CN103827680A - 用于电流和电压监测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于监测电流和电压的电缆，其包括插头、插口、从插头延伸至插口的第一导体和第二导体、电流和电压监测模块、收发器、以及外壳。电流和电压监测模块被耦合到第一导体和第二导体，并且被配置成测量这些导体的电流和电压的使用水平。收发器被耦合到该电流和电压监测模块，并且其被配置成接收与电流和电压大小相关的数据。该外壳被配置成容纳该电流和电压监测模块、收发器、以及插口和插头中的一个。

Description

用于电流和电压监测的系统和方法

背景技术

数据中心通常包含多个包含在设备机架内的配电单元（PDU）。智能的机架上安装的配电单元，有时也被称为“机架PDU”，其向多个计算装置供电，例如，向包含在设备机架中的服务器供电。通常，这些计算装置会使用大量的能源。测量由计算装置以及其它相关设备中的每一个所使用的电流和电压对于确定数据处理中心的整体效率是很有用的，例如，所述其它相关设备可以是冷却单元。可以使用墙插式装置或电源板来测量电力输出口处的电流，但这些单元在具有多个输出口的PDU中变得不可行。

发明内容

提供用于在电缆插口或插头的外壳内部进行电流和电压监测的系统和方法。根据一个方面，提供了用于监测机架中的每个计算装置所使用的电流和电压的系统和方法。

根据一个方面，用于监测电流和电压的电缆包括插头、插口、从插头延伸到插口的第一导体和第二导体、电流和电压监测模块、收发器以及外壳。电流和电压监测模块被耦合到所述第一导体和第二导体并且被配置成用于测量这些导体的电流和电压使用水平。该收发器被耦合到电流和电压监测模块并且被配置成用于接收与该电流和电压大小相关的数据，并且用于发送与电流和电压大小相关的数据。该外壳被配置成用于容纳该电流和电压监测模块、收发器、以及插口和插头两者中的一个。

根据一个实施例，收发器被配置成用于使用无线低功率通信协议来发送与电流和电压大小相关的数据。在一个实例中，无线低功率通信协议是IEEE802.15.4标准。

根据另一个实施例，电流和电压监测模块被配置成在休眠模式和唤醒模式中的一个模式下操作。唤醒模式可以使收发器不在唤醒时间内或者在部分的唤醒时间内通电。在另一个实施例中，电缆包括电容器，该电容器被配置成可以储存用于电流和电压监测模块和收发器两者中的至少一个的操作电力。根据另一个实施例，电流和电压监测模块被配置成用于在操作的休眠模式下对电容器充电。

在一个实施例中，插口是IECC13标准的插口。在另一个实施例中，插头是IECC14标准的插头。在另一个实施例中，电缆是一个三相电力电缆。

根据另一个方面，一种用于监测安装在设备机架中的装置的电流和电压的方法包括：将多根电缆安装在设备机架中，这些电缆中的每一根都具有电流和电压监测模块，将电缆中的每一根耦合到设备机架中的计算装置，将电流和电压数据从电缆的每一根中的收发器发送到服务器，并且在服务器处监测来自电缆中的每一根的电流和电压数据。

根据一个实施例，该方法还包括：在无线接收器中接收电流和电压数据，并将该电流和电压数据发送到服务器。根据另一个实施例，发送电压和电流数据包括以间歇的间隔发送电流和电压数据。根据一个特征，电缆中的每一根以不同的非重叠的时间间隔发送电流和电压数据。

根据另一个实施例，该方法还包括间歇地从电缆中的电容器中汲取电力，以从收发器发送电流和电压的使用信息。在另一个实施例中，该方法包括间歇地从电容器中汲取电力以用于向电流传感器供电。

在另一个实施例中，安装多根电力电缆包括安装具有包含在外壳中的电流和电压监测模块和收发器的电力电缆，该外壳被配置成用于容纳每根电缆的插口端与插头端中的至少一个。

根据另一个方面，提供了一种系统，其包括：设备机架，该设备机架具有用于待安装在机架中的装置的安装轨；安装在安装轨上的多个计算单元；具有电流和电压监测电路的多根电力电缆；以及被配置成用于从电缆中的每一根接收电流和电压数据的服务器。每根电缆都被耦合到所述计算单元中的一个，并且每根电缆都包括用于发送电流和电压数据的收发器。

根据一个实施例，该系统包括一个无线接收器，用于从收发器接收电流和电压数据，并将该电流和电压数据发送到服务器。根据另一个实施例，该无线接收器被配置成用于在第一模式下接受收发器进入由该无线接收器控制的网络，并且该无线接收器被配置成用于在第二模式下防止新的收发器连接到由该无线接收器控制的网络。根据一个实施例，该无线接收器被配置成使用无线低功率通信协议来进行通信。

附图说明

附图并非按比例绘制。在附图中，在各图中示出的每个相同的或近似相同的部件用相同的数字表示。为清楚起见，在每幅图中，并不是每个部件都做了标记。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的服务器机架的背面图;

图2是根据本发明的一个实施例的插头、电缆和插口的图;

图3A是根据本发明的实施例的示出电流和电压监测电路的电缆插口的前透视图;

图3B是根据本发明的实施例的示出电流和电压监测电路的电缆插口的后透视图;

图4是根据本发明的实施例的电流和电压监测电路的示意图;

图5是根据本发明的实施例的示出集成电路和收发器的示例性休眠-唤醒周期的图;

图6是根据本发明的实施例的用于监测多个装置的电流和电压使用的系统的示意图;以及

图7是根据本发明的实施例的监测多个装置的电流和电压使用的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例并不将其应用限制在下面的说明中所阐述的或附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明的实施例还可以是其它的实施例，或者可以以多种方式被实践或实施。同样，此处所使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。这里的“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变型的使用，是指包括此后列出的项及其等同项和附加项。

图1是根据本发明的一个实施例的包含计算装置104a-104j的设备机架102的后侧面的图100。机架102的后侧面包括两个在机架上安装的PDU103a和103b，其中的每一个都具有多个输出口插孔106a-106j和108a-108j。计算装置104a-104j通过使用电缆110a-110j和112a-112j被插入到输出口插孔106a-106j和108a-108j。每个计算装置104a-104j都被插入到两个输出口插孔，即PDU103a的一个输出口插孔和103b的一个输出口插孔。在一些实施例中，PDU由不同的电源供电，以用于向这些计算装置提供冗余电力。

根据一个特征，电缆110a-110j和112a-112j包含电流和电压监测技术，该技术通过每根电缆110a-110j和112a-112j监测电流和电压的使用。此外，这些电缆110a-110j和112a-112j中的每根都包括收发器，该收发器将来自电缆的电流和电压使用的测量结果发送到无线接收器。在一个实例中，无线接收器114是USB加密狗，并且USB加密狗被插入到计算装置104a-104j中的一个。在图1中，无线接收器114被插入到计算装置104b中。该计算装置104b从无线接收器114中接收电流和电压使用的测量结果。

根据一个实施例，用户通过使用计算装置104b可以查看电流和电压使用的测量结果。该测量结果可以被用于监测机架102上的计算装置104a-104j的电流和电压的使用情况。在一个实例中，用户可以使用该测量结果来确定计算装置104a-104j中的一个是否正在使用大量的电力。根据一个特征，该测量允许用户监测机架上的每个计算装置104a-104j的电力使用情况，并且将每个计算装置104a-104j中的电力使用情况与其它装置104a-104j的电力使用情况进行比较。用户也可以比较多个机架上的计算装置的电力使用情况。在一个实例中，计算装置104a-104j是服务器。

虽然示例性的机架PDU102包含10个计算装置，但是在其它实施例中，机架PDU102可以包含任何选定数量的计算装置。类似地，尽管示例性的机架PDU102包含位于一侧上的10个电力输出口106a-106j以及位于另一侧上的10个电力输出口108a-108j，以及两个机架PDU103a和103b，但是在其它的实施例中，机架PDU102可以在每一侧上包含任意选定数量的电源输出口，并且可以包含更多或更少的机架PDU。在一个实例中，机架PDU103a、103b每个都包含20个电源输出口。在另一个实例中，机架PDU103a和103b每个都包含25个电源插口。

根据一个特征，接收来自电缆的电流和电压测量结果的无线接收器114是USB加密狗，其包括使用低功率无线通信标准的收发器。在一个实例中，无线接收器114是带有使用IEEE802.15.4通信标准的收发器的USB加密狗。在另一个实例中，无线接收器114是包含

收发器的USB加密狗。该USB加密狗是外设适配器，其提供了无线收发器之间的短距低功率无线连接。在一个实例中，USB加密狗是

在另一个实例中，无线通信协议是蓝牙协议。在其它的实例中，无线通信协议可以是类似的简单的低功率短距协议。

根据另一个实施例中，无线接收器114是自给单元并且其被插入到输出口插孔，并且其包含有线或无线以太网连接器和处理器。无线接收器114被配置成用于以无线方式从多个电流和电压监测电缆接收数据。根据一个特征，无线接收器114通过TTL串行接口将数据发送到计算机或网络。在一个实例中，无线接收器114将数据发送到Radiocrafts模块。根据一个特征，当无线接收器114被插入到输出口插孔时，它仅覆盖了那个被插入的输出口插孔，并且不阻挡相邻的输出口插孔。

在一个实施例中，无线接收器114包括一个或多个旋转开关。旋转开关可以支持选定数量的联网的收发器。例如，在一个网络中的所有装置可以共享个人局域网络身份标识（PANID）号，并且装置可以仅从具有相同PANID号的其它装置中接收业务。PANID号被进一步详细描述于2010年12月22日提交的题为“无线通信系统和方法（WirelessCommunicationSystemandMethod）”的序列号为12/976,352的美国专利申请中，其属于美国电力转换公司，该申请被全文纳入本文。在一个实例中，旋转开关支持多达约100个网络。在一个实施例中，无线接收器114包含LED灯，其可被用于指示该无线接收器当前是否正在将新的子收发器接受到其网络中。在另一个实施例中，无线收发器114包含按钮，用户可以将该按钮按下以使该接收器尝试与子收发器重新连接。

根据一个实施例，按下并保持无线接收器114上的按钮将清除其子收发器列表，并使得无线接收器114将被打开，以用于将新的子收发器接受到其网络中。根据一个特征，当无线接收器114打开以接受新的子收发器时，该无线接收器114上的LED将点亮为实心绿色。根据另一个特征，当LED为绿色时再次按下按钮，将会使无线接收器114返回到不允许加入（no-join）的模式，在这种模式下，将不接受新的子收发器到其网络中。

根据另一个实施例，无线接收器114可以从用于机架PDU中的所有装置的电力电缆中包含的电力监测装置中接收信号。在一个实施例中，标准的机架PDU包括40个单元空间。在一个实例中，在机架PDU上的每个装置都占用两个单元空间，所以标准的机架PDU可以包含20个装置。每个装置接纳两根输入电缆，所以共有40根输入电缆，每根电缆都具有带收发器的电力监测装置，其中该收发器将电流和电压测量结果发送到无线接收器114。在另一个实施例中，高机架PDU包括48个单元空间。在一个实例中，高机架PDU包括各接纳两根输入电缆的24个装置。因此，高机架PDU无线接收器114从48根电缆接收信号。根据一个特征，每根电缆中的收发器以规则的间隔发送数据，并且这些间隔被隔开，使得不同的收发器在不同的时间发送数据。根据一个特征，这节约了接收器114的接收带宽。

图2是根据本发明的实施例的电缆200的图示，其包括插头202、连接线204和插口206。该电缆包括电流和电压监测电路和收发器。在一个实施例中，电流和电压监测电路和收发器被封装在插口206的外壳中。在另一个实施例中，电流和电压监测电路和收发器被封装在插头202的外壳中。电流和电压监测电路测量从插口206中汲取的电流和电压。该电流和电压测量结果被发送到收发器，并且该收发器以无线的方式发送测量结果。根据一个方面，电缆200的插头202只覆盖典型机架PDU的一个输出口插孔。

根据一个实施例，插口206是标准的IECC13插口并且插头202是标准的IECC14插头。根据IECC13标准，插口的额定电流根据UL（保险商实验室公司（UnderwriterLaboratoriesInc.））或CSA（加拿大标准协会）IECC13标准是15A，并且该插口的额定电流根据VDE（VerbandderElectrotechnik）或欧洲IECC13标准是10A。额定电压为250伏。根据IECC13标准，插口中的两个外针孔之间相距14毫米。根据一个实施例，插口206的外壳可以比典型的插口外壳稍大，以用于容纳电流和电压监测电路，但是插口206要符合IECC13标准。

根据其它的实施例，插口206可以是另一种类型的插口，并且插头203可以是另一种类型的插头。在一个实例中，插口206是一种标准的IEC60320类型的插口，而插头203是另一种标准的IEC60320类型的插头。在各种实施例中，插口206可以是IECC1、C3、C5、C7、C9、C11、C15、C15A、C17、C19、C21或C23插口。插头202可以是对应的IECC2、C4、C6、C8、C10、C12、C16、C16A、C18、C20、C22或C24插头。

根据另一个实施例，插口206包括可以用作按钮的霍尔效应传感器。当磁体在霍尔效应传感器附近摆动时，传感器起到重置收发器的作用，并使其搜索无线接收器。在一个实施例中，磁体可被安装到无线接收器114中，并且插口206可以被固定到与无线接收器114很接近的位置，以便于启动插口206中的霍尔效应传感器，并使其搜索无线接收器。在另一个实例中，无线接收器114可被固定到与插口206很接近的位置以便于启动霍尔效应传感器。根据一个优点，在无线接收器114中包含进磁体可允许用户容易地定位磁体以用于重置该收发器。

在另一个实施例中，用于启动霍尔效应传感器的磁体是外部手持磁体。根据一个实施例，按下虚拟按钮（或启动该霍尔效应传感器）可使无线收发器退出“不允许加入”模式并且可使其搜索无线接收器。当无线收发器检测无线接收器并且该无线接收器接受该收发器进入其网络时，该收发器返回到不允许加入模式。根据一个特征，当该无线收发器正在搜索接收器时，无线接收器114上的LED灯点亮呈绿色。一旦该无线收发器已经发现接收器并且已经加入网络，那么当该收发器返回到不允许加入模式时LED灯关闭。

根据一个实施例，当插口206上的虚拟按钮被启动时，收发器将首先尝试加入其最近将数据发送到的接收器的网络。根据一个特征，在虚拟按钮被无意地按下的情况下，该收发器首先试图连接到其先前的网络。根据一个实施例，如果子收发器已经在无线接收器的已联网的子收发器的列表上，那么即使在无线接收器处于不允许加入模式下并且没有正在接受新的子收发器时，现有的子收发器也可以尝试加入无线接收器网络。根据一个实施例，无线收发器包含用于PANID（个人局域网身份标识）的网络编号算法以及用于访问该无线接收器的加密钥匙。根据一个特征，该无线收发器每次只在很短的时间段内是有效的，并且在其有效期间仅搜索无线接收器。

根据一个实施例，该电流和电压监测电路通过电缆200的插口206来测量电力使用情况。该测量结果包括均方根（RMS）电压、RMS电流、RMS伏-安（（RMS伏）*安培），以及RMS瓦特。根据一个实例，RMS瓦特是（伏*安培）的多个样本的总和。例如，RMS瓦特可以是来自一个AC周期的（伏*安培）的所有样本的总和。根据一个实施例，该测量结果可以包括失真和置信因子。根据另一个实施例，无线接收器中的处理器计算一组测量结果的电力因子，其中，该电力因子是伏-安培与瓦特的比值。根据另一方面，电流和电压监测电路被容纳在电缆200的插头202中而不是被容纳在插口206中。

根据一个方面，用于电流和电压监测电路的固件通过到无线接收器114的无线通信链路可以被远程更新。在一个实例中，用于更新该固件的串行数据被发送到电流和电压监测电路中的数字霍尔效应传感器。

根据另一个方面，每根电缆200在使用之前都进行初始工厂测试，并且该初始工厂测试包括识别电缆200的MAC地址和制造日期。根据一个特征，在电源连接线上的标签上包括MAC地址和产品序列号。根据一个特征，工厂测试包括电流传感器的偏移和增益的校准。在一个实例中，通过将比特流数据发送到数字霍尔效应传感器，电流传感器可以以无线方式被校准。根据一个特征，数字霍尔效应传感器具有大约100kHz的带宽。

图3A是根据本发明的实施例的电缆200的插口部分206的顶部透视图，其中外壳的一部分被移除以便于显示电流和电压监测电路302。电流传感器304位于电缆中电导体的带电线（liveline）306上。电源电容器308被设置成邻近该电流和电压监测电路302。电流和电压监测电路302包括用于发送电流和电压测量结果的收发器。根据一个特征，电源电容器308储存输入电力，然后将额外的电荷以规则间隔提供给收发器，其中，该收发器可以使用其以规则的间隔发送所记录的电流和电压测量结果。

根据一个实施例，该电流传感器304检测带电线306中的电流并且产生与所检测的电流成比例的信号。在一个实例中，电流传感器304是紧凑的、精密的55安培的电流传感器，并且其可以被设计成用于在3V左右至5.5V左右之间进行操作。电流传感器304可以具有径向格式。

图3B是根据本发明的实施例的电缆200的插口部分206的侧面透视图，其中，该外壳的一部分被移除以便于示出电流和电压监测电路302。电流传感器304被示出为定位于带电线306周围。该电源电容器308被定位于邻近该电流和电压监测电路302的位置。电流和电压监测电路302邻近线306。

图4是根据本发明的实施例的电流和电压监测电路400的示意图，其包括具有收发器的第一集成电路402。电流和电压监测电路400还包括电流传感器304以及电压监测电路，该电压监测电路包括第一电阻器430、第二电阻器432、第三电阻器440、第四电阻器442和第五电阻器444。线406是AC（交流电）线路，并在线406上汲取的电流以及在线406上的电压将通过电路400被测量并且由集成电路402中的收发器发送。

根据一个方面，电源电容器308是主电源电容器。在AC周期的正半周期期间，通过第一二极管412的电流对电源电容器308进行充电。在一个实例中，电源电容器308具有0.33μF的电容并且是额定的250伏的交流电压。在AC周期的负半周期期间，该电源电容器308通过第二二极管416将电力释放到主存储电容器418中。在一个实例中，主存储电容器418具有47μF的电容以及16V的电压。在第二二极管416和主存储电容器418之间是第一公共节点426。根据一个特征，电源电容器308对该主存储电容器418进行充电。第三二极管420是齐纳二极管并且可用作电压调节器或电压限制器，用于防止主存储电容器418的过充电。

第一公共节点426被耦合到第二集成电路422。根据一个特征，第二集成电路422包括电压调节器，其在一个实施例中提供3.3伏的输出电压。根据一个特征，第二集成电路422被耦合到铁氧体磁珠（ferritebead）428，其被用于防止RF干扰。

根据一个方面，一系列的电阻器形成了分压器，其中，来自该分压器的电压可被监测。第一电阻器430与第二电阻器432串联耦合。第二公共节点434处于第一电阻器430和第二电阻器432之间。第二公共节点434连接到线436。线436将第二公共节点434与第一集成电路402连接。在中线438和第二公共节点434之间是串联连接的第三电阻器440、第四电阻器442和第五电阻器444。根据一个特征，第三电阻器440、第四电阻器442和第五电阻器444提供了安全机制，使得如果第三电阻器440、第四电阻器442和第五电阻器444中的一个发生故障，其它两个电阻器将提供足够的电阻来保护该电路。根据另一个特征，该电压监测测量结果通过线436被传送到第一集成电路402。

根据一个实施例，当中线438处的电压相对于线406为正时，它会拉高第一电阻器430和第二电阻器432之间的中间抽头电压。类似地，当中线438处的电压相对于线406为负时，其拉低第一电阻器430和第二电阻器432之间的中间抽头电压。在一个实例中，中线438处的电压为正的354伏。在另一个实例中，中线438处的电压相对于线406是负的354伏。根据一个特征，第二公共节点434被连接到第四肖特基二极管454和第五肖特基二极管456之间的点。在一个实例中，第四二极管454和第五二极管456可作为保护二极管来防止AC线406上的电压浪涌。

根据一个方面，第三集成电路450通过电流传感器304测量线406上的电流。第三集成电路450被耦合到第一集成电路402并且可以通过线462和464从第一集成电路402接收输入。线462和464是来自第一集成电路402的高电流输出。线462和464在第四公共节点466处是同向的，并将电力供应到集成电路450。根据一个特征，从第三集成电路450到第一集成电路402的输出线452携带大约1.65伏的电压。根据一个实例，1.65伏特的输出电压是大约一半大小。根据另一个特征，从第三集成电路450到第一集成电路402的输出线452携带15mV/A。根据一个特征，用于电流传感器304的零点校准因子和增益校准因子在电流和电压监测电路400的配置期间以无线的方式被计算，并被存储为参考值。

根据一个方面，第一集成电路402中的收发器被耦合到天线电路410。第一集成电路402中的收发器使用天线电路410来发送电流和电压测量结果。根据一个实施例，该收发器和第一集成电路402具有约1.4μA的休眠电流并且包括多个精确的A/D通道。

根据另一个特征，电流和电压监测电路400包括第四集成电路458。集成电路458被配置成用于允许用户打开该收发器并使该收发器与主接收器配对。在一个实施例中，当磁体被靠近放置时，集成电路458感测到磁体并且使开关闭合，接通收发器。磁体和开关的使用提供了用户接口，而无需外壳中实际的孔，该孔可能会影响外壳的完整性。

根据一个特征，电源电容器308储存用于集成电路和收发器402的能量以便于其处于唤醒模式时使用。在一些实施例中，集成电路和收发器402每次可以从主存储电容器418中汲取最大量的电流，并且电源电容器308可提供超过集成电路和收发器402所需的最大数量的电力。在一个实例中，该集成电路和收发器402从主存储电容器418中可以连续汲取的最大的电流是6.2mA左右。

在一个实施例中，电源电容器308是47μF的电容器，并且被充电到14V。在一个实例中，电源电容器308以与电流成比例的速率进行线性放电。根据一个实施例，电源电容器308和主电力存储电容器418形成了电容分压器，该电容分压器将AC电压步降以便于在电源中进行使用。根据一个实施例，该电流和电压监测电路被配置成可以在选定的时间段内接通而无需接通收发器。

电流和电压监测电路400包括耦合到第一集成电路402的晶振460。晶振460的作用是周期性地唤醒该集成电路402。在一个实施例中，集成电路402在大部分时间处于休眠模式。晶振460在一个线周期内唤醒该集成电路402，并且随后该集成电路402返回到休眠模式。在一个实例中，集成电路402在一个线周期期间对电流和电压使用情况的测量结果采样32次。在另一实例中，集成电路402在一个线周期期间对电流和电压使用情况的测量结果采样20次。在又一个实例中，集成电路402在一个线周期期间对电流和电压使用情况的测量结果采样16次。在另一个实例中，集成电路402在25ms的时间段内对电流和电压使用情况的测量结果采样25次，因此是每毫秒取得一个样本。

根据一个特征，该集成电路402醒来，采集一些样本，然后再进入休眠。几个周期之后，集成电路402再度醒来而无需打开收发器并完成对所采集的样本的电力计算。集成电路402确定该计算结果是否已经不同于先前发送的根据预定的可配置的数量的计算结果，并且如果是这样的话，那么就准备在其进入休眠模式前发送该计算结果。几个周期之后，如果被确定是有必要的，那么集成电路402和收发器将醒来，并且该收发器发送该计算结果。在一个实施例中，如果计算结果的改变还没有超过预定的数量，那么收发器将不发送该计算结果。根据一个实例，集成电路402每5个AC周期醒来一次以便于进行测量。在其它的实例中，集成电路402每10个AC周期、每20个AC周期、每50个AC周期、或每100个AC周期醒来一次以便于进行测量。

根据一个实施例，电流传感器电路汲取了9mA的电流。根据一个特征，电流传感器尽可能不频繁地被接通，因为这样的频繁接通汲取的电流大于该主存储电容器418可以连续供给的电流。在一个实例中，电流传感器具有3.5μs的稳定时间并且ADC需要132μs来产生12位的读数值。这是14%的占空比，其等于除了处理器所汲取的10mA之外的1.26mA的平均值。在另一个实例中，该ADC需要68μs来产生10位的读数值。

图5是示出集成电路和收发器402的示例性的休眠-唤醒周期的图。应该注意到，图500并不是按比例绘制的。该图的x轴表示时间，y轴表示电流使用情况。根据此实例，在五秒的时间段内，集成电路和收发器402处于唤醒模式下达50ms。在这50ms期间内，集成电路402处于唤醒模式下，其正在通过带电线406测量电流和电压的使用情况。在集成电路402处于唤醒模式下的50ms中的40ms期间，其消耗大约9mA的电流。在该集成电路402处于唤醒模式下的50ms中的10ms期间，其还要发送电流和电压使用情况的测量结果，并消耗大约30mA的电流。

根据一个特征，将集成电路和收发器402配置成遵循休眠-唤醒周期，其中在该休眠-唤醒周期中，集成电路和收发器402在大部分时间处于休眠模式，节省了功率，并且使电源电容器308的尺寸最小化。根据一个特征，电源电容器308的尺寸的最小化允许电流和电压监测电路400在物理上可以安装在插口206或插头202的外壳内。

根据一个实例，可以使用电力使用效率（PUE）算法来计算数据中心的效率:

PUE=（总共的设备负载）/（计算负载）

其中，总共的设备负载是数据中心所使用的电力的总量，包括用于制冷、照明和其他开销的电力使用的电力，并且该计算负载是计算设备所使用的电力。PUE向数据中心操作人员提供了数据中心的效率的有效测量，但是准确地测定PUE通常是困难的。尽管数据中心的总电力的测定是简单的，但是通常难以测定源于数据中心内的计算设备的总负载是多少。本发明的实施例可被用于测量数据中心中的所有计算设备的电力使用情况，从而使得PUE的测定更精确。

图6是用于监测多个装置的电流和电压的使用的系统600的示意图。系统600包括电缆602，该电缆602具有电流和电压监测电路以及使用无线低功率通信标准的收发器，该系统600还包括无线接收器604，该接收器604使用无线低功率通信标准，用于接收从电缆602中的收发器中发送的电流和电压使用水平，该系统600还包括耦合到该无线接收器604的计算机606。在一个实例中，该无线低功率通信标准是IEEE802.15.4标准。在另一个实例中，无线低功率通信标准是

标准。计算机606可以监测来自电缆的电流和电压的使用情况的信息，或者用户可以使用计算机606来监测电流和电压的使用情况的信息。根据一个实施例，多根电缆602被安装在机架PDU中，并且以无线的方式经由收发器发送电流和电压大小，该收发器使用无线低功率通信标准。根据一个特征，无线接收器604接收来自多根电缆602的电流和电压大小，并且计算机606监测来自电缆602的电流和电压使用情况的信息。

图7是监测多个装置的电流和电压的使用情况的方法700的流程图。在方框702，具有电流和电压监测电路的多根电缆的插头端被耦合到机架中的多个电力输出口。在方框704，每根电缆的插口端被耦合到计算单元。每根电缆中的电流和电压监测电路测量电流和电压的使用情况，并且在方框706，每根电缆中的无线收发器将测量结果经由无线接收器发送到服务器。根据一个实施例，通过无线收发器发送期间不进行电压测量，这是因为发送电流可能会影响电压测量。在一个实例中，无线收发器和无线接收器可以使用无线低功率通信标准。在一个实例中，无线低功率通信标准是IEEE802.15.4标准。在另一个实例中，无线低功率通信标准是

标准。在方框708，来自每根电缆的电流和电压的使用情况的信息可以在服务器处被监测。在一个实例中，服务器自动地监测电流和电压信息。在另一个实例中，用户监测在服务器处收集的电流和电压的使用情况的信息。

根据一个实施例，在此公开的系统和方法可在三相电力连接线中实现。在本实施例中，电流和电压监测电路包括三个电流感测电路（每相一个）和三个电压检测电路（每相一个）以及一个收发器、一个第一集成电路、一个电源电容器308和一个主存储电容器418。根据其它实施例，在这里公开的系统和方法可以在其它的多相电力连接线中实现。

在此公开的系统和方法可以提供一个自动的、易于使用的现场装置，其用于为用户进行测量和计算以便于使效率最大化并且可以增加系统的可靠性。实施例可以包括在执行自动化的计算中考虑的一组用户可配置的变量和/或限制，以便于以匹配用户所需的安全级别的方式在用户使用自动化工具时向其提供最大的灵活性。该系统和方法可以与电力监测软件结合使用，以便于进一步提供可用电力的全面检查，考虑历史上的和/或实时的数据（即，最大和/或平均负载信息），并且考虑冗余系统中的电源损耗，以及用户可配置的最大负载阈值以确保用户或操作人员配置所附连的负载以得到最大的稳健性，以及确保符合用户策略偏好以最小化过载和负载降低的可能性。

在此公开的嵌入式测量装置、算法以及数据的计算可被配置成用于向附属设备的电力连接的最佳配置提供建议，以及提供此处所述的其它建议。实施例可以包括使用来自外部装置的通信方法。这种外部装置可以包括其它机架PDU、其它的硬件（例如，远程配电盘或馈线PDU）、和/或其它外部软件（例如，罗德兰岛西金斯敦的美国电力转换公司提供的APCInfrastruxure中央管理器、或第三方应用软件、以及对嵌入到机架PDU自身中的这些数据的进行处理（以便于基于外部信息和在机架PDU自身内收集的数据来向用户提供建议和/或所计算的数据）的软件）。实施例还包括安装到机架PDU中的显示器，例如，LCD、LED、或其它类型的显示器，以及任何相关的用户界面，其可以是交互式的以便于在机架PDU处向用户实时显示测量结果或建议。可选的实施例可以包括直接连接到机架PDU的可选的外部显示器，例如，LCD、LED、或其它类型的显示器，以及任何相关的用户界面，其可以是交互式的以便于在机架PDU处向用户实时显示测量结果或建议。还可以提供经由嵌入式网络接口、SNMP、串口将此数据发送给远程位置的方法，以及将机架PDU中处理的信息发送给其它装置的任何其它的通信方法。

在某些实施例中，例如，出于数据分析目的，该测量结果可以被记录在PDU的网络管理卡的嵌入式存储器中。操作人员可以利用该测量数据，尤其是电流和功率数据，以获得特定的性能改进。例如，这种测量数据可以用于监测电流汲取以避免电路过载。测量数据的另一个用途是可以追踪用于容量规划或冷却规划的电力使用情况。

在上述的实施例中，电力监测和收发器电路主要被描述为包含在电源连接线的插口端处的外壳中。在其它的实施例中，该电路可以被包含在电源连接线的插头端处的外壳中或是包含在电源线的插头端和插口端之间的任何点处的外壳中。

这样描述了本发明的至少一个实施例的几个方面之后，应当理解，本领域的技术人员将容易想到各种变化、修改和改进。这些变化，修改和改进被视为本公开的一部分，并且被视为在本发明的精神和范围之内。例如，电气部件的其它结构可以用于产生类似的功能（例如，收发器功能、或其它功能）。相应地，前述说明和附图仅为示例形式。

Claims (20)

1.一种电缆，所述电缆包括:

插头，其位于所述电缆的第一端；

插口，其位于所述电缆的第二端；

第一导体和第二导体，所述第一导体和所述第二导体从所述插头延伸至所述插口；

电流和电压监测模块，其被耦合到所述第一导体和所述第二导体并且被配置成测量所述导体的电流和电压大小；

收发器，其被耦合到所述电流和电压监测模块，并且被配置成接收与所述电流和电压大小相关的数据，以及发送与所述电流和电压大小相关的数据；以及

外壳，其被配置成容纳所述电流和电压监测模块、所述收发器、以及所述插口和所述插头中的一个。

2.如权利要求1所述的电缆，其中，所述收发器被配置成使用无线低功率通信协议来发送与所述电流和电压大小相关的所述数据。

3.如权利要求2所述的电缆，其中，所述无线低功率通信协议是IEEE802.15.4标准。

4.如权利要求1所述的电缆，其中，所述电流和电压监测模块被配置成在休眠模式和唤醒模式中的一种模式下操作。

5.如权利要求1所述的电缆，还包括电容器，所述电容器被配置成储存用于所述电流和电压监测模块和所述收发器中的至少一个的操作电力。

6.如权利要求5所述的电缆，其中，所述电流和电压监测模块被配置成在休眠操作模式下对所述电容器进行充电。

7.如权利要求1所述的电缆，其中，所述插口是IECC13标准插口。

8.如权利要求1所述的电缆，其中，所述插头是IECC14标准插头。

9.如权利要求1所述的电缆，其中，所述电缆是三相电缆。

10.一种用于监测安装在设备机架中的装置的电流和电压的方法，所述方法包括:

将多根电缆安装在所述设备机架中，所述电缆中的每一根都具有电流和电压监测模块；

将所述多根电缆中的每一根耦合到所述设备机架中的计算装置；

将电流和电压数据从所述多根电缆的每一根中的收发器发送到服务器；以及

在所述服务器监测来自所述多根电缆的每一根的电流和电压数据。

11.如权利要求10所述的方法，还包括:

在无线接收器接收所述电流和电压数据；以及

将所述电流和电压数据发送到所述服务器。

12.如权利要求10所述的方法，其中，发送电压和电流数据包括以间歇的间隔发送电流和电压数据。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述多根电缆的每一根以不同的非重叠的时间间隔发送电流和电压数据。

14.如权利要求10所述的方法，还包括:

间歇地从所述电缆中的电容器汲取电力以用于从所述收发器发送电流和电压的使用信息。

15.如权利要求14所述的方法，还包括:

间歇地从所述电容器中汲取电力以向电流传感器供电。

16.如权利要求10所述的方法，其中，安装所述多根电力电缆包括安装具有包含在外壳中的所述电流和电压监测模块和所述收发器的电力电缆，所述外壳被配置成容纳每根电缆的插口端与插头端的至少一个。

17.一种系统，包括:

设备机架，其具有用于供装置安装在该机架中的安装轨；

多个计算单元，其安装在所述安装轨上；

多根电力电缆，其具有电流和电压监测电路，其中，每根电缆耦合到所述多个计算单元中的一个，其中，所述多根电缆中的每一根都包含收发器，所述收发器用于发送电流和电压数据；以及

服务器，其被配置成接收来自所述多根电缆的每一根的所述电流和电压数据。

18.如权利要求17所述的系统，还包括无线接收器，所述无线接收器用于接收来自所述收发器的所述电流和电压数据，并且将所述电流和电压数据发送到所述服务器。

19.如权利要求17所述的系统，其中，所述无线接收器被配置成在第一模式下接受收发器进入由所述无线接收器控制的网络，并且其中，所述无线接收器被配置成在第二模式下防止新的收发器与由所述无线接收器控制的所述网络连接。

20.如权利要求17所述的系统，其中，所述无线接收器被配置成使用无线低功率通信协议进行通信。

Images