CN102290854B - 一种对冗余电源模块进行状态控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对冗余电源模块进行状态控制的方法，所述冗余电源模块包括至少两个独立的电源，预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限，该方法包括如下步骤：A、实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况，计算出当前负载率；B、比较当前负载率与负载率第一门限和第二门限的大小，根据比较结果动态调整冗余电源模块的状态，具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。本发明提供了一种对冗余电源模块进行状态控制的装置。

Description

一种对冗余电源模块进行状态控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及电源及电池技术领域，尤其涉及一种对冗余电源模块进行状态控制的方法和装置。

背景技术

包括服务器、存储、路由器、交换机在内的很多计算机系统要求设备具有高可靠性和高可用性。而供电电源是设备的心脏，通常会采用多个相同的电源并联组成冗余电源模块，提供给设备电力。

现有技术的冗余电源模块工作方式如图1所示。多个相同的独立电源(电源101、电源102、电源103等)以并联方式连接，对设备104供电。正常情况下，冗余电源模块中的各个独立电源是协同工作的，在控制芯片的作用下，实现负载均衡，电流均分。一旦冗余电源模块中任意1个或多个电源发生故障，其它电源会自动接管其工作，不会中断系统的正常运行。

冗余电源模块中的电源数量至少为2个，冗余方式可以是N+M(N≥1；M≥1)，如1+1冗余，2+1冗余，2+2冗余，4+2冗余等。其中N的数量由设备需要的最大功耗和电源输出功率决定，如一台设备的最大功耗是3000W，单个电源的最大输出功率是500W，因此需要6个电源，此处N＝6。而M的数量取决于设备对于冗余程度和可靠性的要求，M的数量越大，系统的冗余度越高，可靠性也就越高。如M＝1，允许冗余电源模块中1个电源发生故障，还能继续维持正常工作；M＝2，允许冗余电源模块中2个电源发生故障，还能继续维持正常工作，依此类推。当然，M越大，冗余的电源数量越多，系统可靠性越高，但系统为可靠性所付出的成本也越高。

在现有技术中，正常工作期间，冗余电源模块中的所有电源都是同时工作的，实现负载均衡，电流均分。无论设备当前实际需要的功耗为多少，所有电源(N+M个)都同时对外输出功率，这样的结果是经常导致每个电源的实际负载率很低。所述负载率为电源输出功率(或电流)与电源最大输出功率(或电流)的比值。

例如需要连续运行的服务器、存储器等设备，在不同时间段的功耗是不一样的，如深夜或者凌晨用户访问量很少的时候，设备所需功耗很小，甚至可以处于休眠状态；这个时候，冗余电源模块中的所有电源都同时输出功率，导致实际分摊到每个电源的功耗非常少，也就是电源模块负载率很低，处在轻载状态下工作。

电源的转换效率是电源的输入功率与输出功率的比值，它是衡量电源是否节能的最重要指标。电源转换效率越高，表示电源输出的有功功率越多，自身转换消耗的电能越少，因此越节能。电源的转换效率跟电源输出负载率有直接关系。图2示出了典型的电源转换效率-电源负载曲线，其中纵坐标为电源转换效率(Efficiency)，横坐标为电源负载。图2中共示出两条曲线，分别代表电压115V和电压230V的情况。从图2中可以看出，负载率在40％～90％范围时，电源转换效率较高，而负载率低于20％时，属于轻载工作，电源转换效率很低。

因此，不考虑实际设备负载情况，冗余电源模块中的所有电源同时工作，就会导致每个电源的负载率很低，电源整体转换效率低下，电能大量浪费，不符合绿色节能的要求。并且冗余电源模块中的各个电源时时刻刻都在工作，电源的使用寿命也会降低。

发明内容

本发明提供了一种对冗余电源模块进行状态控制的方法和装置，可以根据实际负载情况，动态调整电源工作状态，从而达到提高电源转换效率、降低电能损耗以及延长设备使用寿命的目的。

本发明实施例提出的一种对冗余电源模块进行状态控制的方法，所述冗余电源模块包括至少两个独立的电源，预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限，该方法包括如下步骤：

A、实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况，计算出当前负载率；

B、比较当前负载率与负载率第一门限和第二门限的大小，根据比较结果动态调整冗余电源模块的状态，具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。

较佳地，所述第一门限的取值范围为10％至30％；和/或所述第二门限的取值范围为80％至100％。

较佳地，步骤A所述实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况包括：

对冗余电源模块输出的总功率或总电流进行采样，得到具体的功率值；或，直接读取冗余电源模块中处于工作状态的电源输出的功率信息，并将所述功率信息累加，得到总的输出功率。

较佳地，步骤B所述在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源包括：

B1-1、持续检测当前负载率，判断当前负载率持续小于第一门限的时间是否超过预先设置的时间门限T1，若是，执行步骤B1-2；否则保持电源当前状态不变，返回步骤A；

B1-2、关闭1个或多个电源，使得总的负载率大于第一门限且小于第二门限。

较佳地，所述步骤B1-2包括：

B1-2-1、从当前处于工作状态的电源中选择1个电源，将所选择的电源置于关闭状态；

B1-2-2、计算冗余电源模块的当前负载率；

B1-2-3、判断当前负载率是否大于第一门限，若是，完成步骤B1-2，否则返回步骤B1-2-1。

较佳地，该方法进一步包括：关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述从当前处于工作状态的电源中选择1个电源的选择方式为：根据记录的电源关闭次数选择关闭次数最少的电源。

较佳地，该方法进一步包括：记录每个电源的工作时间，并在关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述从当前处于工作状态的电源中选择1个电源的选择方式为：根据电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

较佳地，步骤B所述在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源包括：

B2-1、持续检测当前负载率，判断当前负载率持续大于第二门限的时间是否超过预先设置的时间门限T2，若是，执行步骤B2-2；否则保持电源当前状态不变，返回步骤A；

B2-2、开启1个或多个电源，使得总的负载率大于第一门限且小于第二门限。

较佳地，所述步骤B2-2包括：

B2-2-1、从当前关闭状态的电源中选择1个电源，将所选择的电源置于工作状态；

B2-2-2、计算冗余电源模块的当前负载率；

B2-2-3、判断当前负载率是否小于第二门限，若是，完成步骤B2-2，否则返回步骤B2-2-1。

本发明实施例还提出一种对冗余电源模块进行状态控制的装置，所述冗余电源模块包括至少两个独立的电源，该装置包括：

负载监测模块，用于实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况；

门限模块，用于存储预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限；

比较模块，用于根据负载监测模块监测的负载情况计算出当前负载率，并比较当前负载率与门限模块存储的负载率第一门限和第二门限的大小，并输出比较结果；

电源调整模块，用于根据所述比较模块输出的比较结果动态调整冗余电源模块的状态，具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。

较佳地，所述第一门限的取值范围为10％至30％；和/或所述第二门限的取值范围为80％至100％。

较佳地，所述负载监测模块由A/D采样芯片实现，所述A/D采样芯片对冗余电源模块输出的总功率或总电流进行采样，得到具体的功率值；

或，所述负载监测模块由数据读取单元和累加器实现，所述数据读取单元用于直接读取冗余电源模块中处于工作状态的电源输出的功率信息；所述累加器用于将所述数据读取单元读取的功率信息累加，得到总的输出功率。

较佳地，该装置进一步包括：

电源状态记录模块，用于在关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述电源调整模块在关闭电源时，根据电源状态记录模块记录的电源关闭次数选择关闭次数最少的电源并关闭所选择的电源。

较佳地，所述电源状态记录模块进一步记录每个电源的工作时间；

所述电源调整模块在关闭电源时，根据所述电源状态记录模块记录的电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

从以上技术方案可以看出，通过冗余电源模块的当前负载率进行实时监测，当该负载率过低时，关闭不必要的电源，当该负载率过高时，开启休息中的电源，使得电源的负载率始终保持在适中的程度，可以保证电源的转换效率适中处于较高的水平，从而降低电能损耗；并且在低负载情况下，部分电源可以处于休息状态，从而可以延长电源的使用寿命。本发明的较佳实施例还可以使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平衡，更进一步延长电源的寿命。

附图说明

图1为现有技术中的冗余电源模块工作方式示意图；

图2为典型的电源转换效率-电源负载曲线示意图；

图3为本发明提出的对冗余电源模块进行状态控制的方法基本流程图；

图4为本发明实施例提出的对冗余电源模块进行状态控制的方法流程图；

图5为本发明实施例提出的对冗余电源模块进行状态控制的装置框图。

具体实施方式

本发明提出的对冗余电源模块进行状态控制的方法中，预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限；方法的基本流程如图3所示，包括如下步骤：

步骤301：实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况，计算出当前负载率；

步骤302：比较当前负载率与负载率第一门限和第二门限的大小，根据比较结果动态调整冗余电源模块的状态，使得处于工作状态的电源始终保持工作在最佳负载率范围内。具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。

如果电源可以置于休眠状态，则所述关闭电源的含义也可以是将电源置于休眠状态；所述开启电源的含义也可以是将处于休眠状态的电源唤醒。

为使本发明技术方案的特点、技术效果更加清楚，以下通过实施例对本发明方案进行进一步详细阐述。

本发明实施例提出的对冗余电源模块进行状态控制的方法流程如图4所示，包括如下步骤：

步骤401：实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况。

具体实现方式可以是对冗余电源模块输出的总功率(或总电流)进行采样，得到具体的功率值；或者直接读取冗余电源模块中处于工作状态的电源输出的功率信息，并将所述功率信息累加，得到总的输出功率。

步骤402：将当前电源功率除以冗余电源模块的满负载功率，得到当前负载率。

步骤403：将当前负载率与预先设置的第一门限和第二门限相比较，若小于第一门限，执行步骤404，若大于第二门限，执行步骤406，若在第一门限和第二门限之间，则保持电源当前状态不变，返回步骤401。

较佳地，所述第一门限的取值范围为10％至30％，所述第二门限的取值范围为80％至100％。

步骤404：持续检测当前负载率，判断当前负载率持续小于第一门限的时间是否超过预先设置的时间门限T1，若是，执行步骤405，否则保持电源当前状态不变，返回步骤401。

步骤404的目的是为了避免输出功率出现短暂波动或和A/D误采样造成频繁关闭/开启电源。该步骤为可选步骤。

步骤405：关闭1个或多个电源，使得总的负载率大于第一门限且小于第二门限，并返回步骤401。

步骤405可以有如下可选的实现方式：

方式一包括如下子步骤：

子步骤405-1：从当前处于工作状态的电源中选择1个，将所选择的电源置于关闭状态。

所述选择方式可以是随机选择、按照电源标识依次选择；也可以是每次关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数，根据记录选择关闭次数最少的电源。这样实现所有电源被关闭的机会相等，实现电源均匀工作，延长冗余电源模块的整体使用寿命。

更进一步的，还可以记录每个电源的工作时间，根据电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

子步骤405-2：计算冗余电源模块的当前负载率；

子步骤405-3：判断当前负载率是否大于第一门限，若是，完成步骤405，否则返回子步骤405-1。

方式二是将当前输出功率除以每个电源的额定功率，直接计算出所需电源数N1，将当前工作状态的电源数N2减去所需电源数N1得到需要关闭的电源数目N3，并从当前工作状态的电源中选择N3个电源进行关闭。电源选择方式可以同方式一中所述的选择方式。

步骤406：持续检测当前负载率，判断当前负载率持续大于第二门限的时间是否超过预先设置的时间门限T2，若是，执行步骤407，否则保持电源当前状态不变，返回步骤401。

本步骤涉及的时间门限T2与步骤404中的时间门限T1可以相同也可以不同。

步骤407：开启1个或多个电源，使得总的负载率大于第一门限且小于第二门限，并返回步骤401。

步骤407可以有如下可选的实现方式：

方式一包括如下子步骤：

子步骤407-1：从当前处于关闭状态的电源中选择1个，将所选择的电源置于工作状态。

所述选择方式可以是随机选择、按照电源标识依次选择；也可以是每次关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数，根据记录选择关闭次数最少的电源。这样实现所有电源被关闭的机会相等，实现电源均匀工作，延长冗余电源模块的整体使用寿命。

更进一步的，还可以记录每个电源的工作时间，根据电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

子步骤407-2：计算冗余电源模块的当前负载率；

子步骤407-3：判断当前负载率是否小于第二门限，若是，完成步骤407，否则返回子步骤407-1。

方式二是将当前输出功率除以每个电源的额定功率，直接计算出所需电源数N1，将所需电源数N1减去当前工作状态的电源数N2得到需要开启的电源数目N4，并从当前关闭状态的电源中选择N4个电源进行开启。电源选择方式可以同方式一中所述的选择方式。

本发明实施例还提出一种对冗余电源模块进行状态控制的装置，如图5所示，该装置位于冗余电源模块501和设备502之间，包括：

负载监测模块503，用于实时检测冗余电源模块501当前的输出负载情况；

门限模块504，用于存储预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限；

比较模块505，用于根据负载监测模块503监测的负载情况计算出当前负载率，并比较当前负载率与门限模块504存储的负载率第一门限和第二门限的大小，并输出比较结果；

电源调整模块506，用于根据所述比较模块505输出的比较结果动态调整冗余电源模块501的状态，具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。

较佳地，所述第一门限的取值范围为10％至30％；和/或所述第二门限的取值范围为80％至100％。

所述负载监测模块503可以由A/D采样芯片实现，如Linear公司的芯片LTC4215就具备这样的功能，所述A/D采样芯片对冗余电源模块输出的总功率或总电流进行采样，得到具体的功率值。

如果冗余电源模块501中采用的电源自身能够输出实时功率信息，所述负载监测模块503由数据读取单元和累加器实现，所述数据读取单元用于直接读取冗余电源模块501中处于工作状态的每1个电源输出的功率信息；所述累加器用于将所述数据读取单元读取的功率信息累加，得到总的输出功率。

在其他可能的实施例中，该装置还可以进一步包括：

电源状态记录模块，用于在关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述电源调整模块506在关闭电源时，根据电源状态记录模块记录的电源关闭次数选择关闭次数最少的电源并关闭所选择的电源。

在另外的实施例中，所述电源状态记录模块进一步记录每个电源的工作时间；

所述电源调整模块507在关闭电源时，根据所述电源状态记录模块记录的电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

本发明实施例技术方案可以达到如下技术效果：

1、实时监测冗余电源模块输出负载情况，根据负载大小动态调整冗余电源模块的工作状态。在设备轻载时，关闭1个或者多个电源，使余下电源保持工作在最佳负载率40％～80％范围内。从而保证各个电源工作在最高转换效率状态，降低电源转换损耗，节约电能。

2、因为设备轻载情况下，部分电源得以关闭和休眠，电源的使用寿命大大延长。

3、冗余电源模块工作状态的变化，不会降低整个冗余电源模块的冗余度和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种对冗余电源模块进行状态控制的方法，所述冗余电源模块包括至少两个独立的电源，其特征在于，预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限，该方法包括如下步骤：

A、实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况，计算出当前负载率；所述负载率为电源模块实际输出功率或电流与电源模块额定输出功率或电流的比值；

B、比较当前负载率与负载率第一门限和第二门限的大小，根据比较结果动态调整冗余电源模块的状态，具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一门限的取值范围为10％至30％；和/或所述第二门限的取值范围为80％至100％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况包括：

对冗余电源模块输出的总功率或总电流进行采样，得到具体的功率值；或，直接读取冗余电源模块中处于工作状态的电源输出的功率信息，并将所述功率信息累加，得到总的输出功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源包括：

B1-1、持续检测当前负载率，判断当前负载率持续小于第一门限的时间是否超过预先设置的时间门限T1，若是，执行步骤B1-2；否则保持电源当前状态不变，返回步骤A；

B1-2、关闭1个或多个电源，使得总的负载率大于第一门限且小于第二门限。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤B1-2包括：

B1-2-1、从当前处于工作状态的电源中选择1个电源，将所选择的电源置于关闭状态；

B1-2-2、计算冗余电源模块的当前负载率；

B1-2-3、判断当前负载率是否大于第一门限，若是，完成步骤B1-2，否则返回步骤B1-2-1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述从当前处于工作状态的电源中选择1个电源的选择方式为：根据记录的电源关闭次数选择关闭次数最少的电源。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：记录每个电源的工作时间，并在关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述从当前处于工作状态的电源中选择1个电源的选择方式为：根据电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源包括：

B2-1、持续检测当前负载率，判断当前负载率持续大于第二门限的时间是否超过预先设置的时间门限T2，若是，执行步骤B2-2；否则保持电源当前状态不变，返回步骤A；

B2-2、开启1个或多个电源，使得总的负载率大于第一门限且小于第二门限。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B2-2包括：

B2-2-1、从当前关闭状态的电源中选择1个电源，将所选择的电源置于工作状态；

B2-2-2、计算冗余电源模块的当前负载率；

B2-2-3、判断当前负载率是否小于第二门限，若是，完成步骤B2-2，否则返回步骤B2-2-1。

10.一种对冗余电源模块进行状态控制的装置，所述冗余电源模块包括至少两个独立的电源，其特征在于，该装置包括：

负载监测模块，用于实时检测冗余电源模块当前的输出负载情况；

门限模块，用于存储预先设置负载率第一门限和负载率第二门限，其中第一门限小于第二门限；

比较模块，用于根据负载监测模块监测的负载情况计算出当前负载率，并比较当前负载率与门限模块存储的负载率第一门限和第二门限的大小，并输出比较结果；所述负载率为电源模块实际输出功率或电流与电源模块额定输出功率或电流的比值；

电源调整模块，用于根据所述比较模块输出的比较结果动态调整冗余电源模块的状态，具体包括：在设备负载率小于负载率第一门限时，关闭1个或者多个电源；在设备负载率大于负载率第二门限时，开启1个或多个电源；在设备负载率处于负载率第一门限和第二门限之间时，保持电源状态不变。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一门限的取值范围为10％至30％；和/或所述第二门限的取值范围为80％至100％。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述负载监测模块由A/D采样芯片实现，所述A/D采样芯片对冗余电源模块输出的总功率或总电流进行采样，得到具体的功率值；

或，所述负载监测模块由数据读取单元和累加器实现，所述数据读取单元用于直接读取冗余电源模块中处于工作状态的电源输出的功率信息；所述累加器用于将所述数据读取单元读取的功率信息累加，得到总的输出功率。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

电源状态记录模块，用于在关闭电源时记录本次关闭的电源标识及该电源关闭的次数；

所述电源调整模块在关闭电源时，根据电源状态记录模块记录的电源关闭次数选择关闭次数最少的电源并关闭所选择的电源。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述电源状态记录模块进一步记录每个电源的工作时间；

所述电源调整模块在关闭电源时，根据所述电源状态记录模块记录的电源关闭次数以及工作时间选择电源，使得每个电源的关闭次数以及工作时间趋于平均。

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