TWI429162B - 多電源並聯供電系統 - Google Patents

多電源並聯供電系統 Download PDF

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TWI429162B TW100105697A TW100105697A TWI429162B TW I429162 B TWI429162 B TW I429162B TW 100105697 A TW100105697 A TW 100105697A TW 100105697 A TW100105697 A TW 100105697A TW I429162 B TWI429162 B TW I429162B
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Ching Long Tsai
Hung Liang Cho
Wei Hsin Wen
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    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H02J1/102—Parallel operation of dc sources being switching converters

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  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

多電源並聯供電系統
本發明係有關於電源供應裝置，且特別有關於輸出端無ORing裝置(ORing device)的多電源並聯供電系統。
許多現代的設備和系統需要具有備份電源、多電源供應或可選擇電源的供電架構。一旦應用裝置需要多個電源，電力結合、電源選擇和保護匯流排等問題就隨之而來。並聯的電源若無保護裝置會因為其中一個或多個裝置的故障、短路或移除而導致操作中斷或系統異常。一般而言，具有多個電源並聯的供電架構可在電源的輸出端與供電線之間使用ORing裝置以隔絕電源與供電線。
但若系統中電源供應器的輸出端無ORing裝置，當電源供應器於並聯狀態，而其中一台電源供應器中的直流電源轉換器(DC-to-DC converter)或其他的電路組成單元損壞而造成上述電源供應器之輸出不正常時，因電源供應器內部的直流電源轉換器提供的輸出電壓是與匯流排上的電壓接在一起，所以系統無法單純透過監測上述電源供應器輸出電壓的方式判斷上述電源供應器已有損壞而非正常工作。如果此時關掉另一台電源供應器，將造成系統斷電而產生異常。
有鑑於此，本發明提供輸出端無ORing裝置的一種多電源並聯供電系統，其可判斷並聯的電源供應裝置是否異常以替換有問題的電源供應器，避免造成系統異常，並可適用於目前之電源供應裝置產品中。
本發明提供一種多電源並聯供電系統，包括：複數個電源供應裝置，其中每個電源供應裝置之輸出端直接連接至共用供電線；每個電源供應裝置包括：一直流電源轉換器(DC-to-DC converter)，將第一直流電壓轉換為第二直流電壓；一變壓器，具有第一繞組及第二繞組，該第一繞組耦接該第二直流電壓；一切換電源控制裝置，其包括一控制部和一驅動部，其中控制部接收擷取自該共用供電線的一回授電壓而產生一誤差信號，而驅動部接收誤差信號，並依據誤差信號之準位對第二直流電壓進行切割而於第一繞組上產生第一交流電壓，並使得第二繞組上對應產生第二交流電壓；一整流裝置，接收第二交流電壓而輸出一目標直流電壓至共用供電線；以及一判斷裝置，接收該回授電壓、該誤差信號、和該第二交流電壓，據以判斷該電源供應裝置是否正常。
以下說明是本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明一般性的原則，不應視為本發明之限制，本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
本發明提供一種多電源並聯供電系統，此多電源並聯 供電系統中的複數個電源供應裝置的輸出端無ORing裝置，而此多電源並聯供電系統可以判斷並聯的電源供應裝置是否異常，以替換有問題的電源供應裝置，避免造成系統異常。
第1圖所示為多電源並聯供電系統100的示意圖，其中複數個電源供應裝置200為並聯且每個電源供應裝置200的輸出端直接連接至共用供電線260。
第2圖所示為根據本發明之電源供應裝置200的一實施例，此電源供應裝置200包括：直流電源轉換器(DC-to-DC converter)210將第一直流電壓Vi轉換為第二直流電壓；變壓器220具有第一繞組221和第二繞組222，其中第一繞組耦接至第二直流電壓；切換電源控制裝置230包括控制部231和驅動部232，其中控制部231接收擷取自該共用供電線260的回授電壓Vf而產生誤差訊號EAOUT，驅動部232接收誤差訊號EAOUT，並依據該誤差訊號之準位對第一繞組221上的第二直流電壓進行切割而在第一繞組221上產生第一交流電壓，並使第二繞組222上對應產生第二交流電壓WS；整流裝置240，其接收第二繞組222上的第二交流電壓WS而輸出目標直流電壓Vo至共用供電線260；以及判斷裝置250，其接收回授電壓Vf、誤差訊號EAOUT和第二交流電壓WS，並根據回授電壓Vf、誤差訊號EAOUT和第二交流電壓WS以判斷電源供應裝置220是否正常。
在第2圖之範例中，驅動部232和控制部231之間為 了達成電性隔離之目的而設有一隔離變壓器，亦可使用光耦合元件等之隔離裝置。控制部231透過上述隔離變壓器將相關之信號(例如誤差訊號EAOUT等)傳送至驅動部232。此外，上述驅動部232例如包括開關裝置(未圖示)耦接上述第一繞組221，並且回應誤差訊號EAOUT，進行開啟、關閉的動作而切割上述第二直流電壓。
電源供應裝置200更進一步包括回授裝置270連接至共用供電線260，回授裝置270對目標直流電壓Vo進行分壓而輸出回授電壓Vf，使回授電壓Vf反應出目標直流電壓Vo之變動而介於一上限電壓及一下限電壓之間，若回授電壓Vf的準位在上限電壓及下限電壓之間，則反應目標直流電壓Vo在正常之範圍內，若回授電壓Vf的準位超出上限電壓及下限電壓之間的範圍，則判斷裝置250判定電源供應裝置200不正常；例如，回授裝置270本身故障、或是在整個回授路徑上有其他問題發生等，而造成電源供應裝置200不正常。
判斷裝置250更進一步偵測誤差信號EAOUT和第二交流電壓WS，判斷裝置250偵測誤差信號EAOUT的準位置否大於第一準位，同時判斷裝置250也偵測第二交流電壓WS是否大於一第二準位且持續一既定時間。其中第二準位為判斷裝置250偵測第二交流電壓WS之交流電壓準位時的雜訊容度。
當誤差信號EAOUT之準位未大於第一準位、且第二交流電壓WS的交流電壓準位大於第二準位且持續該既定時 間時，判斷裝置250判定電源供應裝置200不正常。當誤差信號EAOUT之準位大於第一準位、且第二交流電壓WS的交流電壓準位未大於第二準位或未持續該既定時間時，判斷裝置250判定電源供應裝置200不正常。
當回授電壓Vf的準位未超出上限電壓及下限電壓之間的範圍的情形下，上述判斷裝置250進行進一步之判斷；當誤差信號EAOUT之準位未大於第一準位、且第二交流電壓WS的交流電壓準位大於第二準位且持續既定時間時，判斷裝置250判定電源供應裝置200不正常。當回授電壓Vf的準位未超出上限電壓及下限電壓之間的範圍的情形下，上述判斷裝置250亦進行進一步之判斷；當誤差信號EAOUT之準位大於第一準位、且第二交流電壓WS的交流電壓準位未大於第二準位或未持續既定時間時，判斷裝置250判定電源供應裝置200不正常。
判斷裝置250更可進一步接收一緩啟動訊號SS，當緩啟動訊號SS之準位未保持高於第三準位時，則判斷裝置250判定電源供應裝置不正常。
第3圖所示為根據本發明之控制部231的一實施例，控制部231包括誤差放大器340和定電流源341，誤差放大器340接收回授電壓Vf和參考電壓Ref以產生誤差信號EAOUT，而定電流源341對外加電容裝置342充電而輸出緩啟動信號SS，以控制電源供應裝置的啟動。
判斷裝置250可為一微處理器、具有執行程式的硬體或邏輯閘組合等可據以實施上述功能的裝置，第4圖所示 為判斷裝置450的一可能實施例但並非限定於此，判斷裝置450包括一及閘(AND Gate)451及一反互斥或閘(XNOR Gate)452，反互斥或閘452接收第二交流電壓WS和誤差信號EAOUT，及閘451接收回授電壓Vf、緩啟動信號SS以及反互斥或閘452的輸出，及閘451輸出一判斷信號FUNCTION，當判斷信號FUNCTION為邏輯1時，代表電源供應裝置正常，反之，當判斷信號FUNCTION為邏輯0時，則代表電源供應裝置不正常。
在一實施例中，當回授電壓Vf在2.35V(下限電壓)和2.68V(上限電壓)之間時，回授電壓為邏輯1，其餘情況則為邏輯0。回授電壓Vf上限電壓和下限電壓之間的範圍係反應目標直流電壓Vo，在此實施例中，目標直流電壓Vo為12V，若回授電壓Vf在2.35V(下限電壓)和2.68V(上限電壓)之間，則反應目標直流電壓Vo在正常目標範圍內。目標直流電壓Vo根據不同的設計規則會有不同的值。
在此實施例中，當緩啟動信號SS高於0.5V(第三準位)時，緩啟動信號SS為邏輯1，其餘情況則為邏輯0。而當第二交流電壓WS大於0.3V(第二準位)且持續10秒(既定時間)時，第二交流電壓WS為邏輯1，其餘情況則為邏輯0，其中0.3V為偵測第二交流電壓WS時的雜訊容度。當誤差信號EAOUT大於0.5V(第一準位)時，誤差信號EAOUT為邏輯1，其餘情況則為邏輯0。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具有通常技術知識者，在不違 背本發明精神和範圍的情況下，可做些許變動與替代，因此本發明之保護範圍當應視隨後所附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧多電源並聯供電系統
200‧‧‧電源供應裝置
210‧‧‧直流電源轉換器
220‧‧‧變壓器
221‧‧‧第一繞組
222‧‧‧第二繞組
230‧‧‧切換電源控制裝置
231‧‧‧控制部
232‧‧‧驅動部
240‧‧‧整流裝置
250、450‧‧‧判斷裝置
260‧‧‧共用供電線
270‧‧‧回授裝置
340‧‧‧誤差放大器
341‧‧‧定電流源
342‧‧‧電容裝置
451‧‧‧及閘
452‧‧‧反互斥或閘
EAOUT‧‧‧誤差信號
FUNCTION‧‧‧判斷信號
SS‧‧‧緩啟動信號
Vi‧‧‧第一直流電壓
Vf‧‧‧回授電壓
WS‧‧‧第二交流電壓
第1圖所示為根據本發明一實施例的多電源並聯供電系統示意圖；第2圖所示為根據本發明一實施例的電源供應裝置示意圖；第3圖所示為根據本發明一實施例的控制部示意圖；第4圖所示為根據本發明一實施例的判斷裝置示意圖。
200‧‧‧電源供應裝置
210‧‧‧直流電源轉換器
220‧‧‧變壓器
221‧‧‧第一繞組
222‧‧‧第二繞組
230‧‧‧切換電源控制裝置
231‧‧‧控制部
232‧‧‧驅動部
240‧‧‧整流裝置
250‧‧‧判斷裝置
260‧‧‧共用供電線
270‧‧‧回授裝置
EAOUT‧‧‧誤差信號
SS‧‧‧緩啟動信號
Vi‧‧‧第一直流電壓
Vf‧‧‧回授電壓
WS‧‧‧第二交流電壓

Claims (10)

  1. 一種多電源並聯供電系統，包括：複數個電源供應裝置，每一該等電源供應裝置之輸出端直接連接至一共用供電線；每一該等電源供應裝置包括：一直流電源轉換器(DC-to-DC converter)，將一第一直流電壓轉換為一第二直流電壓；一變壓器，具有一第一繞組及一第二繞組，該第一繞組耦接該第二直流電壓；一切換電源控制裝置，包括：一控制部，接收擷取自該共用供電線的一回授電壓而產生一誤差信號；及一驅動部，接收該誤差信號，依據該誤差信號之準位對該第二直流電壓進行切割而於該第一繞組上產生一第一交流電壓，並使得該第二繞組上產生一第二交流電壓；一整流裝置，接收該第二交流電壓而輸出一目標直流電壓至該共用供電線；以及一判斷裝置，接收該回授電壓、該誤差信號、和該第二交流電壓，據以判斷該電源供應裝置是否正常；其中，該判斷裝置更分別偵測該誤差信號之準位是否大於一第一準位、和該第二交流電壓的交流電壓準位是否大於一第二準位且持續一既定時間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系 統，更包括一回授裝置連接該共用供電線，用以對該目標直流電壓進行分壓而輸出該回授電壓，使該回授電壓反應該目標直流電壓之變動而介於一上限電壓及一下限電壓之間；當該回授電壓的準位超出該上限電壓及該下限電壓之間的範圍時，該判斷裝置判定該電源供應裝置不正常。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，其中，當該誤差信號之準位未大於一第一準位、且該第二交流電壓的交流電壓準位大於一第二準位且持續一既定時間時，該判斷裝置判定該電源供應裝置不正常。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，其中，當該誤差信號之準位大於一第一準位、且該第二交流電壓的交流電壓準位未大於一第二準位或未持續一既定時間時，該判斷裝置判定該電源供應裝置不正常。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，其中該第二準位係為該判斷裝置偵測該第二交流電壓之交流電壓準位時的雜訊容度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，其中，該控制部包括一誤差放大器，接收該回授電壓及一參考電壓產生該誤差信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，其中，該控制部更具有一定電流源，對一外加電容裝置充電而輸出一緩啟動信號，以控制該電源供應裝置的啟動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之多電源並聯供電系 統，其中，該判斷裝置更接收該緩啟動信號，當該緩啟動信號之準位未保持高於一第三準位時，則判定該電供應裝置不正常。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，更包括一回授裝置連接該共用供電線，用以對該目標直流電壓進行分壓而輸出該回授電壓，使該回授電壓反應該目標直流電壓之變動而介於一上限電壓及一下限電壓之間；在該回授電壓的準位未超出該上限電壓及該下限電壓之間的範圍的情形下，當該誤差信號之準位未大於一第一準位、且該第二交流電壓的交流電壓準位大於一第二準位且持續一既定時間時，該判斷裝置判定該電源供應裝置不正常。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之多電源並聯供電系統，更包括一回授裝置連接該共用供電線，用以對該目標直流電壓進行分壓而輸出該回授電壓，使該回授電壓反應該目標直流電壓之變動而介於一上限電壓及一下限電壓之間；在該回授電壓的準位未超出該上限電壓及該下限電壓之間的範圍的情形下，當該誤差信號之準位大於一第一準位、且該第二交流電壓的交流電壓準位未大於一第二準位或未持續一既定時間時，該判斷裝置判定該電源供應裝置不正常。
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