CN102834995B - 用于利用并联电源对输入电流进行平衡的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于利用至少两个并联电源对输入电流进行平衡的方法，包括以下步骤：定义输入电流差容限；测量来自所述至少两个并联电源的输入电流；计算两个所测量的输入电流之差的绝对值；以及当所计算的值超过容限时，执行步骤子集，所述步骤子集包括：采用调整技术来为所述两个电源计算新操作参数；利用所述新操作参数来配置所述两个电源；以及重复除定义步骤外的以上步骤。

Description

用于利用并联电源对输入电流进行平衡的系统和方法

技术领域

本发明的领域是电源装置。

背景技术

本发明总体涉及电源，以及更具体涉及用于利用并联电源对输入电流进行平衡的系统和方法。

电源单元是给电子装置（例如，计算机）中的其他组件提供功率的组件。更具体地，电源单元典型地被设计为将通用交流电（AC）电功率转换为电子装置的内部组件可使用的低压直流电（DC）功率。

传统电源具有单个输出，该单个输出允许两个或更多个功率转换器并联连接，以保证每个功率转换器的输出电流的均等共享。为此目的，电源由调节电路控制，该调节电路的命令信号依赖于在来自每个转换器的输出处测量的电流，以在输入处控制功率截止电路。然而，当来自具有多个输出的两个或更多个转换器的类似输出电压并联连接时，难以保证在转换器当中对输出电流的均等共享。此外，尽管这种解决方案旨在匹配输出电流共享，但是很少保证或者不保证适当调节输入电流共享。

发明内容

本发明提供了一种用于利用至少两个并联电源对输入电流进行平衡的方法，包括以下步骤：定义输入电流差容限；测量来自所述至少两个并联电源的输入电流；计算两个所测量的输入电流之差的绝对值；以及当所计算的值超过所述容限时，执行步骤子集，所述步骤子集包括：采用调整技术来为这两个电源计算新操作参数；利用所述新操作参数来配置这两个电源；以及重复除定义步骤外的以上步骤。

附图说明

图1是示意了本发明的方法实施例的操作步骤的流程图（3个部分中的部分1）；

图2是示意了本发明的方法实施例的操作步骤的流程图（3个部分中的部分2）；

图3是示意了本发明的方法实施例的操作步骤的流程图（3个部分中的部分3）；

图4是本发明的实施例的系统图；以及

图5是本发明的实施例的控制图。

具体实施方式

在如上讨论的负载共享的传统方案下，无法确保相等的功率或电流进入并联电源。这种不平衡由制造变化以及不同类型的电源内的差别等等引起。然而，对电源的输入进行数字平衡允许用户重新使用昂贵的未利用的数据中心容量。

本发明的实施例提供了通过使用数字反馈技术而利用并联电源对输入电流进行平衡的系统和方法。此类技术通过在多个电源之间精确匹配相电流而允许用户重新使用宝贵的未利用的数据中心容量。

通过利用电源微控制器，可以实现硬件和/或软件，以通过改变微控制器寄存器中的参数来控制输出电压。此外，软件算法可以在微控制器上运行或由微控制器运行，以在存在输入负载共享差别时针对输出电压进行调整。

在详细讨论示例实施例的特定特征之前，将意识到，本发明可以体现在方法、系统和/或计算机程序产品中。例如，根据一个实施例的方法可以由一个或多个用户使用计算机实现或者由执行本发明的步骤的一个或多个计算机实现，并且本发明的程序产品可以包括有形存储介质（其可以是例如非易失性存储器、磁或光盘、或者其他磁或光介质、电气、化学、电化学或其他有形介质）上存储的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由一个或多个计算机执行时使一个或多个计算机实现本发明的方法的步骤。本发明的实施例的程序指令和方法对数据进行变换，使计算结果和/或数据存储在一个或多个存储器中和/或显示在显示器上，其中，这种存储和/或显示导致物理元件变换（诸如，物理更改）至可以被读取以恢复所存储的数据的存储介质。

在图1中示出了提供利用并联电源对输入电流进行平衡的这种算法的示例。最初，根据用户的期望输出、容限水平等等，设置一个或多个参数以调整系统的行为。照此，在步骤100中，定义等待时间段。所述等待时间段提供了宽限时段，以供输入电流在负载改变之后稳定。该时段可以由用户设置或者由系统自动导出。示例等待时间段是一秒。接下来，在步骤102中，定义输入电流差容限。这定义了容限（即，两个输入电流之间的可接受差，这两个输入电流应当被视为足够相等的电流）。容限水平越低，则更可能存在修改输入电流以达到期望相等的更多迭代。示例输入电流差容限是50mA。接下来，在步骤104中，定义调整技术截止。该截止用于确定至少两种不同调整方法中的哪种被用于输入电流以使其更接近在一起。一旦确定特定截止值，就计算这两个输入电流之差并将其与该截止值进行比较。如果该差高于该截止，则采用第一技术。可替换地，如果该差小于该截止，则采用第二技术。

特别地，所述系统不限于两种所述技术中的一个或两个。代替地，可以使用多种技术，其中，多个截止值定义了范围，所述范围提供了对特定技术的选择。接下来，在步骤106中，定义上和下界电压电平，并且在步骤108中，启动截止标记至“0”。这些界限指定了电源的物理限制（即，电源能够或被允许运行于的最大和最小电压），而截止标记指示了是否已经超过这些界。当系统启动时，将截止标记设置为“0”以指示尚未超过这些界。当稍后检验这些界时，则相应地将标记再次设置为与电源相关联的读数。

一旦完成初始化100-108步骤，就将控制移至系统的操作步骤。在步骤110中，系统等待该等待时间段的持续时间（即，以供如上讨论的输入电流稳定）。接下来，在步骤112中，测量来自这两个电源的输入电流。然后，在步骤114中，计算两个所测量的输入电流之差的绝对值。如果所计算的值超过容限并且截止标记=“0”，则执行以下步骤子集。首先，应用调整技术，以为这两个电源计算新操作参数。如前所讨论，根据与调整技术截止值相比较的所计算的值，选择特定技术。在所示的示例实施例中，如果所计算的值大于该截止（如在步骤118中所测试的），则采用最优调整技术（步骤120），否则采用小步长调整技术（步骤122）。

最优调整技术使用等式来从输入电流至输出电压进行映射。如果电源使用压降共享（droop sharing），则输出电压与输出电流之间的关系是线性的。照此，将输出电压设置为输出电流乘以常量（步骤124）。小步长调整技术“步进”输出电压，以获得更精细的补偿。使用该算法的系统通过设置点变量来确定要使用哪种方法。特别地，当需要小调整时，优选地使用小步长技术。小步长技术递增电源上的离散电压电平集合，以递增地调整输入共享。照此，如果电源输入电流大于阈值（如在步骤126中所测试的），则将电压输出递增至下一可用离散电平（步骤128）。这种递增可以是通过提高或降低电压（取决于意在增大还是减小电源的负载）来实现的。这些步骤促进了“步进”过程，这递增地调整了输入共享。特别地，通常结合压降共享协议使用小步长。

一旦应用了调整技术，就测试电源的能力。在步骤130处，如果来自这两个电源的输出电压等于或超出上界电压电平与下界电压电平之间的范围，则将截止标记设置为“1”（步骤132），指示电源处于接受的电压电平范围外。然后，在任一种情况下，利用新操作参数来配置这两个电源（步骤134），并重复除定义步骤外的以上步骤（即，控制返回至步骤110）。

如上所述，对于传统电源，在电源的输出处进行共享。这通常造成问题，这是由于存在利用不同设计来制造电源的多个电源供应商。制造差异可以提供一个或多个操作变量的差别。然而，本发明对两个或更多个电源的输出共享进行数字补偿，使得系统共享输入而不是输出。换言之，系统更改输出，使得其具有一致的输入。通过对上述方法的一次或多次迭代，系统达到期望的一致输入。

如提到的，本发明不限于两个电源，而是可以用在具有两个或更多个这种并联电源的环境中。在图4中示出了系统图，该系统图示出了N个电源（136）。在所示的实施例中，彼此结合地使用多个电源，以向负载（140）提供公共输出功率（138）。输入共享控制机制（142）（即，采用上述方法）使用输入共享总线来调节被发送至负载的输出功率。

最后，在图5中通过控制图示出了示例实施例。在每个电源136a/b中，对电压和电流的监视分别由关联的传感器144a/b、146a/b执行。表148指定了哪些设备（plant）与哪些输出电压/共享控制相关联。

尽管这里描述了用于利用并联电源对输入电流进行平衡的系统和方法的特定实施例，但是本领域技术人员将意识到，在不脱离本发明的如以下权利要求中阐述的较宽方面的前提下，可以对本发明进行改变和修改。

Claims (17)

1.一种用于利用至少两个并联电源（136）对输入电流进行平衡的方法，包括以下步骤：

定义（102）输入电流差容限；

测量（112）来自所述至少两个并联电源的输入电流；

计算（114）两个所测量的输入电流之差的绝对值；以及

当所计算的值超过所述容限时，执行步骤子集，所述步骤子集包括：

       采用（120）调整技术来为所述两个电源计算新操作参数；

       利用所述新操作参数来配置（134）所述两个电源；以及

       重复除定义步骤外的以上步骤；

其中所述方法还包括以下步骤：

定义等待时间段；以及

在测量来自所述两个电源的输入电流之前，等待所述等待时间段的持续时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等待时间段是一秒。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述调整技术是最优调整技术，以及其中操作参数包括电压输出，所述电压输出是使用线性等式来设置的，以使得所述电压输出等于电源输出电流乘以预定常量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述调整技术是小步长调整技术，操作参数包括电压输出，以及其中设置预定步长递增量和预定步长阈值，所述方法还包括以下步骤：

当电源输入电流大于阈值时，将所述电压输出递增至下一可用离散电平。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，递增所述电压输出是通过提高电压从而向所述电源（136）增加负载来实现的。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，递增所述电压输出是通过降低电压从而从所述电源减小负载来实现的。

7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

定义（104）调整技术截止；

如果所计算的值大于所述截止，则采用最优调整技术，否则采用小步长调整技术.

8.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

定义（106）上界电压电平和下界电压电平；以及

仅在所计算的值超过所述容限并且来自这两个电源的输入电流处于所述上界电压电平与所述下界电压电平之间的范围内时，才执行所述步骤子集。

9.一种用于利用至少两个并联电源（136）对输入电流进行平衡的设备，包括：

用于定义（102）输入电流差容限的装置；

用于测量（112）来自所述至少两个并联电源的输入电流的装置；

用于计算（114）两个所测量的输入电流之差的绝对值的装置；以及

用于当所计算的值超过所述容限时，执行以下操作的装置：

       采用（120）调整技术来为所述两个电源计算新操作参数；

       利用所述新操作参数来配置（134）所述两个电源；以及

       重复除定义操作外的以上操作；

其中所述设备还包括：

用于定义等待时间段的装置；以及

用于在测量来自所述两个电源的输入电流之前，等待所述等待时间段的持续时间的装置。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述等待时间段是一秒。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述调整技术是最优调整技术，以及其中操作参数包括电压输出，所述电压输出是使用线性等式来设置的，以使得所述电压输出等于电源输出电流乘以预定线性常量。

12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述调整技术是小步长调整技术，其中，操作参数包括电压输出，设置预定步长递增量和预定步长阈值，以及其中，所述设备还包括：

用于如果电源输入电流大于所述阈值，将所述电压输出递增至下一可用离散电平的装置。

13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述设备还包括：

用于定义（104）调整技术截止的装置；

用于如果所计算的值大于所述截止，则采用最优调整技术，否则采用小步长调整技术的装置。

14.一种用于对输入电流进行平衡的系统，包括：

至少两个并联电源（136）；

微处理器，其与所述至少两个并联电源相关联并被配置为执行以下步骤：

       定义（102）输入电流差容限；

       测量（112）来自所述两个电源的输入电流；

       计算（114）两个所测量的输入电流之差的绝对值；以及

       当所计算的值超过所述容限时，执行步骤子集，所述步骤子集包括：

              采用（120）调整技术来为所述两个电源计算新操作参数；

              利用所述新操作参数来配置（134）所述两个电源；以及

              重复除定义步骤外的以上步骤；

其中微处理器还被配置为执行以下步骤：

       定义等待时间段；以及

       在测量来自所述两个电源的输入电流之前，等待所述等待时间段的持续时间。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述调整技术是最优调整技术，以及其中，操作参数包括电压输出，所述电压输出是使用线性等式来设置的，以使得所述电压输出等于电源输入电流乘以预定线性常量。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述调整技术是小步长调整技术，操作参数包括电压输出，以及其中，设置预定步长递增量和预定步长阈值，以及其中，所述微处理器还被配置为执行以下步骤：

如果电源输入电流大于所述阈值，将所述电压输出递增至下一可用离散电平。

17.根据权利要求14、15或16所述的系统，其中，所述微处理器还被配置为执行以下步骤：

定义（106）上界电压电平和下界电压电平；以及

仅在所计算的值超过所述容限并且来自所述两个电源的输入电流处于所述上界电压电平与所述下界电压电平之间的范围内时，才执行所述步骤子集。