CN103094896A - 一种用于通信设备群的低压直流电源组及其备份方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通信设备群的低压直流电源组及其备份方法。本发明的低压直流电源组包括由2至N台通信设备组成的通信设备群，每台通信设备主要包括电源板、业务处理板和背板，其特征在于还包括低压直流母线，低压直流母线与每台通信设备电源板输出电功率的导线DCLV连接而组成低压直流电源组，低压直流电源母线的电压范围为DC9V～DC18V，每台通信设备满配时的总功耗不大于该台通信设备单块电源板输出电功率的80％，每台通信设备为独立的直流供电电源。本发明的电源组不需外加电源备份单元即可实现对通信设备群可靠的连续供电，显著降低设备成本和运行成本；本发明的备份方法简便可靠，适用于对各种通信设备群直流电源组的备份。

Description

一种用于通信设备群的低压直流电源组及其备份方法

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，特别是涉及一种用于通信设备群的低压直流电源组及其备份方法。

背景技术

随着信息技术的迅猛发展，电信、能源、国防、政企办公以及广大公众对通信的需求和要求越来越高，提供信息传递服务的通信设备的可靠性、安全性和经济性既是实施高效优质通信的关键，也是市场准入的重要门槛之一。目前，以机架插卡式为代表的通信设备普遍应用于通信、工控领域，安装于电信运营商、行业专网用户、工矿企业的通信机房，以及智能楼宇、豪华住宅等场所的信息机房，可向用户提供电话、视频、网络、专用数据、控制数据等业务服务。机架插卡式通信设备是信息网络通信的关键节点，发挥着网络通信枢纽与信号汇聚的桥樑与纽带作用。该通信设备具有容量大、功能全等特点，为保证设备运行中的可靠性和安全性，其供电电源一般都采用1∶1或1∶N备份方式设置。现有公知的通信设备电源单元备份设置有以下几种：一是按电源板备份切换方式分类：有热备份、冷备份；二是按电源板对设备的供电方式分类，有分布式供电备份、集中式供电备份；三是按电源板的安装方式分类，有机框外单板电源与机框内电源单元互为备份、机框内电源板1+1备份等。这些备份设置方式虽然均能实现通信设备中两个以上电源单元互为备份的功能，但不足之处是必须指定一个单独的电源单元作为备份模块，如大功率电源模块、单板电源转换模块或与主用电源板相同的电源板等，这样不仅会造成备份电源单元损坏而使通信系统运行出现中断的风险，而且这种电源备份设置均存在造价高和能耗大的缺点。

中国专利申请200710181475.5公开了“一种单板电源备份方法及单板电源备份系统”，该方案提出先通过母线引入电压给单板；再通过单板上的DC/DC将引入的电压转换为所需的低压，同时设置一个备份电源，将其输出引入各单板，在单板电源正常工作时，将备份电源回路断开，当单板电源失效时，将备份电源回路置为闭路。该方案虽然可使备份电源的功率下降、制造成本减小，但还存在明显不足：一是采用母线引入供电电源给单板的供电方式，因为电源输入端连接上位电源，如果输入母线连接多台上位供电电源，而输入电源又采用母线方式，当输入母线因误操作而引起短路、正负接反、电源碰地时，将会对通信设备造成大面积影响，引起并联在母线上的所有单板和供电模块，特别是多台上位电源设备工作异常，损坏电源模块或上位电源设备；二是即使电源系统输入输出均有保护电路，也会因母线短路而造成与母线上所有电源板和关联的设备系统瞬间断电而运行瘫痪，影响系统供电的可靠性；三是需要有一台单板电源作为备份，既增加了设备型号、种类与备份成本，给生产、维修和管理增加难度，又使系统增加了新的故障隐患。

中国专利申请03128402.7公开了“一种二次电源备份方法及装置”，该方案提出将备电源模块设置在其中一功能模块上，使该备电源模块的输出电压分别与每一功能模块的主电源模块的输出电压通过隔离降压后向相应的功能模块同时供电，调节备电源模块输出使其电压低于所在功能模块主电源模块正常工作时的输出电压，以保证在功能模块的主电源模块正常工作时备电源模块输出小电流，而在功能模块的主电源失效时自动输出大电流。该方案虽然可解决现有通信设备备份电源存在设计复杂、制造成本高等问题，但还存在明显不足：一是采用在功能模块上增加备用模块的备份方式，不仅设计与控制更加复杂，增加了通信设备的故障风险，而且还增加了通信设备系统的成本；二是将输入母线并联，同样会出现上述的中国专利申请200710181475.5方案存在的可靠性隐患；三是为主备倒换设置了判决电路，如判决电路故障，将无法判决或误判主用板的实际工作态，此时将存在主备电源模块同时输出大电流的可能，从而导致低压母线电流过大而使末端供电产生压降，也存在当主用板失效后，因误判而备用板没有及时启用的可能，导致影响系统正常运行，同时备用板本身出现故障而持续输出大电流时，会缩短备用板的使用寿命。

如何克服现有技术的不足已成为当今通信设备技术领域中亟待解决的重大难题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种用于通信设备群的低压直流电源组及其备份方法，本发明的低压直流电源组不需外加电源备份单元即可实现对通信设备群可靠的连续供电，并显著降低通信设备成本和运行成本；本发明低压直流电源组的备份方法简便可靠，适用于对各种通信设备群低压直流电源组的备份。

根据本发明提供的一种用于通信设备群的低压直流电源组，包括由2至N台通信设备组成的通信设备群，每台通信设备主要包括电源板、业务处理板和背板，其特征在于还包括低压直流电源母线，低压直流电源母线与每台通信设备电源板输出电功率的导线连接而组成低压直流电源组，低压直流电源母线的电压范围为DC9V～DC18V，每台通信设备满配时的总功耗不大于该台通信设备单块电源板输出电功率的80％，每台通信设备为独立的直流供电电源。

本发明的低压直流电源组的进一步优选方案为：所述的低压直流电源母线为常温下低电阻率的金属导线，该金属导线以铜芯金属导线为佳；所述的通信设备群为机架插卡式或组合式通信设备群；所述的直流供电电源为DC-48V。

根据本发明提供的一种用于通信设备群的低压直流电源组的备份方法，其特征在于包括如下步骤：

首先，计算通信设备群的总体功耗，计算配置电源板的数量与电功率，使其满足以下算式：

2×W3＞(W1-W2)＞W3

上式中，以通信设备群为单位，W1为该通信设备群所有电源板的最大输出功率之和，W2为该通信设备群所有通信设备的功耗之和，W3为该通信设备群中输出功率最大的电源板输出功率；

其次，将每块电源板的输出电功率的导线与隔离二极管正极连接，隔离二极管负极经均流电路与低压直流电源母线连接；

再次，采用均流输出控制法使每块电源板实现均流输出，使所有输出的低压电源功率在低压直流电源母线上叠加，共同承载通信设备群的业务负载。

本发明的低压直流电源组备份方法的进一步优选方案为：本发明所述的隔离二极管为肖特基二极管，反向隔离耐压为不小于DC60V；本发明所述的均流输出控制法为下垂均流法。

本发明的低压直流电源组及其备份方法的可靠性原理：本发明输入电源为DC-48V，采用每台通信设备独立供电的方式，由电源线路单独输入每台通信设备的电源板，再通过保护电路进入DC/DC模块。每台通信设备的DC-48V电源母线并不相连，即使某台通信设备的输入电源出现故障，如短路、碰地或断线等均不影响通信设备群中的其它各通信设备输入电源，保证了通信设备群整体运行的可靠性，具体说明如下：

第一，本发明在供电电源消失时的可靠性。供电电源消失通常表现在某台通信设备没有接收到DC-48V输入供电电源，导致该通信设备的电源板停止工作而不输出低压直流至低压直流母线。因此，本发明将单台低压直流电源母线与通信设备群的低压直流电源母线并联，故该台通信设备的低压直流电源由通信设备群中的富余电功率提供，使该台通信设备的低压直流电源继续为该台通信设备的所有业务处理板供电，维持通信设备的业务不中断，为排除该通信设备的故障带来了极大的方便。

第二，本发明在供电线路短路时的可靠性。通信设备的供电线路短路时常会发生正负极短路或与其他电压源短路的故障，造成因供电线路短路而引起的电源板、上位供电电源的损坏，即使设置保护电路，也会使电源板工作异常。为解决这一问题，本发明采取分布式供电，每台通信设备的DC-48V输入互不相连，即某条供电线路短路不会对其他通信设备造成影响，只是该台设备的电源板没有低压直流电源输出而已，即使该台设备的电源板没有输出低压直流电源到通信设备群的低压直流母线，但由于通信设备群的所有设备的低压直流电源母线是并联的，所以仍然可为其提供低压直流电源，而不影响该台通信设备及通信设备群中的其他通信设备业务系统的正常运行，为排除该通信设备的故障带来了极大的方便。

第三，本发明的低压直流电源母线并联的可靠性。本发明的低压直流电源母线将通信设备群中的所有电源板输出并联在一起，组成该群中所有通信设备供电的电源组，本发明的低压直流电源母线的连接范围仅限在其所在的通信设备群中，不与外部第三方的供电设备直接连接，所以当低压直流电源母线短路时，不会出现现有技术中因输入电源母线并联而造成第三方设备如上位电源设备故障发生。同时，对通信设备群中的各通信设备的业务板卡接收低压直流电源母线供电，在每块业务处理板的电源进线处设置过流过压保护电路，即使低压直流电源母线短路，也不会损坏业务处理板，当故障恢复时即可正常运行。由于本发明的低压直流电源母线并联不涉及外部第三方，即使出现故障其影响范围小，且在可控范围内，从而大大提高了本发明的可靠性。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：第一，本发明采用分布式电源输入和集中输出低压直流电源给负载供电方式，既发挥了低压直流电源组自身储备的富余电功率为电源组备份供电的优势，又避免了由于某个输入单元故障而造成通信设备群整体发生供电故障，这样可大大提高通信设备的可靠性和安全性；第二，本发明的低压直流电源组割除了现有技术中所述的电源备份单元设置，没有主备电源板之分，电源板设置数量更加合理，且物尽其用，使通信设备的制造成本显著降低，运行功耗降低、运行成本明显减小，以及产品的性价比高、经济性好；第三，本发明的备份方法实施简便可靠，生产、检验和管理容易掌控；第四，采用本发明的备份方法，即使某个输入电源消失，通信设备群中的所有单体通信设备运行均不受影响，给更换出现单体故障的电源板带来了极大的方便。本发明适用于对各种通信设备群低压直流电源组的备份。本发明与现有技术性价比较详见如下表1。

表1：本发明与对现有技术方案比较一览表

附图说明

图1本发明提出的通信设备群的结构示意图。

图2本发明提出的用于通信设备群的低压直流电源组的电路原理图。

图3本发明提出的业务板内各功能模块所需的低压直流电源转换示意图。

图4本发明提出的下垂均流法的电路原理图。

图5本发明提出的分布式电源输入和集中输出低压直流电源给负载供电的接线示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提供的一种用于通信设备群的低压直流电源组，包括由2至N台通信设备组成的通信设备群，每台通信设备主要包括电源板、业务处理板和背板，还包括低压直流电源母线，低压直流电源母线与每台通信设备电源板输出电功率的导线连接而组成低压直流电源组；结合图2，本发明提出了用于通信设备群的低压直流电源组的电路原理图，图2中所示的“电源板”虚线框，表示该通信设备电源板的设计板位，其电源板板位数量多少根据该通信设备的使用状况而定，如果该通信设备单独使用，则安装2块电源板实现1+1备份，如果该通信设备被组合成本发明的通信设备群，则需按照本发明的电源板配置方法实施，通常情况下仅需要1块电源板或者某个板位为无电源板；该低压直流电源组带负载能力为所有单体通信设备电源板输出功率的总和，并集中向通信设备群的所有单体通信设备供电，单台通信设备业务处理板内各功能模块所需的低压直流电源转换详见图3；本发明提出的分布式电源输入和集中输出低压直流电源给负载供电的接线详见图5，图5中所示的“电源板”方框表示该通信设备的电源板数量可以由0、1、2或N块等方式设置，其中：低压直流电源母线的电压范围设置为DC9V～DC18V，低压直流电源母线的材质为常温下低电阻率的金属导线，该金属导线以铜芯金属导线为佳，每台通信设备满配时的总功耗不大于该台通信设备单块电源板输出电功率的80％，每台通信设备为独立的直流供电电源。机架插卡式通信设备供电电源采用分布式输入、集中输出的方式，即由不同的电源线路单独提供DC-48V电源供电，各条供电线路可连接不同上位供电电源，互不影响，即不会因某个供电线路故障的停止供电而影响通信设备群中的其它通信设备的正常运行。

本发明提供的一种用于通信设备群的低压直流电源组的备份方法，包括如下步骤：

首先，计算通信设备群的总体功耗，计算配置电源板的数量与电功率，使其满足以下算式：

2×W3＞(W1-W2)＞W3

上式中：以通信设备群为单位，W1为该通信设备群所有电源板的最大输出功率之和，W2为该通信设备群所有通信设备的功耗之和，W3为该通信设备群中输出功率最大的电源板输出功率。该通信设备群中每台通信设备的单块电源板的设计输出功率是该台通信设备满配时负载总功耗的1.25倍以上，或该台通信设备的最高满配负载是电源板输出功率的80％，由于低压直流电源母线的建立使每台通信设备富余的电源功率叠加在一起，形成了通信设备群的电源富余输出功率远远大于单板的输出功率，可作为备用电源供通信设备群使用，在配置通信设备群的单体通信设备的电源板时，只需计算出所有负载的总功耗，配置相应数量的电源板即可，这样将大大节省电源板的配置数量，降低电源板的故障率，提高通信设备的可靠性，降低机房供电系统的负载，达到节约能源、节省设备成本的目的。

其次，将每块电源板的输出电功率的导线与隔离二极管正极连接，隔离二极管负极经均流电路与低压直流电源母线连接，选用的隔离二极管为肖特基二极管，反向隔离耐压为不小于DC60V。

再次，采用均流输出控制法使每块电源板实现均流输出，使所有输出的低压电源功率在低压直流电源母线上叠加，共同承载通信设备群的业务负载，所述的均流输出控制法为下垂均流法，其电路详见图4所示，在DC/DC模块的输出端只需要串联很小的采样电阻，电流采样信号经过放大器放大后连接DC/DC模块的控制端TRIM，用于调节本模块的输出电压。输出电流越大，输出电压越低，实现均流的U-I曲线。由于串联电阳很小，损耗被降低，本发明运用下垂均流法可使其电路更加合理、更加稳定可靠。

以下结合不同制式通信设备的实例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1：以本发明用于机架插卡式的多业务接入光传输设备PT-50S(6U)的电源组备份为例。

PT-50S(3U)是典型的机架插卡式通信设备，该通信设备有2个电源板插槽，可配置2块1∶1备份的电源板，该型号的电源板接受DC-48V供电，输出低压直流DC12V给该通信设备的业务处理板使用，低压直流输出符合本发明所述的均流法控制要求，电源板的最大输出功率为100W。以某工程需要在中心站配置10台该通信设备计，每台通信设备的业务处理板配置如表2所示：

表2：每台通信设备的业务处理板配置一览表

板卡类型	数量	单板功耗W	单项总功耗W	备注
					主控板(1+1备份)	2	15	30	交叉时钟控制单元
PDH光接口板	1	12	12	单光口
					E1接口板	1	6	6	8E1
话音板	2	3	6	8路

数据板	1	5	5	4路以太网板
					合计			59	总功耗

注：表2中的板卡类型在本发明中统称为业务处理板。

采用本发明的备份方法配置的实施步骤如下：

首先，将10台PT-50S(3U)通信设备的DC12V电源的低压直流电源母线分别与铜芯金属导线连接组成通信设备群，使该通信设备群的所有电源板输出的DC12V功率叠加。该通信设备群设计了两个紧固式的柱形连接座，为了使连接电阻更小，可采用螺丝紧固的方法接线，一个连接DC12V，另一个接GND。

其次，按照本发明的备份方法计算电源板的数量，得出电源板的最少配置数量为7块，富余功率＝7×100-59×10＝700-590＝110W，富余电源功率大于1块电源板的功率，以满足最低备份要求，与原先不采用本发明的备份方法实现电源板备份的方式相比，电源板减少了13块，大大节省了通信设备的成本。但为增加电源组备份的可靠性，也可适当增加1至2块电源板的数量。PT-50S(3U)通信设备在设计时具有电源板故障告警功能，并可将告警输出到通信设备网管后台或接声光告警设备，当其中某块电源板故障时，维护人员只需将故障板卡替换即可，使得业务系统运行保持连续而不中断。

再次，将电源板均匀地安装在10台PT-50S(3U)通信设备的电源板插卡位置，每台有电源板的通信设备均需要接入DC-48V电源，最佳方式是每台通信设备由不同的上位电源设备供电，以防止因上位供电电源故障或停电而影响多台通信设备运行，以体现分布式供电的优越性。

实施例2：以本发明用于机架插卡式的PT-60光传输设备的电源组备份为例。

以某工程需要在同一机房配置2台PT-60光传输设备，作为用于实现话音、数据、视频接入的机架插卡式多业务通信设备，每台通信设备具有2个电源板插槽，每台通信设备在单独使用时，均能实现电源板的1+1备份，2台通信设备单独使用共需要4块电源板才能满足电源板的备份要求。实施本发明的具体步骤如下：

首先，计算按照实际配置的2台机架插卡式通信设备的总功耗，2台通信设备共配置5块业务处理板，总功耗为130瓦。

其次，根据公式2×W3＞(W1-W2)＞W3确定达到电源最少备份量的电源板型号和数量。每块电源板的最大输出功耗为80瓦，根据本发明的方法，需要3块电源板就能达到电源板的备份要求。只要将5块业务处理板均匀安装在2台设备上即可，一台安装2块业务处理板，另一台安装3块业务处理板，再将3块电源板分别安装在2台机架插卡式通信设备的电源板板位。

再次，用本发明的方法将两台机架插卡式通信设备组合成通信设备群，使两台通信设备低压直流电源母线相连，实现3块电源板共同对5块业务处理板供电。该通信设备群的富余功率＝80×3-130＝110瓦，大于单块电源板的输出功率，能够达到备份的目的。

实施例3：以本发明用于组合式通信设备的电源备份为例。

组合式通信设备应符合本发明所述的电源板的输入输出要求，确定每一种电源板的配置数量。

首先，实施步骤与实施例1相同，先计算出通信设备群正常运行的需要的总功耗。

其次，根据公式2×W3＞(W1-W2)＞W3确定达到电源最少备份量的电源板型号和数量；

再次，将采用铜芯金属导结作为连接所有通信设备的低压直流电源母线，组成组合式通信设备群，采用分散式DC-48V供电。

总之，本发明大大提高了通信设备电源板冗余备份的可靠性、稳定性，并大幅降低设备成本、降低设备功耗。若采用现有技术来实现电源组电源板备份，以上述PT-50S(3U)通信设备为例，则需要20块电源板来配置，不仅可靠性低，而且成本高、能耗大。

本发明经反复试验验证，取得了满意的应用效果。

Claims (9)

1.一种用于通信设备群的低压直流电源组，包括由2至N台通信设备组成的通信设备群，每台通信设备主要包括电源板、业务处理板和背板，其特征在于还包括低压直流母线，低压直流母线与每台通信设备电源板输出电功率的导线连接而组成低压直流电源组，低压直流母线的电压范围为DC9V～DC18V，每台通信设备满配时的总功耗不大于该台通信设备单块电源板输出电功率的80％，每台通信设备为独立的直流供电电源。

2.根据权利要求1所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组，其特征在于低压直流母线为常温下低电阻率的金属导线。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组，其特征在于低压直流母线为铜芯金属导线。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组，其特征在于通信设备群为机架插卡式或组合式通信设备群。

5.根据权利要求3所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组，其特征在于通信设备群为机架插卡式或组合式通信设备群。

6.根据权利要求1所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组，其特征在于直流供电电源为DC-48V。

7.一种如权利要求1所述的用于通信设备群的低压直流电源组的备份方法，其特征在于包括如下步骤：

首先，计算通信设备群的总体功耗，计算配置电源板的数量与电功率，使其满足以下算式：

2×W3＞(W1-W2)＞W3

上式中，以通信设备群为单位，W1为该通信设备群所有电源板的最大输出功率之和，W2为该通信设备群所有通信设备的功耗之和，W3为该通信设备群中输出功率最大的电源板的输出功率；

其次，将每块电源板的输出电功率导线与隔离二极管正极连接，隔离二极管负极经均流电路与直流低压母线连接；

再次，采用均流输出控制法使每块电源板实现均流输出，使所有输出的低压电源功率在直流低压母线上叠加，共同承载通信设备群的业务负载。

8.根据权利要求7所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组的备份方法，其特征在于所述的隔离二极管为肖特基二极管，反向隔离耐压为不小于DC60V。

9.根据权利要求7所述的一种用于通信设备群的低压直流电源组的备份方法，其特征在于所述的均流输出控制法为下垂均流法。

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