TWI907057B - 冗餘電源系統及其保護電路和偵錯方法 - Google Patents

Abstract

一種冗餘電源系統及其保護電路係由一第二電路單元通過一電源回路接收一第一電路單元所提供的電源；一隔離開關串接在該電源回路上，且一電性偵測單元電連接於該電源回路以檢測該電源回路的電性變化，並據以輸出一電壓訊號至一處理單元；一第一開關單元並聯於該第一電路單元和該第二電路單元；當該隔離開關被截止時，該處理單元控制該第一開關單元的導通狀態，以使該電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化；當該處理單元判斷該電壓訊號的一訊號特徵不符合一隔離狀態特徵時，該處理單元即判定該隔離開關發生異常以示有漏電情形。

Description

冗餘電源系統及其保護電路和偵錯方法

一種電源系統及其電路和偵錯方法，尤指一種冗餘電源系統及其保護電路和偵錯方法。

在供電電路的設計上，一電源供應器提供電力和接收電力的功能皆需穩定運作才能確保連接該電源供應器的負載能夠正常運行。所謂穩定運作的該電源供應器，就例如在該電源供應器提供電力時抑或是在接收電力時能夠確保沒有漏電的疑慮。

請參閱圖7所示，舉例來說，在一冗餘電源(redundant power)的架構之下，複數個電源供應器PS1、PS2、PS3係多方提供電壓的電力至一個負載LD上。該些電源供應器PS1、PS2、PS3並聯連接該負載LD，並且各該電源供應器PS1、PS2、PS3和該負載LD之間分別設有一個開關SW1、SW2、SW3(例如為MOSFET)，且各該開關SW1~SW3受到對應的控制器C1~C3所控制。換言之，該開關SW1受到該控制器C1的控制，以控制該電源供應器PS1是否導通至該負載LD。該開關SW2受到該控制器C2的控制，以控制該電源供應器PS2是否導通至該負載LD，並以此類推。

當其中一個電源供應器需要插拔時，例如當該電源供應器PS1需要插拔時，為了避免該負載LD所接收的電位下降，其餘的電源供應器需要持續對該負載LD供電以維持電位水平。如此，該些控制器C2、C3需控制該些開關SW2、SW3持續導通以使該些電源供應器PS2、PS3持續對該負載LD供電。並且，為了避免持續供電的該些電源供應器PS2、PS3回灌電力至欲插拔的該電源供應器PS1而產生漏電至該電源供應器PS1的情形，該控制器C1需控制該開關SW1停止導通，以切斷該電源供應器PS1和該負載LD之間的電路。以上為帶有隔離開關(ORing MOS)的冗餘電源架構。

問題是，現有的該冗餘電源架構無法確認FDMS7650的一晶片CP之中各MOSFET是否失效，也就是現有的該冗餘電源架構無法確認該些開關SW1、SW2、SW3是否皆正常運作而受到該些控制器C1、C2、C3的控制。舉例來說，在前述的例子中，如果該開關SW1實際上已經失效，即該控制器C1無法確實控制該開關SW1停止導通，則該些電源供應器PS2、PS3所供給該負載LD的電力會在該電源供應器PS1受到插拔前停止供電的瞬間湧入該電源供應器PS1之中。此一情形有可能對插拔的該電源供應器PS1造成湧入電力的傷害，並且同時因為供給該負載LD的電位劇降而造成該負載LD受電異常。受電異常的該負載LD極有可能啟動保護機制而直接停止運作(shut down)，造成終端使用上的困擾。

為了避免上述電力漏電灌入該電源供應器PS1的情形發生，需要有一個電路上的改良機制用以確保一個電源供應器在輸出或是接收電力時皆正常運作而無出現漏電的疑慮。

本發明提供一種冗餘電源系統及其保護電路和偵錯方法，能夠偵測兩電路之間輸送電力的電性變化，藉而協助了解一個電源供應器在輸送電力時是否產生了漏電的情形。

本發明的冗餘電源系統，包括： 一第一電路單元； 一第二電路單元，與該第一電路單元電連接以形成一電源回路，其中該第二電路單元通過該電源回路接收該第一電路單元所提供的電源； 一隔離開關，串接在該電源回路上； 一電性偵測單元，電連接於該電源回路，以檢測該電源回路上的電性變化，並據以輸出一電壓訊號； 一第一開關單元，並聯於該第一電路單元和該第二電路單元；以及 一處理單元，電連接該電性偵測單元和該第一開關單元，用以判斷該隔離開關是否發生異常，其中： 當該隔離開關被截止時，該處理單元控制該第一開關單元的導通狀態，以使該電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化； 該處理單元判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵，以及當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定該隔離開關發生異常。

本發明冗餘電源系統的保護電路，包括： 一電源回路，供電連接一第一電路單元和一第二電路單元，其中該第二電路單元通過該電源回路接收該第一電路單元所提供的電源； 一隔離開關，串接在該電源回路上； 一電性偵測單元，電連接於該電源回路，以檢測該電源回路上的電性變化，並據以輸出一電壓訊號； 一第一開關單元，並聯於該第一電路單元和該第二電路單元；以及 一處理單元，電連接該電性偵測單元和該第一開關單元，用以判斷該隔離開關是否發生異常，其中： 當該隔離開關被截止時，該處理單元控制該第一開關單元的導通狀態，以使該電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化； 該處理單元判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵，以及當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定該隔離開關發生異常。

本發明冗餘電源系統的一種偵錯方法，由前述該冗餘電源系統的一處理單元所執行，且包括以下步驟： 控制一第一開關單元的導通狀態，以使自一電性偵測單元所接收的一電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化； 判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵； 當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定一隔離開關發生異常。

藉由在該隔離開關被截止時控制第一開關單元的導通狀態，和藉由自電性偵測單元接收電壓訊號而判斷該電壓訊號的訊號特徵是否符合隔離狀態特徵，本發明的處理單元可以觀測第一電路單元和第二電路單元之間輸送電力的電性變化情形。當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，即判定一隔離開關發生異常，藉此該處理單元即可判斷該第一電路單元和該第二電路單元之間有漏電的供電異常情形。

當運用於一冗餘電源(redundant power)的架構之下，本發明可以協助預先測試冗餘電源架構之下的電路電子元件是否正常運作，以利避免將冗餘電源的電路實際上線使用時出現供電異常的情形。換言之，當本發明預先測試而發現第一電路單元和第二電路單元之間有漏電的供電異常情形時，本發明的使用者即可在上線前維護電路，例如更換異常的電路元件。如此，本發明即可協助使用者將冗餘電源的電路上線使用後，在該第一電路單元熱插拔離開該第二電路單元時，避免因為電路元件異常而造成電力回灌該第一電路單元而損壞該第一電路單元的情形。

本發明提供一種冗餘電源系統及其保護電路和偵錯方法。

請參閱圖1所示，本發明的一冗餘電源系統1係具有一電性偵測單元20、一隔離開關30、一處理單元40、一第一開關單元50、一第一電路單元100和一第二電路單元200。較佳的，該冗餘電源系統1還包括有一電容10。

該第一電路單元100和該第二電路單元200電連接以形成一電源回路150，而該第二電路單元200係通過該電源回路150接收該第一電路單元100所提供的電源。該隔離開關30串接在該電源回路150上，且該第一開關單元50並聯於該第一電路單元100和該第二電路單元200。該電性偵測單元20電連接於該電源回路150以檢測該電源回路150上的電性變化，並且該電性偵測單元20據以輸出一電壓訊號至該處理單元40。該處理單元40電連接該電性偵測單元20和該第一開關單元50，且該處理單元40判斷該隔離開關30是否發生異常。當該隔離開關30被截止時，該處理單元40控制該第一開關單元50的導通狀態，以使該電壓訊號響應該第一開關單元50的導通狀態發生變化。該處理單元40判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵。當該處理單元40判斷該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，該處理單元40判定該隔離開關30發生異常。

詳細來說，該第一電路單元100具有一第一連接埠101和一第二連接埠102，該第二電路單元200具有一第三連接埠201和一第四連接埠202。該第一電路單元100的該第一連接埠101電連接該第二電路單元200的該第四連接埠202，且該第二電路單元200的該第三連接埠201電連接該第一電路單元100的該第二連接埠102。本發明的重點為設置於該第一電路單元100的該第一連接埠101和該第二連接埠102與該第二電路單元200的該第三連接埠201和該第四連接埠202之間的電子元件，也就是設置於該電源回路150中的該電容10、該電性偵測單元20、該隔離開關30以及該處理單元40。

該電容10具有相對的一第一端11和一第二端12。該電容10的該第一端11電連接該第一電路單元100的該第一連接埠101和該第二電路單元200的該第四連接埠202，該電容10的該第二端12電連接該第二電路單元200的該第三連接埠201和該第一電路單元100的該第二連接埠102。

該電性偵測單元20係電連接於該電容10的該第一端11和該第二端12之間，並且該電性偵測單元20檢測該第一端11和該第二端12之間的電位差而輸出一電壓訊號至該處理單元40。

該隔離開關30具有一第一連接端、一第二連接端及一第一控制端。該第一連接端電連接該第一電路單元100的該第一連接埠101，該第二連接端電連接該第二電路單元200的該第四連接埠202。

該處理單元40分別電連接該隔離開關30的該第一控制端和該電性偵測單元20。該處理單元40係接收該電性偵測單元20所輸出的該電壓訊號，且根據所接收的該電壓訊號得到該電性偵測單元20所量測到的電位。

為了量測該第一電路單元100和該第二電路單元200之間的用電特性，和為了維護該第一電路單元100和該第二電路單元200之間所設有的電子元件運作正常，本發明之該處理單元40，在本實施例中，係做出測試而產生一控制訊號至該隔離開關30的該第一控制端而改變該隔離開關30的該第一連接端和該第二連接端之間的導通狀態，例如截止該隔離開關30的導通。並且，該處理單元40進一步判斷如此對於該隔離開關30導通狀態的改變是否反映在該電性偵測單元20所量測到的電位上，也就是是否反映在該電容10放電的狀態上。因此，當該處理單元40產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關30的該第一連接端和該第二連接端之間的導通狀態時，例如在該隔離開關30被截止時，該處理單元40判斷該電壓訊號的該訊號特徵是否符合該隔離狀態特徵。在本實施例中，該隔離狀態特徵為該電容10有產生放電的情形，故該電壓訊號的該訊號特徵應是對應電壓因為該電容10放電而有產生改變的情形。因此，在本實施例中，該處理單元40係判斷該電壓訊號是否產生改變。

當該處理單元40判斷該電壓訊號未產生改變時，該處理單元40即判斷該第一電路單元100和該第二電路單元200之間有漏電的情形，也就是判定該隔離開關30發生了異常，故該處理單元40即產生一供電異常訊號以反映此一情形。反之，當該處理單元40判斷該電壓訊號有產生改變時，該處理單元40即判斷該第一電路單元100和該第二電路單元200之間沒有漏電的情形，也就是判定該隔離開關30沒有發生異常，故該處理單元40即不產生該供電異常訊號。也就是說，當該處理單元40判斷該電壓訊號有產生改變時，即代表了該電容10有放電的情形。反之，當該處理單元40判斷該電壓訊號未產生改變時，即代表了該電容10無放電的情形，而藉此該處理單元40即可判斷該第一電路單元100和該第二電路單元200之間有漏電的供電異常情形。本發明的使用者可根據該供電異常訊號的產生與否，判斷該第一電路單元100和該第二電路單元200之間是否有產生漏電的供電異常情形。為了凸顯本案偵測該第一電路單元100和該第二電路單元200之間是否有漏電的功效，請參考圖1所示的一第一實施例。

本發明的該第一實施例，係將本發明應用於一冗餘電源(redundant power)的Oring MOS的架構之下。該第一電路單元100為供電的一供電電路，例如一電源供應器，而該第二電路單元200為受電的一負載(load)，例如有不斷電需求的一個機房或是一個電機設備。為了確保該第二電路單元200能夠不斷電且能夠接收到穩定的電壓，該冗餘電源的架構進一部設有複數個供電的供電電路。舉例而言，一第三電路單元300可以是和該第一電路單元100規格相同的一電源供應器。該第三電路單元300具有一第五連接埠301和一第六連接埠302。該第三電路單元300的該第五連接埠301電連接該第二電路單元200的該第四連接埠202，該第二電路單元200的該第三連接埠201電連接該第三電路單元300的該第六連接埠302。

進一步，該第一電路單元100包括一第一電源供應電路110和一第一開關電路120，且該第三電路單元300包括一第三電源供應電路310和一第三開關電路320。

該第一電源供應電路110電連接分別電連接該第一連接埠101和該第二連接埠102，且該第一開關電路120電連接該第一電源供應電路110和該處理單元40。而該第三電源供應電路310電連接分別電連接該第五連接埠301和該第六連接埠302，且該第三開關電路320電連接該第三電源供應電路310和該處理單元40。該處理單元40分別控制該第一開關電路120導通啟動該第一電源供應電路110和控制該第三開關電路320導通啟動該第三電源供應電路310，使導通啟動的該第一電源供應電路110自該第一連接埠101和導通啟動的該第三電源供應電路310自該第五連接埠301對該第二電路單元200供電輸出相同電壓的電力。

該第一實施例之中，本發明進一步具有一第一電阻60，並且該第一開關單元50具有一第三連接端、一第四連接端和一第二控制端。該第三連接端和該第四連接端係與該第一電阻60串聯於該電容10的該第一端11和該第二端12之間，並且該處理單元40電連接該第一開關單元50的該第二控制端。

在本實施例中，該隔離開關30和該第一開關單元50皆為N型的金屬氧化物半導體場效電晶體(N型MOSFET；NMOS)。該隔離開關30的該第一連接端為一源極(source)、該第二連接端為一汲極(drain)、該第一控制端為一閘極(gate)。並且，該第一開關單元50的該第三連接端為一源極(source)、該第四連接端為一汲極(drain)、該第二控制端為一閘極(gate)。

較佳的，該第一電路單元100和該第三電路單元300係分別自該第一連接埠101和該第三電路單元300的該第五連接埠301輸出直流電電壓至該第二電路單元200的該第四連接埠202，而該第一電路單元100的該第二連接埠102、該第二電路單元200的該第三連接埠201和該第三電路單元300的該第六連接埠302接地而電位相同。

在該處理單元40產生該控制訊號至該隔離開關30的該第一控制端而改變該隔離開關30的導通狀態之前，該處理單元40係先控制該隔離開關30的該第一控制端導通該第一連接端和該第二連接端、控制該第一開關單元50的該第二控制端停止導通該第三連接端和該第四連接端、控制該第一電路單元100自該第一連接埠101對該第二電路單元200的該第四連接埠202供電、和控制該第三電路單元300自該第五連接埠301對該第二電路單元200的該第四連接埠202供電。如此，在該處理單元40改變該隔離開關30的導通狀態之前，本發明即是呈現使用多個電源供應器對該負載冗餘供電的狀態，例如使用該第一電路單元100和該第三電路單元300對該第二電路單元200供電的狀態。同時，因為該第一開關單元50未導通，故相較於該第一開關單元50導通時，該電容10能夠更快速地受到充電。

而當該電容10充電充飽時，本實施例即達到了可以觀測該電容10是否能夠放電成功的狀態。此時，該處理單元40即可產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關30的導通狀態。

當該處理單元40產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關30的導通狀態時，該處理單元40係一併控制該第一電路單元100停止自該第一連接埠101輸出電力、控制該第三電路單元300持續自該第五連接埠301輸出電力、控制該第一控制端停止導通該第一連接端和該第二連接端、和控制該第二控制端導通該第三連接端和該第四連接端。如此，本發明即可以不斷電了透過該第三電路單元300持續提供該第二電路單元200電力，並且同時對該第一電路單元100做出熱插拔的更換行為。

為了確保該第三電路單元300所輸出的電力不會倒灌至停止輸出電力的該第一電路單元100之中而造成該第一電路單元100的損壞或是該第二電路單元200的受電電力失穩下降，本發明係控制該第一控制端停止導通該第一連接端和該第二連接端，以快速切斷該第一連接埠101和該第五連接埠301之間的電路。

為了確保該隔離開關30的該第一控制端運作正常而可以確實停止導通該第一連接端和該第二連接端，本發明係透過該電性偵測單元20監測該電容10是否放電。

如果該隔離開關30的該第一控制端運作正常而可以確實停止導通該第一連接端和該第二連接端，則因為該第一電路單元100也停止供電，故該電容10不會再受到充電而會開始放電，該電容10所存有電力的電位則會呈現指數衰減(exponential decay)。如此，該處理單元40即會判斷該電性偵測單元20所量測到的該電壓訊號是產生改變的，進而判斷該電容10有放電的情形，也就可推知該隔離開關30的該第一控制端係運作正常而可以確實停止導通該第一連接端和該第二連接端。

倘若該隔離開關30的該第一控制端運作異常而無法停止導通該第一連接端和該第二連接端，則該第三電路單元300所輸出的電力則會持續供給該電容10，使該電容10無法放電。如此，該處理單元40即會判斷該電性偵測單元20所量測到的該電壓訊號是不變的，進而判斷該電容10無做出放電的情形，也就可推知該隔離開關30的該第一控制端係運作異常而無法停止導通該第一連接端和該第二連接端，也就是推知該隔離開關30有漏電。此時，本發明的使用者即可在此測試階段更換異常的該隔離開關30，以利未來上線使用該隔離開關30時不會出現異常的情形而造成該隔離開關30漏電的情形。

從上述的例子可見，本發明可協助預先測試冗餘電源架構之下的電路電子元件是否正常運作，以利避免將冗餘電源的電路實際上線使用時出現供電異常的情形。換言之，當本發明預先測試而發現該第一電路單元100和該第二電路單元200之間有漏電的供電異常情形時，本發明的使用者即可在上線前維護電路，例如更換異常的電路元件。如此，本發明即可協助使用者將冗餘電源的電路上線使用後，在該第一電路單元100熱插拔離開該第二電路單元200時，避免因為電路元件異常而造成該第三電路單元300所提供的電力回灌至該第一電路單元100而該第一電路單元100損壞的情形。

請一併參閱圖2所示，進一步來說，本發明的該第一實施例，係於該第一電路單元100和該第二電路單元200之間設置有一種冗餘電源系統的一保護電路2。該保護電路2包括了前述的該電性偵測單元20、該隔離開關30、該處理單元40、該第一開關單元50和該電源回路150。

較佳的，該保護電路2具有一第一保護電路埠21、一第二保護電路埠22、一第三保護電路埠23和一第四保護電路埠24。

該第一保護電路埠21係供電連接該第一電路單元100的該第一連接埠101。該第二保護電路埠22係供電連接該第二電路單元200的該第四連接埠202和該第三電路單元300的該第五連接埠301。該第三保護電路埠23係供電連接該第二電路單元200的該第三連接埠201和該第三電路單元300的該第六連接埠302。該第四保護電路埠24係供電連接該第一電路單元100的該第二連接埠102。

除此之外，該處理單元40包括有一處理器41、一Oring控制器42和一放電控制器43。

該處理器41為一個微控制單元(microcontroller unit；MCU)，其以雙邊帶(double-sideband；DSB)訊號傳輸的方式連接該Oring控制器42和該放電控制器43。

在一些實施例中，該Oring控制器42可例如具有多個埠口。舉例來說，如圖2所示，Oring控制器42可具有OFF埠口、IN埠口、GATE埠口以及OUT埠口。OFF埠口電連接該處理器41以和該處理器41通訊，IN埠口電連接該隔離開關30的該第一連接端、GATE埠口電連接該隔離開關30的該第一控制端、OUT埠口電連接該隔離開關30的該第二連接端。如此，該Oring控制器42可以偵測IN埠口和OUT埠口之間的電壓差，並且根據該處理器41所下達的指令透過GATE埠口調整提供給該隔離開關30的該第一控制端的電位。

相似的，該放電控制器43也電連接該第一開關單元50的該第二控制端和該處理器41，以根據該處理器41所下達的指令調整提供給該第一開關單元50的該第二控制端的電位。

較佳的，在本實施例中，該保護電路2的該第一保護電路埠21、該第二保護電路埠22、該第三保護電路埠23和該第四保護電路埠24之間所具有的所有電子元件係設至於一硬體結構上，例如於一印刷電路板(printed circuit board；PCB)上，以利便捷的受到使用者的攜帶。使用本發明的使用者，可將該保護電路2攜帶至一供電方和一受電方之間，例如該第一電路單元100和該第二電路單元200之間，以供快速便捷的電連接該保護電路2至該第一電路單元100和該第二電路單元200之間。該第一電路單元100和該第二電路單元200之間的電路即可以快速地受到變更，升級為具有電子元件檢測功能的該保護電路2做為該第一電路單元100和該第二電路單元200之間供電電路的一部份。

請參閱圖3所示，本發明可以多樣化的受到應用。在圖3所示的一第二實施例中，該冗餘電源系統1的該保護電路2之中除了設有該電容10、該電性偵測單元20、該隔離開關30、該處理單元40之外，另外設有第一開關單元50和一第二電阻70。

在本實施例中，該隔離開關30和該第一開關單元50皆為N型MOSFET(NMOS)。該第一電路單元100為一電源供應器，而該第二電路單元200為一供電電路。在使用上該第二電路單元200係先對為該電源供應器的該第一電路單元100充電，再由為該電源供應器的該第一電路單元100於充飽電後對該第二電路單元200放電。因此，從該第二連接埠102接收到該第三連接埠201輸出電力而受到充電中的該第一電路單元100正常來說不應同時輸出電力至該第二電路單元200，而僅在該第一電路單元100充飽電後該第一電路單元100才會自該第一連接埠101輸出電力至該第二電路單元200的該第四連接埠202。在此該第一電路單元100和該第二電路單元200依序互相交換電力的一個電路中，本發明可以協助偵測該第一電路單元100是否有異常漏電的情形。

在本實施例中，該處理單元40係包括了處理器41和一充電控制器44。該處理器41分別電連接該第一電路單元100、該第二電路單元200、該電性偵測單元20和該充電控制器44。該處理器41為MCU，其可以分別控制該第一電路單元100和該第二電路單元200的運作，藉以控制何時由該第一電路單元100輸出電力至該第二電路單元200和何時由該第二電路單元200輸出電力至該第一電路單元100。該處理器41也接收輸出自該電性偵測單元20的該電壓訊號，藉以偵測該電容10該第一端11和該第二端12的電位差。

具體來說，該第一電路單元100包括該第一電源供應電路110和該第一開關電路120，且該第二電路單元200包括一第二電源供應電路210和一第二開關電路220。

該第一電源供應電路110電連接分別電連接該第一連接埠101和該第二連接埠102，且該第一開關電路120電連接該第一電源供應電路110和該處理單元40。而該第二電源供應電路210電連接分別電連接該第三連接埠201和該第四連接埠202，且該第二開關電路220電連接該第二電源供應電路210和該處理單元40。

該充電控制器44分別電連接該處理器41、該隔離開關30的該第一控制端和該第一開關單元50的該第二控制端。該充電控制器44係接收該處理器41所輸出的指令，藉以根據此指令分別調製和輸出適當的電位至該隔離開關30的該第一控制端和該第一開關單元50的該第二控制端，即根據該處理器41下達的指令控制該第一控制端和該第二控制端是否導通。

在本實施例中，該隔離開關30的該第二連接端和該第一開關單元50的該第四連接端係分別電連接該第二保護電路埠22，以透過該第二保護電路埠22電連接該第二電路單元200的該第四連接埠202。並且，該第二電阻70係設至於該隔離開關30的該第一連接端和該第一開關單元50的該第三連接端之間。該隔離開關30的該第一連接端係電連接該第一保護電路埠21、該電性偵測單元20、該電容10的該第一端11和透過該第二電阻70電連接該第一開關單元50的該第三連接端。

如此，本發明可於該處理器41控制該第二開關電路220導通啟動該第二電源供應電路210，使導通啟動的該第二電源供應電路210自該第三連接埠201輸出電力至該第一電路單元100的該第二連接埠102。並且，該處理器41控制該第一開關電路120不導通啟動該第一電源供應電路110，使不導通啟動的該第一電源供應電路110不透過該第一連接埠101輸出電力至該第二電路單元200的該第四連接埠202。此時，藉由觀測該電容10是否受到充電來判斷該第一電路單元100的該第一連接埠101和該第二連接埠102之間是否會有漏電的情形。

詳細來說，當該第一電路單元100受到該處理器41控制尚不自該第一連接埠101輸出電力時，運作正常的該第一電路單元100不會從該第一連接埠101洩露自該第二連接埠102所接收到的電力。反之，運作異常的該第一電路單元100則會從該第一連接埠101洩露自該第二連接埠102所接收到的電力。

當該第一電路單元100運作正常時，該電容10會受到充電，而該電性偵測單元20所量測到的該電壓訊號即會反映該電容10所存有的電位受到不斷的充電而變化上升的情形。因此，該處理器41應當判斷該電壓訊號產生改變，藉以推知該第一電路單元100運作正常而不會自該第一連接埠101和該第二連接埠102之間漏電。

反之，當該第一電路單元100運作異常時，因為該第一連接埠101和該第二連接埠102之間短路了該電容10，故該電容10不會受到充電。因此，該電性偵測單元20所量測到的該電壓訊號即會反映該第一連接埠101和該第二連接埠102之間因為短路而不改變的電位。如此，該處理器41則會判斷該電壓訊號未產生改變，藉以推知該第一電路單元100運作異常而會因為短路而自該第一連接埠101和該第二連接埠102之間漏電，該處理器41進而產生該供電異常訊號。

請一併參閱圖4所示，綜上所述，無論是哪一實施例，本發明皆可由該處理單元40，特別是該處理單元40內的該處理器41執行一種冗餘電源系統的偵錯方法，藉以透過該偵錯方法偵測該第一電路單元100和該第二電路單元200之間是否有出現漏電的情形。本發明的該偵錯方法係包括以下步驟：

步驟S1：控制第一開關單元的導通狀態，以使自該電性偵測單元所接收的電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態而發生變化。

步驟S2：判斷該電壓訊號的訊號特徵是否符合隔離狀態特徵。

步驟S3：當該訊號特徵符合該隔離狀態特徵時，判定一隔離開關未發生異常。

步驟S4：當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定該隔離開關發生異常。

請一併參閱圖5所示，在一實施例中，當該處理單元40控制該第一開關單元50的導通狀態時，該處理單元40產生且輸出一控制訊號至該隔離開關30的一第一控制端，以改變該隔離開關30的一第一連接端和一第二連接端的導通狀態，使該隔離開關30截止導通。並且，當該處理單元40判斷該電壓訊號的該訊號特徵是否符合該隔離狀態特徵時，該處理單元40係判斷該電壓訊號是否產生改變。當該處理單元40判斷該電壓訊號未產生改變時，該處理單元40即判定該隔離開關發生異常而產生一供電異常訊號。反之，當該處理單元40判斷該電壓訊號產生改變時，該處理單元40即判定該隔離開關未發生異常而未產生該供電異常訊號。

針對此實施例的判斷方式，該處理單元40執行本發明的該偵錯方法時可歸納執行以下步驟：

步驟S10：產生且輸出一控制訊號至一隔離開關的一第一控制端，以改變該隔離開關的導通狀態，並且控制該第一開關單元的導通狀態。

步驟S20：自一電性偵測單元接收一電壓訊號，且判斷該電壓訊號是否產生改變；當判斷該電壓訊號未產生改變時，即產生一供電異常資訊。

在該處理單元40內的該處理器41可以控制該第一電路單元100如何運作的實施例中，當該處理器41執行步驟S10時，該處理器41係一併輸出一第一電路控制訊號至該第一電路單元100，以控制該第一電路單元100停止自該第一連接埠101輸出電力。如此以創造出可以偵測該電容10該第一端11和該第二端12電位差變化的情形。

請參閱圖6所示，在一實施例中，本發明的該偵錯方法係在步驟S10之前另包括有以下步驟：

步驟S9：判斷一現在時間是否等於或是超過一量測時間。

當判斷該現在時間等於或是超過該量測時間時，才執行步驟S10。而當判斷該現在時間尚未等於或是超過該量測時間時，則尚不執行步驟S10。

也就是說，該處理單元40內的該處理器41具有計時的功能，而此計時的功能係用以定期定時檢測該第一電路單元100和該第二電路單元200之間的電路是否妥善。當尚未經過足夠的時間時，也就是當該現在時間尚未等於或是超過該量測時間時，即尚無需檢測。當已經經過較久的時間時，也就是當該現在時間等於或是超過該量測時間時，即有需求需要開始執行步驟S10做檢測。

進一步，步驟S20係包括有以下子步驟：

步驟S21：於一第一時間自該電性偵測單元接收一第一時間電壓訊號，且根據該第一時間電壓訊號得到一第一電位。

步驟S22：於一第二時間自該電性偵測單元接收一第二時間電壓訊號，且根據該第二時間電壓訊號得到一第二電位。其中，該第一時間和該第二時間之間係間隔了一預設量測時間間距。

步驟S23：計算該第二電位和該第一電位的一差異電位。

步驟S24：判斷該差異電位是否大於或是等於一差異閾值。

步驟S25：當判斷該差異電位大於或是等於該差異閾值時，即判斷該電壓訊號有產生改變，並且產生一供電正常資訊和一完成量測記錄資訊。

步驟S26：當判斷該差異電位小於該差異閾值時，即判斷該電壓訊號未產生改變，並且產生該供電異常資訊和該完成量測記錄資訊。

步驟S27：根據該完成量測記錄資訊規劃下一次執行步驟S10的時程。

也就是說，該處理單元40內的該處理器41具有計時的功能，而此計時的功能係用以間隔自該電性偵測單元20擷取該第一時間電壓訊號和擷取該第二時間電壓訊號的時間間隔，而此一時間間隔可預設為前述的該預設量測時間間距。此意義在於，該電容10的充電或是放電皆常態呈現指數(exponential)變化，因此多給予一些變化所需的時間將能更準確的觀測到電位差的變化。而為了明確確立是否該電容10有出現充電或是放電的變化，該差異閾值係界定了小於該差異閾值的該差異電位係屬於雜訊而無需認定為該電容10有出現充電或是放電的變化。

當本發明應用於冗餘電源的系統架構下時，多個電源供應器可各設有一個本發明的該保護電路2。舉例來說，該第一電路單元100係透過前述的該保護電路2而電連接至該第二電路單元200，然而該第三電路單元300也可以是透過另一個對應的該保護電路2至該第二電路單元200。而當各個電源供應器皆透過一個對應的該保護電路2電連接至該第二電路單元200時，本發明的偵錯方法可以依序的對各該保護電路2進行測試，並且反覆循環的對各該保護電路2做測試。每當其中一個該保護電路2完成測試時，不管測試結果如何，本發明都可藉由執行步驟S27而進一步規劃下一個待測的該保護電路2的測試時程。

在一種實施態樣中，各該保護電路2的測試時程係以定時的方式受到規劃。舉例而言，根據該現在時間，也就是根據一系統時間，規劃到達特定的時間時開始執行步驟S10。

在另一種實施態樣中，各該保護電路2的測試時程係以計時的方式受到規劃。舉例而言，於執行步驟S27時開始計時下一次執行步驟S10的時間。

在另一種實施態樣中，各該保護電路2的測試時程係以是否有產生該完成量測記錄資訊做為規劃的依據。舉例而言，當一個該保護電路2受到量測完成而產生該完成量測記錄資訊並且回傳該完成量測記錄資訊至該處理器41，該處理器41在判斷有接收到一個該保護電路2所回傳的該完成量測記錄資訊時即開始對另一個該保護電路2執行步驟S10。如此，本發明可受規劃為有系統性的、依序反覆循環的對冗餘電源系統下對應每一個電源供應器的各該保護電路2做測試，以維護測試整體系統中所有Oring MOS元件或是所有的電源供應器是否有漏電而運作異常的疑慮。

1:冗餘電源系統 2:保護電路 10:電容 11:第一端 12:第二端 20:電性偵測單元 21:第一保護電路埠 22:第二保護電路埠 23:第三保護電路埠 24:第四保護電路埠 30:隔離開關 40:處理單元 41:處理器 42:Oring控制器 43:放電控制器 44:充電控制器 50:第一開關單元 60:第一電阻 70:第二電阻 100:第一電路單元 101:第一連接埠 102:第二連接埠 110:第一電源供應電路 120:第一開關電路 150:電源回路 200:第二電路單元 201:第三連接埠 202:第四連接埠 210:第二電源供應電路 220:第二開關電路 300:第三電路單元 301:第五連接埠 302:第六連接埠 310:第三電源供應電路 320:第三開關電路 C1、C2、C3:控制器 CP:晶片 LD:負載 PS1、PS2、PS3:電源供應器 SW1、SW2、SW3:開關 S1~S4、S9、S10、S20~S27:步驟

圖1為本發明一冗餘電源系統於一第一實施例的電路圖。 圖2為本發明該冗餘電源系統之中一保護電路於該第一實施例的電路圖。 圖3為本發明該冗餘電源系統於一第二實施例的電路圖。 圖4為本發明一冗餘電源系統的一偵錯方法的流程圖。 圖5為本發明該偵錯方法於一實施例的流程圖。 圖6為本發明該偵錯方法於一實施例的另一流程圖。 圖7為習知的一冗餘電源架構的電路圖。

1:冗餘電源系統

10:電容

11:第一端

12:第二端

20:電性偵測單元

30:隔離開關

40:處理單元

50:第一開關單元

60:第一電阻

100:第一電路單元

101:第一連接埠

102:第二連接埠

110:第一電源供應電路

120:第一開關電路

150:電源回路

200:第二電路單元

201:第三連接埠

202:第四連接埠

300:第三電路單元

301:第五連接埠

302:第六連接埠

310:第三電源供應電路

320:第三開關電路

Claims (20)

1. 一種冗餘電源系統，包括： 一第一電路單元； 一第二電路單元，與該第一電路單元電連接以形成一電源回路，其中該第二電路單元通過該電源回路接收該第一電路單元所提供的電源； 一隔離開關，串接在該電源回路上； 一電容，設置於該電源回路中，並與該第一電路單元並聯； 一電性偵測單元，電連接於該電源回路，以檢測該電容的電位差，並據以輸出一電壓訊號； 一第一開關單元，並聯於該第一電路單元和該第二電路單元；以及 一處理單元，電連接該電性偵測單元和該第一開關單元，用以判斷該隔離開關是否發生異常，其中： 當該隔離開關被截止時，該處理單元控制該第一開關單元的導通狀態，以使該電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化； 該處理單元判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵，以及當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定該隔離開關發生異常。
2. 如請求項1所述之冗餘電源系統，其中，該第一電路單元具有一第一連接埠和一第二連接埠，該第二電路單元具有一第三連接埠和一第四連接埠，該第一連接埠電連接該第四連接埠，且該第三連接埠電連接該第二連接埠以形成該電源回路； 其中，該電容具有相對的一第一端和一第二端，該第一端電連接該第一連接埠和該第四連接埠，該第二端電連接該第三連接埠和該第二連接埠； 其中，該電性偵測單元係電連接於該電容的該第一端和該第二端之間以檢測該電容的該第一端和該第二端之間的該電位差而輸出該電壓訊號； 其中，該隔離開關具有一第一連接端、一第二連接端及一第一控制端，該第一連接端電連接該第一電路單元的該第一連接埠，該第二連接端電連接該第二電路單元的該第四連接埠； 其中，該處理單元電連接該隔離開關的該第一控制端和該電性偵測單元，且接收該電性偵測單元所輸出的該電壓訊號； 當該處理單元產生一控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元判斷該電壓訊號是否產生改變； 當該處理單元判斷該電壓訊號未產生改變時，該處理單元即產生一供電異常訊號。
3. 如請求項2所述之冗餘電源系統，其中，該第一電路單元為一電源供應器，並且該處理單元電連接該第一電路單元； 其中，當該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元一併控制該第一電路單元停止自該第一連接埠輸出電力。
4. 如請求項3所述之冗餘電源系統，進一步包括： 一第三電路單元，具有一第五連接埠和一第六連接埠；其中，該第五連接埠電連接該第四連接埠，且該第三連接埠電連接該第六連接埠； 一第一電阻，電連接於該電容的該第一端和該第二端之間； 其中，該第三電路單元為一供電電路，該第二電路單元為一負載，該隔離開關為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)，該隔離開關的該第一連接端為一源極、該第二連接端為一汲極、該第一控制端為一閘極。
5. 如請求項4所述之冗餘電源系統，其中，該第一開關單元具有一第三連接端、一第四連接端及一第二控制端，該第三連接端和該第四連接端係與該第一電阻串聯於該電容的該第一端和該第二端之間，且該處理單元電連接該第二控制端； 其中，在該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態之前，該處理單元係先控制該第一控制端導通該第一連接端和該第二連接端和控制該第二控制端停止導通該第三連接端和該第四連接端； 其中，當該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元係控制該第一控制端停止導通該第一連接端和該第二連接端，並且一併控制該第二控制端導通該第三連接端和該第四連接端。
6. 如請求項3所述之冗餘電源系統，進一步包括： 一第二電阻，電連接於該電容的該第一端和該隔離開關的該第一連接端之間； 其中，該第二電路單元為一供電電路，該隔離開關為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)，該隔離開關的該第一連接端為一源極、該第二連接端為一汲極、該第一控制端為一閘極。
7. 如請求項6所述之冗餘電源系統，其中，該第一開關單元具有一第三連接端、一第四連接端及一第二控制端，該處理單元電連接該第二控制端，該第三連接端電連接該電容的該第一端，該第四連接端電連接該第二電路單元的該第四連接埠； 其中，當該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元係控制該第一控制端導通該第一連接端和該第二連接端，並且一併控制該第二控制端停止導通該第三連接端和該第四連接端。
8. 一種冗餘電源系統的保護電路，包括： 一電源回路，供電連接一第一電路單元和一第二電路單元，其中該第二電路單元通過該電源回路接收該第一電路單元所提供的電源； 一隔離開關，串接在該電源回路上； 一電容，設置於該電源回路中，並與該第一電路單元並聯； 一電性偵測單元，電連接於該電源回路，以檢測該電容的電位差，並據以輸出一電壓訊號； 一第一開關單元，並聯於該第一電路單元和該第二電路單元；以及 一處理單元，電連接該電性偵測單元和該第一開關單元，用以判斷該隔離開關是否發生異常，其中： 當該隔離開關被截止時，該處理單元控制該第一開關單元的導通狀態，以使該電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化； 該處理單元判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵，以及當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定該隔離開關發生異常。
9. 如請求項8所述之保護電路，包括： 一第一保護電路埠，供電連接一第一電路單元的一第一連接埠； 一第二保護電路埠，供電連接一第二電路單元的一第四連接埠； 一第三保護電路埠，供電連接該第二電路單元的一第三連接埠； 一第四保護電路埠，供電連接該第一電路單元的一第二連接埠；其中，該電容具有相對的一第一端和一第二端，該第一端電連接該第一保護電路埠和該第二保護電路埠，該第二端電連接該第三保護電路埠和該第四保護電路埠； 一電性偵測單元，電連接於該電容的該第一端和該第二端之間，檢測該第一端和該第二端之間的該電位差而輸出該電壓訊號； 一隔離開關，具有一第一連接端、一第二連接端及一第一控制端；其中，該第一連接端電連接該第一保護電路埠，該第二連接端電連接該第二保護電路埠；以及 一處理單元，電連接該隔離開關的該第一控制端和該電性偵測單元，且接收該電性偵測單元所輸出的該電壓訊號； 其中，當該處理單元產生一控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元判斷該電壓訊號是否產生改變； 當該處理單元判斷該電壓訊號未產生改變時，該處理單元即產生一供電異常訊號。  
10. 如請求項9所述之保護電路，其中，該處理單元供電連接該第一電路單元，該第一電路單元為一電源供應器； 其中，當該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元一併控制該第一電路單元停止自該第一連接埠輸出電力。
11. 如請求項10所述之保護電路，進一步包括： 一第一電阻，電連接於該電容的該第一端和該第二端之間； 其中，該第二保護電路埠另外供電連接一第三電路單元的一第五連接埠，該第三保護電路埠另外供電連接該第三電路單元的一第六連接埠，該第三電路單元為一供電電路； 其中，該第二電路單元為一負載，該隔離開關為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)，該隔離開關的該第一連接端為一源極、該第二連接端為一汲極、該第一控制端為一閘極。
12. 如請求項11所述之保護電路，其中，該第一開關單元具有一第三連接端、一第四連接端及一第二控制端，該第三連接端和該第四連接端係與該第一電阻串聯於該電容的該第一端和該第二端之間，且該處理單元電連接該第二控制端； 其中，在該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態之前，該處理單元係先控制該第一控制端導通該第一連接端和該第二連接端和控制該第二控制端停止導通該第三連接端和該第四連接端； 其中，當該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元係控制該第一控制端停止導通該第一連接端和該第二連接端，並且一併控制該第二控制端導通該第三連接端和該第四連接端。
13. 如請求項10所述之保護電路，進一步包括： 一第二電阻，電連接於該電容的該第一端和和該隔離開關的該第一連接端之間； 其中，該第二電路單元為一供電電路，該隔離開關為一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)，該隔離開關的該第一連接端為一源極、該第二連接端為一汲極、該第一控制端為一閘極。
14. 如請求項13所述之保護電路，其中，該第一開關單元具有一第三連接端、一第四連接端及一第二控制端，該處理單元電連接該第二控制端，該第三連接端電連接該電容的該第一端，該第四連接端電連接該第二電路單元的該第四連接埠； 其中，當該處理單元產生該控制訊號至該第一控制端而改變該隔離開關的導通狀態時，該處理單元係控制該第一控制端導通該第一連接端和該第二連接端，並且一併控制該第二控制端停止導通該第三連接端和該第四連接端。
15. 一種冗餘電源系統的偵錯方法，由如請求項1所述之冗餘電源系統的一處理單元所執行，並且包括以下步驟： 控制一第一開關單元的導通狀態，以使自一電性偵測單元所接收的一電壓訊號響應該第一開關單元的導通狀態發生變化； 判斷該電壓訊號的一訊號特徵是否符合一隔離狀態特徵； 當該訊號特徵不符合該隔離狀態特徵時，判定一隔離開關發生異常。
16. 如請求項15所述之偵錯方法，其中，當該處理單元控制該第一開關單元的導通狀態時，該處理單元產生且輸出一控制訊號至該隔離開關的一第一控制端，以改變該隔離開關的一第一連接端和一第二連接端的導通狀態，使該隔離開關被截止； 其中，當該處理單元判斷該電壓訊號的該訊號特徵是否符合該隔離狀態特徵時，該處理單元係判斷該電壓訊號是否產生改變； 當判斷該電壓訊號未產生改變時，即判定該隔離開關發生異常而產生一供電異常訊號。
17. 如請求項16所述之偵錯方法，其中，當輸出該控制訊號至該隔離開關的該第一控制端，以改變該隔離開關的導通狀態時，一併輸出一第一電路控制訊號至一第一電路單元，以控制該第一電路單元停止自一第一連接埠輸出電力。
18. 如請求項16所述之偵錯方法，其中，自該電性偵測單元接收該電壓訊號，且判斷該電壓訊號是否產生改變的步驟，係包括以下子步驟： 於一第一時間自該電性偵測單元接收一第一時間電壓訊號，且根據該第一時間電壓訊號得到一第一電位； 於一第二時間自該電性偵測單元接收一第二時間電壓訊號，且根據該第二時間電壓訊號得到一第二電位；其中，該第一時間和該第二時間之間係間隔了一預設量測時間間距； 計算該第二電位和該第一電位的一差異電位； 判斷該差異電位是否大於或是等於一差異閾值； 當判斷該差異電位大於或是等於該差異閾值時，即判斷該電壓訊號有產生改變； 當判斷該差異電位小於該差異閾值時，即判斷該電壓訊號未產生改變。
19. 如請求項16所述之偵錯方法，其中，在輸出該控制訊號至該隔離開關的該第一控制端，以改變該隔離開關的導通狀態的步驟之前，進一步包括以下步驟： 判斷一現在時間是否等於或是超過一量測時間； 當判斷該現在時間等於或是超過該量測時間時，才執行輸出該控制訊號至該隔離開關的該第一控制端的步驟； 當判斷該現在時間尚未等於或是超過該量測時間時，則尚不執行輸出該控制訊號至該隔離開關的該第一控制端的步驟。
20. 如請求項16所述之偵錯方法，進一步包括以下步驟： 當判斷該電壓訊號有產生改變時，即產生一供電正常資訊； 無論判斷該電壓訊號是否有產生改變，皆產生一完成量測記錄資訊，且根據該完成量測記錄資訊規劃下一次再產生且輸出該控制訊號至該隔離開關的該第一控制端的時程。