CN216146151U - 一种电源冗余切换电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的一种电源冗余切换电路，包括：主电源、冗余主电源、备电源、冗余备电源、主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关G1。本实用新型的一种电源冗余切换电路，通过为主电源设置冗余主电源，为备电源设计冗余备电源，并通过主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关实现电源自动切换，提高了系统电源供电的可靠性；并通过为冗余主电源增加储能模块，在主电源或冗余主电源断电切换电源时，通过储能模块放电为负载供电，实现电源无缝切换，避免产生先断电再上电的现象。

Description

一种电源冗余切换电路
技术领域
本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源冗余切换电路。
背景技术
是现有的电源冗余方案一般都是两路切换，一主一备，主电源采用市电转系统用电模块，备用采用蓄电池，当主用电源出现故障或者掉电的情况下，自动切换到备电源上，保证系统供电的稳定性。具体如附图1所示，主要由主电源模块，备电源模块，电源检测模块和MOS管组成，当主电源正常时，MOS管G1打开，G2关闭，系统由主电源供电，当主电源输出异常时，电源检测模块控制G1关闭，G2打开，负载由备电源供电。然而随着系统越来越复杂，功耗随之升高，系统对供电稳定性的要求越来越高，现有主备两路冗余电源方案的可靠性已经无法满足要求，且主备电源要求无缝切换，如果切换产生延迟，整机会产生先断电再上电的现象。
实用新型内容
本实用新型提供了一种主备电源冗余切换电路及装置，用以解决现有的两路电源冗余技术可靠性不足、电源切换会产生延迟的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种电源冗余切换电路，包括：主电源、冗余主电源、备电源、冗余备电源、主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关G1，所述主电源和所述冗余主电源分别连接所述主电源监测模块的两个输入端，所述主电源监测模块的第一输出端连接负载，所述主电源监测模块的第二输出端连接所述第一导通开关G1的控制端，所述备电源和冗余备电源分别所述备电源监测模块的两个输入端，所述备电源监测模块的输出端连接所述第一导通开关G1的输入端，所述第一导通开关G1的输出端连接所述负载，所述冗余主电源和所述主电源均通过储能模块连接市电。
优选的，还包括第二导通开关G2和第三导通开关G3，所述主电源还连接所述负载，所述冗余主电源还连接所述第二导通开关G2的输入端，所述第二导通开关G2的输出端连接所述第三导通开关G3的输入端，所述第三导通开关G3的输出端连接所述负载，所述第二导通开关G2的控制端连接所述第三导通开关G3的控制端和所述主电源监测模块。
优选的，所述冗余主电源通过电源转换电路连接市电，所述电源转换电路包括AC/DC模块、DC/DC模块，所述AC/DC模块的输入端连接市电且公共端连接所述主电源监测模块，所述AC/DC的输出端连接所述DC/DC模块的输入端，所述DC/DC模块的输出端通过所述储能模块连接所述冗余主电源。
优选的，与所述冗余主电源连接的电源转换电路中，所述AC/DC模块的输入端连接市电的连接端还连接所述主电源监测模块，所述主电源监测模块在市电掉电时，输出掉电告警信号。
优选的，所述备电源和所述冗余备电源均还连接电池，通过所述电池为所述备电源和所述冗余备电源供电。
优选的，还包括第四导通开关G4和第五导通开关G5，所述备电源还连接所述第一导通开关G1的输入端，所述冗余备电源还连接所述第四导通开关G4的输入端，所述第四导通开关G4的输出端连接所述第五导通开关G5的输入端，所述第五导通开关G5的输出端连接所述第一导通开关G1的输入端，所述第四导通开关G4的控制端连接所述第五导通开关G5的控制端和所述备电源监测模块。
优选的，所述储能模块包括多个并联的电容，多个并联的电容的公共端连接所述冗余主电源和市电。
优选的，所述第一导通开关G1为MOS管、三极管、IGBT中的任意一种。
优选的，所述第一导通开关G1具体为MOS管。
优选的，所述主电源监测模块和所述备电源监测模块均包括控制器和电压监测电路，所述控制器连接所述电压监测电路。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的一种电源冗余切换电路，通过为主电源设置冗余主电源，为备电源设计冗余备电源，并通过主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关实现电源自动切换，提高了系统电源供电的可靠性；并通过为冗余主电源增加储能模块，在主电源或冗余主电源断电切换电源时，通过储能模块放电为负载供电，实现电源无缝切换，避免产生先断电再上电的现象。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型背景技术中的现有电源冗余电路的电路示意图；
图2是本实用新型的一种电源冗余切换电路的电路示意图；
图3是本实用新型的一种电源冗余切换电路的电源切换原理示意图；
图4是本实用新型的一种电源冗余切换电路的冗余主电源与市电连接的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如附图2所示，本实施例的一种电源冗余切换电路，包括：主电源、冗余主电源、备电源、冗余备电源、主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关G1，主电源和冗余主电源分别连接主电源监测模块的两个输入端，主电源监测模块的第一输出端连接负载，主电源监测模块的第二输出端连接第一导通开关G1的控制端，备电源和冗余备电源分别备电源监测模块的两个输入端，备电源监测模块的输出端连接第一导通开关G1的输入端，第一导通开关G1的输出端连接负载，冗余主电源和主电源均通过储能模块连接市电。
在本实施例中，通过为主电源设置冗余主电源，为备电源设计冗余备电源，并通过主电源监测模块选择主电源或冗余主电源为负载供电，通过备电源监测模块选择备电源和冗余备电源为负载供电，当主电源和冗余主电源均断电时，通过主电源监测模块控制第一导通开关G1导通，使备电源或冗余备电源备可以为负载供电，通过主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关实现电源自动切换，提高了系统电源供电的可靠性；并通过为冗余主电源增加储能模块，在主电源和冗余主电源断电切换至备电源时，通过储能模块放电为负载供电一段时间，以实现电源无缝切换，避免产生先断电再上电的现象。
如附图2所示，在本实施例中，还包括第二导通开关G2、第三导通开关G3、第四导通开关G4和第五导通开关G5，主电源还连接负载，冗余主电源还连接第二导通开关G2的输入端，第二导通开关G2的输出端连接第三导通开关G3的输入端，第三导通开关G3的输出端连接负载，第二导通开关G2的控制端并接第三导通开关G3的控制端并与主电源监测模块的输出控制端连接，备电源还连接第一导通开关G1的输入端，冗余备电源还连接第四导通开关G4的输入端，第四导通开关G4的输出端连接第五导通开关G5的输入端，第五导通开关G5的输出端连接第一导通开关G1的输入端，第四导通开关G4的控制端连接第五导通开关G5的控制端和备电源监测模块。
在本实施例中，第一导通开关G1、第二导通开关G2、第三导通开关G3、第四导通开关G4和第五导通开关G5均可以为任意三通导通开关，例如三级管、IGBT、MOS管，本实施例的第一导通开关G1、第二导通开关G2、第三导通开关G3、第四导通开关G4和第五导通开关G5均以MOS管为例进行说明。
其中，主电源监测模块和备电源监测模块均包括控制器和电压监测电路，控制器连接电压监测电路，电压监测电路连接市电，用于检测市电是否断电，并将市电信息发送给控制器，控制器还连接MOS管G2、MOS管G3、MOS管G4和MOS管G5，并通过输出高电平使MOS管导通，或者输出低电平使MOS管断开。
主电源和冗余主电源的切换原理如附图3所示，备电源和冗余备电源的切换原理和主电源和冗余主电源的切换原理相同，在本实施例中，仅对主电源和冗余主电源的切换原理进行说明，备电源和冗余备电源的切换原理不在赘述。当主电源正常时，主电源监测模块端口a、端口c之间的电压Vac≤0时，主电源监测模块的控制器输出低电平控制信号至MOS管G1和MOS管G2，使MOS管G1和MOS管G2关闭，主电源1和2断开，通过主电源为负载供电；当主电源异常断电时， Vac>0时，主电源监测模块的控制器输出高电平控制信号，使MOS管G1和MOS管G2导通，主电源和冗余主电源之间连接到一起，通过冗余主电源为负载供电。所以，当主电源和冗余主电源都正常时，Vac之间没有压差，负载由主电源供电，当主电源掉电时，Vac之间压差大于0，由冗余主电源供电。
备电源和冗余备电源均还连接电池，通过电池为备电源和冗余备电源供电，备电源可以采用蓄电池或者锂电池进行供电，本实施例的备电源和冗余备电源均采用锂电池供电，在市电断电时，通过锂电池为负载供电。
冗余主电源通过电源转换电路连接市电，电源转换电路包括AC/DC模块、DC/DC模块，AC/DC模块的输入端连接市电且公共端连接主电源监测模块，AC/DC的输出端连接DC/DC模块的输入端，DC/DC模块的输出端通过储能模块连接冗余主电源。如附图3所示，与冗余主电源连接的电源转换电路中，AC/DC模块的输入端连接市电的连接端还连接主电源监测模块，主电源监测模块在市电掉电时，输出掉电告警信号。
在本实施例中，220V市电经AC/DC转换成DC电压然后给后面的DC/DC 转换模块，转换为负载所需的低压电源，市电还连接主电源监测模块的电压监测电路，当，当电压监测电路监测到电压低于预设的电压阈值时，说明外部220V市电在掉电，此时输出一个掉电告警信号给MOS管G1，掉电告警信息为一个高电平，会使MOS管G1导通，从而将为负载供电电源从冗余主电源切换到备电源。
如附图4所示，在本实施例中，储能模块包括多个并联的电容，多个并联的电容的公共端连接冗余主电源和市电，通过多个并联的电容组成储能模块，在市电正常供电时，通过DC/DC模块将市电转换为低压直流电压后为储能模块的电容充电，在市电断电将冗余主电源供电切换为备电源供电时，储能模块会放电为负载供电，具体供电时间由冗余主电源供电切换为备电源供电所需的时间设定，并通过设置不同容量的电容组以实现不同的供电时间。
本实施例的工作原理：在主电源、冗余主电源、备电源、冗余备电源均正常时，MOS管G1、MOS管G2、MOS管G3、MOS管G4和MOS管G5均处于断开状态，四路电源中由主电源给系统供电，当主电源监测模块监测到主电源掉电时，会输出高电平使MOS管G2、MOS管G3导通，负载由冗余主电源供电；当主电源和冗余主电源都掉电时，主电源监测模块会输出掉电告警信号给MOS管G5，使MOS管G5导通，并在切换的同时通过储能模块维持电源输出，以便有足够的时间把负载的供电电源从冗余主电源切换到备电源，当备电源无法供电时，备电源监测模块会输出高电平事MOS管G3和MOS管G4导通，改由冗余备电源供电。
本实施例的一种电源冗余切换电路，通过为主电源设置冗余主电源，为备电源设计冗余备电源，并通过主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关实现电源自动切换，提高了系统电源供电的可靠性；并通过为冗余主电源增加储能模块，在主电源和冗余主电源正常供电时为储能模块供电，在冗余主电源断电切换至备电源时，通过储能模块放电为负载供电，实现电源无缝切换，避免产生先断电再上电的现象。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源冗余切换电路，其特征在于，包括：主电源、冗余主电源、备电源、冗余备电源、主电源监测模块、备电源监测模块和第一导通开关G1，所述主电源和所述冗余主电源分别连接所述主电源监测模块的两个输入端，所述主电源监测模块的第一输出端连接负载，所述主电源监测模块的第二输出端连接所述第一导通开关G1的控制端，所述备电源和冗余备电源分别连接所述备电源监测模块的两个输入端，所述备电源监测模块的输出端连接所述第一导通开关G1的输入端，所述第一导通开关G1的输出端连接所述负载，所述冗余主电源和所述主电源均通过储能模块连接市电。
2.根据权利要求1所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，还包括第二导通开关G2和第三导通开关G3，所述主电源还连接所述负载，所述冗余主电源还连接所述第二导通开关G2的输入端，所述第二导通开关G2的输出端连接所述第三导通开关G3的输入端，所述第三导通开关G3的输出端连接所述负载，所述第二导通开关G2的控制端连接所述第三导通开关G3的控制端和所述主电源监测模块。
3.根据权利要求1所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，所述主电源和所述冗余主电源均通过电源转换电路连接市电，所述电源转换电路包括AC/DC模块、DC/DC模块，所述AC/DC模块的输入端连接市电，所述AC/DC的输出端连接所述DC/DC模块的输入端，所述DC/DC模块的输出端通过所述储能模块连接所述冗余主电源或所述主电源。
4.根据权利要求3所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，与所述冗余主电源连接的电源转换电路中，所述AC/DC模块的输入端连接市电的连接端还连接所述主电源监测模块，所述主电源监测模块在市电掉电时，输出掉电告警信号。
5.根据权利要求1所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，所述备电源和所述冗余备电源均还连接电池，通过所述电池为所述备电源和所述冗余备电源供电。
6.根据权利要求1所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，还包括第四导通开关G4和第五导通开关G5，所述备电源还连接所述第一导通开关G1的输入端，所述冗余备电源还连接所述第四导通开关G4的输入端，所述第四导通开关G4的输出端连接所述第五导通开关G5的输入端，所述第五导通开关G5的输出端连接所述第一导通开关G1的输入端，所述第四导通开关G4的控制端连接所述第五导通开关G5的控制端和所述备电源监测模块。
7.根据权利要求1或3所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，所述储能模块包括多个并联的电容，多个并联的电容的公共端连接所述冗余主电源和市电。
8.根据权利要求1所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，所述第一导通开关G1为MOS管、三极管、IGBT中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，所述第一导通开关G1具体为MOS管。
10.根据权利要求1所述的一种电源冗余切换电路，其特征在于，所述主电源监测模块和所述备电源监测模块均包括控制器和电压监测电路，所述控制器连接所述电压监测电路。
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