切換電源以管理變換器內的輸入電力的制作方法
【專利摘要】各示例公開了一種系統(tǒng)，具有第一變換器輸入端以及第二變換器輸入端，所述第一變換器輸入端用于接收來自第一電源的第一輸入電力，所述第二變換器輸入端用于接收來自第二電源的第二輸入電力。此外，各示例提供所述系統(tǒng)變換器，用于通過第一多個開關和第二多個開關提供第一電力輸入和第二電力輸入之間的隔離。此外，各示例還公開了一種控制器，用于通過基于第一多個開關和第二多個開關在第一電源和第二電源之間交替，管理第一電力輸入和第二電力輸入。
【專利說明】切換電源以管理變換器內的輸入電力
【背景技術】
[0001]隨著技術進步，存在對提供供電系統(tǒng)內的可靠性的更大的依賴性。利用電力系統(tǒng)內的冗余電源，通過在輸入電源故障時提供另一個電源提高了可靠性。在意外的電力中斷發(fā)生時這保護了計算機和系統(tǒng)，意外的電力中斷可能導致?lián)p壞、數(shù)據損失和/或業(yè)務中斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0002]在各附圖中，相同的附圖標記指相同的組件或方框。下面詳細的描述參考各圖，其中:
[0003]圖1是一示例系統(tǒng)的框圖，該示例系統(tǒng)包括第一電源和第二電源，第一電源和第二電源具有到變換器和控制器輸入，該控制器用于在第一輸入電力和第二輸入電力之間交替；
[0004]圖2是一示例系統(tǒng)的框圖，該示例系統(tǒng)包括第一電源和第二電源，第一電源和第二電源連接至第一源模塊和第二源模塊，第一源模塊和第二源模塊用于向變換器和控制器提供第一輸入電力和第二輸入電力，控制器用于基于第一多個開關和第二多個開關，在第一輸入電力和第二輸入電力之間交替；
[0005]圖3是一示例控制器的框圖，該示例控制器用于通過控制變換器內的第一多個開關和第二多個開關在第一電源和第二電源之間交替，并用于測量來自變換器的輸出電壓；
[0006]圖4A是一示例變換器的示意圖，該示例變換器具有:用于通過在第一多個開關和第二多個開關之間切換生成變壓器兩端的輸出電壓的第一源和第二源，以及用于平衡該變壓器的多個二極管；
[0007]圖4B是一示例變換器的示意圖，該示例變換器具有:用于通過在第一多個開關和第二多個開關之間切換生成變壓器兩端的輸出電壓的第一源和第二源，以及用于平衡該變壓器的多個附加開關；
[0008]圖4C是一示例變換器的示意圖，該示例變換器具有:用于通過在第一多個開關和第二多個開關之間切換生成變壓器兩端的輸出電壓的第一源和第二源，以及用于平衡該變壓器的多個電容器；以及
[0009]圖5是在計算設備上執(zhí)行用于接收輸入電力并在第一電源和第二電源之間交替輸入電力的一示例方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0010]通過提供冗余電源，準備用于電力故障情況的系統(tǒng)。一個解決方案提供冗余電源以及冗余變換器。在這樣的解決方案中，每個冗余電源利用冗余變換器接收來自各電源的電力以提供負載。這樣的解決方案是低效的，且增加了成本。例如，冗余電源會彼此交互，減小了系統(tǒng)的功率密度。作為又一示例，冗余變換器的使用增加了系統(tǒng)大小。
[0011]在另一解決方案中，多個冗余電源利用同樣的變換器。這樣的解決方案使用兩個電源，通過兩個電源均向負載供電而共用變換器。但是，該解決方案未提供各電源之間的隔離，且因此，會導致從一個電源到另一個電源的供電故障。例如，電流會從一個電源到另一個電源泄漏，導致供電停止運行。此外，該解決方案會包括每個電源的多個變壓器繞組。由于每個繞組會產生漏感，這樣減小了功率密度及效率。
[0012]為了解決這些問題，本文公開的多個示例實施例提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有第一變換器輸入端以及第二變換器輸入端，第一變換器輸入端用于接收來自第一電源的第一輸入電力，第二變換器輸入端用于接收來自第二電源的第二輸入電力。此外，該系統(tǒng)包括變換器，用于通過第一多個開關和第二多個開關隔離第一輸入電力和第二輸入電力。隔離第一電力輸入和第二電力輸入，阻塞在第一電源和第二電源之間流動的電流的路徑。通過防止電流從一個電源到另一個電源的泄漏，這增加了冗余電力系統(tǒng)的可靠性。
[0013]此外，該系統(tǒng)提供了一種控制器，該控制器用于通過基于變換器內的第一多個開關和第二多個開關在第一電源和第二電源之間交替來管理第一輸入電力和第二輸入電力。在第一電源和第二電源之間交替使得各電源能夠獨立運行。此外，由于使得各電源能夠共用變換器，在各電源之間交替還最小化了對冗余變換器的需求。再有，在各電源之間交替并共用變換器維持了效率、功率密度，且還減小了系統(tǒng)的大小。例如，通過防止一個電源故障時的系統(tǒng)故障，然后系統(tǒng)能夠將電力偏移到非故障電源，從而提高了可靠性。
[0014]在另一實施例中，第一源模塊以及第二源模塊調節(jié)從第一電源和第二電源接收到的每個電力，以分別產生第一輸入電力和第二輸入電力。調節(jié)每個輸入電力使第一電源和第二電源提供不同水平的功率和/或頻率。這使該系統(tǒng)能夠有效運行，即便每個電源可能具有不匹配的特性。
[0015]在又一實施例中，第一多個開關和第二多個開關每個與變壓器串聯(lián)，以引導通過變壓器的電流，產生負載上的電壓。此外，在這樣的實施例中，第一變換器輸入端和第二變換器輸入端包括多個二極管、多個附加開關以及多個電容器中的至少之一，用于引導通過變壓器的電流，以平衡變壓器。在這樣的實施例中，各電源共用提供變換器和負載之間的附加隔離的變換器中的變壓器繞組。此外，在這樣的實施例中，一旦傳遞向負載供電的能量，變壓器被平衡以確保變換器運行，而變壓器不飽和和/或擊穿。
[0016]總的來說，本文公開的各示例的實施例提供一種冗余電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于提供各電源之間的隔離以提高可靠性的變換器。這還使各電源能夠彼此獨立運行。此外，各示例實施例維持了效率和功率密度，同時，減小了電源系統(tǒng)的大小。
[0017]現(xiàn)在參考各附圖，圖1是一示例系統(tǒng)100的框圖，系統(tǒng)100包括第一電源102以及第二電源114,用于向變換器106傳送第一輸入電力104以及第二輸入電力112。此外，系統(tǒng)100包括控制器116,用于通過基于第一多個開關108以及第二多個開關110在第一電源102和第二電源114之間交替,來分別管理第一電力輸入104和第二電力輸入112。系統(tǒng)100支持具有第一電源102、第二電源114以及變換器106的冗余電力系統(tǒng),用于提供負載。系統(tǒng)100的各實施例包括計算設備、服務器、或適于支持第一電源102以及第二電源114并提供負載的任意其他計算系統(tǒng)。
[0018]第一電源102是一種向系統(tǒng)100提供電力以為負載供電的設備。特別地,第一電源102向變換器106提供第一輸入電力104。在一個實施例中，第一電源102可在系統(tǒng)100外部，而在另一個實施例中，第一電源102可在系統(tǒng)100內部。在又一個實施例中，第一電源102獨立于第二電源114運行。在這樣的實施例中，變換器接收來自第一電源102或第二電源114( S卩，不同時)的輸入電力。在另一個實施例中，控制器116可檢測第一電源102或第二電源114的故障，并將變換器106接收到的輸入電力104或112偏移到第一電源102或第二電源114 ( S卩，未故障的電源)。第一電源102的各實施例包括電源、儲能器、電池、燃料電池、發(fā)電機、交流發(fā)電機、太陽能發(fā)電、機電供應、或能夠向變換器106提供第一輸入電力104的其他電源。
[0019]第一輸入電力104為通過第一電源102傳送的并由變換器106在第一變換器輸入端接收的電力。第一輸入電力104為從第一電源102提供的并在變換器106接收的電能，且因此，第一輸入電力104的各實施例包括電流、電壓、電荷、或第一電源102提供的其他類型的電能。
[0020]第二電源114向變換器106傳送電能(S卩，第二輸入電力)。第二電源114可在結構和功能上類似于第一電源102，且因此，第二電源114的各實施例包括電源、儲能器、電池、燃料電池、發(fā)電機、交流發(fā)電機、太陽能發(fā)電、機電供應、或能夠向變換器106提供第二輸入電力112的其他電源。在另一實施例中，第二電源114可為與第一電源102不同類型的電源。例如，第二電源114可包括電池，第一電源102可包括發(fā)電機。在這樣的實施例中，第一電源102以及第二電源114可為不同類型的電源。在另一個實施例中，第一電源102以及第二電源114可提供不同的功率和/頻率水平。在這樣的實施例中，第一源模塊和第二源模塊每個連接在電源102和114之間，連接到變換器106。在下一個圖中詳細解釋這樣的實施例。
[0021]第二輸入電力112為第二電源114傳送并由變換器106在第二變換器輸入端接收的電力。第二變換器輸入端被認為與第一變換器輸入端不同的輸入，用從第一電源102和第二電源114起的兩條線表示，向第一變換器輸入端和第二變換器輸入端提供兩種不同的輸入電力(S卩，第一輸入電力104以及第二輸入電力112)。第二輸入電力112可在功能上和結構上與第一輸入電力104類似，且因此，各實施例包括電流、電壓、電荷、或第二電源114提供的其他類型的電能。
[0022]控制器116管理第一輸入電力104以及第二輸入電力112，如從控制器116連接到輸入電力104和112中的每個的連接線表示的。此外，控制器116基于變換器106中的第一多個開關108以及第二多個開關110在第一電源102和第二電源114之間交替?？刂破?16向變換器106傳送信號，傳送到第一多個開關108以及第二多個開關110，以打開或關閉。在這樣的實施例中，控制器116在第一電源102和第二電源114之間交替，使得變換器接收來自第一電源102或第二電源114的電力，但不同時從二者接收。在又一個實施例中，控制器116包括將控制器116連接至變換器106以及電源102和114的第一通道以及第二通道。在后面的圖中詳細描繪這樣的實施例?？刂破?16的各實施例包括處理器、電路邏輯、處理器可執(zhí)行的指令集、微芯片、芯片組、電子電路、微處理器、半導體、微控制器、中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、視覺處理單元(VPU)、或能夠通過在第一電源102和第二電源114之間交替來管理第一輸入電力104和第二輸入電力112的其他設備。
[0023]變換器106是一種在第一變換器輸入端接收第一輸入電力104、在第二變換器輸入端接收第二輸入電力112的電子設備。此外，變換器106包括第一多個開關108以及第二多個開關110，用于接收來自控制器116的信號，以管理第一輸入電力104以及第二輸入電力112，因此電力由第一電源102或第二電源114提供。在一個實施例中，變換器106包括與第一多個開關108和第二多個開關110中的每個串聯(lián)的變壓器。在另一個實施例中，變換器106包括變壓器,用于在第一輸入電力104和第二輸入電力112之間共用，以實現(xiàn)變壓器兩端的輸出電壓。在又一個實施例中，變換器106包括多個二極管、多個附加開關以及多個電容器中的至少之一，以弓I導通過變壓器的電流。此外，在另一個實施例中，變換器106包括至少全橋式變換器、半橋式變換器、和/或多個晶體管變換器的結構。在后面的圖中詳細描述這些實施例。變換器106的各實施例包括電壓變換器、電子變換器、或適于包括第一多個開關108和第二多個開關110且能夠接收第一電力輸入104和第二電力輸入112的其他類型的變換器。
[0024]第一多個開關108是一種提供第一輸入電力104和第二輸入電力112之間的隔離的電子設備。在這樣的實施例中，第一輸入電力104和第二輸入電力112是隔離的，也提供第一電源102和第二電源114之間的隔離。這樣的隔離防止通過第一電源102和第二電源114之間的連接路徑、從第一電源102到第二電源114的電流泄漏，以及從第二電源114到第一電源102的電流泄漏。一旦第二電源114已故障，這樣的隔離防止第一電源102故障，反之一旦第一電源102已故障,這樣的隔離防止第二電源114故障。第一多個開關108的各實施例包括開關、晶體管、或提供第一電源102到系統(tǒng)100其余部分的隔離的其他類型的電子設備。
[0025]第二多個開關110提供第二電源114到系統(tǒng)100的其余部分的隔離。第二多個開關110可在功能上和結構上類似于第一多個開關108，且因此，第二多個開關110的各實施例包括開關、晶體管、或提供第二電源114到系統(tǒng)100其余部分的隔離的其他類型的電子設備。
[0026]圖2是一不例系統(tǒng)200的框圖，系統(tǒng)200包括第一電源202和第二電源214,用于向第一源模塊218和第二源模塊220傳送電力。第一源模塊218和第二源模塊220向變換器206傳送第一輸入電力204和第二輸入電力212。變換器206包括第一多個開關208和第二多個開關210，用于如由控制器216管理的在輸入電力204和212之間交替。系統(tǒng)200可在結構和功能上與圖1中的系統(tǒng)100類似。
[0027]第一電源202連接至第一源模塊218,用于提供第一輸入電力204。第一源模塊218調節(jié)來自第一電源202的電力，以產生第一輸入電力204。第一電源202可在結構和功能上與圖1中的第一電源102類似。
[0028]第一源模塊218接收來自第一電源202的電力，以調節(jié)該電力，產生第一輸入電力204。在這樣的實施例中，將來自第一電源202的電力調節(jié)為第一輸入電力204，以由變換器206接受。例如，變換器206可額定380伏DC，而第一電源可提供50Hz 220伏，因此，第一源模塊218調節(jié)50Hz 220伏，以產生額定380伏DC的第一輸入電力204。由于第一源模塊218和第二源模塊220將根據變換器206將電力調節(jié)和/或形成為可接受的等級，這使第一電源202和第二電源214能夠提供不同水平的功率和/或頻率。第一源模塊218的各實施例包括功率因數(shù)校正模塊、功率整流器、電路邏輯、DC到DC變換器模塊、或用于調節(jié)來自第一電源202的電力以產生第一輸入電力204的其他源模塊。
[0029]第一輸入電力204是由第一源模塊218調節(jié)產生的功率,用于向變換器206提供，提供到第一變換器輸入端。第一輸入電力204可在結構和功能上與圖1中的第一輸入電力104類似。
[0030]第二電源214向第二源模塊220傳送電力。第二電源214可在結構和功能上與圖1中的第二電源114類似。
[0031]第二源模塊220接收來自第二電源214的電力，并調節(jié)該電力以產生第二輸入電力212。第二源模塊220可在功能和結構上與第一源模塊218類似，且因此，第一源模塊220的各實施例包括功率因數(shù)校正模塊、功率整流器、電路邏輯、DC到DC變換器模塊、或用于調節(jié)來自第二電源214的電力以產生第二輸入電力212的其他源模塊。
[0032]第二輸入電力212是由第二源模塊220調節(jié)產生的功率，用于變換器206在第二變換器輸入端接收。第二輸入電力212可在結構和功能上與圖1中的第二輸入電力112類似。
[0033]變換器206包括第一多個開關208和第二多個開關210。變換器206、第一多個開關208以及第二多個開關210可在功能和結構上與圖1的變換器106、第一多個開關108以及第二多個開關110類似。
[0034]控制器216向變換器206傳送信號,用于在第一多個開關208和第二多個開關210之間切換，因此在第一電源202和第二電源214之間交替由變換器206接收的電力?？刂破?16可在功能和結構上與圖1的控制器116類似。
[0035]圖3是一不例控制器316的框圖，控制器316用于通過控制變換器306內的第一多個開關308和第二多個開關310在第一電源302和第二電源314之間交替，并用于通過測量輸出電壓324維持來自變換器306的輸出電壓324。第一電源302、第一輸入電力304、第二電源314以及第二輸入電力312可在結構和功能上與圖1-2中的第一電源102和202、第一輸入電力104和204、第二電源114和214、以及第二輸入電力112和212類似。
[0036]變換器306包括第一多個開關308和第二多個開關310,并提供輸出電壓324。變換器306、第一多個開關308以及第二多個開關可在結構和功能上與圖1-2中的變換器106和206、第一多個開關108和208、以及第二多個開關110和210類似。
[0037]控制器316包括管理模塊326、第一通道328以及第二通道330，用于通過穿過通道328和330向變換器306傳送信號以關閉和打開第一多個開關308和第二多個開關310來管理第一輸入電力304和第二輸入電力312。在另一實施例中,控制器316通過測量輸出電壓324來維持此電壓324。此外，在這樣的實施例中，控制器316通過傳感器測量輸出電壓324，并確定輸出電壓324是高還是低，并通過第一多個開關308和第二多個開關310切換第一輸入電力304或第二輸入電力312開或關。
[0038]第一通道328將控制器316連接到第一電源302以及在第一變換器輸入端連接到變換器306。第一通道328通過向變換器306傳送信號來控制第一多個開關308,以打開和/或關閉第一多個開關308。
[0039]第二通道330將控制器316連接到第二電源314，并在第二變換器輸入端連接到變換器306。第二通道330通過向變換器306傳送信號來控制第二多個開關310，以打開和/或關閉第二多個開關310。
[0040]管理模塊326通過基于變換器306內的第一多個開關308和第二多個開關310在第一電源302和第二電源314之間交替來管理第一輸入電力304以及第二輸入電力312。第一多個開關308和第二多個開關310提供電源302和314之間的隔離，以防止這些源302和314之間的電流泄漏。防止第一電源302和第二電源314之間的電流泄漏提供附加可靠性，因此，如果電源302和314中的一個故障，將不會影響未故障的源302和314。管理模塊326的各實施例包括電路邏輯、可由處理器執(zhí)行用于管理第一輸入電力304和第二輸入電力312的指令集。
[0041]控制器316測量來自變換器306的輸出電壓324。在一個實施例中，輸出電壓324還可為電路負載。控制器316可利用傳感器、電路邏輯、電壓表、分壓器、或能夠測量輸出電壓324的其它設備和/或技術來測量輸出電壓324。
[0042]圖4A是一不例變換器406的不意圖，變換器406具有第一電源408和第二電源410，用于通過在第一多個開關S1-S2、第二多個開關S3-S4、第一多個二極管D1-D2以及第二多個二極管D3-D4之間切換產生變壓器Tl兩端的輸出電壓，以平衡變壓器Tl。變換器406可在結構和功能上與圖1-3中的變換器106、206和306類似。在另一個實施例中，圖4B描繪了一種多個晶體管變換器的結構。在這樣的實施例中，用晶體管替代開關S1-S4以及對應的二極管D1-D4中的每個。例如，在這樣的實施例中，將用此結構中提供多個晶體管的第一晶體管取代SI和D1。
[0043]第一源408和第二源410向第一多個開關S1-S2或第二多個開關S3-S4提供電力，以生成變壓器Tl兩端的輸出電壓。此外，第一源408和第二源410基于第一多個開關S1-S2以及第二多個開關S3-S4交替，向變壓器Tl提供電力，以實現(xiàn)輸出電壓。例如，關閉第一多個開關S1-S2以從第一源408向變壓器Tl提供電力，而第二多個開關S2-S4保持打開。在另一個示例中，關閉第二多個開關S3-S4以從第二源410向變壓器Tl提供電力，而第一多個開關S1-S2保持打開。在這些實施例中，變換器406基于第一多個開關和第二多個開關S1-S4交替電力。盡管第一源408和第二源410描繪為在變換器406內部，這僅為說明的目的，而不是限制目的。例如，如圖1-3中所描繪的，源408和410可在變換器406外部。在另一個實施例中，源408和410可包括第一源模塊以及第二源模塊，用于調節(jié)來自每個電源408和410的電力，以實現(xiàn)第一電力輸入和第二電力輸入。在又一個實施例中，源408和410可包括第一電源和第二電源。此外,在另一個實施例中，第一源408和第二源為接收來自第一電源和第二電源的電力時充電的電容器，以將電力傳送通過第一多個開關S1-S2以及第二多個開關S3-S4，生成變壓器Tl兩端的輸出電壓。
[0044]第一多個開關S1-S2與變壓器Tl串聯(lián)，以實現(xiàn)來自第一源408的輸出電壓。例如，控制器向變換器406發(fā)送信號，以關閉開關S1-S2,允許第一源408傳送電力通過開關S1、變壓器Tl和開關S2的直接路徑。在這樣的實施例中，第一電源408供應電流通過變壓器Tl時，保留第二多個開關S3-S4打開。在這方面，電源408和410交替向變換器406供電?？赏ㄟ^操控第一源408或第二源410向變換器406供電的時間量來實現(xiàn)在兩個電源408和410之間交替。例如，可在每個周期之間平均地進行這樣的交替，在一段時間后交替，或在源408或410故障且然后將由未故障的源408或410供電時交替。
[0045]第二多個開關S3-S4與變壓器Tl串聯(lián)，以實現(xiàn)來自第二源410的輸出電壓。例如，控制器向變換器406發(fā)送信號，以關閉開關S3-S4，允許第二源410傳送電力通過開關S3、變壓器Tl和開關S4的直接路徑。第二多個開關S3-S4關閉時，第一多個開關S1-S2打開?？刂破魍ㄟ^基于第一多個開關S1-S2以及第二多個開關S3-S4在源408和410之間交替管理第一輸入電力和第二輸入電力，以生成變壓器Tl兩端的輸出電壓。例如，控制器向變換器406傳送信號以關閉第一多個開關S1-S2,使得來自第一源408的電力流過變壓器Tl,以實現(xiàn)輸出電壓。當達到實現(xiàn)輸出電壓的工作周期時，變換器406打開第一多個開關S1-S2，允許電流從第一源408的負端流過D1-D2。工作周期是設備具有“打開時間”(即，電壓施加在設備兩端)的時間。為了防止設備損壞，存在“關閉時間”(即，相反的電壓施加在設備兩端)。例如，對于60%的工作周期，設備將在60%的時間具有施加在兩端的正電壓，并將在40%的時間關閉。這里，時間是設備完成完整的開/閉周期花費的時間的長度。在又一個示例中，控制器發(fā)送關閉第二多個開關S3-S4的信號，使電力從第二源410流過變壓器Tl，以實現(xiàn)輸出電壓。達到工作周期時，變換器406打開第二多個開關S3-S4，允許電流從第二源410的負端流過D3-D4，平衡變壓器Tl。在這樣的實施例中，第二電源410通過第二多個開關S3-S4與變換器406隔離，防止源408和410之間的電流泄漏。
[0046]變壓器Tl是一種通過磁介質從變換器406向負載傳遞能量的電子設備。變壓器Tl與第一多個開關S1-S2和第二多個開關S3-S4串聯(lián)，并在電源408和410之間共用，以生成負載。隨著基于第一多個開關S1-S2和第二多個開關S3-S4是打開的還是關閉的，變壓器Tl兩端的電壓在電源408和410之間交替。例如，變換器406將接收變壓器Tl兩端的一個輸入，以實現(xiàn)輸出電壓，且因此，電力輸入可來自電源408或410。此外，變壓器Tl提供變換器406和負載和/或輸出電壓之間的附加隔離。負載提供作為來自變換器406的輸出電壓。
[0047]第一多個二極管D1-D2與第一源408串聯(lián)，操作用于在第一源408供電通過第一多個開關S1-S2時平衡變壓器Tl。第一多個二極管D1-D2為具有傳遞特性的電子設備，用于通過從陽極到陰極具有較低的電阻引導電流在一個方向流動。從陰極到陽極的二極管的另一側具有較高的電阻，因此防止電流從陰極向陽極流動。第一多個開關S1-S2關閉時，第一多個二極管D1-D2平衡變壓器Tl。
[0048]第二多個二極管D3-D4與第二源410串聯(lián)，操作用于在第二源410供電通過第二多個開關S3-S4時平衡變壓器Tl。第二多個二極管D3-D4可在結構和功能上與第一多個二極管D1-D2類似。
[0049]圖4B是具有第一和第二源408和410的一不例變換器406的不意圖，用于通過在第一多個開關S1-S2、第二多個開關S3-S4以及多個附加開關S5-S8之間切換生成變壓器Tl兩端的輸出電壓，以平衡變壓器Tl。與圖4A不同的，圖4B提供多個附加開關S5-S8，用于平衡變壓器Tl。第一源408、第二源410、變換器406、第一多個開關S1-S2以及第二多個開關S3-S4可在結構和功能上與圖4A的第一源408、第二源410、變換器406、第一多個開關S1-S2、以及第二多個開關S3-S4類似。在另一個實施例中，圖4B描繪了全橋式變換器的結構。
[0050]多個附加開關S5-S6和S7-S8每個與源408和410串聯(lián)，用于平衡變壓器Tl。為了實現(xiàn)變壓器Tl兩端的輸出電壓，控制器通過發(fā)送信號關閉和/或打開第一多個開關S1-S2或第二多個開關S3-S4，在第一源408和第二源410之間交替至變換器406的電力。此外，一旦實現(xiàn)輸出電壓，多個附加開關S5-S8用于提供變壓器Tl兩端的反向電壓。
[0051]第一源408的各組件包括第一多個開關S1-S2、附加多個開關S5-S6、以及變壓器Tl。在這樣的實施例中，為了實現(xiàn)來自第一源408的變壓器Tl兩端的輸出電壓并平衡變壓器Tl，控制器與變換器通信，以關閉第一多個開關S1-S2，而開關S5-S6以及其余開關S3-S4和S7-S8保持打開。為了通過供應反向電壓平衡變壓器Tl，開關S5-S6關閉，而第一多個開關S1-S2以及其余開關S3-S4和S7-S8保持打開。
[0052]第二源410的各組件包括第二多個開關S3-S4、附加多個開關S7-S8、以及變壓器Tl。在這樣的實施例中，為了實現(xiàn)來自第二源410的變壓器Tl兩端的輸出電壓并平衡變壓器Tl，控制器與變換器通信，以關閉第二多個開關S3-S4，而開關S7-S8以及其余開關S1-S2和S5-S6保持打開。為了通過供應反向電壓平衡變壓器Tl，開關S7-S8關閉，而開關S3-S4以及其余開關S1-S2和S5-S6保持打開。
[0053]圖4C是具有第一源408和第二源410的一示例變換器406的示意圖，用于通過在第一多個開關S1-S2和第二多個開關S3-S4之間切換生成變壓器Tl兩端的輸出電壓，以及通過在多個電容器C1-C4之間切換以平衡變壓器Tl。與圖4A-4B不同的，圖4C提供多個電容器，用于平衡變壓器Tl。第一源408、第二源410、變換器406、第一多個開關S1-S2以及第二多個開關S3-S4可在結構和功能上與圖4A-4B的第一源408、第二源410、變換器406、第一多個開關S1-S2、以及第二多個開關S3-S4類似。在另一個實施例中，圖4C描繪了半橋式變換器的結構。
[0054]第一源408的各組件包括第一多個開關S1-S2及S5、多個電容器C1-C2、以及變壓器Tl。在這樣的實施例中，為了實現(xiàn)來自第一源408的變壓器Tl兩端的輸出電壓，控制器與變換器406通信，以關閉開關SI和S5，保留S2打開。變換器406通過提供Tl兩端的反向電壓平衡變壓器Tl，控制器與變換器406通信以打開開關SI并關閉開關S5和S2。這樣的實施例期間，第二源側410上的開關S3-S4和S6保持打開，提供源408和410之間的隔離。
[0055]第二源410的各組件包括第二多個開關S3-S4及S6、多個電容器C3-C4、以及變壓器Tl。在這樣的實施例中，為了實現(xiàn)來自第二源410的變壓器Tl兩端的輸出電壓，控制器與變換器406通信，以關閉開關S3和S6，保留S4打開。變換器406通過提供Tl兩端的反向電壓平衡變壓器Tl，控制器與變換器406通信以打開開關S3并關閉開關S4和S6。這樣的實施例期間，開關S1-S2和S5保持打開。
[0056]圖5是在計算設備上執(zhí)行用于接收輸入電力并在第一電源和第二電源之間交替輸入電力的一示例方法的流程圖。盡管圖5描繪為在計算設備上執(zhí)行，對本領域的技術人員顯而易見的，該方法還可在其它合適的組件上執(zhí)行。例如，圖5可實現(xiàn)為控制器(例如圖1-3中的116、216和316)上的可執(zhí)行指令的形式。
[0057]在操作502，變換器接收來自第一電源或第二電源的輸入電力。在一個實施例中，輸入電力可包括第一輸入電力或第二輸入電力。此外，在這樣的實施例中，由第一電源或第二電源提供輸入電力，但不由二者同時提供輸入電力。
[0058]在操作504，變換器通過在第一多個和第二多個開關之間切換，在第一電源和第二電源之間交替在操作502接收到的輸入電力。在另一個實施例中，操作504產生變壓器兩端的輸出電壓，且由此為負載供電。
[0059]在操作506，控制器測量在操作502接收的來自第一電源和第二電源的電力，由此，變換器在操作508和510的模式之間運行。此外，變換器在操作508和510的每個模式運行一時間段，該時間段取決于第一電源測量值和第二電源測量值。例如，如果第一電源測量值在更高的電壓范圍，那么，變壓器可進入平衡變壓器以防止變壓器擊穿的模式。
[0060]在操作508，第一模式實現(xiàn)通過在第一電源和第二電源之間共用的變壓器的電壓。為了從變換器向負載供電，第一模式實現(xiàn)該電壓。在另一個實施例中，操作508實現(xiàn)變壓器兩端的電壓輸出。實現(xiàn)電壓輸出使能量能夠通過變壓器傳遞，以向負載供電。
[0061]在操作510，第二模式包括平衡通過變壓器的電壓。此模式允許變換器平衡變壓器。例如，變壓器可實現(xiàn)電壓一時間段，但可以50%的工作周期運行，因此，為了平衡負載的電壓，變壓器可具有負電壓。這防止變壓器的飽和和擊穿。
[0062]綜上，本文描述的各示例實施例提供了一種包括變換器的冗余電源系統(tǒng)，該變換器用于提供各電源之間的隔離以提高可靠性。這還使各電源能夠彼此獨立運行。此外，各示例實施例維持了效率和功率密度，減小了電源系統(tǒng)的大小。
【權利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 第一變換器輸入端以及第二變換器輸入端，所述第一變換器輸入端用于接收來自第一電源的第一輸入電力，所述第二變換器輸入端用于接收來自第二電源的第二輸入電力； 變換器，用于通過連接至所述第一變換器輸入端的第一多個開關以及連接至所述第二變換器輸入端的第二多個開關提供所述第一輸入電力和所述第二輸入電力之間的隔離；以及 控制器，用于通過基于所述第一多個開關以及所述第二多個開關在所述第一電源和所述第二電源之間交替，管理所述第一輸入電力和所述第二輸入電力。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器進一步用于: 通過測量所述變換器的輸出電壓，并基于所述輸出電壓、利用所述第一多個開關和所述第二多個開關切換所述第一輸入電力或所述第二輸入電力開或閉，維持所述輸出電壓。
3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括: 第一源模塊，從所述第一電源連接至所述第一變換器輸入端，用于將所述第一輸入電力調節(jié)為所述變換器額定的電力；以及 第二源模塊，從所述第二電源連接至所述第二變換器輸入端，用于將所述第二輸入電力調節(jié)為所述變換器額定的電力。
4.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器進一步用于: 檢測故障并將輸入電力偏移到所述第一電源或所述第二電源。
5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述變換器進一步包括變壓器，所述變壓器在所述第一變換器輸入端和所述第二變換器輸入端之間共用，且進一步由所述第一電源或所述第二電源供電，以實現(xiàn)輸出電壓。
6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述第一變換器輸入端以及所述第二變換器輸入端包括以下中的至少之一: 多個二極管、多個附加開關以及多個電容器，用于引導通過所述變壓器的電流，以平衡所述變壓器。
7.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述變換器包括以下中結構的至少之一:全橋式變換器、半橋式變換器以及多個晶體管變換器。
8.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一多個開關和所述第二多個開關與變壓器串聯(lián)，用于引導電流通過所述變壓器以傳遞能量，產生所述變換器的輸出電壓。
9.一種控制器，包括: 第一通道，連接在第一源和第一變換器輸入端之間，用于控制變換器內的第一多個開關，所述第一變換器輸入端用于接收來自所述第一電源的第一輸入電力； 第二通道，連接在第二源和第二變換器輸入端之間，用于控制所述變換器內的第二多個開關，所述第二變換器輸入端用于接收來自所述第二電源的第二輸入電力；以及 管理模塊，用于通過基于所述第一多個開關和所述第二多個開關在所述第一電源和所述第二電源之間交替，管理所述第一輸入電力以及所述第二輸入電力，所述第一多個開關和所述第二多個開關提供所述第一電源和所述第二電源之間的隔離，以防止所述源之間的電流泄漏。
10.根據權利要求9所述的控制器，其中，所述管理模塊進一步用于: 通過測量所述變換器的輸出電壓，并基于所述輸出電壓、利用所述第一多個開關以及所述第二多個開關切換第一輸入電力或第二輸入電力開或閉，維持所述輸出電壓。
11.根據權利要求9所述的控制器，其中: 所述變換器內的所述第一多個開關和所述第二多個開關每個與變壓器串聯(lián)，用于引導通過所述變壓器的電流，產生負載上的正電壓；并且 所述第一變換器輸入端和所述第二變換器輸入端包括以下中的至少之一:多個二極管、多個附加開關以及多個電容器，用于引導通過所述變壓器的所述電流，以平衡所述變壓器。
12.根據權利要求9所述的控制器，其中，所述管理模塊進一步用于檢測所述第一源或所述第二源上的故障，并將輸入電力偏移到所述第一輸入電力或所述第二輸入電力。
13.根據權利要求9所述的控制器，其中，所述管理模塊以時間間隔在所述第一源和所述第二源之間交替。
14.一種方法，由計算設備執(zhí)行，包括: 接收來自第一電源或第二電源的輸入電力；以及 基于與所述第一電源關聯(lián)的第一多個開關以及與所述第二電源關聯(lián)的第二多個開關，在所述第一電源和所述第二電源之間交替所述輸入電力，所述第一多個開關和所述第二多個開關提供所述第一電源和所述第二電源之間的電流隔離。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括: 測量所述第一電源和所述第二電源，以使所述變換器能夠在兩個或更多個模式之間交替一時間段，所述時間段取決于所述第一電源測量值和第二電源測量值，所述模式包括:第一模式，用于實現(xiàn)通過變壓器的電壓； 第二模式，用于平衡通過所述變壓器的所述電壓。
【文檔編號】H02J9/06GK104335449SQ201280073369
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2012年5月22日 優(yōu)先權日:2012年5月22日
【發(fā)明者】丹尼爾·漢弗萊, 穆罕默德·阿明·貝馬特 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)