CN1459906A

CN1459906A - 一种新型分布式供电系统

Info

Publication number: CN1459906A
Application number: CN 02111776
Authority: CN
Inventors: 常海燕; 易小波; 许兆科; 王俊杰; 郑成土; 梅永洪; 王志骏; 王伟烈
Original assignee: Shanghai Science And Technology Co Ltd Shanghai Branch; Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Shanghai Science And Technology Co Ltd Shanghai Branch; Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-12-03

Abstract

本发明提供一种新型分布式供电系统，主要适用于通讯设备、系统需要配置若干块单板的情况，通过引入负载均衡的技术，将各单板上电源模块的输出，引入背板上的电源总线，而单板所需要的电源，则从背板上的电源总线引入，可以解决传统分布式供电系统对电源模块失效无法直接保护的问题，提高整个供电系统工作的可靠性。

Description

一种新型分布式供电系统

技术领域

本发明涉及一种用于诸如交换机、传输设备、路由器之类通信设备的电源系统，特别涉及一种新型分布式供电系统。

背景技术

目前的通信设备，根据其应用要求的特点，主要采用两种方式的供电系统：集中式供电系统和分布式供电系统。

集中式供电系统通常用于功耗较小的系统，其示意图可参考图1。从图1中可以看出，采用集中式供电系统可以实现电源板的热备份功能。在图1所示的现有技术实现方案中，通过大功率二极管来实现两个电源板相互之间的隔离，这是一种成熟而简单的技术。但是由于器件在一致性上的细微差异，主用电源板和备用电源板的输出存在一定的电压差，所以它们的输出功率是不相同的。

为了解决这个问题，目前有一种负载均衡的技术可以对传统集中式供电系统进行改进，其示意图如图2所示。在图2所示的供电系统中，如果主用电源板和备份电源板的输出功率不同，则可以由负载均衡电路将它们的输出功率调节得基本相同，从而使电源部分处于最佳的工作状态。实现负载均衡功能的芯片，主要有Linear公司LTC4350、TI公司的UC3902/3907等。

虽然集中式供电系统能够很好地实现电源板热备份的功能，但它对于那些功耗较大，需要配置多块单板的通信设备并不适用。因为从系统应用灵活性的角度出发，通信设备使用的单板数量是根据用户的需求而配置的，对于最简配置与满配置，系统所使用的单板数量可能差别很大。如果仍采用集中式供电系统，为了满足系统升级和扩容的需求，即使对于最简配置的系统，电源板也必须按照最大功耗情况进行配置，从而使得系统成本过高。另外，因为单板数量多，系统功耗很大，所以在一块电源板板上提供足够大的电源功率，就技术实现本身而言也存在一定的困难。

因此，对于需要配置多块单板的通信设备，一般采用图3所示的分布式供电系统。如图3所示，在分布式供电系统中，没有独立的电源板，而是在每块单板上都配置电源模块，每个电源模块为自身所在的单板提供电源。

分布式供电系统将集中供电的成本分散到每个单板上，从而根据用户的需求来配置相应的电源功率，很好地控制了电源部分的成本，与此同时，它在技术上实现起来也相对简单，因此在通信设备中得到了广泛应用。

但是，如果采用上述分布式电源系统，则电源系统本身无法实现热备份保护，单板上的电源模块失效，将直接导致单板的失效。对于这个问题，目前通信设备一般采用设备级别的保护或者网络级别的保护倒换，来解决对电源模块失效导致的单板失效问题。

对于设备级别的保护，通常是将故障单板的业务调度到备用的单板上完成，通过备用单板的工作，来完成故障单板的所有功能，从而保障整个设备的正常工作。设备级别的保护，需要设备内的多块单板互相配合才能实现，控制复杂，并且需要专门的备用单板，成本很高。

对于那些无法通过单板备份来实现保护的单板，也就不能采用设备级别的保护。对于这种情况，就需要在整个网络的范围内，相关设备按照预定的保护协议，共同完成业务的调度工作，将故障单板“隔离”出来，从而保障整个网络的正常工作，这就是网络级别的保护。这种保护方式，需要网络内的设备相互配合实现，设计和实现的成本都很高。

如前所述，目前在通信设备中广泛采用的分布式供电系统，当单板上的电源模块失效以后，需要启动设备级别或者网络级别的保护倒换，才能解决问题。这些保护倒换模式都是针对单板失效进行设计的，需要在软件控制下，通过一系列操作才能完成的复杂过程。显然，电源模块的失效时触发上述成本高昂、控制复杂的倒换过程，只是不得已而为之的解决方案。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种新型分布式供电系统，它在保留分布式供电系统优点的同时能将集中式供电系统可实现电源板热备份的优点引入其中从而妥善解决电源模块保护的问题。

按照本发明的用于通信设备的分布式供电系统，该通信设备包含多块需要供电的单板，该系统包含：

配置在每块所述单板上的电源模块；

与所述单板相连的电源总线，用于向所述单板供电；以及

连接在所述电源总线与每个所述电源模块之间的负载均衡模块，用于使各所述电源模块输出至所述电源总线的功率相等。

与现有技术的分布式供电系统相比，在本发明中，每块单板上的电源模块并不直接向单板供电，而是通过负载均衡模块与电源总线连接，再通过电源总线向单板供电。

由上可见，本发明的分布式供电系统仍然采用每块单板上配置一个独立电源模块的分布式供电系统结构，因而可以根据需要为单板配置相应的功率，从而保持了一般分布式供电系统配置灵活、成本低的优点。另一方面，在系统结构上，本发明的分布式供电系统与集中式供电系统一样，都具有独立于业务总线的电源总线并通过该电源总线向所有单板供电，因此即使单个电源模块失效也无需通过启动设备级别的保护倒换或者网络级别的保护倒换来排除故障，从而提高了供电系统的可靠性。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，可进一步理解本发明的各种特点、优点和目标，其中：

图1是普通集中式供电系统的示意图；

图2是带负载均衡电路的集中式供电系统示意图；

图3是普通分布式供电系统的示意图；

图4是按照本发明的新型分布式供电系统的示意图；以及

图5是按照本发明一个实施例的新型分布式供电系统的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明分布式供电系统的实施方式。

图4是按照本发明的新型分布式供电系统的示意图。如图4所示，通信设备包含N块单板，这些单板除了连入业务总线以外还连入背板上的电源总线以通过电源总线供电；每块单板上都配置一电源模块，每个电源模块经各自的均衡负载电路连入电源总线。在上述结构中，虽然与集中式供电系统一样具有独立于业务总线的电源总线，但是并没有独立的电源模块，而是与分布式供电系统一样在每块单板上都配置电源模块，只不过这些电源模块是经负载均衡电路与电源总线相连。因此从供电方式看，电源模块并不直接向其所驻单板输出功率，而是经电源总线向单板输出功率。连接在电源模块与背板上电源总线之间的负载均衡与普通集中式供电系统具有相同的功能，即，使电源模块输出至电源总线的功率相等。此外，由于采用集中式供电系统的电源总线结构，因此本发明的分布式供电系统还可提供电源模块热备份功能。

图5是按照本发明一个实施例的新型分布式供电系统的电路原理图，出于篇幅考虑，图中只画出N块单板中一块单板上的供电系统电路，实际上每块单板上供电系统的电路都是相同的，而且这些电路都通过下面将要描述的电源总线连接在一起。

如图5所示，整个电路基本上可划分为电源总线、电源保护电路、二次电源模块和负载均衡电路四大部分，以下分别描述。

位于背板上的电源总线包括-48V RTN、-48V、3.3V OUT、SB和STATUS线，它们都通过连接件(connector)与单板上的电路模块连接，其中，-48V、-48V RTN为通信设备的一次电源总线，由其向二次电源模块提供输入；3.3V OUT为单板工作电源总线，由其向单板提供输出功率；SB为输入/输出信号总线，所有电源模块的SB都被直接连接在一起以向负载均衡电路提供反馈电压信号；STATUS信号总线为状态指示信号总线，用于指示负载均衡电路工作是否正常。

由集成电路芯片LT4250L及其周围电阻、电容等元件组成电源保护电路，用于支持单板的带电热插拔(HOT-SWAP)功能，同时提供对一次电源(-48V)的监控和对二次电源模块(POWER SUPPLY 1)的保护功能，包括低压检测及处理、高压检测及处理、过流检测及处理和上电缓启动等。

POWER SUPPLY 1为通信设备上常用的二次电源模块，其管脚包括Vin⁺、Vin^-、OUT⁺、OUT^-、SENSE⁺、SENSE^-、TRIM(未画出)和ON/OFF，其中，一次电源总线-48V RTN和-48V经连接件和Vin⁺和Vin^-管脚连入二次电源模块后转换为单板工作电压(5V/3.3V等)，并经OUT⁺管脚、电阻R_sense、MOS管和连接件等向电源总线输出单板工作电压，此外，OUT⁺管脚的输出还被送入负载均衡电路；ON/OFF管脚可以控制电源模块的开启/关闭，它与前述电源保护电路协同配合以实现单板热插拔的功能；管脚TRIM和SENSE⁺等可用来对二次电源模块输出的单板工作电压进行微调整(调整范围为10％)，具体而言，可根据SENSE⁺管脚的电压幅值来调整二次电源模块输出电压的幅值，并利用TRIM管脚调高或调低二次电源模块的输出。在本实施例中，可通过TRIM管脚将电源模块的输出调节到低于正常幅值，也可不作调整以使电源模块输出正常幅值。

集成电路芯片LTC4350及其周围电阻、电容等元件构成负载均衡电路。其中，电阻R_sense用于检测电源模块提供的电流大小，如果电流偏大，则通过检测的电压，驱动LTC4350的SB管脚输出高电压幅值信号，使得其它电源模块能提高输出电压幅值，为系统提供更大的电流和输出功率，而本电源模块的输出电流和功率将降低，从而最终使各电源模块的输出功率达到一致。反之，如果电流偏小，则LTC4350芯片根据所有单板共用并连接到LTC4350的SB管脚上的反馈电压确定增大其管脚I_out的输出，而I_out与电源模块的SENSE⁺管脚相连，所以由此可提高本二次电源模块的输出电压和输出功率，而其它电源模块的输出功率降低，从而最终使各电源模块的输出功率达到一致。

负载均衡电路中还包含MOS管作为执行元件的保护电路，当LTC4350芯片通过OV、UV等管脚检测到二次电源模块处于过压、欠压或过流状态时，将在管脚GATE上产生相应的信号使MOS管关断，从而将本电源模块与系统电源总线隔离开来，以提供保护功能。

Claims

1.一种用于通信设备的分布式供电系统，该通信设备包含多块需要供电的单板，其特征在于，所述系统包含：

配置在每块所述单板上的电源模块；

与所述单板相连的电源总线，用于向所述单板供电；以及

连接在所述电源总线与每个所述电源模块之间的负载均衡电路，用于使各所述电源模块输出至所述电源总线的功率相等。

2.如权利要求1所述的分布式供电系统，其特征在于，所述负载均衡电路包含保护电路，用于当检测到所驻电源模块处于过压、欠压或过流状态时将该电源模块与电源总线隔离开来。