用于当N+1冗余电源配置中的Oring‑FET在上电期间发生故障时防止总线电压下降的方法和系统

摘要

一种用于当N+1冗余电源配置中的Oring‑FET在上电期间发生故障时，防止总线电压下降的系统和方法。每一冗余电源包括Oring‑FET和电压比较器。电压比较器在上电期间接收并比较Oring‑FET的输入电压和输出电压。在输入电压小于输出电压的情况下，Oring‑FET被视为正确进行操作，并且响应于输入电压达到预定的电压阈值水平而向以通信的方式耦合的系统总线提供输出。在输入电压近似等于输出电压的情况下，当另一冗余电源配置正向以通信的方式耦合的系统总线提供功率时，电压比较器帮助防止涌入电流从以通信的方式耦合的系统总线流出，并且防止以通信的方式耦合的系统总线上的电压下降。

说明书

技术领域

本技术是关于防止总线电压下降，并且更具体地是关于当N+1冗余电源配置中的Oring-FET在上电期间发生故障时防止总线电压下降。

背景技术

冗余电源越来越流行。例如，1+1或者N+1冗余电源的电子设备(比如，服务器和/或通信设备)变得更加普遍。冗余电源配置可以包括两个或多个电源配置。冗余电源可以帮助确保在一个或多个电源不可用或者变得不可用时，相关联的电子设备可以继续进行操作。然而，如果冗余电源配置的Oring-FET发生故障，则电子设备的系统总线上的电压可以为低或者下降，使得电子设备经历不期望的重新启动。

参考图1，根据示例性实施例示出了基础N+1冗余电源配置的简化框图。在图1中，N+1冗余电源配置100包括三个电源配置。每一冗余电源配置可以包括电源102、Oring-FET104和Oring-FET控制器106。电源102可以被以通信的方式耦合至Oring-FET 104，其中电源102向Oring-FET 104提供功率。Oring-FET 104可以将电源102与以通信的方式耦合的系统总线108隔离。当Oring-FET 104正确地进行操作时，Oring-FET 104可以作为二极管来防止反向电流流向电源102。Oring-FET控制器106可以被以通信的方式耦合至Oring-FET 104。当Oring-FET 104正确地进行操作时，Oring-FET控制器106可以控制以通信的方式耦合的Oring-FET 104。在Oring-FET 104发生故障的情况下，Oring-FET 104被短路。当电源102被插入到系统时，被短路的Oring-FET 104可以使得以通信的方式耦合的系统总线108为低电压或者电压下降。在系统总线108发生足够的电压下降的情况下，电压下降可能导致不期望的系统重新启动。

参考图2，根据示例性实施例示出了针对冗余电源配置的电源配置的简化框图。如图所示，电源配置200可以包括可以向电磁兼容(EMC)滤波器204提供功率的交流(AC)或直流(DC)电源202。EMC滤波器204可以减小和/或消除电子设备可能产生的电磁干扰。EMC滤波器204可以将经滤波的功率传递至预调节器206。预调节器206可以调节经滤波的功率的电压。预调节器206的输出可以将经调节的功率传递至主DC/DC转换器或主功率DC/DC转换器208、和/或传递至辅DC/DC转换器或辅功率DC/DC转换器210。辅DC/DC转换器210和辅电源212可以在上电、初始化和正常操作期间提供内务处理(housekeeping)服务。主DC/DC转换器208可以将来自预调节器206的经调节的功率从第一电压转换为(不同于第一电压的)第二电压。DC/DC转换器208的输出可以流经滤波器，该滤波器可以包括电感器214和电容器216。该滤波器可以减少来自DC/DC转换器208的输出的电压的噪声。经滤波的输出可以流入Oring-FET 104。当Oring-FET 104上电并且正确进行操作时，Oring-FET 104可以作为低损耗二极管来将电压传递至系统总线108。当Oring-FET 104上电并且正确进行操作时，Oring-FET 104可以帮助和/或防止电流从系统总线108流经Oring-FET 104。当Oring-FET104正确进行操作时，Oring-FET控制器106可以控制Oring-FET 104。

如果Oring-FET 104在上电期间发生故障，则这类N+1电源配置可能出现问题。通常，每一电源配置200被上电一次。当一个或多个电源配置200正向系统总线108提供功率时，如果正上电的电源配置200具有发生故障的Oring-FET 104，则由于电容216不再与系统总线108隔离，因此Oring-FET 104将被短接，并且来自以通信的方式耦合的系统总线108的电流可以传递至未充电的电容216。这可以被称为过载电流(overcurrent)。过载电流可以使得系统总线106上为低电压或者电压下降，这可以使得电子设备进入不期望的系统重新启动。在电源配置200具有发生故障的Oring-FET 104的情况下，发生故障的Oring-FET 104可以继续使得电子设备在被上电时进入系统重新启动。

附图说明

为了描述可以获得本公开的上述及其他优点和特征的方式，将参考附图中所示的具体实施例来描绘以上简述的原理的更具体的描述。应该理解，这些附图只描绘了本公开的示例性实施例，因此不被认为是限制其范围，本文中的原理通过使用附图并用额外的特征和细节进行描述和解释。

图1是根据示例性实施例的基础N+1冗余电源配置的简化框图；

图2根据示例性实施例示出了针对冗余电源配置的电源配置的简化框图；

图3根据示例性实施例示出了用于在上电期间减小或防止电压下降的电源配置的框图；

图4根据示例性实施例示出了用于在上电期间减小或防止电压下降的电源配置的详细框图；以及

图5根据所示的示例性实施例示出了用于确定上电期间在N+1冗余电源配置的电源配置内的Oring-FET可操作性的方法的流程图。

具体实施方式

尽管讨论了具体的实现方式，但应该理解到其只是用于图示的目的被示出。本领域的技术人员将认识到其他组件和配置可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下被使用。

概述：所公开的技术解决本领域中当N+1冗余电源配置中的Oring-FET发生故障的情况下，用于在上电期间防止总线电压下降的需要。具体地，所公开的技术解决本领域中当N+1冗余电源配置中的Oring-FET在上电期间发生故障的情况下，用于防止总线电压下降的需要。每一冗余电源配置可以包括Oring-FET和电压比较器。电压比较器可以接收Oring-FET的输入电压和Oring-FET的输出电压，并且可以对两个电压进行比较。在输入电压在上电期间小于输出电压的情况下，响应于输入电压达到预定的电压阈值水平，Oring-FET可以被认为是正确地进行操作，并且向以通信的方式耦合的系统总线提供功率。在输入电压在上电期间近似等于输出电压的情况下，当另一冗余电源正向系统提供功率时，电压比较器可以帮助防止涌入电流从以通信的方式耦合的系统总线流出并且防止以通信的方式耦合的系统总线上的电压下降。

参考图3和图4，根据示例性实施例示出了用于在上电期间减小和/或防止N+1冗余电源配置中的电压下降的电源电路的框图。图4是图3的框图的更详细的框图。尽管未示出，但图3和图4的电源配置可以包括以上联合图2所描述的电源202、EMC滤波器204和预调节器206以及更多或更少的组件。如图3和图4中所示，主DC/DC转换器或主功率DC/DC转换器302和辅DC/DC转换器或辅功率DC/DC转换器304可以被以通信的方式耦合至系统总线306。辅DC/DC转换器304和辅电源308可以在上电、初始化和正常操作期间提供内务处理服务。主DC/DC转换器208可以将来自预调节器206的经调节的功率从第一电压转换为(不同于第一电压的)第二电压。响应于输入电压达到预定的电压阈值水平，输出电压可以被提供给系统总线306。预定的电压阈值可以是系统总线的电压水平加上与Oring-FET相关联的电压损耗，例如0.7伏。在一个或多个实施例中，主DC/DC转换器302可以生成12伏的输出。在一个或多个实施例中，主DC/DC转换器302可以生成其他合适的电压。

主DC/DC转换器302的输出可以流经可包括电感器310和电容器312的滤波器。滤波器可以减少来自DC/DC转换器208的输出的噪声。经滤波的电源电压V_out可以流入Oring-FET104。当Oring-FET>out传递至系统总线306。当Oring-FET>

如图3和图4中所示，过载电流电阻器328可以与电容器312串联，并且Oring-FET330可以与过载电流电阻器328并联。在Oring-FET 314由于Oring-FET 314发生故障而被短路的情况下，过载电流电阻器328可以在上电和/或初始化期间限制反向充电电流流向未充电的电容312。因此，过载电流电阻器328可以减少或防止系统总线306上的电压下降，进而防止不期望的系统重新启动。如下所述，过载电流电阻器328的值可以被选择用以防止触发对被以通信的方式耦合至冗余电源配置中的系统总线306的其他电源的保护。

如图3所示，涌入控制器318可以控制过载电流Oring-FET 330。涌入控制器318可以确定Oring-FET 314是否正确工作。具体地，涌入控制器318可以将流入Oring-FET 314的输入的输入电压(例如，与以通信的方式耦合的电源102相关联的电压(V_out))与流出Oring-FET>gate为高，进而使得过载电流电阻器328被短路。响应于Oring-FET>gate为低，进而在上电期间使得过载电流电阻器328有效并且帮助或防止涌入电流流入未充电的电容312。当V_gate为低时，主DC/DC转换器302被关断并且将没有输出电压传递至系统总线306。

在电源配置300的电源有效的情况下，辅DC/DC转换器304可以向涌入控制器318提供功率。二极管322和电阻器324可以与辅DC/DC转换器304的输出串联以帮助防止反向电流被传递至辅DC/DC转换器304。在电源配置300的电源无效的情况下，功率总线DC/DC转换器320可以向涌入控制器318提供功率。功率总线DC/DC控制器320可以调节来自系统总线306的电压。二极管326和电阻器324可以与功率总线DC/DC转换器320的输出串联以帮助防止反向电流被传递至功率总线DC/DC转换器320。例如，系统总线306可以给功率总线DC/DC转换器320供电，该功率总线DC/DC转换器320可以向涌入控制器318提供经调节的电压。

下面对可以如何选择合适的过载电流电阻器328进行描述。假定主DC/DC转换器302提供输出电压V和输出功率P。那么输出电流I等于输出功率P除以输出电压V(P/V)。然后，可以选择过载电流电阻器328以将额外电流限制为电流I的0.01％。因此，过载电流电阻器328可以等于输出电压除以0.0001倍的电流I(R＝V/0.0001I)。过载电流电阻器328的额定功率可以为0.5(V²/R)。例如，如果主DC/DC转换器302的输出功率为输出功率1000瓦、输出电压12伏，则：

I＝1000/12＝83.33安培

R1＝12/(0.0001x83.33)＝1440欧

过载电流电阻器328的额定功率可以为0.5x144/1440＝0.05瓦。因此，小的1206封装电阻器可以是过载电流电阻器328的最小值。

针对过载电流Oring-FET 330，额定电压可以为总线电压(V_bus)的120％，并且额定电流能够在正常操作期间通过电容器312来处理脉动电流。例如，如果主DC/DC转换器302的输出功率具有100瓦的输出功率和12伏的输出电压，则：

过载电流Oring-FET 330的V_ds＝1.2x12V＝14.4伏；

过载电流Oring-FET 330的I_ds＝0.2x1000/12＝16.6安培。

因此，飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)的FDD6530A MOSFET(20V21A)可以被用于电源配置300、400中。

参考图4，根据示例性实施例示出了用于减小或防止电压下降的电源配置的简化框图。如图所示，图3的涌入控制器318用包括电压比较器410的多个组件替换。尽管图4中所示的多个组件为一种专用配置，但其并不是可以实施的唯一配置。如图所示，多个组件可以包括第一电压分压器(包括第一电阻器402和第二电阻器404)、第二电压分压器(包括第一电阻器406和第二电阻器408)、电压比较器410、反馈电阻器410、第一二极管412和第二二极管414。

如图所示，电压比较器410可以通过将流入Oring-FET 314的输入的电压和从Oring-FET 314的输出流出的电压进行比较来确定Oring-FET 314在上电期间是否正确工作。为了保护电压比较器410，第一电压分压器和第二电压分压器可以被用于减少流入电压比较器410的电压。第一电压分压器可以包括第一电阻器402和第二电阻器404。第二电压分压器可以包括第一电阻器406和第二电阻器408。第一电压分压器的第一电阻器402和第二电压分压器的第一电阻器406可以具有相同的电阻。第一电压分压器的第二电阻器404和第二电压分压器的第二电阻器408可以具有相同的电阻。当有效电源被以通信的方式耦合至电源配置300并且Oring-FET 314正确进行操作时，Oring-FET 314的输入电压(例如，第一电压分压器的电压)在上电期间将小于Oring-FET 314的输出电压(例如，第二电压分压器的电压)。响应于Oring-FET 314的输入电压(例如，第一电压分压器的电压)小于Oring-FET314的输出电压(例如，第二电压分压器的电压)，电压比较器410可以使得过载电流Oring-FET 330被开启。具体地，电压比较器410可以使得过载电流Oring-FET 330的V_gate为高，进而使得过载电流电阻器328被短路。响应于Oring-FET>gate为低，进而使得过载电流电阻器328有效并且在上电期间防止涌入电流流入未充电的电容312。当V_gate为低时，防止开启主DC/DC转换器302并且将没有输出电压传递至系统总线306。

第一二极管416和第二二极管418可以作为钳位电压(clamp voltage)源来防止损害电压比较器410。第五电阻器410可以是针对电压比较器410的正反馈电阻器，以确保在电源被安装至电源配置300、400之后，当V_out开始斜升(ramp>gate为低时，该信号传递至主DC/DC转换器302，以防止主DC/DC转换器302开启。

当Oring-FET 314在上电期间正确进行操作时，反馈电阻器412可以是针对电压比较器410的正反馈电阻器，以确保在电源被安装至电源配置400之后，当V_out开始斜升时，Oring-FET>

如图4所示，图3的功率总线DC/DC转换器320用低压差(LDO)电压调节器420替换。在一个或多个实施例中，LDO电压调节器420可以是LM317电压调节器。在电源配置400的电源无效的情况下，LDO电压调节器420可以向电压比较器410提供功率。LDO电压调节器420可以调节系统总线306的电压。输入滤波器412(例如，电容器)可以对LDO电压调节器420的输入进行滤波。电阻器426、428可以设置LDO电压调节器420的输出电压。输出滤波器414(例如，电容器)可以对LDO电压调节器420的输出进行滤波。

参考图5，根据示例性实施例示出了用于确定N+1冗余电源配置的电源配置内的Oring-FET的可操作性的方法的流程图。由于存在若干种方式来实行该方法，因此以示例的方式来提供示例性方法500。可以使用图3和图4中所示的配置来实行下面所述的方法500，并且这些图中的各种元件被用于解释示例性方法500。图5中所示的每一方框表示示例性方法500中所实行的一个或多个进程、方法或子例程。示例性方法500可以开始于方框502。

在方框502，接收Oring-FET的输入电压和输出电压。例如，涌入控制器318可以接收Oring-FET 314的输入电压并且可以接收Oring-FET 314的输出电压。在另一示例中，电压比较器410可以接收Oring-FET 314的输入电压(例如，第一电压分压器的电压)，并且可以接收Oring-FET 314的输出电压(例如，第二电压分压器的电压)。响应于电源配置300、400的电源被上电，可以接收第一和第二电压。在接收第一电压和第二电压之后，方法500可以进行到方框504。

在方框504，对输入电压和输出电压进行比较。例如，涌入控制器318或者电压比较器410对Oring-FET 314的输入电压和输出电压进行比较。该比较决定电源配置300、400中的Oring-FET 314在上电期间是否正确进行操作。在Oring-FET 314的输入电压在上电期间小于Oring-FET 314的输出电压的情况下，Oring-FET 314正确进行操作并且方法500进行到方框506。在Oring-FET 314的输入电压在上电期间近似等于Oring-FET 314的输出电压的情况下，Oring-FET 314未正确进行操作并且方法500进行到方框508。

在方框506，生成到系统总线的输出。例如，在电源配置300、400的电源被上电的情况下，响应于Oring-FET 314被确定为正确进行操作，涌入控制器318或者电压比较器410将过载电流Oring-FET 330的V_gate驱动为高。过载电流Oring-FET>gate被驱动为高而被开启。过载电流电阻器328响应于过载电流Oring-FET>

在电源配置300、400的电源已经开启的情况下，响应于Oring-FET 314被确定为正确进行操作，涌入控制器318或者电压比较器410将过载电流Oring-FET 330的V_gate维持为高。此外，过载电流Oring-FET>gate而维持开启，过载电流电阻器328继续被短路，并且以通信的方式耦合至主DC/DC转换器302的电源继续向系统总线306提供功率。

在方框508，电源不向系统总线提供功率。例如，在电源配置300、400的电源被上电的情况下，响应于Oring-FET 314被确定为未正确进行操作，涌入控制器318或者电压比较器410将过载电流Oring-FET 330的V_gate驱动为低。响应于V_gate为低，过载电流Oring-FET330维持关断。响应于过载电流Oring-FET>

在电源配置300、400的电源已经开启的情况下，响应于Oring-FET 314被确定为在上电期间未正确进行操作，涌入控制器318或者电压比较器410将过载电流Oring-FET 330的V_gate驱动为低。此外，响应于V_gate，过载电流Oring-FET>

尽管各种示例和其他信息被用于解释所附的权利要求的范围内的各方面，但基于这些示例中的特定特征或布置，不应该暗指对权利要求的限制，因为普通技术人员将能够使用这些示例来派生多种实现方式。此外，尽管某些主题内容可能已用特定于结构特征和/或方法步骤的示例的语言进行描述，但应该理解，所附的权利要求中所定义的主题内容不必受限于这些所描述的特征或动作。例如，这类功能可以以不同的方式进行分布，或者在不同于本文所标识的组件内执行。更确切地说，所描述的特征和步骤被公开为所附的权利要求范围内的系统组件和方法的示例。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种方法，包括：

由电压比较器接收Oring-FET的输入电压和所述Oring-FET的输出电压，其中所述Oring-FET在冗余电源配置中；

比较所述输入电压和所述输出电压，以确定所述Oring-FET在上电期间是否发生故障；

在所述输入电压在上电期间小于所述输出电压的情况下：

所述Oring-FET向以通信的方式耦合的系统总线提供输出；并且

所述电压比较器使得以通信的方式耦合的过载电流Oring-FET处于导通状态；；以及

在所述输入电压在上电期间近似等于所述输出电压的情况下，当另一冗余电源配置正给所述以通信的方式耦合的系统总线提供功率时，所述电压比较器帮助防止涌入电流从所述以通信的方式耦合的系统总线流出，其中，所述电压比较器通过使得所述过载电流Oring-FET处于关断状态来帮助防止所述涌入电流。

2.如权利要求1所述的方法，其中，向以通信的方式耦合的系统总线提供输出还包括：

将所述以通信的方式耦合的过载电流Oring-FET的V_gate驱动为高；

响应于所述V_gate为高来使得所述过载电流Oring-FET与以通信的方式与冗余电源耦合的电容器串联；以及

响应于所述过载电流Oring-FET与所述电容器串联以及所述输入电压达到预定的电压阈值水平，来向所述系统总线提供来自所述以通信的方式耦合的电源的功率。

3.如权利要求2所述的方法，其中，

在所述过载电流Oring-FET处于关断状态的情况下，响应于所述V_gate为高来开启所述过载电流Oring-FET；以及

在所述过载电流Oring-FET处于导通状态的情况下，响应于所述V_gate为高来将所述过载电流Oring-FET维持在导通状态。

4.如权利要求1所述的方法，其中，接收所述输入电压还包括通过第一电压分压器来传递所述输入电压，以及接收所述输出电压还包括通过第二电压分压器来传递所述输出电压，并且其中，比较所述输入电压和输出电压还包括比较来自所述第一电压分压器的电压和比较来自所述第二电压分压器的电压。

5.如权利要求1所述的方法，其中，帮助防止涌入电流从所述以通信的方式耦合的系统总线流出还包括：

将所述以通信的方式耦合的过载电流Oring-FET的V_gate驱动为低；

响应于所述V_gate为低来使得过载电流电阻器与被以通信的方式耦合至冗余电源的电容器串联；以及

响应于所述过载电流电阻器与所述电容器串联来防止来自所述以通信的方式耦合的电源的功率流入所述系统总线。

6.如权利要求5所述的方法，还包括：响应于所述过载电流电阻器与所述电容器串联来帮助防止所述系统总线上的电压下降。

7.如权利要求5所述的方法，其中：

在所述过载电流Oring-FET处于关断状态的情况下，响应于所述V_gate为低来将所述过载电流Oring-FET维持在关断状态；以及

在所述过载电流Oring-FET处于导通状态的情况下，响应于所述V_gate为低来关断所述过载电流Oring-FET。

8.一种系统，所述系统包括N+1冗余电源配置，其中每个电源配置包括：

电压比较器，所述电压比较器被配置为：

接收Oring-FET的输入电压和所述Oring-FET的输出电压，其中所述Oring-FET在所述冗余电源配置中；

比较所述输入电压和所述输出电压以确定所述Oring-FET在上电期间是否发生故障；以及

在所述输入电压在上电期间近似等于所述输出电压的情况下，当另一冗余电源配置正向以通信的方式耦合的系统总线提供功率时，防止涌入电流从所述以通信的方式耦合的系统总线流出，其中所述电压比较器通过使得以通信的方式耦合的过载电流Oring-FET处于关断状态来防止所述涌入电流；并且

所述Oring-FET被配置为：

在所述输入电压在上电期间小于所述输出电压的情况下，向所述以通信的方式耦合的系统总线提供输出，并且使得所述过载电流Oring-FET处于导通状态。

9.如权利要求8所述的系统，还包括：

电容器，所述电容器与所述过载电流Oring-FET的输出串联并且被以通信的方式耦合至冗余电源；以及

过载电流电阻器，所述过载电流电阻器与所述过载电流Oring-FET并联并且与所述电容器串联；

其中，在所述过载电流Oring-FET的V_gate为高的情况下，响应于所述输入电压达到预定的电压阈值水平，所述过载电流Oring-FET使得所述过载电流电阻器短路，并且使得所述电容器允许来自所述电源的功率被提供给以通信的方式耦合至所述Oring-FET的输出的系统总线。

10.如权利要求9所述的系统，其中：

在所述过载电流Oring-FET处于关断状态的情况下，响应于所述V_gate为高来开启所述过载电流Oring-FET；以及

在所述过载电流Oring-FET处于导通状态的情况下，响应于所述V_gate为高来将所述过载电流Oring-FET维持在导通状态。

11.如权利要求8所述的系统，还包括：

第一电压分压器，所述第一电压分压器被以通信的方式耦合至所述Oring-FET的输入并且向所述Oring-FET的输入提供经分压的输入电压；

第二电压分压器，所述第二电压分压器被以通信的方式耦合至所述Oring-FET的输出并且向所述Oring-FET的输入提供经分压的输出电压；

其中，所述Oring-FET比较经分压的输入电压和所述经分压的输出电压。

12.如权利要求8所述的系统，还包括：

电容器，所述电容器与所述过载电流Oring-FET的输出串联并且被以通信的方式耦合至冗余电源；以及

过载电流电阻器，所述过载电流电阻器与所述过载电流Oring-FET并联并且与所述电容器串联；

其中，在所述过载电流Oring-FET的V_gate为低的情况下，所述过载电流电阻器防止来自所述电源的功率流入所述系统总线。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述过载电流电阻器还响应于所述过载电流Oring-FET的V_gate为低来帮助防止所述系统总线上的电压下降。

14.如权利要求8所述的系统，其中：

在所述过载电流Oring-FET处于关断状态的情况下，响应于所述V_gate为低，所述过载电流Oring-FET维持在关断状态；以及

在所述过载电流Oring-FET处于导通状态的情况下，响应于所述V_gate为低，所述过载电流Oring-FET被关断。

根据19(1)条的声明

根据第19(1)条，申请人增加以下关于所提交的对权利要求的修改的注解。权利要求修改未超出所提交的公开范围并且无需对说明书和附图进行修改。