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TWI665848B - 電源供應系統及其控制方法 - Google Patents

電源供應系統及其控制方法 Download PDF

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TWI665848B
TWI665848B TW106143052A TW106143052A TWI665848B TW I665848 B TWI665848 B TW I665848B TW 106143052 A TW106143052 A TW 106143052A TW 106143052 A TW106143052 A TW 106143052A TW I665848 B TWI665848 B TW I665848B
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許冠偉
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緯穎科技服務股份有限公司
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Abstract

一種電源供應系統，包含有一三相電壓源，以產生三個相位的電壓源；複數個電源供應模組，耦接於該三相電壓源，每一電源供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個主要轉換模組，以根據該三相電壓源產生對應的複數個直流電壓；以及至少一備援供應模組，耦接於該複數個電源供應模組，每一備援供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個備援轉換模組，以於該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組之至少其中之一不正常運作時，由對應於不正常運作之主要轉換模組的備援轉換模組，根據該三相電壓源產生對應的該複數個直流電壓。

Description

電源供應系統及其控制方法
本發明係指一種電源供應系統及其相關控制方法，尤指一種用於提供穩定的三相電壓源的電源供應系統及其控制方法。
由於科技的進步與發展，大數據分析、人工智慧（Artificial Intelligence，AI）等需要大量運算伺服器的需求大幅增加，同時電力需求也隨之增加。對於數據中心所需要的百萬瓦等級的需求，電源供應系統的穩定性也益加重要。現有應用於電腦系統機箱（Chassis）內部的電源供應器，多以一單相模組或一三相模組的架構為主。單相模組是以一功率因數調整（Power Factor Correct，PFC）及一直流／直流（DC/DC）為單一模組使用，然而，當單一模組的PFC或DC/DC損壞時，則無法供應電源至電腦系統；並且，因現行伺服器機架需消耗千瓦等級的電能，當輸入電流過大時，單相模組無法負荷而導致損壞；同時，於電源配置上的龐大數量銅線，亦造成成本增加。三相模組是以三相電壓源作為輸入電壓源，以三組PFC及DC/DC模組應用，然而，當三相模組中的任一相模組的PFC及DC/DC損壞或發生異常時，三相模組將因為相位不平衡，導致三相模組無法正常運作，更甚者，可能觸發電流保護斷電，導致發電廠線圈燒毀。
因此，如何提供一種提供穩定的直流輸出電壓源的電源供應系統，以解決上述問題，也就成為業界所努力的目標之一。
因此，本發明提供一種電源供應系統及其相關控制方法，以提供穩定的直流輸出電壓源的電源供應系統及其控制方法。
本發明揭露一種電源供應系統，包含有一三相電壓源，以產生三個相位的電壓源；複數個電源供應模組，耦接於該三相電壓源，每一電源供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個主要轉換模組，以根據該三相電壓源產生對應的複數個直流電壓；以及至少一備援供應模組，耦接於該複數個電源供應模組，每一備援供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個備援轉換模組，以於該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組之至少其中之一不正常運作時，由對應於不正常運作之主要轉換模組的備援轉換模組，根據該三相電壓源產生對應的該複數個直流電壓。
本發明另揭露一種控制方法，用於一電源供應系統，其中該電源供應系統包含有一三相電壓源、複數個主要電源供應模組、至少一備援供應模組、複數個邏輯控制電路及一驅動電路，該控制方法包含有該複數個邏輯控制電路根據該複數個電源供應模組的每一主要轉換模組的一工作訊號，判斷該複數個電源供應模組的每一主要轉換模組是否正常運作；當該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一的該工作訊號顯示為不正常運作時，由該邏輯控制電路關閉該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一；以及該驅動電路根據對應於該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一的不正常運作的該工作訊號，產生對應的一驅動訊號，驅動對應於不正常運作的該複數個主要轉換模組的其中之一的該至少一備援供應模組的一備援轉換模組。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一電源供應系統10的示意圖。電源供應系統10包含一三相電壓源102及一電源機箱104，其可提供穩定的直流輸出電壓至一系統端106，系統端106可為伺服器、電腦系統等，且不限於此。三相電壓源102可為三相交流電壓源，如380V或220V三相交流電，而電源機箱104可將三相電壓源102提供的三個相位的電壓源轉換成直流／直流（DC/DC）電壓源後，以提供給系統端106使用。在一實施例中，經由電源機箱104的轉換後，電源供應系統10以12V/48V直流／直流電源輸出至系統端106。
詳細來說，電源供應系統10的電源機箱104包含有複數個電源供應模組108_1、108_2、108_3及至少一備援供應模組110，其中，電源供應模組108_1、108_2、108_3分別包含有對應於三相電壓源102的複數個主要轉換模組112，以根據三相電壓源102產生對應的複數個直流電壓。在此實施例中，每一電源供應模組108包含有三個主要轉換模組112以分別將對應於三相電壓源102的相位∅1、∅2、∅3轉換為對應的直流電壓，也就是說，電源供應模組108_1包含有主要轉換模組112_11、112_12、112_13以產生對應於三相電壓源102的相位∅1、∅2、∅3的直流電壓，電源供應模組108_2包含有主要轉換模組112_21、112_22、112_23以產生對應於三相電壓源102的相位∅1、∅2、∅3的直流電壓，以及電源供應模組108_3包含有主要轉換模組112_31、112_32、112_33以產生對應於三相電壓源102的相位∅1、∅2、∅3的直流電壓。每一備援供應模組110包含有對應於三相電壓源102的三個相位的電壓源的複數個備援轉換模組114_1、114_2、114_3，以於任一電源供應模組108_1、108_2、108_3的主要轉換模組112之至少其中之一不正常運作時，由對應於不正常運作之主要轉換模組112的備援轉換模組114，根據三相電壓源102產生對應的直流電壓。舉例來說，當電源供應模組108_1的主要轉換模組112_11不正常運作時，由於主要轉換模組112_11是用來轉換三相電壓源102的相位∅1的電壓源，因此，電源供應系統10以對應於不正常運作之主要轉換模組112_11的備援轉換模組114_1，根據三相電壓源102的∅1產生對應的直流電壓，即備援轉換模組114_1取代主要轉換模組112_11來進行電壓轉換。值得注意的是，每一電源供應模組108的所有主要轉換模組112是並聯連接，並且備援供應模組110的所有備援轉換模組114也是並聯連接。如此一來，當電源供應系統10的電源供應模組108中的任一主要轉換模組112發生異常或故障時，透過備援轉換模組114提供對應於發生異常或故障的主要轉換模組112直流電壓，維持電源供應系統10的穩定輸出電流至系統端106。
上述範例僅概略性地說明本發明之電源供應系統10用來透過備援轉換模組114以於主要轉換模組112發生異常或故障時，穩定電源供應系統10的直流輸出電壓。需注意的是，本領域具通常知識者可根據不同系統需求適當設計電源供應系統10。舉例來說，可在單一電源供應系統10配置多個備援供應模組110，或者在單一備援供應模組110中配置多個備援轉換模組114，以確保電源供應系統10的穩定性，或者根據不同的電壓源，適當地改變備援轉換模組114的數量，而不限於此，皆屬本發明之範疇。
詳細來說，請繼續參考第2圖，第2圖為本發明實施例之一電源供應系統20之示意圖，電源供應系統20與電源供應系統10不同之處在於，電源供應系統20另包含複數個邏輯控制電路202_1、202_2、202_3及一驅動電路204。邏輯控制電路202_1、202_2、202_3分別耦接於電源供應模組108的每一主要轉換模組112，以根據對應於該電源供應模組108的每一主要轉換模組112的一工作訊號P，判斷主要轉換模組112是否正常運作。驅動電路204根據對應於每一主要轉換模組112的工作訊號P，以於主要轉換模組112的至少其中之一不正常運作時，驅動對應於不正常運作的主要轉換模組112的備援轉換模組114運作。
也就是說，邏輯控制電路202_1連接於主要轉換模組112_11、112_21、112_31，以根據其工作訊號P_11、P_21、P31，來判斷主要轉換模組112_11、112_21、112_31是否正常運作；邏輯控制電路202_2連接於主要轉換模組112_12、112_22、112_32，以根據其工作訊號P_12、P_22、P32，來判斷主要轉換模組112_12、112_22、112_32是否正常運作；以及邏輯控制電路202_3連接於主要轉換模組112_13、112_23、112_33，以根據其工作訊號P_13、P_23、P33，來判斷主要轉換模組112_13、112_23、112_33是否正常運作。舉例來說，當邏輯控制電路202_1偵測到主要轉換模組112_11的工作訊號P_11為不正常運作時，則由邏輯控制電路202_1關閉主要轉換模組112_11，接著，由驅動電路204根據工作訊號P_11感生對應的一驅動訊號D_on以驅動對應於主要轉換模組112_11的備援轉換模組114_1運作，以提供對應於三相電壓源102的相位∅1的輸出直流電壓，使電源供應系統20提供穩定的電壓源。相似地，當邏輯控制電路202_2偵測到主要轉換模組112_32的工作訊號P_32為不正常運作時，則由邏輯控制電路202_2關閉主要轉換模組112_32，接著，由驅動電路204根據工作訊號P_32產生對應的驅動訊號D_on驅動對應於主要轉換模組112_32的備援轉換模組114_2運作，以提供對應於三相電壓源102的相位∅2的輸出直流電壓，使電源供應系統20提供穩定的電壓源。值得注意的是，用來取代不正常運作的主要轉換模組112的備援轉換模組114的數量並不限於一個，若同時有一個以上的主要轉換模組112顯示不正常運作時，則可由邏輯控制電路202同時驅動對應數量的備援轉換模組114以提供穩定的輸出直流電壓。
當電源供應系統20的每一主要轉換模組112皆為正常運作時，備援供應模組110處於一待機狀態，因此，當電源供應系統20的任一主要轉換模組112不正常運作時，電源供應系統20開啟備援供應模組110的備援轉換模組114運作，以維持電源供應系統20輸出穩定的直流電壓源。關於電源供應系統20的主要轉換模組112不正常運作時，以驅動備援供應模組110提供電壓轉換功能的運作方式，請參考第3圖，第3圖為本發明實施例之一控制方法30之示意圖，控制方法30包含下列步驟：
步驟302：開始。
步驟304：邏輯控制電路202根據電源供應模組108的每一主要轉換模組112的工作訊號P，判斷電源供應模組108的每一主要轉換模組112是否正常運作。
步驟306：當電源供應模組108的主要轉換模組112的其中之一的工作訊號P顯示為不正常運作時，由邏輯控制電路202關閉電源供應模組108的主要轉換模組112的其中之一。
步驟308：驅動電路204根據對應於電源供應模組108的主要轉換模組112的其中之一的不正常運作的工作訊號P，產生對應的驅動訊號D_on，以驅動對應於不正常運作的主要轉換模組112的其中之一的備援供應模組110的備援轉換模組114。
步驟310：結束。
由上述可知，根據控制方法30，電源供應系統20可透過邏輯控制電路202偵測並判斷主要轉換模組112的工作訊號，以於任一主要轉換模組112不正常運作時，由驅動電路204喚醒處於待機狀態的備援供應模組110的備援轉換模組114，以維持電源供應系統20的平衡狀態。在一實施例中，以邏輯控制電路202偵測用來轉換三相電壓源102的相位∅1的每一主要轉換模組112_11、112_21、112_31為例。於步驟304中，邏輯控制電路202根據每一主要轉換模組112_11、112_21、112_31的工作訊號P_11、P21、P31判斷是否正常運作，在此實施例中，假設主要轉換模組112_11為不正常運作，並產生不正常運作的工作訊號P11，則由邏輯控制電路202_1關閉主要轉換模組112_11（步驟306）。接著，於步驟308，驅動電路204根據對應於主要轉換模組112_11的不正常運作的工作訊號P11，以產生對應的驅動訊號D_on驅動對應於主要轉換模組112_11的備援供應模組110的備援轉換模組114_1，以提供三相電壓源102的相位∅1的直流輸出電壓，從而維持三相電壓源102的三相平衡。
值得注意的是，上述僅以轉換三相電壓源102的相位∅1的主動轉換模組112_11為例來說明控制方法30，但不限於此，同理，當用來轉換三相電壓源102的其他相位的主動轉換模組112不正常運作時，亦可依照控制方法30驅動備援供應模組110，以確保電源供應系統20維持良好的電力品質。除此之外，當電源供應系統20的不正常運作的主要轉換模組112經修復後，恢復為可正常運作狀態時，則由對應的邏輯控制電路202關閉備援供應模組114，維持電源供應系統的穩定運作。
由上述可知，本發明所提供的電源供應系統透過備援供應模組以穩定輸出直流電壓，可確保良好的電力品質。需注意的是，前述實施例係用以說明本發明之精神，本領域具通常知識者當可據以做適當之修飾，而不限於此。舉例來說，備援供應模組的數量並不限於一個、邏輯控制電路與驅動電路可以同一電路實現，均可根據電腦系統架構或需求調整，皆屬本發明之範疇。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、20 電源供應系統
102 三相電壓源
104 電源機箱
106 系統端
108、108_1、108_2、108_3 電源供應模組
110 備援供應模組
112、112_11、112_12、112_13、112_21、112_22、112_23、112_31、112_32、112_33 主要轉換模組
114、114_1、114_2、114_3 備援轉換模組
202、202_1、202_2、202_3 邏輯控制電路
204 驅動電路
30 流程
302、304、306、308、310 步驟
D_on 驅動訊號
P、P_11、P_21、P31、P_12、P_22、P32、P_13、P_23、P33 工作訊號
第1圖為本發明實施例之一電源供應系統的示意圖。 第2圖為本發明實施例之另一電源供應系統之示意圖。 第3圖為本發明實施例之一控制方法之示意圖。

Claims (9)

  1. 一種電源供應系統，包含有：一三相電壓源，以產生三個相位的電壓源；複數個電源供應模組，耦接於該三相電壓源，每一電源供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個主要轉換模組，以根據該三相電壓源產生對應的複數個直流電壓；至少一備援供應模組，耦接於該複數個電源供應模組，每一備援供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個備援轉換模組，以於該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組之至少其中之一不正常運作時，由對應於不正常運作之主要轉換模組的備援轉換模組，根據該三相電壓源產生對應的該複數個直流電壓；複數個邏輯控制電路，分別耦接於該複數個電源供應模組的每一主要轉換模組，以根據對應於該複數個主要轉換模組的每一主要轉換模組的一工作訊號，判斷該複數個主要轉換模組是否正常運作；以及一驅動電路，耦接於該複數個電源供應模組及該複數個邏輯控制電路，以根據對應於該複數個主要轉換模組的每一主要轉換模組的該工作訊號，於該複數個主要轉換模組之至少其中之一不正常運作時，驅動對應於不正常運作之主要轉換模組的該至少一備援供應模組的備援轉換模組運作。
  2. 如請求項1所述之電源供應系統，其中當該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一的該工作訊號為不正常運作時，由該邏輯控制電路關閉對應於不正常運作的該複數個主要轉換模組的其中之一。
  3. 如請求項1所述之電源供應系統，其中每一電源供應模組的所有主要轉換模組是並聯連接，並且該至少一備援供應模組的所有備援轉換模組也是並聯連接。
  4. 如請求項1所述之電源供應系統，其中當該複數個電源供應模組之該複數個主要轉換模組為正常運作時，該至少一備援供應模組為一待機狀態。
  5. 一種控制方法，用於一電源供應系統，其中該電源供應系統包含有一三相電壓源、複數個主要電源供應模組、至少一備援供應模組、複數個邏輯控制電路及一驅動電路，該控制方法包含有：該複數個邏輯控制電路根據該複數個電源供應模組的每一主要轉換模組的一工作訊號，判斷該複數個電源供應模組的每一主要轉換模組是否正常運作；當該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一的該工作訊號顯示為不正常運作時，由該邏輯控制電路關閉該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一；以及該驅動電路根據對應於該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組的其中之一的不正常運作的該工作訊號，產生對應的一驅動訊號，以驅動對應於不正常運作的該複數個主要轉換模組的其中之一的該至少一備援供應模組的一備援轉換模組；其中該至少一備援供應模組，耦接於該複數個電源供應模組，每一備援供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個備援轉換模組，以於該複數個電源供應模組的該複數個主要轉換模組之至少其中之一不正常運作時，由對應於不正常運作之主要轉換模組的備援轉換模組，根據該三相電壓源產生對應的複數個直流電壓。
  6. 如請求項5所述之控制方法，其中該複數個電源供應模組耦接於該三相電壓源，每一電源供應模組包含有對應於該三相電壓源的複數個主要轉換模組，以根據該三相電壓源產生對應的複數個直流電壓。
  7. 如請求項5所述之控制方法，其中該複數個邏輯控制電路分別耦接於該複數個電源供應模組的每一主要轉換模組，以根據對應於該複數個主要轉換模組的每一主要轉換模組的該工作訊號，判斷該複數個主要轉換模組是否正常運作。
  8. 如請求項5所述之控制方法，其中每一電源供應模組的所有主要轉換模組是並聯連接，並且該至少一備援供應模組的所有備援轉換模組也是並聯連接。
  9. 如請求項5所述之控制方法，其中當該複數個電源供應模組之該複數個主要轉換模組為正常運作時，該至少一備援供應模組為一待機狀態。
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