本發(fā)明涉及自動化技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于重要設(shè)備在工作時(shí)要求設(shè)備不能重啟的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電源冗余備份功能。

背景技術(shù)：

對于長時(shí)間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng)，如基站通信設(shè)備、車載設(shè)備、服務(wù)器等，往往需要高可靠的電源供應(yīng)。冗余電源設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵部分，在高可靠系統(tǒng)中起著重要作用。冗余電源配置2個(gè)電源，當(dāng)1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，其他電源可以立刻投入，不中斷設(shè)備的正常運(yùn)行。這類似于UPS電源的工作原理：當(dāng)市電斷電時(shí)由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是冗余電源是由不同的電源供電，而UPS則是一個(gè)電源供電另一個(gè)電池隨時(shí)備用，需要時(shí)自動切換。

在車載PIS(乘客信息系統(tǒng))、監(jiān)控、媒體系統(tǒng)中，系統(tǒng)主機(jī)電源一般使用冗余電源，實(shí)現(xiàn)電源冗余備份有利于提高穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)高可用性。

傳統(tǒng)冗余電源接法：

1、熱備份，本方案方案常見是由2個(gè)電源通過分別連接二極管陽極，以“或門”的方式并聯(lián)輸出至電源總線上，當(dāng)其中1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，二極管的單向?qū)ㄌ匦?，不會影響電源總線的輸出。缺點(diǎn)：熱備份時(shí)，相當(dāng)于容量冗余，不利于提高電源的效率。由于電源都有工作壽命，兩個(gè)電源是同時(shí)對外輸出工作，對提高電源的可靠性意義不大。

2、冷備份，本方案常見是由芯片控制MOSFET的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)輸出自動切換，確保同一時(shí)刻只有一塊電源輸出至電源總線上。不足之處，用芯片實(shí)現(xiàn)的冷備份，不能將芯片獨(dú)立設(shè)計(jì)在單個(gè)電源板上，均是在負(fù)載端添加芯片實(shí)現(xiàn)，一旦芯片損壞，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓。且成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種能夠利于提高電源的效率、實(shí)現(xiàn)輸出自動切換且系統(tǒng)可靠的具有電源狀態(tài)輸出的雙電源冗余冷備份電路。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種雙電源冗余冷備份無間斷切換電路，包括有檢測與輸出控制電路、MOS管驅(qū)動電路、故障檢測與控制信號反饋電路，其中檢測與輸出控制電路、故障檢測與控制信號反饋電路均連接到MOS管驅(qū)動電路，電壓輸入輸出均通過MOS管驅(qū)動電路。

作為具體的技術(shù)方案，所述檢測與輸出控制電路包括穩(wěn)壓二極管ZD1和比較電路，比較電路包括比較器U1A及外圍電阻R1、R4、R5、電容C1、二極管D3，所述電阻R1和二極管D3串聯(lián)在比較器U1A的電源端和同相端之間，其中二極管D3的負(fù)極接比較器U1A的同相端，穩(wěn)壓二極管ZD1的負(fù)極連接到電阻R1和二極管D3的結(jié)點(diǎn)之間，穩(wěn)壓二極管ZD1的正極接地，比較器U1A的同相端輸入SW信號，比較器U1A的反相端通過電阻R4輸入?yún)⒖茧妷盒盘朧ref，電阻R5連接在比較器U1A的電源端和輸出端之間，電容C1連接在比較器U1A的電源端和地GND之間。

作為具體的技術(shù)方案，所述穩(wěn)壓二極管ZD1的正極和比較器U1A的同相端之間還連接一電阻R2。

作為具體的技術(shù)方案，所述MOS管驅(qū)動電路包括MOS管Q1、二極管D1、穩(wěn)壓二極管ZD3、電阻R3，MOS管Q1的G端與S端跨接二極管D1與穩(wěn)壓二極管ZD3，其中二極管D1的正極接MOS管Q1的S端，二極管D1的負(fù)極與穩(wěn)壓二極管ZD3的負(fù)極連接，穩(wěn)壓二極管ZD3的正極接MOS管Q1的G端，電阻R3一端連接MOS管Q1的G端，另一端接比較器U1A的輸出端，MOS管Q1的S端接電源VCC，MOS管Q1的D端接電源VCC1，MOS管Q1的D端還連接由若干個(gè)二極管并聯(lián)組成的二極管組D4的正極，二極管組D4的負(fù)極作為電源輸出端VCC-OUT。

作為具體的技術(shù)方案，故障檢測與控制信號反饋電路包括比較器U1B、電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R13、二極管D5、D6、D7、D8、穩(wěn)壓電路，比較器U1B的同相端通過串聯(lián)的電阻R10和R8接地，電阻R10和R8的結(jié)點(diǎn)連接二極管D8的負(fù)極，二極管D8的正極連接電源VCC1，該電源VCC1由MOS管Q1的D端提供，比較器U1B的反相端通過串聯(lián)的電阻R11和R13接地，電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)通過穩(wěn)壓電路接電源VCC，電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)處為參考電壓Vref取樣處，電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)通過電阻R4連接比較器U1A的反相端，該電源VCC由MOS管Q1的S端提供，比較器U1B的電源VCC輸入端和比較器U1B的輸出端之間連接電阻R6，二極管D7的負(fù)極接比較器U1B的輸出端，二極管D7的正極接電阻R9的一端，且電阻R9的另一端同時(shí)接二極管D6的負(fù)極和電阻R7的一端，二極管D6的正極接電源VCC，電阻R7的另一端接地。二極管D7的正極作為Out信號的輸出端，比較器U1A的輸出端通過二極管D5接比較器U1B的同相端，且二極管D5的正極接比較器U1A的輸出端。

作為具體的技術(shù)方案，該穩(wěn)壓電路包括電阻R12、二極管D9及穩(wěn)壓二極管ZD2，所述電阻R12第一端接電源VCC，第二端接電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)，二極管D9的正極接電阻R12第二端，二極管D9的負(fù)極接穩(wěn)壓二極管ZD2的負(fù)極，穩(wěn)壓二極管ZD2的正極接地。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了工業(yè)中主機(jī)箱電源冗余備份，實(shí)現(xiàn)電源冗余單板設(shè)計(jì)，在單板上實(shí)現(xiàn)切換電路，滿足設(shè)備在不斷電的情況下替換有故障的電源模塊。

2、本發(fā)明采用常見且無特殊要求的被動元器件搭建而成，簡單可靠，環(huán)境要求低。

3、本發(fā)明新增了電源狀輸出信號，系統(tǒng)可及時(shí)檢測所有電源的狀況，有利于相關(guān)人員及時(shí)更換有故障的電源，保障了設(shè)備高可靠性。

4、本發(fā)明設(shè)計(jì)無需在電源板設(shè)計(jì)時(shí)添加，在滿足電壓需求內(nèi)，可與任何設(shè)計(jì)方式的電源搭配，可做獨(dú)立設(shè)備添加到系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)簡單、無需特殊指定電源、適用面廣等特點(diǎn)。

5、相對其他板卡電源冗余設(shè)計(jì)電路本發(fā)明具有、成本低廉、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具有電源狀態(tài)輸出的雙電源冗余冷備份電路的電路框圖。

圖2是本發(fā)明具有電源狀態(tài)輸出的雙電源冗余冷備份電路的電路原理圖。

圖3是圖1中的檢測與輸出控制電路圖。

圖4是圖1中的MOS管驅(qū)動電路圖。

圖5是圖1中的故障檢測與控制信號反饋電路圖。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

參見圖1，本實(shí)施例的雙電源冗余冷備份無間斷切換電路包括有檢測與輸出控制電路、MOS管驅(qū)動電路、故障檢測與控制信號反饋電路，其中檢測與輸出控制電路、故障檢測與控制信號反饋電路均連接到MOS管驅(qū)動電路，電壓輸入輸出均通過MOS管驅(qū)動電路。

同時(shí)參見圖2和圖3，所述檢測與輸出控制電路包括穩(wěn)壓二極管ZD1和比較電路，比較電路包括比較器U1A及外圍電阻R1、R4、R5、電容C1、二極管D3，所述電阻R1和二極管D3串聯(lián)在比較器U1A的電源端和同相端之間，其中二極管D3的負(fù)極接比較器U1A的同相端，穩(wěn)壓二極管ZD1的負(fù)極連接到電阻R1和二極管D3的結(jié)點(diǎn)之間，穩(wěn)壓二極管ZD1的正極接地，比較器U1A的同相端輸入SW信號，比較器U1A的反相端通過電阻R4輸入?yún)⒖茧妷盒盘朧ref，電阻R5連接在比較器U1A的電源端和輸出端之間，電容C1連接在比較器U1A的電源端和地GND之間。所述穩(wěn)壓二極管ZD1的正極和比較器U1A的同相端之間還連接一電阻R2。

通過選取不同電壓的穩(wěn)壓二極管ZD1可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的工作啟動電壓門限；通過二極管D3將啟動門限電壓送至比較器U1A同相端可有效解決與外界控制信號間的干擾問題。

同時(shí)參見圖2和圖4，所述MOS管驅(qū)動電路包括MOS管Q1、二極管D1、穩(wěn)壓二極管ZD3、電阻R3。MOS管Q1的G端與S端跨接二極管D1與穩(wěn)壓二極管ZD3，其中二極管D1的正極接MOS管Q1的S端，二極管D1的負(fù)極與穩(wěn)壓二極管ZD3的負(fù)極連接，穩(wěn)壓二極管ZD3的正極接MOS管Q1的G端，電阻R3一端連接MOS管Q1的G端，另一端接比較器U1A的輸出端。MOS管Q1的S端接電源VCC，MOS管Q1的D端接電源VCC1，MOS管Q1的D端還連接由若干個(gè)二極管并聯(lián)組成的二極管組D4的正極，二極管組D4的負(fù)極作為電源輸出端VCC-OUT。

在MOS管Q1的G端與S端跨接二極管D1與穩(wěn)壓二極管ZD3，可有效限制MOS的Vgs的壓差，在二極管D1、穩(wěn)壓二極管ZD3與電阻R3組成的穩(wěn)壓電路中由于二極管D1串聯(lián)穩(wěn)壓二極管ZD3在一起，所以MOS管Q1的G端與S端在穩(wěn)壓管工作范圍內(nèi)會一直保持Vgs＝Vz+Vf，Vgs值的穩(wěn)定使MOS管Q1的內(nèi)阻保持一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，消除了MOS管Q1的內(nèi)阻與電源VCC波動成正比的變動現(xiàn)象，Vgs值的穩(wěn)定可有效避免高壓對MOS管Q1損壞，同時(shí)串接的的二極管D1又可有效抑制穩(wěn)壓二極管ZD3正向電流，從而達(dá)到保護(hù)穩(wěn)壓二極管ZD3的作用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路工作的高保護(hù)措施。

同時(shí)參見圖2和圖5，故障檢測與控制信號反饋電路包括比較器U1B、電阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R13、二極管D5、D6、D7、D8、穩(wěn)壓電路。比較器U1B的同相端通過串聯(lián)的電阻R10和R8接地，電阻R10和R8的結(jié)點(diǎn)連接二極管D8的負(fù)極，二極管D8的正極連接電源VCC1，該電源VCC1由MOS管Q1的D端提供，比較器U1B的反相端通過串聯(lián)的電阻R11和R13接地，電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)通過穩(wěn)壓電路接電源VCC，電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)處為參考電壓Vref取樣處，電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)通過電阻R4連接比較器U1A的反相端，該電源VCC由MOS管Q1的S端提供，具體的，該穩(wěn)壓電路包括電阻R12、二極管D9及穩(wěn)壓二極管ZD2，所述電阻R12第一端接電源VCC，第二端接電阻R11和R13的結(jié)點(diǎn)，二極管D9的正極接電阻R12第二端，二極管D9的負(fù)極接穩(wěn)壓二極管ZD2的負(fù)極，穩(wěn)壓二極管ZD2的正極接地。比較器U1B的電源VCC輸入端和比較器U1B的輸出端之間連接電阻R6，二極管D7的負(fù)極接比較器U1B的輸出端，二極管D7的正極接電阻R9的一端，且電阻R9的另一端同時(shí)接二極管D6的負(fù)極和電阻R7的一端，二極管D6的正極接電源VCC，電阻R7的另一端接地。二極管D7的正極作為Out信號的輸出端。

比較器U1A的輸出端通過二極管D5接比較器U1B的同相端，且二極管D5的正極接比較器U1A的輸出端。

通過選取不同電壓的穩(wěn)壓二極管ZD2可調(diào)節(jié)電源切換時(shí)總線最低電壓值及電源切換時(shí)總線電壓跌落時(shí)間。如圖5中比較器U1B同相端的電源VCC1信號源自MOS管Q1的D端，電阻R12、二極管D9與穩(wěn)壓二極管ZD2組成的電路使比較器的反相端電壓一直穩(wěn)定在一個(gè)確定的值，比較器U1B時(shí)刻采集同相端與反相端的電壓差，當(dāng)MOS管Q1出現(xiàn)開路時(shí)，電源VCC1的電壓就會小于比較器U1B的反相端電壓，因此連接比較器U1B輸出端的Out信號就會變成0電平，將Out信號接入備份電源的SW信號中，備份電源比較器U1A的同相端電平會被強(qiáng)制下拉到0電平，此時(shí)備份電源的U1B比較器輸出0電平，MOS管Q1同時(shí)打開，備份電源迅速輸出至電源總線上替代本地電源工作。由于MOS管導(dǎo)通Q1需要一定的時(shí)間，這樣會出現(xiàn)因電源VCC超前電源VCC1造成本地電源誤操作關(guān)閉了備份電源現(xiàn)象，通過本地電源U1A比較器的輸出信號通過二極管D5接入比較器U1B的同相端，可以巧妙的解決了此種問題的出現(xiàn)。

參見圖2，電源故障輸出功能，這也是本發(fā)明的亮點(diǎn)之一。在雙電源冗余備份實(shí)際工作中有這樣的一種現(xiàn)象，就是主電源在工作而備用電源已經(jīng)損壞了。這是如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，雙電源冗余備份已無任何意義了，圖2的SW信號與Out信號組合可有效消除此現(xiàn)象。當(dāng)本地電源輸出正常且MOS管Q1導(dǎo)通時(shí)，SW信號與Out信號均為高電平；當(dāng)本地電源輸出正常且MOS管Q1損壞開路時(shí)，SW信號為高電平、Out信號為低電平。利用這種判斷，在主電源出故障時(shí)系統(tǒng)可準(zhǔn)確判斷出是電源無輸出還是冗余備份電路有問題，從而方便維修。在主電源工作時(shí)，備份的電源Out信號會一直保持高電平，一旦備份的電源Out信號出現(xiàn)低電平，則可判斷備份電源出現(xiàn)故障，電源無輸出了。系統(tǒng)可及時(shí)提示操作人更換備份電源。從而有效避免系統(tǒng)因供電異常出現(xiàn)的停機(jī)，保證了整體系統(tǒng)的高可靠性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。