自动切换开关的时序控制方法、装置和供电系统

技术领域

本发明涉及电气技术领域，更具体地说，涉及一种自动切换开关的时序控制方法、装置和供电系统。

背景技术

网络服务器电源是按照N+N的多输入模式进行配置，例如1+1，2+2，4+4。为了防止输入电源异常事故的发生所带来的影响，在许多用电场所都会设置有两套不同的供电系统，例如，市电供电和电机供电、或者市电供电和电池供电等，采用双输入配电可以减少单一输入的出错影响，双电源自动切换开关(Automatic Transfer Switch，简称ATS)是一种开关，可实现两路电源的快速带载切换。ATS开关的切换的时序及切换完成总时间，决定了后级的负载的保持稳定工作需要的时间(T_hold time)，ATS的切换完成时间越长，负载保持需要时间越长，电源成本设计难度越大，成本也越高。

现有大部分双电源自动切换开关切换的时序的方法，为了防止双电源被同时导通，导致双电源短路或者回路，现有的方案整个ATS的切换时间为：told_all＝tsense+toff_max+tdelay+ton_max，其中told_all表示切换总时间，tsense表示采样输入电源异常需要时间，toff_max表示异常输入端的开关完全断开需要的最大时间，tdelay表示延时一段时间后开启另外一路的延时时间，ton_max表示切入的那一路正常输入端的开关完全导通的最大时间，由此可以看出，现有的方案ATS切换时间过长，对后级负载保持时间要求高，成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自动切换开关的时序控制方法、装置和供电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自动切换开关的时序控制方法，应用于供电系统中，所述供电系统包括：一级电路、二级电路和控制单元；所述一级电路包括：N个输入电源，所述二级电路包括：与所述N个输入电源对应设置的N个切换电路；其中，N为大于1的整数；所述方法包括：

所述控制单元实时检测所述N个输入电源输出的电压信号；

所述控制单元根据所述N个输入电源输出的电压信号判断所述N个输入电源中的任意一个是否异常；

若是，所述控制单元控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭；

在控制所述与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭的同时，所述控制单元控制其他切换电路中的任意一个切换电路导通；每一个所述切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间。

在本发明所述的自动切换开关的时序控制方法中，每一个所述切换电路包括：继电器或者双向导通的有源开关；

所述继电器完全导通的最小时间大于所述继电器完全关闭的最大时间；

所述双向导通的有源开关完全导通的最小时间大于所述双向导通的有源开关完全关闭的最大时间。

在本发明所述的自动切换开关的时序控制方法中，所述一级电路包括：第一输入电源和第二输入电源；所述二级电路包括：第一继电器和第二继电器；

所述第一输入电源的输出端连接所述第一继电器的第一端，所述第二输入电源的输出端连接所述第二继电器的第一端，所述第一继电器的第二端和所述第二继电器的第二端连接并连接至后级电路，所述第一继电器的第三端和所述第二继电器的第三端分别连接至所述控制单元；

所述第一继电器完全导通的最小时间大于所述第二继电器完全关闭的最大时间。

在本发明所述的自动切换开关的时序控制方法中，所述方法还包括：

若所述第一输入电源输出的电压信号异常，则所述控制单元控制所述第一继电器关闭，且同时控制所述第二继电器导通；所述第二继电器在完全闭合导通之前，所述第一继电器已完全断开；

或者，若所述第二输入电源输出的电压信号异常，则所述控制单元控制所述第二继电器关闭，且同时控制所述第一继电器导通；所述第一继电器在完全闭合导通之前，所述第二继电器已经完全断开。

本发明还提供一种自动切换开关的时序控制装置，包括：一级电路、二级电路、以及分别与所述一级电路和所述二级电路连接的控制单元；

所述一级电路包括：N个输入电源，所述二级电路包括：与所述N个输入电源对应设置的N个切换电路；其中，N为大于1的整数；

所述控制单元用于：

实时检测所述N个输入电源输出的电压信号；

根据所述N个输入电源输出的电压信号判断所述N个输入电源中的任意一个是否异常；

若是，控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭；

在控制所述与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭的同时，控制其他切换电路中的任意一个切换电路导通；每一个所述切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间。

在本发明所述的自动切换开关的时序控制装置中，每一个所述切换电路包括：继电器或者双向导通的有源开关；

所述继电器完全导通的最小时间大于所述继电器完全关闭的最大时间；

所述双向导通的有源开关完全导通的最小时间大于所述双向导通的有源开关完全关闭的最大时间。

在本发明所述的自动切换开关的时序控制装置中，所述一级电路包括：第一输入电源和第二输入电源；所述二级电路包括：第一继电器和第二继电器；

所述第一输入电源的输出端连接所述第一继电器的第一端，所述第二输入电源的输出端连接所述第二继电器的第一端，所述第一继电器的第二端和所述第二继电器的第二端连接并连接至后级电路，所述第一继电器的第三端和所述第二继电器的第三端分别连接至所述控制单元；

所述第一继电器完全导通的最小时间大于所述第二继电器完全关闭的最大时间。

本发明还提供一种供电系统，包括以上所述的自动切换开关的时序控制装置。

实施本发明的自动切换开关的时序控制方法、装置和供电系统，具有以下有益效果：供电系统包括：一级电路、二级电路和控制单元；一级电路包括：N个输入电源，二级电路包括：N个切换电路；其中，N为大于1的整数；方法包括：控制单元实时检测N个输入电源输出的电压信号；根据N个输入电源输出的电压信号判断N个输入电源中的任意一个是否异常；若是，控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭；同时，控制其他切换电路中的任意一个切换电路导通；每一个切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间。本发明可大大缩短自动切换开关的切换时间，降低后级的保持时间，降低成本，且不会存在短路或者电流回流现象，可靠性和安全性好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的自动切换开关的时序控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的多输入供电系统的原理框图；

图3是本发明实施例提供的自动切换开关的时序控制装置实施例一的电路示意图；

图4是本发明实施例提供的自动切换开关的时序控制装置实施例二的电路示意图；

图5是本发明实施例提供的自动切换开关的时序控制装置实施例三的电路示意图；

图6是本发明实施例提供的切换时序示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，为本发明提供的自动切换开关的时序控制方法一可选实施例的流程示意图。该自动切换开关的时序控制方法可以将原来的N+N系统(供电系统)降低双输入电源的N系统配置，且输出功率不变，使所需要的电源数量减半，同时结合开关闭合、断开的特性，优化自动切换开关的切换时序，大大缩减了自动切换开关切换的总时间，大大缩短后级需要的保持时间，从而降低成本。

其中，该供电系统如图2所示，该供电系统包括：一级电路10、二级电路20和控制单元30；一级电路10包括：N个输入电源，二级电路20包括：与N个输入电源对应设置的N个切换电路；其中，N为大于1的整数。可选的，本发明实施例中，N个切换电路可以为相同的切换电路，其中，每一个切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间。即当关闭任意一个切换电路，且同时导通另一个切换电路时，所关闭的切换电路完全关闭时，同时导通的另一个切换电路仍处于关闭状态，即未开启，从而可以可靠地保证在进行切换时，不会出现短路或者电流回流的现象，确保切换的可靠性和安全性。

一些实施例中，每一个切换电路包括：继电器或者双向导通的有源开关。

可选的，继电器完全导通的最小时间大于继电器完全关闭的最大时间。双向导通的有源开关完全导通的最小时间大于双向导通的有源开关完全关闭的最大时间。

其中，通过控制继电器或者双向导通的有源开关的导通或者关闭，实现切换电路的导通或者关闭。

参考图1，为本发明提供的自动切换开关的时序控制方法一可选实施例的流程示意图。其中，该自动切换开关的时序控制方法可以通过本发明实施例公开的供电系统实现。

如图1所示，该自动切换开关的时序控制方法包括以下步骤：

步骤S101、控制单元30实时检测N个输入电源输出的电压信号。

步骤S102、控制单元30根据N个输入电源输出的电压信号判断N个输入电源中的任意一个是否异常。

步骤S103、若是，控制单元30控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭。

步骤S104、在控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭的同时，控制单元30控制其他切换电路中的任意一个切换电路导通。每一个切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间。

本发明实施例中，由于每一个切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间，因此，当N个输入电源中的任意一个异常而关闭与其对应设置的切换电路(设为切换电路1)关闭的同时，控制另一个切换电路(该另一个切换电路为N个切换电路中除与该异常的输入电源对应设置的切换电路以外的切换电路中的任意一个，设为切换电路2)关闭，从而大大缩短了自动切换的切换时间，且由于每一个切换电路完成导通的最小时间大于完全关闭的最大时间，因此，在关闭切换电路1的同时导通切换电路2，此时，当切换电路1完全关闭后，切换电路2仍处于关闭状态，即切换电路2还没有达到开启的时间，从而保证了在关闭切换电路1的同时切换电路2，不会产生短路或者回流的现象，有效提升了切换的可靠性和稳定性。

另外，由于大大缩短了自动切换的切换时间，因此，后级所需要的保持时间也明显降低，进而降低整体成本。

一些实施例中，每一个切换电路包括：继电器或者双向导通的有源开关。

可选的，继电器完全导通的最小时间大于继电器完全关闭的最大时间；双向导通的有源开关完全导通的最小时间大于双向导通的有源开关完全关闭的最大时间。

其中，通过控制继电器或者双向导通的有源开关的导通或者关闭，实现切换电路的导通或者关闭。

本发明还提供一种自动切换开关的时序控制装置，该自动切换开关的时序控制装置可以用于实现本发明实施例公开的自动切换开关的时序控制方法。

具体的，如图3所示，该自动切换开关的时序控制装置包括：一级电路10、二级电路20、以及分别与一级电路10和二级电路20连接的控制单元30。一级电路10包括：N个输入电源，二级电路20包括：与N个输入电源对应设置的N个切换电路；其中，N为大于1的整数。

其中，控制单元30用于：实时检测N个输入电源输出的电压信号；根据N个输入电源输出的电压信号判断N个输入电源中的任意一个是否异常；若是，控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭；在控制与异常的输入电源对应设置的切换电路关闭的同时，控制其他切换电路中的任意一个切换电路导通。

本发明实施例中，每一个切换电路完全导通的最小时间大于完全关闭的最大时间。

可选的，每一个切换电路包括：继电器或者双向导通的有源开关。

其中，继电器完全导通的最小时间大于继电器完全关闭的最大时间；双向导通的有源开关完全导通的最小时间大于双向导通的有源开关完全关闭的最大时间。

参考图3，为本发明提供的自动切换开关的时序控制装置实施例一的电路示意图。

如图3所示，该实施例中，一级电路10包括：第一输入电源Vin_A和第二输入电源Vin_B；二级电路20包括：第一继电器SW_A和第二继电器SW_B。

第一输入电源Vin_A的输出端连接第一继电器SW_A的第一端，第二输入电源Vin_B的输出端连接第二继电器SW_B的第一端，第一继电器SW_A的第二端和第二继电器SW_B的第二端连接并连接至后级电路40，第一继电器SW_A的第三端和第二继电器SW_B的第三端分别连接至控制单元30。

第一继电器SW_A完全导通的最小时间大于第二继电器SW_B完全关闭的最大时间。

可选的，第一继电器SW_A和第二继电器SW_B为相同继电器。

该实施例中，若第一输入电源Vin_A输出的电压信号异常，则控制单元30控制第一继电器SW_A关闭，且同时控制第二继电器SW_B导通。其中，第二继电器SW_B在完全闭合导通之前，第一继电器SW_A已完全断开。

或者，若第二输入电源Vin_B输出的电压信号异常，则控制单元30控制第二继电器SW_B关闭，且同时控制第一继电器SW_A导通。其中，第一继电器SW_A在完全闭合导通之前，第二继电器SW_B已完全断开。

以图3的电路为例，对本发明实施例的切换时序进行说明。其中，图6为图3所示电路的切换时序示意图。

如图6所示，Vin_A为第一输入电源输出的电压信号，Vin_B为第二输入电源输出的电压信号，tsense为控制单元30的检测时间，toff_max为第一继电器SW_A完全关闭的最大时间，ton_min为第二继电器SW_B完全导通的最小时间，ton_max为第二继电器SW_B完全导通的最大时间。由图6中可以看出，当第一继电器SW_A完全关闭后，第二继电器SW_B仍未达到其完全导通的最小时间，即存在一个死区时间，该死区时间为Td＝ton_min-toff_max。

由图6可知，T0时刻，第一输入电源Vin_A输出的电压信号异常时，可被控制单元30检测到，其中，该检测时间为tsense，此时，在T0时刻控制单元30即同时发出第一继电器SW_A的关闭信号(Vg_A)和第二继电器SW_B的导通信号(Vg_B)，如图6所示，当第一继电器SW_A完全关闭时，其所需要的最大关闭时间为toff_max，当第二继电器SW_B完全导通时，其所需要的最小导通时间为ton_min，而ton_min>toff_max，因此，不存在第一继电器SW_A和第二继电器SW_B同时导通的情况，从而可避免第一输入电源Vin+和第二输入电源Vin-短路或者回流，且本发明实施例整个切换时间为：tnew_all＝tsense+ton_max，相较于现有的切换时间，本发明的切换时间大大缩短，降低后级需要的保持时间，从而降低成本。

参考图4，为本发明提供的自动切换开关的时序控制装置实施例二的电路示意图。

如图4所示，在该实施例中，可设置Vin_1、Vin_2、Vin_3、……、Vin_N，共N个输入电源，对应的，设置SW_1、SW_2、SW_3、……、SW_N共N个继电器，当控制单元30检测到Vin_1、Vin_2、Vin_3、……、Vin_N中的任意一个，假设为Vin_3输出的电压异常时，即同时发送关闭信号至SW_3和导通信号至SW_1、SW_2、SW_4、……、SW_N中的任意一个(假设为SW_1)，即SW_3和SW_1分别同时接收到关闭信号和导通信号，当分别接收到关闭信号和导通信号后，SW_3即执行关闭动作，SW_1同步执行导通动作，且当SW_3完全关闭后，SW_1仍未导通，直到达到其最小导通时间时，SW_1才完全导通。其中，图中的PSU表示后级电路40，可以是电源也可以是其他供电电路等。

进一步地，本发明实施例自动开关切换的时序控制方法还可以应用到其他多路切换的场合，并不限于供电系统，例如可应用于全桥切换电路等。

在其他一些实施例中，本发明实施例自动开关切换的时序控制方法还可以应用于一路输入+多路输出的情况。例如，如图5所示，Vin为单路电源输出的电压信号，SW_A和SW_B为两路输出。其中，图中的PSU表示后级电路40，可以是电源也可以是其他供电电路等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。