CN207321602U - 一种冗余备份供电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种冗余备份供电设备，用于轨道交通车辆客室照明系统供电，包括两个内部结构相同的驱动电源，分别为第一驱动电源和第二驱动电源，两个所述驱动电源的输入端均与供电电路连接，两个所述驱动电源的输出端分别连接一路负载，所述驱动电源的负载能力高于实际负载，所述驱动电源包括备份电路单元，两个所述驱动电源的备份电路单元相互连接。该冗余备份供电由两个互为冗余备份的驱动电源组成，各单元在正常工作时相互独立，当一个驱动电源故障时，负载自动切换至备份驱动电源，由其为整车灯具供电，切换过程无电压豁口，对正常电源的负载无任何影响，提高了车辆客室照明供电系统的可靠性。

Description

一种冗余备份供电设备

技术领域

本实用新型涉及供电设备领域，具体涉及一种冗余备份供电设备。

背景技术

随着城市轨道交通行业的快速发展，对车辆客室照明供电系统的可靠性要求越来越高，地铁车辆一般运行在隧道内，需要由客室灯具系统照明，如果电源出现故障造成客室无照明，将造成乘客恐慌，影响列车行驶安全。目前通常采用电源冗余的方法以提高电源可靠性，应对突发故障。现有的电源冗余方案有：容量冗余、冗余冷备份、并联均流的N+1备份和冗余热备份。容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载，预留容量空间可保证负载正常工作并在负载在一定范围内变化情况下可保证正常工作，但容量冗余可以应对的负载变化量有限，对提高可靠性意义不大；冗余冷备份是指电源由多个功能相同的模块组成，正常时由其中一个供电，当其故障时，备份电源立刻启动工作，其在电源切换时存在时间间隔，容易造成电压豁口，从而导致系统停机；并联均流的N+1备份方式是指电源由多个相同单元组成，各单元通过或门二极管并联在一起，由各单元同时向设备供电，这种方案在一个电源故障时不会影响负载供电，但负载端短路时容易波及所有单元，存在整体故障的风险；冗余热备份是指电源由多个单元组成，并且同时工作，主电源故障时备份电源可以立即投入，输出电压波动很小，但只由其中一个电源满负荷向所有设备供电，其他电源空载，使满负荷工作的电源寿命最先衰减直到发生故障备用电源启动，电源投入成本大。以上的冗余备份方法均存在不足，无法满足车辆客室照明供电系统可靠性的要求。

鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型一种冗余备份供电设备。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种冗余备份供电设备，用于轨道交通车辆客室照明系统供电，包括两个内部结构相同的驱动电源，分别为第一驱动电源和第二驱动电源，两个所述驱动电源的输入端均与供电电路连接，两个所述驱动电源的输出端分别连接一路负载，所述驱动电源的负载能力高于实际负载，所述驱动电源包括备份电路单元，两个所述驱动电源的备份电路单元相互连接。

较佳的，所述驱动电源包括电源电路单元和控制电路单元，所述驱动电源的输入端引出所述电源电路单元和控制电路单元，所述电源电路单元连接负载的正极和所述备份电路单元，所述控制电路单元连接负载的负极。

较佳的，所述电源电路单元包括一稳压电源和一二极管，所述稳压电源的输入端与供电电路连接，所述稳压电源的正极输出端连接所述二极管的正极，所述稳压电源的负极输出端连接公共端，所述二极管的负极引出负载的正极和备份电路单元。

较佳的，所述稳压电源的额定功率为350W。

较佳的，所述控制电路单元包括一单片机、一单片机电源和一调整开关，所述单片机电源的输入端与供电电路连接，所述单片机电源的输出端与所述单片机连接，所述调整开关包括第一端、第二端以及控制其第一端和第二端导通的控制端，所述调整开关的控制端连接所述单片机的信号输出端，所述调整开关的第一端连接负载的负极，所述调整开关的第二端连接公共端。

较佳的，所述调整开关为N沟道型MOS管，所述第一端为漏极，所述第二端为源极，所述控制端为栅极。

较佳的，所述驱动电源的输入端有一紧急信号输入电路，所述紧急信号输入电路经光耦隔离与所述单片机的一个信号输入端口连接，所述控制电路单元包括一条故障反馈电路，所述单片机的信号输出端经光耦隔离引出故障信号。

较佳的，所述控制电路单元还包括一拨码开关，所述拨码开关与所述单片机的信号输入端连接。

较佳的，所述备份电路单元包括一备份输入电路和一备份输出电路，所述第一驱动电源的备份输入电路/备份输出电路分别与所述第二驱动电源的备份输出电路/备份输入电路连接。

较佳的，所述备份电路单元包括一继电器和一稳压二极管，所述继电器包括一通断开关和一线圈，所述稳压二极管的正极连接所述稳压电源的正极输出端，所述稳压二极管的负极与所述线圈的输入端连接，所述线圈的输出端连接公共端，所述通断开关的两端连接所述备份输入电路。

与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：该冗余备份供电设备应用于客室照明供电系统，设备由两个互为冗余备份的驱动电源组成，并且同时工作，互为备份，负载也分为两路供电，各单元在正常工作时相互独立，负载分两路单独供电保证了负载端短路时不会波及所有单元；当一个驱动电源故障时，该驱动电源通过备份单路单元将其负载连接到另一个电源上，由其为整车灯具供电，对正常电源的负载无任何影响，无电压豁口；并且单个驱动电源设计容量冗余，正常工作时驱动电源工作在轻载条件下，不会对驱动电源的寿命造成影响，在出现故障时一个驱动电源就能单独为全部负载供电。本设备还具有故障报警功能，当出现故障时电源的指示灯点亮，同时故障输出端口输出故障提示信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型冗余备份供电设备的结构框图；

图2是本实用新型冗余备份供电设备的电子电路图；

图3驱动电源输入端的放大图；

图4驱动电源输出端的放大图；

图5是冗余备份供电设备的工作流程图。

图中数字表示：

1.第一驱动电源 2.第二驱动电源 11.电源电路单元 12.控制电路单元

13.备份电路单元

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示，一种用于轨道交通车辆客室照明系统供电的冗余备份供电设备，包括两个内部结构相同的驱动电源，分别为第一驱动电源1和第二驱动电源2。两个所述驱动电源的输入端均与供电电路连接，输出端分别连接一路负载。

所述驱动电源具有电源电路单元11、控制电路单元12和备份电路单元13。所述电源电路单元11用于将车辆供电电路提供的电力转化为稳定的输出，供负载使用。所述控制电路单元12用于控制输出电流，调整负载照明亮度。两个驱动电源的备份电路单元11相互连接，使两个驱动电源互为备份。正常工作时两个驱动电源之间无联系，负载分两路单独供电保证了负载端短路时不会波及所有单元。

如图2、图3、图4所示，两路负载为LED光源1和LED光源2，分别由第一驱动电源1和第二驱动电源2单独供电。两个驱动电源内部结构相同，以第一驱动电源1为例，驱动电源具有一个输入接口CON1、一个输出接口CON2和一个备份接口CON3。输入接口CON1具有供电输入端110V+、110V-，紧急信号输入端EM，故障信号输出端TCMS。输出接口CON2具有输出端LED+、LED-，接地端PE。备份接口CON3具有备份输出端OUT+，备份输入端IN+，公共端GND，接地端PE。输入接口CON1与车辆供电系统连接，输出接口CON2与负载连接，第一驱动电源1的输出接口CON2与LED光源1连接，第二驱动电源2的输出接口CON2与LED光源2连接，两个驱动电源的备份接口CON3相互连接。

所述电源电路单元11包括一稳压电源U1和一二极管Z1，输入接口CON1的输入端110V+、110V-连接稳压电源U1。稳压电源U1的正极输出端连接二极管Z1的正极，负极输出端连接公共端。二极管Z1的负极连接输出接口CON2的输出端LED+，同时二极管Z1的负极引出备份电路单元13。所述稳压电源U1的额定功率为350W，其负载能力高于实际负载LED光源1和LED光源2。正常工作时稳压电源U1工作在轻载条件下，不会对电源寿命造成影响，单个电源设计容量冗余，在出现故障时一个驱动电源就能单独为全部负载供电。稳压电源U1设有故障指示灯，当电源故障时电源指示灯亮，进行故障报警。

所述控制电路单元12包括一单片机MCU、一单片机电源U2和一调整开关Q1。驱动电源输入接口CON1的输入端110V+、110V-引出单片机电源U2，单片机电源U2的输出端与单片机MCU连接，为单片机MCU供电。输入接口CON1的紧急信号输入端EM经光耦隔离器OC1与单片机MCU的一输入端连接，用于向单片机MCU发出应急信号。单片机MCU的一输出端经光耦隔离器OC2与输入接口CON1的故障信号输出端TCMS连接，用于反馈电源故障信号，当出现故障时电源的指示灯点亮同时故障信号输出端TCMS输出高电平提示故障。故障信号输出端TCMS在正常工作时为输出为低电平约为1.5V，在故障时输出高电平。

所述调整开关Q1包括第一端、第二端以及控制其第一端和第二端导通的控制端，其控制端连接单片机MCU的信号输出端，第一端连接输出接口CON2的输出端LED-，第二端连接输出接口CON3的公共端GND。该调整开关Q1为N沟道型MOS管，第一端为漏极，第二端为源极，控制端为栅极。单片机MCU可以向调整开关Q1发出调光信号，通过改变调整开关Q1控制端的电压，实现负载照明亮度的调节。

所述控制电路单元12还包括一拨码开关SW，拨码开关SW与单片机MCU的信号输入端连接。通过拨码开关SW可以选择多个档位，调整光亮度。也可以实现紧急照明模式自动调整照明亮度。

所述备份电路单元13包括一备份输入电路和一备份输出电路，备份输入电路和备份输出电路均从电源电路单元11引出，备份输出电路与备份接口CON3的备份输出端OUT+连接，备份输入电路与备份接口CON3的备份输入端IN+连接。两个驱动电源的备份接口CON3连接时，第一驱动电源1的备份输入电路/备份输出电路分别与第二驱动电源2的备份输出电路/备份输入电路形成连接。备份电路单元13包括一继电器K1和一稳压二极管ZD1。所述继电器K1包括一通断开关和一线圈，所述稳压二极管ZD1的正极连接稳压电源U1的出口端，稳压二极管ZD1的负极与继电器K1线圈的输入端连接，继电器K1线圈的输出端连接公共端，继电器K1通断开关的两端连接备份输入电路。正常工作时，继电器K1线圈的输入端得电，通断开关断开，两路驱动电源的备份电路断开，分别给两路负载供电。以第一驱动电源1的稳压电源U1故障为例，驱动电源故障无输出，继电器K1无输入信号，通断开关触点闭合，第一驱动电源1的备份输入电路与第二驱动电源2的备份输出电路接通，由第二驱动电源2为全部负载供电。通过继电器K1闭合触点为LED光源1供电，对第二驱动电源2的负载无任何影响，无电压豁口，实现当其中一个驱动电源故障时整车照明无闪烁的切换。

如图5所示，该冗余备份供电设备的控制方法，包括如下步骤：

Stp1：冗余备份供电设备上电时LED亮度从暗逐渐变亮，使两个驱动电源的稳压电源U1从轻载启动，减小输入启动电流，同时继电器K1输入端得电，触点断开，两路驱动电源分别给两路LED光源供电，单独供电保证了局部负载端短路时不会波及所有单元。

Stp2：通过拨码开关SW调整档位，单片机MCU发出调光信号，控制LED光源光照强度。

Stp3：某一驱动电源故障，该驱动电源的稳压电源U1无输出，继电器K1无输入信号，触点闭合，通过备份电路与备份驱动电源连接，备份驱动电源为整车负载供电，通过继电器K1闭合为故障电源的负载供电，对正常电源的负载无任何影响，无电压豁口。

Stp4：故障驱动电源的故障指示灯亮，同时故障输出端口TCMS输出高电平提示故障。

Stp5：对故障驱动电源进行维修，修复后接入供电电路，重复Stp1步骤，由两路驱动电源分别为两路负载供电。

该冗余备份供电设备结合了容量冗余、并联均流的N+1备份和冗余热备份的优势，电源由两个单元组成，并且同时工作，互为备份，负载也分为两路供电，各单元在正常工作时相互独立，当一个电源出现故障时，通过继电器的开断和电源之间的备份线缆使故障电源的负载连接到另一个电源上，由其为所有负载供电，电源故障时备份电源可以立即驱动全部负载，对正常电源的负载无任何影响无电压豁口，提高了车辆客室照明供电系统的可靠性。。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冗余备份供电设备，其特征在于，包括两个内部结构相同的驱动电源，分别为第一驱动电源和第二驱动电源，两个所述驱动电源的输入端均与供电电路连接，两个所述驱动电源的输出端分别连接一路负载，所述驱动电源的负载能力高于实际负载，所述驱动电源包括备份电路单元，两个所述驱动电源的备份电路单元相互连接。

2.如权利要求1所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述驱动电源包括电源电路单元和控制电路单元，所述驱动电源的输入端引出所述电源电路单元和控制电路单元，所述电源电路单元连接负载的正极和所述备份电路单元，所述控制电路单元连接负载的负极。

3.如权利要求2所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述电源电路单元包括一稳压电源和一二极管，所述稳压电源的输入端与供电电路连接，所述稳压电源的正极输出端连接所述二极管的正极，所述稳压电源的负极输出端连接公共端，所述二极管的负极引出负载的正极和备份电路单元。

4.如权利要求3所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述稳压电源的额定功率为350W。

5.如权利要求3所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述控制电路单元包括一单片机、一单片机电源和一调整开关，所述单片机电源的输入端与供电电路连接，所述单片机电源的输出端与所述单片机连接，所述调整开关包括第一端、第二端以及控制其第一端和第二端导通的控制端，所述调整开关的控制端连接所述单片机的信号输出端，所述调整开关的第一端连接负载的负极，所述调整开关的第二端连接公共端。

6.如权利要求5所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述调整开关为N沟道型MOS管，所述第一端为漏极，所述第二端为源极，所述控制端为栅极。

7.如权利要求6所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述控制电路单元包括一条故障反馈电路，所述单片机的信号输出端经光耦隔离引出故障信号。

8.如权利要求7所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述控制电路单元还包括一拨码开关，所述拨码开关与所述单片机的信号输入端连接。

9.如权利要求5所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述备份电路单元包括一备份输入电路和一备份输出电路，所述第一驱动电源的备份输入电路/备份输出电路分别与所述第二驱动电源的备份输出电路/备份输入电路连接。

10.如权利要求9所述的冗余备份供电设备，其特征在于，所述备份电路单元包括一继电器和一稳压二极管，所述继电器包括一通断开关和一线圈，所述稳压二极管的正极连接所述稳压电源的正极输出端，所述稳压二极管的负极与所述线圈的输入端连接，所述线圈的输出端连接公共端，所述通断开关的两端连接所述备份输入电路。