边的输入电压不需要进行信号隔离，因此，可以减少隔离光耦等隔离器件，减少副边输出电压的反馈电路，降低电压采样电路的复杂度，进而降低电路成本。
一种可能的实现方式，第一级DC/DC电路包括隔离型LLC电路，隔离型LLC电路的电能转换效率较高，而且可以实现输入电压和输出电压之间的隔离；隔离型LLC电路的原边绕组和两个副边绕组的匝比为n:1:1。
本申请还提供一种供电设备，包括交流/直流AC/DC电路和以上介绍的供电电源；AC/DC电路的输入端用于连接交流电源，AC/DC电路的输出端连接直流母排，第一级DC/DC电路的输入端连接直流母排。
一种可能的实现方式，还包括：备电电池；备电电池连接直流母排；备电电池，用于在交流电源断电时，用于为直流母排提供直流电，进而可以保证在输入端的电源掉电时，不间断为负载供电。
一种可能的实现方式，供电设备包括至少两个AC/DC电路，至少两个AC/DC电路的输入端并联，至少两个AC/DC电路的输出端均连接母排。
本申请还提供一种通信机柜，包括：通信设备和以上介绍的供电设备；供电设备用于为通信设备中的负载供电。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供的供电电源，包括串联的两级DC/DC电路，根据第一级DC/DC电路的输入电压对第一级DC/DC电路的输出电压进行控制，当第一级DC/DC电路的端口电压处于不同的电压区间，采用不同的控制方式，即选择闭环控制还是开环控制，其中闭环控制可以精准控制输出电压，但是闭环控制相对于开环控制功耗较高，电能转换效率较低。对于第一级DC/DC电路的端口电压划分为至少三个区间：第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围；第一电压范围的电压大于第二电压范围的电压，第二电压范围的电压大于第三电压范围的电压；第一电压范围包括端口电压的最大值，第三电压范围包括端口电压的最小值。
本申请提供的技术方案，对于第一级DC/DC电路的输出电压采取闭环控制和开环控制相结合的方式，采用开环控制，可以提高电源的转换效率，提高电能利用率。只有在第一级DC/DC电路的端口电压处于边界范围时，为了保证后一级电路的输入电压在安全的范围内，才对第一级DC/DC电路的端口电压的输出电压采取闭环控制。即对于第一级DC/DC电路的端口电压在两边界位于的范围时才有闭环控制，两边界位于的范围是指最大值和最小值各自位于的电压范围，端口电压不位于两边界电压范围时可以采用开环控制。由于开环控制相对于闭环控制来说，电源的转换效率更高，电能的利用率更高。端口电压位于边界所属的电压范围时采用闭环控制，是为了满足第二级DC/DC电路的输入电压的安全范围，如果将第二级DC/DC电路输入电压的范围调大，则会降低稳压电路的性能和电源转换效率。如果第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围或第三电压范围采用开环控制时，则可能超出第二级DC/DC电路输入电压的范围，造成第二级DC/DC电路损坏或不能正常工作。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种供电电源的应用场景图；
图2为本申请实施例提供的一种供电电源的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电压区间示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种电压区间示意图；
图5为图4对应的一种具体电压范围的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种第一级DC/DC电路的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种第一级DC/DC电路的示意图；
图8为本申请实施例提供的又一种第一级DC/DC电路的示意图；
图9为本申请实施例提供的一种供电设备的示意图；
图10为本申请实施例提供的又一种供电设备的示意图；
图11为本申请实施例提供的一种通信机柜的示意图。
具体实施方式
以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。
供电电源
本申请实施例涉及一种供电电源，具体为一种直流-直流的降压供电电源，为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面结合附图介绍该供电电源的应用场景。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种供电电源的应用场景图。
本申请实施例提供的供电电源可以应用于数据中心、网络中心、服务器或基站等供电的场景，例如该供电电源应用于运营商接入/汇聚机房等以48V直流供电的产品。
直流母排连接多个供电单元，图1中以两个供电单元为例，即供电单元A和供电单元B的输出端均连接直流母排，直流母排上的电压为48V，即额定电压为48V，当供电单元输入端存在电压波动或者供电单元插拔时，会引起直流母排上的电压存在波动，例如波动的电压范围为36V-72V。其中每个供电单元包括防雷和合路，将输入端的电压传输至直流母排。其中供电单元不包括电源模块(PM，Power Module)，进入单板100后经过缓起、滤波、板载电源(BMP，Board Mounted Power)输出12V电压提供给后级供电。后级供电电路还包括进一步的稳压模块，例如，电压调节模组(VRM，Voltage Regulator Module)将12V转换为0.8V为供专门应用的集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)供电。后级供电电路还包括封装电源(PSiP)将12V转换为1.2V为其他负载供电，或转换为3.3V为光模块供电。以上仅是举例介绍，也可以转换为其他的电压为其他负载供电。
传统技术中单板100一般采用两级闭环方案进行电源变换，例如BMP以有源钳位正激(ACF，Active Clamp Forward)拓扑为例，采集输出电压处理后的信号经过隔离光耦送入ACF的控制器中，控制器输出驱动信号，通过驱动信号控制原边开关管和副边开关管的开关状态，从而使单板100的输入电压在36V～72V范围内恒定输出12V。
如果单板100采用闭环进行控制，则会造成电源的转换效率较低。
为了解决单板100供电时电源转换效率低的技术问题，本申请实施例提供一种供电电源，并不是在全部的输入电压范围内均采用闭环控制，而是仅在高电压和低电压两个边界采用闭环控制，第二电压范围采用开环控制，尤其是单板100工作的额定电压，例如48V附近实行开环控制，由于直流母排上的电压大部分时间都是额定电压，即48V，仅有一小部分时间会出现波动，不在48V附近，因此，相当于大部分时间都采用开环控制，开环控制相对于闭环控制来说，可以提高电源的转换效率，提高电能利用率。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种供电电源的示意图。
本申请实施例提供的供电电源包括：第一级DC/DC电路101、第二级DC/DC电路102和控制器103；
第一级DC/DC电路101的输入端连接直流母排，第一级DC/DC电路101的输出端连接第二级DC/DC电路102的输入端，第二级DC/DC电路102的输出端用于连接负载。
第一级DC/DC电路101，用于将供电电源的输入电压降压后输出给第二级DC/DC电路102；本申请实施例不限定第一级DC/DC电路101的输入电压的具体数值，例如可以为存在波动的36V-72V之间，第一级DC/DC电路101的作用是实现降压，在输入电压波动时，能够输出比较稳定的电压，本实施例也不具体限定第一级DC/DC电路101的输出电压的具体数值，例如可以在9V-14V之间波动。以上仅是介绍第一级DC/DC电路101的输入 电压和输出电压的范围，如果第一级DC/DC电路101的输入端连接的电路的输出电压稳定，例如对应的额定电压为48V，即第一级DC/DC电路101的输入电压大部分时间都在额定电压48V左右，而对应的第一级DC/DC电路101的输出电压为稳定的12V左右。只有一小部分时间第一级DC/DC电路101的输入电压才会存在波动。
本申请实施例不具体限定第一级DC/DC电路101的具体电路拓扑，例如可以采用隔离型DC/DC电路，也可以采用非隔离型DC/DC电路。例如第一级DC/DC电路101采用非隔离型DC/DC电路时，可以采用Buck电路等。第一级DC/DC电路101采用隔离型DC/DC电路时，可以为半桥电路或谐振型LLC电路等。而且本申请实施例不限定第一级DC/DC电路101包括的直流降压的级数，例如可以一级降压，也可以包括多级串联降压，例如非隔离型拓扑时，包括两个Buck电路串联，实现两级降压。
第二级DC/DC电路102，用于将第二级DC/DC电路102的输入端的直流电压降压稳压后提供给负载；第二级DC/DC电路102主要实现进一步降压和稳压，第二级DC/DC电路102可以输出精准的电压为负载供电，例如0.8V、1.2V和3.3V等。
控制器103，用于在第一级DC/DC电路101的端口电压位于第一电压范围是，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制；第一电压范围包括端口电压的最大值；在端口电压位于第三电压范围时，对第一级DC/DC电路101的输出电压采用闭环控制，第三电压范围包括端口电压的最小值；在端口电压位于第二电压范围时，对第一级DC/DC电路101的输出电压采用开环控制；端口电压为第一级DC/DC电路101的输入电压或输出电压；
第一电压范围的电压大于第二电压范围的电压，第二电压范围的电压大于第三电压范围的电压，。
本申请实施例提供的供电电源，对于第一级DC/DC电路的端口电压在两边界位于的范围时才有闭环控制，两边界位于的范围是指最大值和最小值各自位于的电压范围，端口电压不位于两边界电压范围时可以采用开环控制，例如端口电压位于第二电压范围时采用开环控制。由于开环控制相对于闭环控制来说，电源的转换效率更高，电能的利用率更高。端口电压位于边界所属的电压范围时采用闭环控制，是为了满足第二级DC/DC电路的输入电压的安全范围，如果将第二级DC/DC电路输入电压的范围调大，则会降低稳压电路的性能和电源转换效率。如果第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围或第三电压范围采用开环控制时，则可能超出第二级DC/DC电路输入电压的范围，造成第二级DC/DC电路损坏或不能正常工作。
为了使本领域技术人员更好地实施本申请实施例所提供的技术，下面以端口电压为第一级DC/DC电路的输入电压为例进行介绍，即端口电压可以采集第一级DC/DC电路的输入电压，根据输入电压所位于的电压范围来决定采用开环控制还是闭环控制。
另外，为了尽可能地提高电源的转换效率，第二电压范围可以包括第一级DC/DC电路的额定电压，例如额定电压48V位于第二电压范围内。由于第一级DC/DC电路大部分时间工作在额定电压，因此，控制器大部分时间对第一级DC/DC电路进行开环控制，可以降低第一级DC/DC电路产生损耗，提高电源的转换效率，提高电能利用率。
本申请实施例不限定第一电压范围、第二电压范围和第三电压范围是否无缝衔接，可 以无缝衔接，也可以两个相邻的电压范围之间还包括其他电压区间。下面介绍第一电压范围和中电压范围之间包括其他电压区间，中电压范围和第三电压范围之间也可以包括其他电压区间。例如，第一电压范围和第二电压范围之间还包括至少一个第四电压范围；控制器，还用于端口电压位于至少一个第四电压范围，对第一级DC/DC电路的输出电压可以采用闭环控制，也可以采用开环控制，本实施例不做具体限定。
另外，第二电压范围和第三电压范围之间也可以还包括至少一个第五电压范围；控制器还用于端口电压位于至少一个第五电压范围，对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制或开环控制。
下面结合附图以第一电压范围和第二电压范围还包括其他电压区间，并且，第二电压范围和第三电压范围还包括其他电压区间为例进行介绍。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种电压区间示意图。
其中Vin表示第一级DC/DC电路的输入电压，Vin_min表示Vin的最小值，Vin_max表示Vin的最大值，Vin1、Vin2、Vin3、Vin4、Vin5和Vin 6依次增大且均大于Vin_min小于Vin_max。Vo表示第一级DC/DC电路的输出电压，Vo_min表示Vo的最小值，Vo_max表示Vo的最大值。
其中，第一电压范围的区间为Vin 6-Vin_max，第三电压范围的区间为Vin_min-Vin1。第二电压范围的区间为Vin3-Vin 4。
另外，在第一电压范围和第二电压范围之间又包括以下两个电压区间：Vin4-Vin 5、Vin5-Vin 6。在第三电压范围和第二电压范围之间又包括以下两个电压区间：Vin1-Vin 2、Vin2-Vin 3。
控制器，对于第一级DC/DC电路的输入电压在Vin 6-Vin_max时、Vin_min-Vin1时、Vin4-Vin5时以及Vin2-Vin3时均对第一级DC/DC电路的输出电压采用闭环控制11。对于第一级DC/DC电路的输入电压在Vin 3-Vin4时、Vin 5-Vin6时以及Vin 1-Vin2时均对第一级DC/DC电路的输出电压采用开环控制22。
本申请实施例提供的供电电源，第一级DC/DC电路的输入电压在第二电压范围和第一电压范围之间的电压区间(Vin4-Vin 5、Vin5-Vin 6)可以对第一级DC/DC电路的输出电压采取开环控制，也可以采取闭环控制；同理，第一级DC/DC电路的输入电压在第三电压范围和第二电压范围之间的电压区间(Vin1-Vin 2、Vin2-Vin3)可以对第一级DC/DC电路的输出电压采取开环控制，也可以4，采取闭环控制。本申请实施例不做具体限定，以上仅是举例说明。
另外，图3中也仅是示意性说明，第三电压范围和第二电压范围之间包括两个电压区间，另外也可以包括一个电压区间，也可以包括更多电压区间。应该理解，第三电压范围和第二电压范围可以不包括其他电压区间，即第三电压范围和第二电压范围可以无缝衔接。同理，第二电压范围和第一电压范围之间包括两个电压区间，另外也可以包括一个电压区间，也可以包括更多电压区间，在此不再具体举例说明。
应该理解，第二电压范围和第一电压范围可以不包括其他电压区间，即第二电压范围和第一电压范围可以无缝衔接。电压区间越多，控制类型越多，则控制器的控制流程越复 杂，控制器的任务越重，影响控制器的性能。
应该理解，本申请实施例提供的供电电源中的闭环控制是指第一级DC/DC电路的端口电压在对应区间时，控制第一级DC/DC电路的输出电压在一个比较稳定的电压值，而不是控制输出电压在某一个电压范围内。而开环控制对于输出电压要求较低，不必对输出电压进行精准控制，而是允许输出电压在一个电压区间内波动。即控制器，具体用于第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围时，根据端口电压控制第一级DC/DC电路中的开关管动作，使第一级DC/DC电路的输出电压为第一电压；控制器，具体用于第一级DC/DC电路的端口电压位于第三电压范围时，根据端口电压控制第一级DC/DC电路中的开关管动作，使第一级DC/DC电路的输出电压为第二电压；第一电压大于第二电压。图3中，对于输入电压位于Vin6-Vin_max时对输出电压进行闭环控制，输出电压为Vo_max；对于输入电压位于Vin_min-Vin1时对输出电压进行闭环控制，输出电压为Vo_min。
下面以第二电压范围和第一电压范围之间不再包括其他电压区间，第三电压范围和第二电压范围之间不再包括其他电压区间为例介绍本实施例提供的技术方案。
参见图4，该图为本申请实施例提供的另一种电压区间示意图。
其中Vin表示第一级DC/DC电路的输入电压，Vin_min表示Vin的最小值，Vin_max表示Vin的最大值，Vin1和Vin2均大于Vin_min且小于Vin_max，Vin1小于Vin2。Vo表示第一级DC/DC电路的输出电压，Vo_min表示Vo的最小值，Vo_max表示Vo的最大值。
本实施例中以第一级DC/DC电路的输入电压包括三个电压区间，分别为：高电压区间Vin2-Vin_max，中间电压区间Vin1-Vin2和低电压区间Vin_min-Vin1。
第一电压范围Vin2-Vin_max和第二电压范围Vin1-Vin2无缝衔接，第二电压范围Vin1-Vin2和第三电压范围Vin_min-Vin1无缝衔接，第一电压范围的最小值Vin2为第二电压范围的最大值Vin2，第二电压范围的最小值Vin1为第三电压范围的最大值Vin1。
本申请实施例中第一级DC/DC电路的输入电压位于某一个电压范围是指大于该区间的最小值，小于等于该区间的最大值，即大于Vin2小于等于Vin_max；第二电压范围是指大于Vin1小于等于Vin2；第三电压范围是指大于Vin_min小于等于Vin1。
本实施例提供的供电电源，当第一级DC/DC电路的输入电压大于Vin_min小于等于Vin1时，控制器对第一级DC/DC电路的输出电压采取闭环控制11，控制第一级DC/DC电路的输出电压为Vo_min，同理，当第一级DC/DC电路的输入电压大于Vin2小于等于Vin_max时，控制器对第一级DC/DC电路的输出电压采取闭环控制11，控制第一级DC/DC电路的输出电压为Vo_max。当第一级DC/DC电路的输入电压大于Vin1小于等于Vin2时，控制器对第一级DC/DC电路的输出电压采取开环控制22，控制第一级DC/DC电路的输出电压为Vo_min-Vo_max。
图4中，第一电压为Vo_max，第二电压为Vo_min，对于输入电压位于Vin2-Vin_max时，控制输出电压为Vo_max；对于输入电压位于Vin_min-Vin1时，控制输出电压为Vo_min。
本实施例中，第一级DC/DC电路的输入电压的额定电压Vin_nom位于第二电压范围，即第一级DC/DC电路的输入电压大部分时间均处于额定电压，即位于第二电压范围，大部分时间采用开环控制，只有一小部分时间采用闭环控制，由于开环控制可以提高电源的转 换效率，提高电能利用率，因此，本申请实施例提供的供电电源可以提高效率。本申请实施例提供的供电电源在两个边界对应的电压范围采用闭环控制，可以保证第一级DC/DC电路的输出电压满足后级电路的输入电压范围的要求。
下面介绍图5介绍一种具体的实现方式，图5的控制原理与图4相同。
参见图5，该图为图4对应的一种具体电压范围的示意图。
例如，第一级DC/DC电路的输入电压的范围为36V-72V；其中，36V-45V为第三电压范围，采用闭环控制11，输出电压为9V；45V-70V为第二电压范围，采用开环控制22，输出电压为9V-14V；70-72V为第一电压范围，采用闭环控制11，输出电压为14V。例如第一级DC/DC电路的输入电压的额定电压48V位于第二电压范围，因此，采用开环控制。第一级DC/DC电路的输入电压大部分时间在第二电压范围内，因此，大部分时间采用开环控制可以提高电源的转换效率。
下面以第一级DC/DC电路采用隔离型DC/DC电路为例进行介绍，隔离型DC/DC电路至少包括变压器；供电电源还包括：电压采样电路；以电压采样电路采集DC/DC电路的输入电压为例进行介绍。
电压采样电路，用于采集变压器的原边绕组的电压来表征第一级DC/DC电路的输入电压。
本申请实施例不限定电压采样电路的具体实现形式，例如电压采样电路至少包括采样电阻或耦合电感，采样电阻或耦合电感连接第一级DC/DC电路的输入端；
电压采样电路采用采样电阻的电压或耦合电感的电压来表征第一级DC/DC电路的输入电压。
一种可能的实现方式，电压采样电路包括辅助绕组；辅助绕组与变压器的原边绕组耦合，电压采样电路采集辅助绕组的电压来表征第一级DC/DC电路的输入电压。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面以第一级DC/DC电路采用隔离型LLC电路为例进行介绍。
参见图6，该图为本申请实施例提供的一种第一级DC/DC电路的示意图。
本实施例提供的供电电源中的第一级DC/DC电路采用隔离型LLC电路，隔离型LLC电路的原边绕组和两个副边绕组的匝比为n:1:1。图6中，变压器的原边连接两个开关管：第一开关管Q1和第二开关管Q2，其中Q1为原边上开关管，Q2为原边下开关管，Cr为电容，Lr为变压器的漏感，Lm为变压器的激磁电感。Q1的第一端连接第一级DC/DC电路的正输入端，Q1的第二端连接Q2的第一端，Q2的第二端连接第一级DC/DC电路的负输入端。Q1的第二端通过依次串联的Cr、Lr和Lm连接Q2的第二端。变压器的副边连接两个开关管，第三开关管S1和第四开关管S2，即S1和S2为副边开关管。变压器的副边包括两个串联在一起的绕组。其中第一级DC/DC电路的输出端连接负载RL。
例如，结合图5举例的输入电压，n:1:1可以对应为5:1:1。例如，输入电压为45V时，5:1后输出为9V，当输入电压为70V时，5:1后输出为14V。其中，隔离型LLC电路为LLC谐振电路，即两个电感和电容形成LLC串联谐振。
图6中以电压采样电路104采集隔离型LLC电路的输入电压为例，将采集的电压发送 给控制器103，控制器103根据输入电压的大小控制Q1和Q2动作，进而实现对输出电压Vo的控制。即本实施例中采集输入电压Vin来判断Vin所处于的区间，从而选择开环控制还是闭环控制，这种控制方式属于前馈控制方式。
当电压采样电路104采集输入电压时，可以直接利用分压电阻来进行采样，将采样的隔离型LLC电路的输入电压发送给控制器103。
控制器103，具体用于当隔离型LLC电路的输入电压Vin位于第一电压范围时，根据输入电压控制隔离型LLC电路中的原边开关管动作(Q1和Q2)，使隔离型LLC电路的输出电压为第一电压；还用于隔离型LLC电路的输入电压位于第三电压范围时，根据输入电压控制隔离型LLC电路中的原边开关管(即Q1和Q2)动作，使隔离型LLC电路的输出电压为第二电压。
本申请实施例中，电压采样电路104直接设置在隔离型LLC电路的输入端，即变压器的原边，控制器103也设置在变压器的原边，控制器103可以由变压器的原边电路来进行供电，电压采样电路104可以将检测的电压直接发送给控制器103，不必经过光耦等隔离器件对采样电压进行信号隔离后再发送给控制器103。因此，本实施例提供的技术方案节省了隔离电路，可以降低硬件电路的复杂度，节省电路成本。本实施例将电压采样电路直接采集第一级DC/DC电路的输入电压Vin给控制器，控制器根据Vin的电压大小选择开环控制还是闭环控制，从而实现对Vo的控制，这种控制模式属于前馈控制模式，前馈控制相比较反馈控制的优势是电路简单。本申请实施例不限定副边开关管S1和S2的控制方式，例如控制器103可以通过隔离器件来控制S1和S2的开关状态。另外，S1和S2的开关状态也可以不受控于控制器103，而是采用自驱动的方式，例如将S1和S2的栅极连接高电平进行自驱动控制。
当电压采样电路104采集的第一级DC/DC电路的输入电压在36V-45V之间时，控制Q1和Q2，即闭环控制使Vo为9V。当电压采样电路104采集的第一级DC/DC电路的输入电压在70V-72V之间时，控制Q1和Q2，即闭环控制使Vo为14V。
当电压采样电路104采集的第一级DC/DC电路的输入电压在45V-70V之间时，采用开环控制模式，控制Vo在9V-14V之间波动。应该理解，无论开环控制还是闭环控制，控制器103均需要控制Q1和Q2的开关状态，但是开环控制和闭环控制时，控制器103对于Q1和Q2的控制逻辑有所区别。由于第一级DC/DC电路大部分时间工作在额定电压，因此，进行开环控制即可。相比以上介绍的前馈闭环控制，开环控制简单，开关管不必频繁动作来改变Vo的大小，进而可以降低开关管在开关动作过程中带来的损耗，进而提高电源的转换效率，提高电能利用率。
本实施例提供的供电电源，直接采集输入电压实现对输出电压的控制，由于不必采集输出电压，因为变压器的原边和副边对应不同的地，为了避免采集的输出电压对于控制器产生信号干扰，需要将采集的输出电压经过隔离光耦发送给控制器。而本申请实施例提供的方式，直接采集原边的输入电压不需要进行信号隔离，因此，可以减少隔离光耦等隔离器件，减少副边输出电压的反馈电路，降低电压采样电路的复杂度，进而降低电路成本。
图6所示的为电压采样电路104通过分压电阻或者耦合电感直接采集第一级DC/DC电 路的输入电压的实现方式，另外，也可以通过耦合绕组与变压器的原边绕组进行耦合，间接采集第一级DC/DC电路的输入电压，下面结合图7进行详细介绍。
参见图7，该图为本申请实施例提供的另一种第一级DC/DC电路的示意图。
本实施例提供的供电电源，其中，电压采样电路104包括辅助绕组Lf；
辅助绕组Lf与变压器的原边绕组Lm耦合，电压采样电路104采集辅助绕组Lf的电压来表征第一级DC/DC电路的输入电压Vin。
例如，辅助绕组Lf的电压为Va，变压器的原边绕组Lm与辅助绕组Lf的匝比已知，因此，控制器103可以根据Lm与辅助绕组Lf已知的匝比以及辅助绕组Lf的电压Va，获得第一级DC/DC电路的输入电压Vin。控制器103根据Vin控制开关管Q1和Q2的动作，进而控制Vo的大小，具体的控制方式与图6介绍的方案类似，在此不再赘述。图7与图6的区别仅是电压采集的方式不同。
参见图8，该图为本申请实施例提供的又一种第一级DC/DC电路的示意图。
图8与图7的区别是在辅助绕组Lf处增加了开关S3，不限定S3的具体实现形式，例如也可以为MOS管，辅助绕组Lf与开关S3串联。例如，需要通过辅助绕组Lf来间接检测输入电压Vin时，可以控制开关S3闭合，当不需要采集输入电压Vin时，可以控制开关S3断开，以免引入不必要的功耗。
下面结合附图介绍本申请实施例提供的供电电源应用于网络的接入层设备供电时的工作原理。
参见图9，该图为本申请实施例提供的一种供电电源的应用场景图。
例如，BUSBAR上的电压可以为48V，BUSBAR上的电压大小决定于前一级功率电路的输出，例如多个整流电路的输出端连接BUSBAR，第一整流电路AC/DC1的输出端连接BUSBAR，直至第n整流电路AC/DCn的输出端连接BUSBAR，其中，第一整流电路AC/DC1的输入端和第n整流电路AC/DCn的输入端均连接市电，例如交流220V。另外，为了实现通信设备的不间断供电，BUSBAR还可以连接电池，即当市电断电时，可以利用电池继续为通信设备供电，保证通信设备的正常运行。
多台通信设备可以均挂接在BUSBAR上，每台通信设备可以对应一个供电电源，如图9所示，第一供电电源100的输入端连接BUSBAR，第一供电电源100的输出端连接第一通信设备601，同理，第n供电电源200的输入端连接BUSBAR，第n供电电源200的输出端连接第n通信设备60n。
供电设备
基于以上实施例提供的一种供电电源，本申请实施例还提供一种供电设备，下面结合附图进行详细介绍。
参见图10，该图为本申请实施例提供的一种供电设备的示意图。
本实施例提供的供电设备，包括：整流AC/DC电路400、母排BUSBAR和以上任意一个实施例介绍的供电电源100。
AC/DC电路400的输入端用于连接交流电源，AC/DC电路400的输出端连接母排BUSBAR；本申请实施例不限定母排BUSBAR上电压的大小，图中仅是示意48V，实 际工作时可能存在波动，例如36V-72V之间波动，由于母排BUSBAR不直接为负载供电，因此，允许电压存在波动。
供电电源100的输入端连接母排BUSBAR，供电电源用于将母排BUSBAR的电压进行进一步降压，图中的DC/DC电路103为第一级降压电路，后级还可以包括第二级稳压电路。即本申请实施例中供电电源包括DC/DC电路103还包括负载Load，其中负载Load可以包括第二级稳压电路，即将12V电压降低为更低更准确的电压为用电设备供电，例如转换为3.3V、1.8V等。
本申请实施例提供的技术方案主要用于对于BUSBAR连接的供电电源的短路隔离，由于BUSBAR上连接多个供电电源，图10中仅示意出了一个供电电源100，实际工作时，存在多个供电电源共用BUSBAR，参见图9。
通信机柜
基于以上实施例提供的一种供电电源及供电设备，本申请实施例还提供一种通信机柜，下面结合附图进行详细介绍。本申请实施例不限定
参见图11，该图为本申请实施例提供的一种服务器机柜的示意图。
本申请实施例提供的一种通信机柜1000，包括：通信设备和以上任意一个实施例提供的供电设备500。供电设备500用于为通信中的负载进行供电。负载可以包括光模块和ASIC，还可以包括其他负载。
该通信机柜1000可以为通信网络的接入层设备，例如室外接入设备或汇聚传输设备等，例如在无线通信领域或者光通信领域。对于室外接入设备，例如包括OTN，负载可以包括路由器。
通信机柜1000中包括通信设备和供电设备500，即通信机柜1000可以作为一个整体，直接连接市电，例如AC220V。供电设备500中的AC/DC电路先将220V的交流转换为直流，然后利用供电电源中的DC/DC电路进行第一级的直流-直流的电压转换，例如将48V转换为12V提供给负载，通信设备内部可以再将12V转换为通信设备内部需要的电压，例如3.3V和1.2V等。
其中，供电设备500的内部具体结构可以参见图1，在此不再赘述。
由于本申请实施例提供的通信机柜中包括通信设备500，而通信设备500可以提高电源转换效率，提高电能利用率，因此，该通信机柜可以节省电能，尤其在供电偏远地区尤其效果比较明显。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。
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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

  1. 一种供电电源，其特征在于，包括：第一级DC/DC电路、第二级DC/DC电路和控制器；
    所述第一级DC/DC电路，用于将所述供电电源的输入电压降压后输出给所述第二级DC/DC电路的输入端；
    所述第二级DC/DC电路，用于将所述第二级DC/DC电路的输入端的直流电压降压稳压后提供给负载；
    所述控制器，用于在所述第一级DC/DC电路的端口电压位于第一电压范围时，对所述第一级DC/DC电路的输出电压闭环控制；在所述端口电压位于第三电压范围时，对所述第一级DC/DC电路的输出电压闭环控制；在所述端口电压位于第二电压范围时，对所述第一级DC/DC电路的输出电压开环控制；所述端口电压为所述第一级DC/DC电路的输入电压或输出电压；
    所述第一电压范围的电压大于第二电压范围的电压，所述第二电压范围的电压大于所述第三电压范围的电压；所述第一电压范围包括所述端口电压的最大值，所述第三电压范围包括所述端口电压的最小值。
  2. 根据权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述第一级DC/DC电路的端口电压位于所述第一电压范围时，根据所述端口电压控制所述第一级DC/DC电路中的开关管进行开关动作，使所述第一级DC/DC电路的输出电压为第一电压；所述控制器，具体用于在所述第一级DC/DC电路的端口电压位于所述第三电压范围时，根据所述端口电压控制所述第一级DC/DC电路中的开关管动作，使所述第一级DC/DC电路的输出电压为第二电压；所述第一电压大于所述第二电压。
  3. 根据权利要求2所述的供电电源，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述第一级DC/DC电路的端口电压位于所述第二电压范围时，根据所述端口电压控制所述第一级DC/DC电路中的开关管进行开关动作，使所述第一级DC/DC电路的输出电压大于所述第二电压小于所述第一电压。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的供电电源，其特征在于，所述第二电压范围包括所述第一级DC/DC电路的输入端的额定电压。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的供电电源，其特征在于，所述第一电压范围和所述第二电压范围之间还包括至少一个第四电压范围；
    所述控制器，还用于在所述端口电压位于所述至少一个第四电压范围时，对所述第一级DC/DC电路的输出电压闭环控制或开环控制。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的供电电源，其特征在于，所述第二电压范围和所述第三电压范围之间还包括至少一个第五电压范围；
    所述控制器，还用于在所述端口电压位于所述至少一个第五电压范围时，对所述第一级DC/DC电路的输出电压闭环控制或开环控制。
  7. 根据权利要求1-6任一项所述的供电电源，其特征在于，所述端口电压为所述第一级DC/DC电路的输入电压。
  8. 根据权利要求1-7任一项所述的供电电源，其特征在于，所述控制器，具体用于根据所述第一级DC/DC电路的输入电压对所述第一级DC/DC电路的输出电压前馈闭环控制。
  9. 根据权利要求1-8任一项所述的供电电源，其特征在于，所述第一级DC/DC电路为隔离型DC/DC电路或非隔离型DC/DC电路。
  10. 根据权利要求9所述的供电电源，其特征在于，所述第一级DC/DC电路为隔离型DC/DC电路，所述隔离型DC/DC电路至少包括变压器；所述供电电源还包括：电压采样电路；
    所述电压采样电路，用于采集所述变压器的原边绕组的电压，所述变压器的原边绕组的电压用于表征所述第一级DC/DC电路的输入电压。
  11. 根据权利要求9所述的供电电源，其特征在于，所述第一级DC/DC电路为隔离型DC/DC电路，所述隔离型DC/DC电路至少包括变压器；所述供电电源还包括：电压采样电路；所述电压采样电路包括辅助绕组；
    所述辅助绕组与所述变压器的原边绕组耦合，所述电压采样电路，用于采集所述辅助绕组的电压，所述辅助绕组的电压用于表征所述第一级DC/DC电路的输入电压。
  12. 根据权利要求7或8所述的供电电源，其特征在于，所述供电电源还包括：电压采样电路；
    所述电压采样电路至少包括采样电阻或耦合电感，所述采样电阻或所述耦合电感连接所述第一级DC/DC电路的输入端；
    所述电压采样电路，用于采集所述采样电阻的电压或所述耦合电感的电压，所述采样电阻的电压或所述耦合电感的电压用于表征所述第一级DC/DC电路的输入电压。
  13. 根据权利要求10-12任一项所述的供电电源，其特征在于，所述第一级DC/DC电路包括隔离型LLC电路，所述隔离型LLC电路的原边绕组和两个副边绕组的匝比为n:1:1。
  14. 一种供电设备，其特征在于，包括交流/直流AC/DC电路和权利要求1-13任一项所述的供电电源；
    所述AC/DC电路的输入端用于连接交流电源，所述AC/DC电路的输出端连接直流母排，所述第一级DC/DC电路的输入端连接所述直流母排。
  15. 根据权利要求14所述的供电设备，其特征在于，还包括：备电电池；
    所述备电电池连接所述直流母排；
    所述备电电池，用于在所述交流电源断电时，用于为所述直流母排提供直流电。
  16. 根据权利要求14或15所述的供电设备，其特征在于，所述供电设备包括至少两个所述AC/DC电路，至少两个所述AC/DC电路的输入端并联，至少两个所述AC/DC电路的输出端均连接所述母排。
  17. 一种通信机柜，其特征在于，包括：通信设备和权利要求14-16任一项所述的供电设备；
    所述供电设备用于为所述通信设备中的负载供电。
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