TWI497870B - Reduced standby power consumption of redundant power systems - Google Patents

Description

降低待機耗能的冗餘電源系統

本發明係有關一種冗餘電源系統，尤指一種降低待機耗能的冗餘電源系統。

ATX(Advanced Technology Extended)是現今最為普遍使用的主機板規格，而在ATX規格下實施的一電源供應器，並不會直接與資訊系統的一啟動開關連接，其實際上是透過一主機板的觸發才會啟動，而該電源供應器常態對該主機板供給一常備電力(俗稱5Vsb)，令該主機板隨時具有電力並進入待命啟動的狀態。當該啟動開關受使用者按壓觸發時，該主機板向該電源供應器輸出一啟動訊號，令該電源供應器以該常備電力作為啟動電源，完成啟動輸出該主機板正常運作下所需的工作電力，所稱工作電力即如ATX供電規格中的12V、5V以及3.3V等。

再者，由於現今科技業對於電力供給穩定度的要求，遂有業者提出了一種冗餘電源系統(Redundant Power Supply)，而所稱冗餘電源系統主要包含至少二電力供應模組以及一連接該些電力供應模組的電力整合背板，供電時，該電力整合背板依據所連接負載的耗能狀態決定每一該電力供應模組所輸出的功率，也就是說，該負載所需要的耗能是由該些電力供應模組所分攤供應。若其中一該電力供應模組損壞無法正常供電，維護人員可在該冗餘電源系統仍處於供電的情況下，直接將損壞的其中一該電力供應模組與該電力整合背板分離，更換另一功能正常的電力供應模組。然而，該冗餘電源系統中所使用的該電力 供應模組可分別視其為一電源供應器，除了供應該主機板所需的工作電力之外，亦轉換輸出有該常備電力，但是該負載運作時會依據不同的耗能需要不同功率的工作電力及該常備電力。舉例說明，該冗餘電源系統具有4組電力供應模組，每一該電力供應模組常態輸出1W的該常備電力，但該負載僅需要1W的該常備電力，未使用的3W常備電力即成為廢能，轉由其他元件進行消耗。也就是說，現今的該冗餘電源系統並不會依據該負載所需的耗能多寡，調整該冗餘電源系統所供應該常備電力的功率，產生了許多不必要的損耗。

本發明之主要目的，在於提供一種可根據負載耗能狀況，針對每一電力供應模組進行常備電力的輸出控制的冗餘電源系統。

為達上述目的，本發明提供一種降低待機耗能的冗餘電源系統，其包含有複數電力供應模組以及一電力整合背板。每一該電力供應模組分別與一外部電源連接並分別接受一外部電力，每一該電力供應模組分別具有一調變該外部電力而輸出一工作電力的工作電力調變單元、一調變該外部電力而輸出一工作電力的常備電力調變單元以及一連接該常備電力調變單元並受一工作訊號觸發以控制該常備電力調變單元為啟動或停止的控制單元。該電力整合背板則與該些電力供應模組連接，具有一整合輸出單元以及一待機耗能管理單元，該整合輸出單元與每一該電力供應模組的該工作電力調變單元及該常備電力調變單元連接以整合該些工作電力以及該常備電力而向一負載輸出，該待機耗能管理單元則根據該負載的耗能狀況，針對每一該電力供應模組的該控制單元輸出該工作訊號，令每一該控制單元以該工作訊號控制每一該常備電力調變單元為啟動或停止。

於一實施例中，每一該電力供應模組分別具有一外殼、以及一設置於該外殼上並與該控制單元連接的觸發開關。

於一實施例中，每一該電力供應模組包含有一連接該控制單元而以該控制單元對該常備電力調變單元的控制狀態產生色彩變化的狀態指示燈。

於一實施例中，每一該電力供應模組的每一該工作電力調變單元包含有一連接該外部電源的整流濾波單元、一連接該整流濾波單元的功因校正單元、一變壓器、一脈寬控制單元、一開關元件以及一調變輸出單元。

於一實施例中，每一該電力供應模組的該控制單元可為一半導體開關元件。

透過本發明上述結構，本發明相較習用冗餘電源系統具有以下特色：1.本發明透過該待機耗能管理單元針對該負載需求輸出相應的該常備電力，避免了習用冗餘電源系統無法針對該常備電力進行調變而導致損耗發生的情事。

1‧‧‧電力供應模組

11‧‧‧工作電力調變單元

111‧‧‧整流濾波單元

112‧‧‧功因校正單元

113‧‧‧變壓器

114‧‧‧脈寬控制單元

115‧‧‧開關元件

116‧‧‧調變輸出單元

12‧‧‧常備電力調變單元

13‧‧‧控制單元

14‧‧‧外殼

141‧‧‧觸發開關

142‧‧‧狀態指示燈

2‧‧‧電力整合背板

21‧‧‧整合輸出單元

22‧‧‧待機耗能管理單元

3‧‧‧外部電源

4‧‧‧負載

圖1，本發明降低待機耗能的冗餘電源系統一實施例之組成示意圖。

圖2，本發明降低待機耗能的冗餘電源系統一實施例之外觀示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱圖1，如圖所示，本發明降低待機耗能的冗餘電源系統，主要由複數電力供應模組1以及一電力整合背板2組構而成，而本發明於此是以兩電力 供應模組1進行舉例，即業界所稱1U規格的冗餘電源系統進行說明，但實際上，該冗餘電源系統所包含的該些電力供應模組1數量可依據實施態樣的不同對應調整該些電力供應模組1數量。進一步解釋，本發明該冗餘電源系統所包含的每一該電力供應模組1獨立連接有一外部電源3，並分別自該外部電源3接受一外部電力，而該外部電源3可為一室配電源或一工業電源。每一該電力供應模組1分別具有一工作電力調變單元11以及一常備電力調變單元12，該工作電力調變單元11與該常備電力調變單元12分別連接該外部電源3並接受該外部電力，而該工作電力調變單元11進一步對該外部電力進行電力調變輸出一工作電力，該常備電力調變單元12則對該外部電力進行電力調變輸出一常備電力，而所稱該工作電力即為ATX主機板規格中所規範的12Vdc、3.3Vdc或5Vdc，該常備電力則為ATX主機板規格中所規範的5Vsb。進一步地，本發明每一該電力供應模組1的每一該工作電力調變單元11包含有一連接該外部電源3的整流濾波單元111、一連接該整流濾波單元111的功因校正單元112、一變壓器113、一脈寬控制單元114、一開關元件115以及一調變輸出單元116。該工作電力調變單元11首先以該整流濾波單元111對該外部電力進行整流濾波之後，利用該功因校正單元112以一變壓調整位準調整該外部電力的功率因數，而該脈寬控制單元114則輸出一驅動訊號決定該開關元件115的工作週期，透過該開關元件115週期性的導通與截止調變該變壓器113的線圈電流，並由該調變輸出單元116對該變壓器所輸出的電力進行調變，最後輸出該工作電力。再者，由上述可知，本發明該常備電力調變單元12同樣對該外部電力進行調變電力的動作，實際上，該常備電力調變單元12可為一降壓式電力轉換模組，透過電力的降壓轉換將該外部電力轉換成該常備電力。進一步地，本發明每一該電力供應模組1更具有一連接該常備電力調變單元12的控制單元13，該控制單元13可設置於該常備電力調變單元12與該外部電源3連接的供電路徑上，並受一工作訊號的觸發控制該常備電力調變單元12為 啟動或停止，換言之，本發明利用該控制單元13決定該常備電力調變單元12是否進行電力轉換而輸出該常備電力，若該控制單元13令該常備電力調變單元12為停止時，即表示該常備電力調變單元12停止輸出該常備電力，若該控制單元13令該常備電力調變單元12為啟動時，即表示該常備電力調變單元12接受該外部電力，並對該外部電力進行電力調變輸出該常備電力。再者，本發明該控制單元13可進一步為一半導體開關元件，例如一雙極性電晶體(BJT)、一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、一絕緣閘雙極電晶體(IGBT)。

另一方面，本發明該電力整合背板2與每一該電力供應模組1連接，並自該電力供應模組1取得電力，以向一負載4供給電力。而該負載4可為一電腦裝置、一伺服器設備等資訊設備。該電力整合背板2包含有一整合輸出單元21以及一待機耗能管理單元22，該整合輸出單元21與每一該電力供應模組1的該工作電力調變單元11以及該常備電力調變單元12連接，並分別自該工作電力調變單元11及該常備電力調變單元12接受該工作電力及該常備電力，而該整合輸出單元21分別對該工作電力及該常備電力進行整合後，即向該負載4輸出該工作電力及該常備電力。該整合輸出單元21實際上可為本領域業界設置該電力整合背板2上的電力調節模組(Voltage Regulator Module)。再者，本發明該待機耗能管理單元22與每一該電力供應模組1的每一該控制單元13資訊連接，並對每一該控制單元13進行控制。而本發明該待機耗能管理單元22利用該電力整合背板2向該負載4供給該工作電力及該常備電力的過程中，取得該負載4的耗能狀況，也就是說，本發明該待機耗能管理單元22常態對該負載4進行耗能狀態的檢知。該待機耗能管理單元22進一步根據該負載4的耗能狀況，各別針對每一該電力供應模組1的每一該控制單元13輸出該工作訊號，令每一該控制單元13以所接受到的該工作訊號控制每一該常備電力調變單元12為啟動或停止。更具體說明，假設該負載4於待機情況下，僅需要1W的該常備電力，而該冗餘電源系統未進行待機耗能管 理的情況下，常態對待機情況下的該負載4供給2W的該常備電力，也就是說，每一該電力供應模組1分別對該負載4供應了1W的該常備電力。然而，該待機耗能管理單元22即根據該負載4的耗能情況，對該冗餘電源系統的每一該電力供應模組1的每一該控制單元13輸出該控制訊號，令其中一該電力供應模組1的該常備電力調變單元12持續轉換輸出該常備電力，另一該電力供應模組1則停止轉換輸出該常備電力，使該電力整合背板2僅輸出1W的該常備電力。

請參閱圖2，進一步地，本發明實施過程中，除了可以利用該待機耗能管理單元22對該冗餘電源系統中每一該電力供應模組1的每一該常備電力調變單元12進行控制之外，更可以於每一該電力供應模組1的一外殼14上設置一與該控制單元13連接的觸發開關141，而該觸發開關141的觸發情況決定了該常備電力調變單元12為啟動或停止。再者，每一該電力供應模組1更可分別具有一連接該控制單元13並依該控制單元13狀態產生色彩變化的狀態指示燈142。

綜上所述，本發明降低待機耗能的冗餘電源系統，包含複數電力供應模組以及一電力整合背板。該些電力供應模組分別具有一工作電力調變單元、一常備電力調變單元以及一與該常備電力調變單元連接的控制單元，該電力整合背板與該些電力供應模組連接，具有一整合輸出單元以及一待機耗能管理單元，該整合輸出單元對每一該電力供應模組的工作電力與常備電力進行整合並輸出至一負載，該待機耗能管理單元則依據該負載耗能狀況，針對每一該電力供應模組的該控制單元輸出一工作訊號，令每一該控制單元以該工作訊號控制每一該常備電力調變單元為啟動或停止。藉此，以有效管理該冗餘電源系統的待機耗能，進而提高該冗餘電源系統的供電效率。

1．．．．．．．．．．．．．電力供應模組

11．．．．．．．．．．．．．工作電力調變單元

111．．．．．．．．．．．．．整流濾波單元

112．．．．．．．．．．．．．功因校正單元

113．．．．．．．．．．．．．變壓器

114．．．．．．．．．．．．．脈寬控制單元

115．．．．．．．．．．．．．開關元件

116．．．．．．．．．．．．．調變輸出單元

12．．．．．．．．．．．．．常備電力調變單元

13．．．．．．．．．．．．．控制單元

2．．．．．．．．．．．．．電力整合背板

21．．．．．．．．．．．．．整合輸出單元

22．．．．．．．．．．．．．待機耗能管理單元

3．．．．．．．．．．．．．外部電源

4．．．．．．．．．．．．．負載

Claims (5)

1. 一種降低待機耗能的冗餘電源系統，其包括：複數電力供應模組，分別與一外部電源連接並分別接受一外部電力，每一該電力供應模組分別具有一調變該外部電力而輸出一工作電力的工作電力調變單元，一調變該外部電力輸出一常備電力的常備電力調變單元以及一連接該常備電力調變單元並受一工作訊號觸發以控制該常備電力調變單元為啟動或停止的控制單元；以及一電力整合背板，與該些電力供應模組連接，具有一整合輸出單元以及一待機耗能管理單元，該整合輸出單元與每一該電力供應模組的該工作電力調變單元及該常備電力調變單元連接以整合該些工作電力以及該常備電力而向一負載輸出，該待機耗能管理單元則根據該負載的耗能狀況，針對每一該電力供應模組的該控制單元輸出該工作訊號，令每一該控制單元以該工作訊號控制每一該常備電力調變單元為啟動或停止。
2. 如請求項第1項所述降低待機耗能的冗餘電源系統，其中，每一該電力供應模組分別具有一外殼、以及一設置於該外殼上並與該控制單元連接的觸發開關。
3. 如請求項第1或2項所述降低待機耗能的冗餘電源系統，其中，每一該電力供應模組包含有一連接該控制單元而以該控制單元對該常備電力調變單元的控制狀態產生色彩變化的狀態指示燈。
4. 如請求項第1項所述降低待機耗能的冗餘電源系統，其中，每一該電力供應模組的每一該工作電力調變單元包含有一連接該外部電源的整流濾波單元、一連接 該整流濾波單元的功因校正單元、一變壓器、一脈寬控制單元、一開關元件以及一調變輸出單元。
5. 如請求項第1項所述降低待機耗能的冗餘電源系統，其中，每一該電力供應模組的該控制單元可為一半導體開關元件。