CN1604425A - 备用电源的切换方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种备用电源的切换方法和装置，该方法是在电源保护中，由监测电路监测主电源电压变化，一旦出现电压异常告警而切换备用电源期间，对备用电源逐步增大负载，直至其满载运行；具体措施是由监测电路触发可编程逻辑器件产生一脉冲串，在切换时间内连续开闭备用电源的输出电路，逐步增大其负载，以避免因电源突然切换承受较大负载，出现自适应时间长、供电电压大幅下落现象和对电路产生不利影响。其中可编程逻辑器件产生的一脉冲串的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比根据电源切换的实际需要进行调节。该方法有效避免目前纯硬件控制切换过程中，备用电源突然切入后，负载变化大，对电路造成的不良影响，实现了低压备用电源的平滑无缝的电源切换。

Description

备用电源的切换方法和装置

技术领域

本发明涉及一种备用电源的切换方法和装置，属于电源保护技术领域。

背景技术

在电子电路中，电源是其中所有器件运行工作的动力源，其重要性是不言而喻的。但电源也会出现故障，例如出现欠压或过压的问题。为了提高低压电路的工作可靠性，现在，许多低压电路都采用了电源备份的保护。在电源备份方法中，冷备份-在主电源出现故障时，切换到备用电源供电-是比较常用的备份方法。这种方法不但节省成本，还可实现一个备用电源保护多个主电源的模式。

为了实现快速切换，现有的电源切换方法大都采用纯硬件电路实现电源切换，也就是使用逻辑电路器件搭建纯硬件电路，监测电源电压输出，当电源电压出现不正常时，强行切换到备用电源。这种纯硬件电路切换方法的优点很多，但缺点也相当严重，有时不能很好地实现无缝、平滑、无误码的切换。即使有时尽可能地将它的切换时间调节得比较短，还是不能完全实现无误码切换。尤其是在负载稍大时，无误码切换更是不可能实现。以欠压切换为例，当主电源降低到保护切换点时，监测电路监测到主电源欠压，控制切换电路在这一瞬间开始切换。在切换过程中，备用电源突然接入比较大的负载，必须经过调整适应一段时间后，才能正常工作。该切换时间一般可在一定范围内调节，但是，硬件切换只能减小切换时间，即使将切换时间调节到很小，甚至趋近于零时，由于负载变化较大和其他因素影响，为负载供电的电源电压照样会出现不同程度的跌落，有时会达到几百毫伏。也就是说，备用电源进行硬件切换时，不能缩短备用电源从小负载到大负载的适应时间和避免为负载供电的电源电压的下落。尤其对于电源要求比较严格的通信电路，在电源切换的过程中，出现误码过量、抖动超标或其他严重告警问题的几率非常高，如何解决该电源切换问题已经成为业内人士非常关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种备用电源的切换方法，该方法能够有效解决目前纯硬件器件控制切换过程中，备用电源突然切入后，其负载变化较大，对电路造成不良影响的问题，以便能够实现低压备用电源的平滑无缝、无误码或尽量减少误码的电源切换。

本发明的另一目的是提供一种采用上述方法的备用电源保护的切换装置。

本发明的目的是这样实现的：一种备用电源的切换方法，其特征在于：在电源保护中的切换备用电源期间，对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行，以避免因突然切换，备用电源要承受较大负载，出现供电电压大幅下落现象和对电路产生不利影响。

所述切换备用电源之前，进一步包括下列步骤：由监测电路监测主电源的电压变化，一旦出现电压异常告警时，该监测电路立即开启备用电源的输出电路，并触发可编程逻辑器件或脉冲发生装置产生一脉冲串，启动电源切换操作。

所述对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行是利用所述可编程逻辑器件产生的一脉冲串在切换时间内连续开闭备用电源的输出电路，使之逐步增大其负载。

所述可编程逻辑器件产生的一脉冲串，应调节其所包含的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比，以使备用电源的输出电压尽可能地平缓变化，直至不出现误码。

所述对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行是利用所述脉冲发生装置产生的一脉冲串在切换时间内连续开闭备用电源的输出电路，使之逐步增大其负载。

所述脉冲发生装置产生的一脉冲串，应调节其所包含的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比，以使备用电源的输出电压尽可能地平缓变化，直至不出现误码。

本发明的另一目的是这样实现的：一种备用电源的切换装置，包括主电源、备用电源和监测电路，该监测电路监测主电源的电压变化；其特征在于：还包括有开关电路、可编程逻辑器件和控制电路，所述监测电路的两个输出端分别连接至控制电路的一个输入端和可编程逻辑器件的输入端，所述可编程逻辑器件的输出端连接至控制电路的另一个输入端，所述控制电路的输出端连接至所述开关电路的控制端，控制该开关电路的开启导通；所述开关电路设置在备用电源的输出端。

所述控制电路由或非门组成。

在主电源输出端上设有一防止备用电源电压回流的二极管。

本发明的另一目的也可以是这样实现的：一种备用电源的切换装置，包括主电源、备用电源和监测电路，该监测电路监测主电源的电压变化，其特征在于：还包括有开关电路、脉冲发生装置和控制电路，所述监测电路的两个输出端分别连接至控制电路的一个输入端和脉冲发生装置的输入端，所述脉冲发生装置的输出端连接至所述控制电路的另一个输入端，所述控制电路的输出端连接至所述开关电路的控制端，控制该开关电路的开启导通；所述开关电路设置在备用电源的输出端。

本发明备用电源切换方法的有益效果是：该方法的应用，打破了原有的单纯依靠硬件电路实现电源切换的思路模式，并且解决了电源切换过程中，纯硬件切换电路无法解决的问题。即有效地解决了在纯硬件电路切换过程中，因为备用电源突然切入，负载变化大，使得负载供电电压下落、电源模块需要较长时间来调整输出电压和对电路造成其它各种不良影响的问题。尤其在通信电路中，本发明可以大大降低电源切换过程中出现误码过量和其他告警的问题，更好地实现无误码平滑切换。本发明还提供了一种备用电源的切换装置。

附图说明

图1是本发明备用电源的切换装置的电路构成方框图。

图2是本发明中的或非门控制电路的两个输入端和输出端的波形时序图。

图3是本发明中的或非门控制电路输入端和输出端的逻辑关系图。

图4是使用本发明备用电源的切换方法的实施例中负载电压与控制脉冲的测试波形对照图。

具体实施方式

本发明是一种备用电源的切换方法，其是在冷备份的电源保护过程中，切换备用电源期间，对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行。具体措施是利用一个可编程逻辑器件产生的一脉冲串在切换时间内连续开闭备用电源的输出电路，使之逐步增大其负载；以避免因备用电源突然切换承受较大负载，出现自适应时间长、供电电压大幅下落和对电路产生不利影响。

在切换备用电源之前，则由监测电路监测主电源的电压变化，一旦出现电压异常告警时，该监测电路立即开启备用电源的输出电路，并触发可编程逻辑器件产生一脉冲串，启动电源切换操作。该可编程逻辑器件产生的一脉冲串所包含的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比，都应根据备用电源切换的实际需要进行调节。该脉冲串中所包含的脉冲个数一般为4～6个，其幅度一般按逻辑器件输出管脚的电平幅度确定。对于脉宽和占空比，通常是先取频率约50KHz、占空比为百分之五十的波形进行调试，然后根据切换时的波形状况重新调节试验，以保证备用电源输出的电压下落幅度平缓，避免出现误码。对于调试成功的可编程逻辑器件，即当可编程逻辑器件产生的脉冲串所包含的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比都已确定时，可用固定的脉冲发生装置替换该可编程逻辑器件。

参见图1所示的本发明的备用电源的切换装置，该装置适用于冷备用电源，其组成部件包括有主电源1、备用电源2、监测电路3、开关电路4、可编程逻辑器件或脉冲发生装置5和由或非门组成的控制电路6，在主电源1输出端上还设有一个防止备用电源2电压回流的二极管D。其中监测电路3监测主电源电压的变化，开关电路4设置在备用电源2的输出端，控制备用电源2是否接通负载。或非门控制电路6的输出端连接至开关电路4的控制端，控制该开关电路4的开启导通与否。当主电源输出的电压出现欠压或过压告警时，监测电路3动作，因为该监测电路3的两个输出端分别接至或非门控制电路6的一个输入端a和可编程逻辑器件5的输入端，一方面使得a点电平由高变低，此时b点电平的初态为低，经过或非门c点电平也随之由低变高，使高电平开通的开关电路4导通，打开备用电源2的输出通路，备用电源2开始为负载7供电。另一方面可编程逻辑器件5被触发后，输出一串脉冲至或非门控制电路6的另一个输入端b，此时，b点电平的变化可以控制备用电源2的输出开关电路是否开启导通。如果a点电平没有变化的话，b点电平的变化不会导致c点误操作。图2和图3展示了或非门控制电路6的输入和输出波形的时序图和其逻辑关系图。因为是用FPGA、CPLD等可编程逻辑器件产生的一串脉冲，其脉冲个数、脉宽、幅度和占空比都可根据具体电路的需要来调节。本发明使用了可编程逻辑器件的脉冲发生功能和一个管脚的触发功能，可编程逻辑器件的优点是比较灵活，便于调试，还可以上报欠压和过压告警。本发明可以用可调节的脉冲发生装置替代可编程逻辑器件，也就是在调试成功的电路中，用固定的脉冲发生装置替换该可编程逻辑器件5。另外，控制电路可使用其他能触发开关电路开通的逻辑控制电路，如或门。

参见图4所示的应用本发明的一实施例的测试曲线，这是一个3.3V的电压切换测试波形对照图。该图的纵轴表示电压，对于CH4偏置3.3V，单位为100mV/div，对于CH3为1.00V/div；横轴表示时间，对于CH4和CH3皆为200μs/div。其中CH3是在图1中的c点进行测试得到的曲线，CH4在图1中的e点进行测试得到的曲线，在应用本发明方法之前，切换备用电源时，负载电压e跌落超过220mV(图中未标明)，致使电路通信业务出现误码过量和其他告警。

使用本发明方法和装置后，监测电路一旦动作，就开始用可编程逻辑器件或脉冲发生装置5输出一串脉冲，在实施例3.3V电源的切换中，输出的脉冲串的脉冲幅度3.3V，从监测电路动作开始，该脉冲串低电平的脉冲宽度顺序为40μs、80μs、80μs、160μs地逐步增大，其高电平的脉冲宽度保持40μs不变。该一串脉冲产生后，会在c点出现一串a点与b点电平或非后的脉冲(如图4的CH3所示)，驱使开关电路4不断地开合导通几次，最后完全打开。这样就使备用电源2的所供电的负载在短时间内连续开合变化几次，然后增加到最大。这就模似了电源模块的负载逐步增大的过程，从而避免因备用电源模块突然承受比较大的负载，出现模块自适应时间较长、供电电压大幅下落的问题。对于负载电压的跌落有较好的改善，从而减小因突然切换电源而对电路其他业务产生不利影响。实施例的测试结果表明：应用本发明方法切换备用电源前后的负载电压跌落不到100mV(如图4中CH4所示)，可以满足电路正常工作要求。

本发明的方法已经由发明人进行试验实施，试验的结果是成功的，实现了发明目的。

Claims (10)

1、一种备用电源的切换方法，其特征在于：在电源保护中的切换备用电源期间，对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行，以避免因突然切换，备用电源要承受较大负载，出现供电电压大幅下落现象和对电路产生不利影响。

2、根据权利要求1所述的备用电源的切换方法，其特征在于：所述切换备用电源之前，进一步包括下列步骤：由监测电路监测主电源的电压变化，一旦出现电压异常告警时，该监测电路立即开启备用电源的输出电路，并触发可编程逻辑器件或脉冲发生装置产生一脉冲串，启动电源切换操作。

3、根据权利要求2所述的备用电源的切换方法，其特征在于：所述对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行是利用所述可编程逻辑器件产生的一脉冲串在切换时间内连续开闭备用电源的输出电路，使之逐步增大其负载。

4、根据权利要求3所述的备用电源的切换方法，其特征在于：所述可编程逻辑器件产生的一脉冲串，应调节其所包含的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比，以使备用电源的输出电压尽可能地平缓变化，直至不出现误码。

5、根据权利要求2所述的备用电源的切换方法，其特征在于：所述对备用电源逐步增大其负载，直至其满载运行是利用所述脉冲发生装置产生的一脉冲串在切换时间内连续开闭备用电源的输出电路，使之逐步增大其负载。

6、根据权利要求5所述的备用电源的切换方法，其特征在于：所述脉冲发生装置产生的一脉冲串，应调节其所包含的脉冲个数、脉宽、幅度和占空比，以使备用电源的输出电压尽可能地平缓变化，直至不出现误码。

7、一种备用电源的切换装置，包括主电源、备用电源和监测电路，该监测电路监测主电源的电压变化；其特征在于：还包括有开关电路、可编程逻辑器件和控制电路，所述监测电路的两个输出端分别连接至控制电路的一个输入端和可编程逻辑器件的输入端，所述可编程逻辑器件的输出端连接至控制电路的另一个输入端，所述控制电路的输出端连接至所述开关电路的控制端，控制该开关电路的开启导通；所述开关电路设置在备用电源的输出端。

8、根据权利要求7所述的备用电源的切换装置，其特征在于：所述控制电路由或非门组成。

9、根据权利要求7所述的备用电源的切换装置，其特征在于：在主电源输出端上设有一防止备用电源电压回流的二极管。

10、一种备用电源的切换装置，包括主电源、备用电源和监测电路，该监测电路监测主电源的电压变化，其特征在于：还包括有开关电路、脉冲发生装置和控制电路，所述监测电路的两个输出端分别连接至控制电路的一个输入端和脉冲发生装置的输入端，所述脉冲发生装置的输出端连接至所述控制电路的另一个输入端，所述控制电路的输出端连接至所述开关电路的控制端，控制该开关电路的开启导通；所述开关电路设置在备用电源的输出端。

Images