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一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法

阅读:891发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法,该结构包括主电源和备电源,且主电源和备电源的输出线及 信号 线并联,主电源和备电源内均设有信号控 制模 块 和信号检测模块,信号 控制模块 分别控制主机和备机的在位信号、 输出信号 ,信号检测模块分别检测主机和备机的在位信号、输出信号,并根据检测的信号控制电源的输出状态并进行快速切换;该方法包括、检测在位线、确认优先级、主备检测、控制输出等过程。本发明在普通UPS逆变电源增加主备自动竞争及快速切换,可在低成本下实现可靠的供电保证,同时容易维护。,下面是一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法专利的具体信息内容。

1.一种主备自动竞争及快速切换的电源结构,包括主电源和备电源,且所述主电源和所述备电源的输出线及信号线并联,其特征在于,所述主电源和所述备电源内均设有CPU,所述CPU内设有信号控制模和信号检测模块,所述信号控制模块分别控制主机和备机的在位信号、输出信号,所述信号检测模块分别检测主机和备机的在位信号、输出信号,并根据检测的信号控制电源的输出状态并进行快速切换。
2.根据权利要求1所述的主备自动竞争及快速切换的电源结构,其特征在于,所述主电源和所述备电源均为UPS电源,且所述主电源的输出线和所述备电源的输出线并联后形成UPS输出。
3.根据权利要求1所述的主备自动竞争及快速切换的电源结构,其特征在于,主机的在位信号、备机的在位信号、主机的输出信号、备机的输出信号均为双向连接线,各个连接线均分别与控制检测电路连接。
4.根据权利要求3所述的主备自动竞争及快速切换的电源结构,其特征在于,所述控制检测电路包括第一光耦和第二光耦,第一电源经过第二电阻后与所述第一光耦的第一脚连接,所述第一光耦的第二脚与三极管的集电极连接,所述三极管的基极经过第一电阻后连接信号输入端,所述三极管的基极还经过并联的第一电容、第三电阻后接地,所述三极管的发射极接地;
所述第一光耦的第四脚与第二光耦的第二脚连接,所述第二光耦的第一脚经过第四电阻后与VCC电源连接,所述第二光耦的第三脚接地,其第四脚连接信号输出端,并经过第五电阻与第二电源连接。
5.一种主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、分别检测主电源和备电源的在位线,确认电源所处的工作状态;
S2、主备竞争,确认本机主机模式还是备机模式;
S3、检测主电源、备电源的输出信号,判断电源自身是否待机;
S4、控制主电源和备电源的输出信号,宣告电源自身工作。
6.根据权利要求5所述的主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,在步骤S1中,对主电源和备电源的在位信号进行检测:
若只存在本机在位信号,则为单机模式;若主机在位信号和备机在位信号均有,则处于并机模式;若检测不到本机在位信号,则处于拔出模式。
7.根据权利要求5所述的主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,在步骤S2中,主备竞争的具体流程包括:
S21、开机延时,不拉低在位位信号;
S22、判断是否有主机在位信号拉低或备机在位信号拉低,若是,则有主机在位信号则为本机备机状态,有备机在位信号则为本机主机状态,输出对应的在位信号,完成主备竞争流程,若不是,则进入下一步;
S23、产生随机数,随机延时内部主从信号拉低切换;
S24、判断主机在位、备机在位是否都拉低,若是则当前控制输出在位信号为本机状态并完成主备竞争流程,若否,则进入下一步;
S25、判断主备识别是否超时,若是,则确认本机为主机状态,拉低主机在位信号并完成主备竞争流程,若否,则返回步骤S23。
8.根据权利要求5所述的主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,在步骤S4中,在工作过程中,实时监测主备电源的主备竞争、故障自动切换及热插拔判断,并执行不同模式下的操作:
(1)完成主备识别后,进入待机模式;
(2)若主电源、备电源均为非输出状态,则电源本机处于工作模式;
(3)在电源工作模式下,若检测到电源拔出状态或主备电源均为输出状态,则进入待机模式;
(4)在电源工作模式下,若检测到电源故障,则进入故障模式,带故障恢复后进入待机模式。
9.根据权利要求8所述的主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,电源进行上电输出的过程中,工作输出在主备识别完成后,先出输出信号,检测到无冲突后启动输出,具体包括以下步骤:
S411、判断电源是否完成主备检测,若否则返回,若是则进入下一步;
S412、判断电源本机是否有故障,若有故障则返回,若无故障则进入下一步;
S413、判断主电源和备电源是否都没有有输出信号,若均没有输出信号,则重置输出信号、延时输出并返回,若有至少一路存在输出信号则进入下一步;
S414、判断主电源和备电源是否都有输出信号,若都有输出信号则进入步骤S415,若只有一路有输出信号,则进入步骤S417;
S415、判断是否为本机备机,若是则关闭输出信号,并置本机待机状态,完成上电流程,若否则重置延时输出;
S416、返回初始状态;
S417、判断延时时间是否到达,若没有则返回,若到达延时时间则打开输出、完成上电流程并返回初始状态。
10.根据权利要求8所述的主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,在电源工作模式下,工作电源检测到自身拔出时,上切断输出及拉高输出信号,待机电源检测到输出信号都高,立刻拉低输出信号并控制输出。

说明书全文

一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电源设备技术领域,具体的说,是涉及一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法。

背景技术

[0002] UPS电源由于其能提供不间断电源,因此被广泛应用于电信、金融、政府、制造等多个行业。但是由于UPS电源为常用的重要设备供电,存在不能断电需求,因此现有的UPS电源多使用多电源模式,主备机并联以便实现不断电需求,但是主备电源之间存在相互竞争的问题,因此,使用传统的模化并机方式电源,其技术复杂、成本高,维护难度大,在小功率应用场景代价太高,不便于推广应用。
[0003] 上述缺陷,值得解决。

发明内容

[0004] 为了克服现有的技术的不足,本发明提供一种主备自动竞争及快速切换的电源结构及实现方法。
[0005] 本发明技术方案如下所述:一种主备自动竞争及快速切换的电源结构,包括主电源和备电源,且所述主电源和所述备电源的输出线及信号线并联,其特征在于,所述主电源和所述备电源内均设有CPU,所述CPU内设有信号控制模块和信号检测模块,所述信号控制模块分别控制主机和备机的在位信号、输出信号,所述信号检测模块分别检测主机和备机的在位信号、输出信号,并根据检测的信号控制电源的输出状态并进行快速切换。
[0006] 根据上述方案的本发明,其特征在于,所述主电源和所述备电源均为UPS电源,且所述主电源的输出线和所述备电源的输出线并联后形成UPS输出。
[0007] 根据上述方案的本发明,其特征在于,主机的在位信号、备机的在位信号、主机的输出信号、备机的输出信号均为双向连接线,各个连接线均分别与控制检测电路连接。
[0008] 进一步的,所述控制检测电路包括第一光耦和第二光耦,第一电源经过第二电阻后与所述第一光耦的第一脚连接,所述第一光耦的第二脚与三极管的集电极连接,所述三极管的基极经过第一电阻后连接信号输入端,所述三极管的基极还经过并联的第一电容、第三电阻后接地,所述三极管的发射极接地;所述第一光耦的第四脚与第二光耦的第二脚连接,所述第二光耦的第一脚经过第四电阻后与VCC电源连接,所述第二光耦的第三脚接地,其第四脚连接信号输出端,并经过第五电阻与第二电源连接。
[0009] 另一方面,一种主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、分别检测主电源和备电源的在位线,确认电源所处的工作状态;
S2、主备竞争,确认本机主机模式还是备机模式;
S3、检测主电源、备电源的输出信号,判断电源自身是否待机;
S4、控制主电源和备电源的输出信号,宣告电源自身工作。
[0010] 根据上述方案的本发明,其特征在于,在步骤S1中,对主电源和备电源的在位信号进行检测:若只存在本机在位信号,则为单机模式;若主机在位信号和备机在位信号均有,则处于并机模式;若检测不到本机在位信号,则处于拔出模式。
[0011] 根据上述方案的本发明,其特征在于,在步骤S2中,主备竞争的具体流程包括:S21、开机延时,不拉低在位位信号;
S22、判断是否有主机在位信号拉低或备机在位信号拉低,若是,则有主机在位信号则为本机备机状态,有备机在位信号则为本机主机状态,输出对应的在位信号,完成主备竞争流程,若不是,则进入下一步;
S23、产生随机数,随机延时内部主从信号拉低切换;
S24、判断主机在位、备机在位是否都拉低,若是则当前控制输出在位信号为本机状态并完成主备竞争流程,若否,则进入下一步;
S25、判断主备识别是否超时,若是,则确认本机为主机状态,拉低主机在位信号并完成主备竞争流程,若否,则返回步骤S23。
[0012] 根据上述方案的本发明,其特征在于,在步骤S4中,在工作过程中,实时监测主备电源的主备竞争、故障自动切换及热插拔判断,并执行不同模式下的操作:(1)完成主备识别后,进入待机模式;
(2)若主电源、备电源均为非输出状态,则电源本机处于工作模式;
(3)在电源工作模式下,若检测到电源拔出状态或主备电源均为输出状态,则进入待机模式;
(4)在电源工作模式下,若检测到电源故障,则进入故障模式,带故障恢复后进入待机模式。
[0013] 进一步的,电源进行上电输出的过程中,工作输出在主备识别完成后,先出输出信号,检测到无冲突后启动输出,具体包括以下步骤:S411、判断电源是否完成主备检测,若否则返回,若是则进入下一步;
S412、判断电源本机是否有故障,若有故障则返回,若无故障则进入下一步;
S413、判断主电源和备电源是否都没有有输出信号,若均没有输出信号,则重置输出信号、延时输出并返回,若有至少一路存在输出信号则进入下一步;
S414、判断主电源和备电源是否都有输出信号,若都有输出信号则进入步骤S415,若只有一路有输出信号,则进入步骤S417;
S415、判断是否为本机备机,若是则关闭输出信号,并置本机待机状态,完成上电流程,若否则重置延时输出;
S416、返回初始状态;
S417、判断延时时间是否到达,若没有则返回,若到达延时时间则打开输出、完成上电流程并返回初始状态。
[0014] 进一步的,在电源工作模式下,工作电源检测到自身拔出时,上切断输出及拉高输出信号,待机电源检测到输出信号都高,立刻拉低输出信号并控制输出。
[0015] 更进一步的,具体包括以下步骤:S421、判断本机是否为待机状态,若否则返回初始状态,若是则进入下一步;
S422、判断输出信号是否都为待机信号,若否则返回初始状态,若是则进入下一步;
S423、判断本机是否有关机故障,若有关机故障则返回初始状态,若是则进入下一步;
S424、控制本机状态输出,并开输出,返回初始状态。
[0016] 更进一步的,在步骤S424中,具体包括:(1)开始热插拔检测:
电源主备识别完成后,实时检测本机在位信号,如本机在位信号无则电源处于拔出状态;电源处于主备识别中,实时检测本机在位信号,如本机控制在位但检测到信号不在位则主备识别处于初始化状态中;
(2)主备识别完成后的拔出处理:
电源处于拔出状态时,如处于工作模式则立刻进入待机模式,同时关闭电源功率模块;
(3)检测电源重新插入:
若连续检测到本机在位信号,则电源已恢复插入;
(4)重新插入后的恢复:
电源从初始状态恢复,按时序开启功率模块,电源进入待机;
(5)电源工作恢复:
待机电源检测到输出信号都高,立刻拉低输出信号并控制输出。
[0017] 根据上述方案的本发明,其特征在于,主备竞争的过程具体包括:(1)电源上电后启动主备识别竞争;
(2)判断主电源、备电源识别中,若否则进入步骤(5),若是则进入下一步;
(3)判断是否为并机检测流程,若是则进入下一步,若否则返回;
(4)判断是否主电源、备电源在位信号都没有,若否则返回,若是,则地址识别停滞,重置识别时间及流程,并返回;
(5)判断主备在位信号是否都没有,若是则进入下一步;
(6)判断是否在工作中,若否则进入下一步,若是则关闭输出和继电器,置待机状态;
(7)置延时2S才开状态,输入置关机流程;
(8)返回原始状态。
[0018] 根据上述方案的本发明,其特征在于,主备检测的过程为:(1)判断主电源、备电源识别中,若否则返回,若是则进入下一步;
(2)判断是否为并机检测流程,若是则进入下一步,若否则进入步骤(6);
(3)判断是否有主备在位信号,若有在位信号则进入下一步,若无在位信号,则进入步骤(5);
(4)若主电源在位则本机备机,若备电源在位则本机主机,输出在位信号,完成在位检测并返回;
(5)判断并机检测时间是否到达,若否则返回,若是则输出主在位信号,产生随机周期,置检测延时,并完成检测流程、返回;
(6)判断延时时间是否到达,若否则返回,若是则进入下一步;
(7)判断主备信号是否都有,若是则确认本机当前主备状态,置主备检测流程完成并返回,若都则进入下一步;
(8)判断2S识别周期时间是否到达,若是则确认本机当前主备状态,置主备检测完成并返回,若否则直接返回。
[0019] 根据上述方案的本发明,其有益效果在于,本发明在普通UPS逆变电源增加主备自动竞争及快速切换,可在低成本下实现可靠的供电保证,同时容易维护。附图说明
[0020] 图1为本发明的结构框图
[0021] 图2为本发明的电路架构图。
[0022] 图3为信号连接线处的电路图。
[0023] 图4为确认电源工作状态的流程图
[0024] 图5为确认本机主机模式还是备机模式的流程图。
[0025] 图6为故障检测过程的流程图。
[0026] 图7为输出信号的流程图。
[0027] 图8为实现热插拔的流程图。
[0028] 图9为主备竞争的具体流程图。
[0029] 图10为主备竞争后状态切换的流程图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述:如图1、图2所示,一种主备自动竞争及快速切换的电源结构,包括主电源和备电源,且主电源和备电源的输出线及信号线并联,主电源和备电源内均设有CPU,CPU内设有信号控制模块和信号检测模块,信号控制模块分别控制主机和备机的在位信号、输出信号,信号检测模块分别检测主机和备机的在位信号、输出信号,并根据检测的信号控制电源的输出状态并进行快速切换。
[0031] 在本实施例中,主电源和备电源均为UPS电源,且主电源的输出线和备电源的输出线并联后形成UPS输出。
[0032] 如图2、图3所示,主机的在位信号、备机的在位信号、主机的输出信号、备机的输出信号均为双向连接线,各个连接线均分别与控制检测电路连接。
[0033] 具体的,控制检测电路包括第一光耦OT1和第二光耦OT2,第一电源(+12V)经过第二电阻R12后与第一光耦OT1的第一脚连接,第一光耦OT1的第二脚与三极管Q的集电极连接,三极管Q的基极经过第一电阻R1后连接信号输入端(MAIN_FREQ),三极管Q的基极还经过并联的第一电容C1、第三电阻R3后接地,三极管Q的发射极接地;第一光耦OT1的第四脚与第二光耦OT2的第二脚连接,第二光耦OT2的第一脚经过第四电阻R4后与VCC电(VCC_COM)连接,第二光耦OT2的第三脚接地,其第四脚连接信号输出端(MAIN_FREQ_FOLLOW),并经过第五电阻R5与第二电源(+3.3VD)连接。
[0034] 如图4至图10所示,一种主备自动竞争及快速切换的电源的实现方法,包括以下步骤:一、分别检测主电源和备电源的在位线,确认电源所处的工作状态。
[0035] 如图4所示,对主电源和备电源的在位信号进行检测:若只存在本机在位信号,则为单机模式;若主机在位信号和备机在位信号均有,则处于并机模式;若检测不到本机在位信号,则处于拔出模式。
[0036] 二、主备竞争,确认本机主机模式还是备机模式。
[0037] 如图5所示,主备竞争的具体流程包括:1、开机延时,不拉低在位位信号;
2、判断是否有主机在位信号拉低或备机在位信号拉低,若是,则有主机在位信号则为本机备机状态,有备机在位信号则为本机主机状态,输出对应的在位信号,完成主备竞争流程,若不是,则进入下一步;
3、产生随机数,随机延时内部主从信号拉低切换;
4、判断主机在位、备机在位是否都拉低,若是则当前控制输出在位信号为本机状态并完成主备竞争流程,若否,则进入下一步;
5、判断主备识别是否超时,若是,则确认本机为主机状态,拉低主机在位信号并完成主备竞争流程,若否,则返回步骤S23。
[0038] 三、检测主电源、备电源的输出信号,判断电源自身是否待机。
[0039] 如图10所示,主备检测的过程为:(1)判断主电源、备电源识别中,若否则返回,若是则进入下一步;
(2)判断是否为并机检测流程,若是则进入下一步,若否则进入步骤(6);
(3)判断是否有主备在位信号,若有在位信号则进入下一步,若无在位信号,则进入步骤(5);
(4)若主电源在位则本机备机,若备电源在位则本机主机,输出在位信号,完成在位检测并返回;
(5)判断并机检测时间是否到达,若否则返回,若是则输出主在位信号,产生随机周期,置检测延时,并完成检测流程、返回;
(6)判断延时时间是否到达,若否则返回,若是则进入下一步;
(7)判断主备信号是否都有,若是则确认本机当前主备状态,置主备检测流程完成并返回,若都则进入下一步;
(8)判断2S识别周期时间是否到达,若是则确认本机当前主备状态,置主备检测完成并返回,若否则直接返回。
[0040] 四、如图6所示,控制主电源和备电源的输出信号,宣告电源自身工作。在工作过程中,实时监测主备电源的主备竞争、故障自动切换及热插拔判断,并执行不同模式下的操作:(1)完成主备识别后,进入待机模式;(2)若主电源、备电源均为非输出状态,则电源本机处于工作模式;(3)在电源工作模式下,若检测到电源拔出状态或主备电源均为输出状态,则进入待机模式;(4)在电源工作模式下,若检测到电源故障,则进入故障模式,带故障恢复后进入待机模式。
[0041] 如图9所示,主备竞争的过程具体包括:(1)电源上电后启动主备识别竞争;
(2)判断主电源、备电源识别中,若否则进入步骤(5),若是则进入下一步;
(3)判断是否为并机检测流程,若是则进入下一步,若否则返回;
(4)判断是否主电源、备电源在位信号都没有,若否则返回,若是,则地址识别停滞,重置识别时间及流程,并返回;
(5)判断主备在位信号是否都没有,若是则进入下一步;
(6)判断是否在工作中,若否则进入下一步,若是则关闭输出和继电器,置待机状态;
(7)置延时2S才开状态,输入置关机流程;
(8)返回原始状态。
[0042] 如图7所示,电源进行上电输出的过程中,工作输出在主备识别完成后,先出输出信号,检测到无冲突后启动输出,具体包括以下步骤:1、判断电源是否完成主备检测,若否则返回,若是则进入下一步;
2、判断电源本机是否有故障,若有故障则返回,若无故障则进入下一步;
3、判断主电源和备电源是否都没有有输出信号,若均没有输出信号,则重置输出信号、延时输出并返回,若有至少一路存在输出信号则进入下一步;
4、判断主电源和备电源是否都有输出信号,若都有输出信号则进入步骤S415,若只有一路有输出信号,则进入步骤S417;
5、判断是否为本机备机,若是则关闭输出信号,并置本机待机状态,完成上电流程,若否则重置延时输出;
6、返回初始状态;
7、判断延时时间是否到达,若没有则返回,若到达延时时间则打开输出、完成上电流程并返回初始状态。
[0043] 如图8所示,在电源工作模式下,工作电源检测到自身拔出时,马上切断输出及拉高输出信号,待机电源检测到输出信号都高,立刻拉低输出信号并控制输出。具体包括以下步骤:1、判断本机是否为待机状态,若否则返回初始状态,若是则进入下一步;
2、判断输出信号是否都为待机信号,若否则返回初始状态,若是则进入下一步;
3、判断本机是否有关机故障,若有关机故障则返回初始状态,若是则进入下一步;
4、控制本机状态输出,并开输出,返回初始状态。具体包括:
(1)开始热插拔检测:
电源主备识别完成后,实时检测本机在位信号,如本机在位信号无则电源处于拔出状态;电源处于主备识别中,实时检测本机在位信号,如本机控制在位但检测到信号不在位则主备识别处于初始化状态中;
(2)主备识别完成后的拔出处理:
电源处于拔出状态时,如处于工作模式则立刻进入待机模式,同时关闭电源功率模块;
(3)检测电源重新插入:
若连续检测到本机在位信号,则电源已恢复插入;
(4)重新插入后的恢复:
电源从初始状态恢复,按时序开启功率模块,电源进入待机;
(5)电源工作恢复:
待机电源检测到输出信号都高,立刻拉低输出信号并控制输出。
[0044] 应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
[0045] 上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述,显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围内。
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