一種雙模冗餘供電系統的製作方法

2023-05-07 16:33:51 1

專利名稱：一種雙模冗餘供電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種供電系統。
背景技術：
嵌入式高可信計算機系統需要長時間的高可靠供電。高可靠供電的含義是即使電源設備出現故障，也不允許出現供電中斷。為此，要提高電源子系統的容錯能力，其中最合適的措施就是採用冗餘電源的供電方式。但是現有的冗餘電源的供電可靠性較差。

發明內容
本發明是為了解決現有冗餘電源的供電可靠性較差的問題，從而提供一種雙模冗餘供電系統。一種雙模冗餘供電系統，它包括兩個完全相同的電源插卡，所述每個電源插卡均包括可充電電源、充電電路、待機供電電路、+5V供電電路、+3. 3V供電電路、+1.2V供電電路、+12V供電電路、電池電壓/電流及供電監控電路、供電電壓監控電路和Compact PCI接口 ；可充電電源的電源信號輸入或輸出端與充電電路的電源信號輸出或輸入端連接；充電電路的+5V電源信號輸出端與+5V供電電路的電源信號輸入端連接；充電電路的待機電源信號輸出端與待機供電電路的待機電源信號輸入端連接；待機供電電路的待機電源信號輸出端與供電電壓監控電路的待機供電信號輸入端連接；+5V供電電路的三個+5V電源信號輸出端分別與+3. 3V供電電路的電源信號輸入端、+1. 2V供電電路的電源信號輸入端和 +12V供電電路的電源信號輸入端連接，+3. 3V供電電路的+3. 3V電源信號輸出端與供電電壓監控電路的+3. 3V電源信號輸入端連接；+1. 2V供電電路的+1. 2V電源信號輸出端與供電電壓監控電路的+1. 2V電源信號輸入端連接；+12V供電電路的+12V電源信號輸出端與供電電壓監控電路的+12V電源信號輸入端連接；充電電路的電源監控信號輸出端與電池電壓/電流及供電監控電路的電源監控信號輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路的充電控制信號輸出端與充電電路的充電控制信號輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路的電源信號輸入端與Compact PCI接口的待供電系統的+20V充電電源輸出端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路通過IIC串行總線與Compact PCI接口連接，所述Compact PCI接口提供外部IIC串行總線接口 ；供電電壓監控電路的供電電壓輸出端與Compact PCI接口的待供電系統的供電電壓輸入端連接；兩個電源插卡之間並聯連接。供電電壓監控電路的供電電壓輸出端輸出的電壓電源包括用於待供電系統待機的兩路待機電壓電源和用於待供電系統的四路供電電壓電源，所述兩路待機電壓電源分別為+5V和+3. 3V ；四路供電電壓電源分別為+12V、+5V、+3. 3V和+1. 2V。供電電壓監控電路採用型號為LTM4600的晶片輸出+5V的供電電壓電源。供電電壓監控電路採用型號為MAX771的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+12V 的供電電壓電源輸出；供電電壓監控電路採用型號為LT1085的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+3. 3V的供電電壓電源輸出；供電電壓監控電路採用型號為LM1117-ADJ的晶片將 +5V的供電電壓電源轉化為+1. 2V的供電電壓電源輸出。可充電電源為16. 8V/9600mAH的鋰電池組。充電電路採用型號為LT1505的晶片實現。供電電壓監控電路採用型號為C8051F041的單片機實現。有益效果本發明採用雙模冗餘供電系統為待供電提供供電，當其中一個電源插卡損壞後，另一個電源插卡仍然可以進行不間斷的供電，系統供電可靠性是現有的供電系統的2倍。


圖1是本發明的結構示意圖，圖2是本發明具體實施方式
七的電路連接示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1說明本具體實施方式
，一種雙模冗餘供電系統，它包括兩個完全相同的電源插卡10，所述每個電源插卡10均包括可充電電源1、充電電路2、待機供電電路3、+5V供電電路4、+3. 3V供電電路9、+l. 2V供電電路11、+12V供電電路5、電池電壓/電流及供電監控電路6、供電電壓監控電路7和Compact PCI接口 8 ；可充電電源1 的電源信號輸入或輸出端與充電電路2的電源信號輸出或輸入端連接；充電電路2的+5V 電源信號輸出端與+5V供電電路4的電源信號輸入端連接；充電電路2的待機電源信號輸出端與待機供電電路3的待機電源信號輸入端連接；待機供電電路3的待機電源信號輸出端與供電電壓監控電路7的待機供電信號輸入端連接；+5V供電電路4的三個+5V電源信號輸出端分別與+3. 3V供電電路9的電源信號輸入端、+1. 2V供電電路11的電源信號輸入端和+12V供電電路5的電源信號輸入端連接，+3. 3V供電電路9的+3. 3V電源信號輸出端與供電電壓監控電路7的+3. 3V電源信號輸入端連接；+1. 2V供電電路11的+1. 2V電源信號輸出端與供電電壓監控電路7的+1. 2V電源信號輸入端連接；+12V供電電路5的+12V 電源信號輸出端與供電電壓監控電路7的+12V電源信號輸入端連接；充電電路2的電源監控信號輸出端與電池電壓/電流及供電監控電路6的電源監控信號輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路6的充電控制信號輸出端與充電電路2的充電控制信號輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路6的電源信號輸入端與Compact PCI接口 8的待供電系統的+20V充電電源輸出端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路6通過IIC 串行總線與CompactPCI接口 8連接，所述CompactPCI接口 8提供外部IIC串行總線接口 ； 供電電壓監控電路7的供電電壓輸出端與Compact PCI接口 8的待供電系統的供電電壓輸入端連接；兩個電源插卡10之間並聯連接。本發明的電源系統採用兩個模塊的冗餘結構。兩個電源插卡1用於提供系統所需要的所有電壓電源，插卡提供足夠的功率餘量，即使在兩個插卡1中的一個插卡1故障無法正常供電的情況下，另外一個插卡1也可以負擔整個系統所需要消耗的功率。並且用戶可以在開機狀態下更換故障的插卡，每個插卡1通過支持熱插拔的Compact PCI接口 8連接到待供電系統的主機板上，儘可能將所有部件放到可拆換的供電模塊上，待供電系統的主機板上部件儘量精簡。本發明提供了兩路輸出電壓電源其中一路為+5V、+3. 3V兩種供電電壓電源用於系統待機時供電；另一路為+12V、+5V、+3. 3V、+1. 2V四種供電電壓電源用於系統正常工作時供電，且這兩組電源能在主機板的控制下獨立地開啟和關閉。每個電源插卡1通過底板上的電源總線並聯，共同給目標系統供電。本發明的電源插卡1通過3U規格的Compact PCI插頭連接到主機板，插卡上1設置了 LT1646晶片支持熱插拔。電源插卡通過Compact PCI接口 8連接到IIC總線上，用於與待供電系統上的處理器相連，將一些模塊狀態信息和控制信號通過這些連接傳送。電源插卡1通過IIC總線與主機板上的MCU連接，電池的電壓和放電電流等數據通過這條傳送。而電源的開關信號、充電完成信號、插卡的使能信號都直接通過PCB布線與主機板上的MCU相連。
具體實施方式
二、本具體實施方式
與具體實施方式
一所述的一種雙模冗餘供電系統的區別在於，供電電壓監控電路7的供電電壓輸出端輸出的電壓電源包括用於待供電系統待機的兩路待機電壓電源和用於待供電系統的四路供電電壓電源，所述兩路待機電壓電源分別為+5V和+3. 3V ；四路供電電壓電源分別為+12V、+5V、+3. 3V和+1. 2V。本實施方式中，電源插卡1還有一個指示電源工作狀況的信號，這個信號通過 CompactPCI接口接出，如果系統發現某個電源插卡1不正常，這個信號就會給出提醒用戶更換故障插卡。這個信號是由LTC2910電壓監控晶片給出的。LT(^910是一種八路電壓監控IC，當其中的一路或多路電壓低於預設值時，LTC2910的狀態指示引腳的電平就會發生跳變。本系統在插卡上了使用一片LTC2910來監視待機+5V、待機+3. 3V、主+5V、主+3. 3V、 主+1. 2V、主+12V這六路電壓。
具體實施方式
三、本具體實施方式
與具體實施方式
二所述的一種雙模冗餘供電系統的區別在於，供電電壓監控電路7採用型號為LTM4600的晶片輸出+5V的供電電壓電源。
具體實施方式
四、本具體實施方式
與具體實施方式
三所述的一種雙模冗餘供電系統的區別在於，供電電壓監控電路7採用型號為MAX771的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+12V的供電電壓電源輸出；供電電壓監控電路7採用型號為LT1085的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+3. 3V的供電電壓電源輸出；供電電壓監控電路7採用型號為LM1117-ADJ 的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+1. 2V的供電電壓電源輸出。本實施方式中，選用LTC16^作為主控晶片構成降壓電路，LTC1628是一種DC/DC 降壓控制晶片，只需要在外圍設置合適的功率M0SFET、電感以及較少的無源器件就可以正常工作，提供+5V與+3. 3V兩路輸出電壓，通過選擇合適的外圍器件，整個電路可以提供高達90%的效率。主+5V供電IC採用LTM4600，它是Linear ^Technology推出的模塊化DC/ DC電源IC。通過將M0SFET、電感、續流二極體等構成開關電壓轉換電路的必要元件全部集成到晶片中，LTM4600隻需要極少的外圍元件就可以正常工作(一個輸入蓄能電容，一個輸出電容，一個調節輸出電壓的電阻)，提供IOA的最大持續輸出電流及高達93%的效率。主 +12V、主3. 3V及主1. 2V電壓由主+5V電壓轉換而來，採用的晶片分別是MAX771、LT1085及 LM1117-ADJ。
具體實施方式
五、本具體實施方式
與具體實施方式
一、二、三或四所述的一種雙模冗餘供電系統的區別在於，可充電電源1為16. 8V/9600mAH的鋰電池組。本實施方式中，每塊電源插卡1都配置一塊16. 8V/9600mAH的鋰電池組，每塊電池組的充電和放電都是可獨立調節的。
具體實施方式
六、本具體實施方式
與具體實施方式
五所述的一種雙模冗餘供電系統的區別在於，充電電路2採用型號為LT1505的晶片實現。本實施方式中，電源插卡上集成了電池充電電路，為保證較短的充電時間，充電電路要能提供較大的充電電流。選用LT1505作為充電電路的主控晶片，它基於DC/DC的原理， 提供最高4A的充電電流。
具體實施方式
七、本具體實施方式
與具體實施方式
一、二、三、四、或六所述的一種雙模冗餘供電系統的區別在於，供電電壓監控電路7採用型號為C8051F041的單片機實現。本實施方式中，每個電源插卡1上使用一片C8051F041單片機監控電池的狀況。 該單片機除了具備高效的51內核之外，還在片上集成了豐富的數字及模擬外設，如IIC核、 Uart核、ADC等，對它們的編程十分方便。C8051F041片上包括一個高壓差分放大器，其增益可調，通過它可以直接測量電池兩端的電壓。而電池的放電電流需要間接地測量，如圖2所示，在電池的負極串聯一片 IOmΩ/Iff的精密電阻，電流流過這個電阻時會在電阻兩端產生微小的壓降，這個壓降經過儀表放大器INA122放大，送入C8051F041的ADC的輸入端，最後由C8051F041裡面運行的程序將電流算出。
權利要求
1.一種雙模冗餘供電系統，其特徵是它包括兩個完全相同的電源插卡(10)，所述每個電源插卡(10)均包括可充電電源(1)、充電電路O)、待機供電電路(3)、+5V供電電路 (4),+3. 3V供電電路(9)、+1.2V供電電路(11)、+12V供電電路(5)、電池電壓/電流及供電監控電路(6)、供電電壓監控電路(7)和Compact PCI接口⑶；可充電電源⑴的電源信號輸入或輸出端與充電電路⑵的電源信號輸出或輸入端連接；充電電路(2)的+5V電源信號輸出端與+5V供電電路的電源信號輸入端連接；充電電路O)的待機電源信號輸出端與待機供電電路⑶的待機電源信號輸入端連接；待機供電電路⑶的待機電源信號輸出端與供電電壓監控電路(7)的待機供電信號輸入端連接；+5V供電電路(4)的三個+5V 電源信號輸出端分別與+3. 3V供電電路(9)的電源信號輸入端、+1.2V供電電路(11)的電源信號輸入端和+12V供電電路(5)的電源信號輸入端連接，+3.3V供電電路(9)的+3.3V 電源信號輸出端與供電電壓監控電路(7)的+3. 3V電源信號輸入端連接；+1. 2V供電電路 (11)的+1. 2V電源信號輸出端與供電電壓監控電路(7)的+1. 2V電源信號輸入端連接； +12V供電電路(5)的+12V電源信號輸出端與供電電壓監控電路(7)的+12V電源信號輸入端連接；充電電路O)的電源監控信號輸出端與電池電壓/電流及供電監控電路(6)的電源監控信號輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路(6)的充電控制信號輸出端與充電電路O)的充電控制信號輸入端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路(6)的電源信號輸入端與CompactPCI接口(8)的待供電系統的+20V充電電源輸出端連接；所述電池電壓/電流及供電監控電路(6)通過IIC串行總線與Compact PCI接口⑶連接，所述Compact PCI接口(8)提供外部IIC串行總線接口 ；供電電壓監控電路(7)的供電電壓輸出端與Compact PCI接口⑶的待供電系統的供電電壓輸入端連接；兩個電源插卡(10) 之間並聯連接。
2.根據權利要求1所述的一種雙模冗餘供電系統，其特徵在於供電電壓監控電路(7) 的供電電壓輸出端輸出的電壓電源包括用於待供電系統待機的兩路待機電壓電源和用於待供電系統的四路供電電壓電源，所述兩路待機電壓電源分別為+5V和+3. 3V ；四路供電電壓電源分別為+12V、+5V、+3. 3V和+1. 2V。
3.根據權利要求2所述的一種雙模冗餘供電系統，其特徵在於供電電壓監控電路(7) 採用型號為LTM4600的晶片輸出+5V的供電電壓電源。
4.根據權利要求3所述的一種雙模冗餘供電系統，其特徵在於供電電壓監控電路(7) 採用型號為MAX771的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+12V的供電電壓電源輸出；供電電壓監控電路(7)採用型號為LT1085的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+3. 3V的供電電壓電源輸出；供電電壓監控電路(7)採用型號為LM1117-ADJ的晶片將+5V的供電電壓電源轉化為+1. 2V的供電電壓電源輸出。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種雙模冗餘供電系統，其特徵在於可充電電源 (1)為16. 8V/9600mAH的鋰電池組。
6.根據權利要求5所述的一種雙模冗餘供電系統，其特徵在於充電電路(2)採用型號為LT1505的晶片實現。
7.根據權利要求1、2、3、4或6所述的一種雙模冗餘供電系統，其特徵在於供電電壓監控電路(7)採用型號為C8051F041的單片機實現。
全文摘要
一種雙模冗餘供電系統，涉及一種供電系統，它解決了現有冗餘電源的供電可靠性較差的問題。它的可充電電源與充電電路連接，充電電路為+5V供電電路、待機供電電路供電，+5V供電電路同時與+3.3V供電電路、+1.2V供電電路和+12V供電電路連接，供電電壓監控電路監控待機供電電路和+3.3V供電電路、+1.2V供電電路和+12V供電電路連接；電池電壓/電流及供電監控電路監控充電電路的狀態及控制充電電路進行充電，供電電壓監控電路的供電電壓輸出端通過Compact PCI接口與待供電系統的供電電壓輸入端連接；兩個電源插卡之間並聯。本發明適用於向目標系統供電。
文檔編號G06F1/30GK102200824SQ201110123539
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者劉宏偉, 吳智博, 周海鷹, 左德承, 張展, 楊孝宗, 溫東新, 羅丹彥, 舒燕君, 苗百利, 董劍, 錢軍 申請人:哈爾濱工業大學