專利名稱：一種多電源供電控制裝置及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及多電源供電技術領域，具體為一種多電源供電控制裝置及其系統。
背景技術：
目前，在當今的大型交換設備中，特別是在數據中心領域，大多采用模塊化設計， 用戶可以根據不同的應用需求配置不同的模塊板卡，并且為了保證設備供電效率的最大化，對于這種模塊化的數據中心設備，其供電系統也采用多電源供電的方式，使用戶可以根據當前配置的不同模塊板卡數量來選配不同數量和類型的電源用于系統供電。以此提高電源設備的供電效率，節約設備成本。然而數據中心功耗也非常大，通常情況下，需要配置的電源數量比較多，同時數據中心作為核心網絡，對可靠性的要求也非常高，基本是不允許出現致命性業務中斷。由于這種靈活多電源選配的特性，導致了系統存在一個嚴重的問題由于現有技術中，多個供電電源是共享式的為各負載提供電能，當所配置的多個供電電源滿載工作時， 如果突然有一個或多個電源發生故障，此時剩余的電源將無法承載所有的負載，而出現瞬間過載，導致整機下電，而這種情況對于數據中心來說，是嚴重的致命性業務中斷。現有技術在處理多電源系統時，通常采用均流的方式，如圖1所示，負載模塊12 上包括功率大小相同的三個模塊板卡第一模塊板卡121、第二模塊板卡122、第三模塊板卡 123，它們共同由供電電源11上的三個具有相等額定功率電源第一電源111、第二電源112、 第三電源113共享式供電，假定每個電源具有額定功率為200W，負載模塊上的每個模塊卡板的功耗為100W，這三個電源是按照均流設計平分負載的，如果使用過程中，某一個供電電源損壞，其余兩個電源將直接替代故障電源，重新平均分配負載，以達到無縫切換的冗余效^ ο但是，當負載系統運作時，多電源系統的整體電源使用率并非一直處于滿負荷工作狀態，通常多電源設計時都會考慮到一點冗余效果，比如通常會用3個200W電源給為 300W的負載進行供電，也就是用600W的電源能力提供給最大300W的負載，這樣可以保證當兩個電源壞掉一個時，系統仍然正常運作，并且這個300W負載也不是固定的，負載大多數情況下是在小于300W的范圍內變換，所以采用均流方式后，每個電源將承擔相同的小于 IOOff的某個值，從而使每個電源按照小于50%的利用率來使用，造成了極大的能源浪費。現有技術中的另一種多電源設計為主備冗余供電設計，其由軟件控制，將多電源系統中的電源，一部分設置為主用電源，一部分設置為備用電源，主用電源正常供電，備用電源進入待機狀態不供電，當軟件發現主用電源故障時，再將備用電源開啟，以便接替故障電源繼續工作。這種設計，需要特殊的可通過通信總線進行控制和訪問的電源，并且由軟件來控制，穩定性不高，容易受軟件影響，實現條件受限，局限性太強。

發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種多電源供電控制裝置及其系統，解決了由于部分電源突然斷電而導致整機供電系統瞬間過載，從而導致整個系統斷電的問題，并且提高了整機供電效率，穩定性高，不受實現條件的限制。本發明提供了一種多電源供電控制裝置，應用于多電源供電系統中，所述多電源供電系統中至少包含兩個電源，還包括電壓檢測電路和過流保護電路；所述電壓檢測電路，包括一第一支路，所述第一支路連接于所述多電源供電系統中一個第一供電電源的輸出端及其對應負載之間，所述第一支路包含電源電阻；至少一條第二支路，連接于所述過流保護電路的輸出端與所述多電源供電系統中除所述第一供電電源之外的至少一個其他電源與其他負載相連的其他支路上的電源電阻之間，所述第二支路包含串接的電流通斷控制單元和負載電阻；所述過流保護電路，其輸入端連接所述第一供電電源的輸出端，其輸出端連接所述第二支路的輸入端；所述過流保護電路包括至少兩組電壓獲取端口，其一組電壓獲取端口連接到所述第一支路上的電源電阻的兩端，用于獲取所述電源電阻兩端的電壓，其他各組電壓獲取端口分別連接到一條所述第二支路上的負載電阻的兩端，用于獲取對應負載電阻兩端的電壓，并根據各組電壓獲取端口獲得電壓控制所述第二支路接通或斷開。本發明還提供了一種多電源供電控制系統，包括n個電源以及對應連接的η個負載，所述η為大于等于2的自然數，還包括所述η個多電源供電控制裝置；每個所述多電源供電控制裝置對應連接于每個電源與其主負載之間；并且，每個所述多電源供電控制裝置包含至少一條連接其他次負載的第二支路；當該系統中的電源正常工作時，每個電源通過所述第一支路給對應的主負載供電；當該系統中存在有故障電源時，所述故障電源的對應連接的主負載通過所述第二支路連接的無故障電源給所述故障電源對應的主負載供電。本發明實施例有益效果如下本發明通過一種硬件設計，將傳統的數據中心的多電源供電系統的共享供電方式更改為分布式供電，即不同的電源主供電供給不同的負載，并且當對應負載的供電主電源未插入時，可以由其余電源作為次供電給其供電，保證多電源系統本身的供電特性；并且， 在此分布式供電架構中，增加了分布式電流保護設計，避免了因部分電源故障導致的剩余電源瞬間過載而整機下電的致命性業務中斷；在本發明中，當部分電源故障時，只會使其對應主供電區域的負載被下電，而不會影響整機其他負載的運行，并且整個過程由硬件實現， 無需軟件參與，提高了數據中心電源系統供電穩定性與可靠性。


圖1為現有技術多電源供電的結構示意圖；圖2為本發明系統實施例一的電路圖；圖3為本發明系統中調節電路的可選電路圖；圖4為本發明系統中二極管隔離作用的說明示意圖；圖5為本發明裝置中過流保護單元的電路圖。
具體實施例方式本發明提供了一種多電源供電控制裝置及其系統，解決了由于部分電源突然斷電而導致整機供電系統瞬間過載，從而導致整個系統斷電的問題，并且提高了整機供電效率， 穩定性高，不受實現條件的限制。本發明提供了一種多電源供電控制裝置，應用于多電源供電系統中，所述多電源供電系統中至少包含兩個電源，還包括電壓檢測電路和過流保護電路；所述電壓檢測電路，包括一第一支路，所述第一支路連接于所述多電源供電系統中一個第一供電電源的輸出端及其對應負載之間，所述第一支路包含電源電阻；至少一條第二支路，連接于所述過流保護電路的輸出端與所述多電源供電系統中除所述第一供電電源之外的至少一個其他電源與其他負載相連的其他支路上的電源電阻之間，所述第二支路包含串接的電流通斷控制單元和負載電阻；所述過流保護電路，其輸入端連接所述第一供電電源的輸出端，其輸出端連接所述第二支路的輸入端；所述過流保護電路包括至少兩組電壓獲取端口，其一組電壓獲取端口連接到所述第一支路上的電源電阻的兩端，用于獲取所述電源電阻兩端的電壓，其他各組電壓獲取端口分別連接到一條所述第二支路上的負載電阻的兩端，用于獲取對應負載電阻兩端的電壓，并根據各組電壓獲取端口獲得電壓控制所述第二支路接通或斷開。較佳的，所述電流通斷控制單元具體為二極管，連接于所述過流保護電路的輸出端與所述負載電阻之間。較佳的，所述電源電阻和負載電阻為大功率電阻。進一步，所述過流保護電路中具體還包括計算器件及電流通斷器件；所述計算器件與所述至少兩組電壓獲取端口連接，用于根據所述每組電壓獲取端口獲取的電壓，計算每組電壓獲取端口獲得電壓差值，再對各電壓差值進行求和運算，根據所述運算結果與所述供電電源額定功率設定的電壓值的大小關系，控制所述電流通斷器件；所述電流通斷器件用于接通或斷開所述第二支路。進一步，所述計算器件具體包括對應每組電壓獲取端口的減法器，至少一個加法器，一運算放大器；所述減法器連接每組電壓獲取端口的兩個端口，用于計算每組電壓獲取端口獲得電壓差值；所述至少兩個減法器的輸出端連接到所述加法器上，用于將計算出的電壓差值輸入到加法器；所述加法器計算各電壓差值的和值，并發送到運算放大器；所述運算放大器將所述和值與所述供電電源額定功率設定的電壓值進行比較，并根據比較結果發出相應控制信號給所述電流通斷器件。較佳的，所述電流通斷器件具體為MOS管。本發明還提供了一種多電源供電控制系統，包括n個電源以及對應連接的η個負載，所述η為大于等于2的自然數，還包括所述的η個多電源供電控制裝置；每個所述多電源供電控制裝置對應連接于每個電源與其主負載之間；并且，每個所述多電源供電控制裝置包含至少一條連接其他次負載的第二支路；
當該系統中的電源正常工作時，每個電源通過所述第一支路給對應的主負載供電；當該系統中存在有故障電源時，所述故障電源的對應連接的主負載通過所述第二支路連接的無故障電源給所述故障電源對應的主負載供電。進一步，所述每個多電源供電控制裝置中的電壓檢測電路包含有相同數量的第二支路，或不同數量的第二支路。較佳的，所述每個多電源供電控制裝置中電壓檢測電路包含有相同數量的第二支路；具體為包含有與除每個多電源供電控制裝置連接的電源對應的主負載之外的n-1個次負載連接的第二支路。以下結合附圖及具體實施方式
對本發明的進行詳細說明，應當理解，此處所描述的實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。如圖2所示，為本發明系統實施例一的電路圖，包括供電電源61上三個電源第一電源611、第二電源612、第三電源613分別獨立連接負載模塊63上的第一模塊線卡631、第二模塊線卡632、第三模塊線卡633 ；并且包括有過流保護電路，過流保護電路621連接于第一電源611與第一模塊線卡631之間，過流保護電路621具有三組輸入端，每組輸入端連接電源與負載之間電路上的一電阻，用于監測電阻兩端的電壓差，從而確定出負載的總功耗與該電源的額定功率的大小，電阻Rl連接于第一電源611與第一模塊線卡631之間的電路中，并且連接于過流保護電路621的第一組輸入端A、B的兩端口，電阻R2連接于第一電源 611與第二模塊線卡632之間的電路中，并且連接于過流保護電路621的第二組輸入端C、D 的兩端口，電阻R3連接于第一電源611與第三模塊線卡633之間的電路中，并且連接于過流保護電路621的第三組輸入端E、F的兩端口，將AB間的電壓差Uab，CD間的電壓差Ued以及EF間的電壓差Urf求和，并與一設定值(該設定值對應電源所能輸出的額定功率)進行比較，當求和結果大于或等于該設定值時，過流保護電路621的輸入端G、輸出端H斷開，當求和結果小于該設定值時，過流保護電路621的輸入端G、輸出端H導通，在過流保護電路 621的輸出端H與負載第二模塊線卡632及第三模塊線卡633連接的兩個支路之間分別連接有一個二極管D1、二極管D2，作為斷路通斷單元，并根據二極管的通斷電路的特性，控制所在支路的通斷；同理在第二電源612與負載模塊63之間也連接有過流保護電路622，以及第一模塊線卡631通過二極管D3、二極管第三模塊線卡633通過D4與過流保護電路622 相連接；第三電源613與負載模塊63之間也連接有過流保護電路623，以及第二模塊線卡 632通過二極管D5、第一模塊線卡631通過二極管D6與過流保護電路623相連接。正常情況下，假設每個電源提供100W的供電能力，而每個模塊線卡的功耗也是 100W，所以當插入三個模塊線卡時，對應的至少需要插入三個電源，如圖2所示，作為主供電電源的第一電源611給連接第一模塊線卡631供電，其直接輸出電壓VlM給第一模塊線卡631 ；而第二電源612的輸出電壓通過過流保護電路后輸入給二極管D3的電壓V2S作為次電源供電，由于三個電源類型相同其輸出電壓也相同，即VlM = V2M = V3M，如果此時過流保護電路是連通的，則V2S = V2M，如果是關閉，則V2S = 0(表示無電壓輸入)，所以VlM > =V2S,也就意味著二極管D3兩端的電壓小于或等于0V，當然也就小于二極管的導通電壓0. 7V，所以二極管D3處于關斷狀態，第一模塊線卡631只能由第一電源611提供供電；同理，二極管D6也是處于關斷狀態，第一電源613也不對第一模塊線卡631進行供電。按照如上分析方法，三個電源均滿載給對應的三個模塊分別供電。但是，如果電源1突然損壞，按照二極管特性，第一模塊線卡631的供電將由第二電源612輸出的V2S與第三電源613輸出的V3S經過D3和D6壓降0. 7V后對其供電；但是上述正常環境下，第二電源612和第三電源613額定功率100W供電能力已經分別全部分配給負載模塊中的第二模塊線卡632和第三模塊線卡633，由于原來第二電源612已經滿負載供電，并且正常時二極管D3和二極管D4是關斷的，R5和R6上也就沒有電流經過，所以其對應的過流保護電路中輸入的電壓差Ucd和Uef為0V，而Uab剛好為30mV (等效為100W的負載功耗)，所以Uab+U。d+Uef = 30mV ；而當第一電源611壞掉后，D3瞬間導通，R5將流過電流，此時過流保護開關的輸入Ucd將大于0V，即Uab+U。d+Uef大于30mV，則第二電源612對應的過流保護電路關斷，同理第三電源613對應的過流保護電路也關斷，所以第一模塊線卡631 將因為沒有電源供電而被下電，但是第二模塊線卡632、第三模塊線卡633繼續由第二電源 612、第三電源613分別供電工作。如果第二電源612和第三電源613沒有滿載，并且滿足第二電源612加上第三電源613的額定功率大于負載模塊的功耗和，則在第一電源611故障后，負載模塊的第一模塊線卡631將由第二電源612和第三電源613繼續給予供電，保證三個負載均正常工作。如圖3所示，為本發明實施例中功耗檢測電路的可選電路圖，過流保護電路的電流輸入端分別連接多個電源的供電輸出端，電流輸出端連接負載模塊，用于檢測負載功耗與電源額定功率的關系；如圖3所示，為其工作原理，該檢測電路可以包括電阻，阻值可以為1歐姆，其滿足伏安定律的特性，將電流等效為電壓，并且電源的輸出電壓是固定值，而功耗就等于電壓與電流之積，所以此等效電壓就代表負載所消耗的功率，并將此等效電壓輸給過流保護電路的各輸入端口，由過流保護電路進行判斷電流的通斷。如圖4所示，為本發明二極管隔離作用的說明示意圖，二極管包含一種固有特性， 當其正向壓降大于等于0. 7V時，便會導通(即呈現左右連通的短路狀態)，當其正向壓降低于0.7V時，則表現為斷路。本發明正是利用這一特性，來控制各電源的供電優先級。直接相連且獨立為負載供電的為主電源，其他通過過流保護電路相連的電源為次電源，當某模塊線卡存在與其對應的主、次電源同時為其供電時，主電源的輸出電壓和次電源的輸出電壓同時存在于二極管的兩端，即二極管正向壓降為0V，二極管將處于斷路狀態，次電源將不會向此模塊線卡輸出供電，如圖中所示，假設第一個電源的輸出電壓為VISl = IOV ；第二個電源的輸出電壓為VIS2 = 11V，總的輸出電壓為VOUT = 10. 3V。由于VIS2-V0UT = 0. 7V, 所以第二個二極管D2導通，輸出電流，而VISl < V0UT,所以第一個二極管Dl將處于斷路狀態，無法輸出電流，這樣就做到了各個電源供電狀態的自由控制。如圖5所示，為本發明裝置中過流保護單元的電路圖，將其兩組輸入電壓差值 U(A-B)和U(C-D)求和，當此和值達到一定值(此值等效于對應電源所能輸出的最大功耗) 時，將GH兩端關斷，本發明不限于任何實現方式。下面結合附圖具體說明，包括運算放大器，是一種具有比較其正極和負極輸入電壓大小的設備，當其輸入正電壓大于其輸入負電壓時，運算放大器將輸出固定高電平；反之，輸出0V;減法器，直接將其正極輸入端輸入值減去其負極輸入端輸入的電壓得到的差值從out端輸出；同理，加法器，則是將其a、b兩個輸入電壓相加后輸出到c ；當((A-B) + (C-D))的電壓大于穩壓器(即固定輸出一個參考電壓的設備，圖3中舉例為30mV等效對應于單個電源所能輸出的最大功耗IOOw)輸出的30mV 時，運算放大器將輸出OV電壓，使MOS管的DS關斷，即G、H處于斷開狀態。反之，則G、H處于連通狀態。綜上所述，本發明通過一種硬件設計，將傳統的數據中心的多電源供電系統的共享供電方式更改為分布式供電，即不同的電源主供電供給不同的負載，并且當對應負載的供電主電源未插入時，可以由其余電源作為次供電給其供電，保證多電源系統本身的供電特性；并且，在此分布式供電架構中，增加了分布式電流保護設計，避免了因部分電源故障導致的剩余電源瞬間過載而整機下電的致命性業務中斷；在本發明中，當部分電源故障時， 只會使其對應主供電區域的負載被下電，而不會影響整機其他負載的運行，并且整個過程由硬件實現，無需軟件參與，提高了數據中心電源系統供電穩定性與可靠性。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種多電源供電控制裝置，應用于多電源供電系統中，所述多電源供電系統中至少包含兩個電源，其特征在于，還包括電壓檢測電路和過流保護電路；所述電壓檢測電路，包括一第一支路，所述第一支路連接于所述多電源供電系統中一個第一供電電源的輸出端及其對應負載之間，所述第一支路包含電源電阻；至少一條第二支路，連接于所述過流保護電路的輸出端與所述多電源供電系統中除所述第一供電電源之外的至少一個其他電源與其他負載相連的其他支路上的電源電阻之間， 所述第二支路包含串接的電流通斷控制單元和負載電阻；所述過流保護電路，其輸入端連接所述第一供電電源的輸出端，其輸出端連接所述第二支路的輸入端；所述過流保護電路包括至少兩組電壓獲取端口，其一組電壓獲取端口連接到所述第一支路上的電源電阻的兩端，用于獲取所述電源電阻兩端的電壓，其他各組電壓獲取端口分別連接到一條所述第二支路上的負載電阻的兩端，用于獲取對應負載電阻兩端的電壓，并根據各組電壓獲取端口獲得電壓控制所述第二支路接通或斷開。
2.根據權利要求1所述的多電源供電控制裝置，其特征在于，所述電流通斷控制單元具體為二極管，連接于所述過流保護電路的輸出端與所述負載電阻之間。
3.根據權利要求1所述的多電源供電控制裝置，其特征在于，所述電源電阻和負載電阻為大功率電阻。
4.根據權利要求1所述的多電源供電控制裝置，其特征在于，所述過流保護電路中具體還包括計算器件及電流通斷器件；所述計算器件與所述至少兩組電壓獲取端口連接，用于根據所述每組電壓獲取端口獲取的電壓，計算每組電壓獲取端口獲得的電壓差值，再對各電壓差值進行求和運算，根據所述運算結果與所述供電電源額定功率設定的電壓值的大小關系，控制所述電流通斷器件；所述電流通斷器件用于接通或斷開所述第二支路。
5.根據權利要求4所述的多電源供電控制裝置，其特征在于，所述計算器件具體包括 對應每組電壓獲取端口的減法器，至少一個加法器，一運算放大器；所述減法器連接每組電壓獲取端口的兩個端口，用于計算每組電壓獲取端口獲得的電壓差值；所述至少兩個減法器的輸出端連接到所述加法器上，用于將計算出的電壓差值輸入到加法器；所述加法器計算各電壓差值的和值，并發送到運算放大器；所述運算放大器將所述和值與所述供電電源額定功率設定的電壓值進行比較，并根據比較結果發出相應控制信號給所述電流通斷器件。
6.根據權利要求5所述的多電源供電控制裝置，其特征在于，所述電流通斷器件具體為MOS管。
7.一種多電源供電控制系統，包括m個電源以及對應連接的η個負載，所述η為大于等于2的自然數，其特征在于，還包括如權利要求1所述的η個多電源供電控制裝置；每個所述多電源供電控制裝置對應連接于每個電源與其主負載之間；并且，每個所述多電源供電控制裝置包含至少一條連接其他次負載的第二支路；當該系統中的電源正常工作時，每個電源通過所述第一支路給對應的主負載供電；當該系統中存在有故障電源時，所述故障電源的對應連接的主負載通過所述第二支路連接的無故障電源給所述故障電源對應的主負載供電。
8.根據權利要求7所述的多電源供電控制系統，其特征在于，所述每個多電源供電控制裝置中的電壓檢測電路包含有相同數量的第二支路，或不同數量的第二支路。
9.根據權利要求8所述的多電源供電控制系統，其特征在于，所述每個多電源供電控制裝置中電壓檢測電路包含有相同數量的第二支路；具體為包含有與除每個多電源供電控制裝置連接的電源對應的主負載之外的n-1個次負載連接的第二支路。
全文摘要
本發明公開了一種多電源供電控制系統，包括n個電源以及對應連接的n個負載，還包括所述的n個多電源供電控制裝置；每個所述多電源供電控制裝置對應連接于每個電源與其主負載之間；并且，每個所述多電源供電控制裝置包含至少一條連接其他次負載的第二支路；當該系統中的電源正常工作時，每個電源通過所述第一支路給對應的主負載供電；當該系統中存在有故障電源時，所述故障電源的對應連接的主負載通過所述第二支路連接的無故障電源給所述故障電源對應的主負載供電。本發明使用簡易的硬件電路，解決了多電源對多負載供電過程中，某一電源突然故障，其他電源由于瞬間過載造成所有負載下電的問題。
文檔編號H02J9/04GK102510122SQ20111036921
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者葉青海, 鄧志吉 申請人:北京星網銳捷網絡技術有限公司