CN104767271B - N+1冗余电源系统及其实现智能降耗的方法 - Google Patents

N+1冗余电源系统及其实现智能降耗的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种N+1冗余电源系统及其实现智能降耗的方法，在N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法中，在负载减少时，进行以下步骤：判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1；在正常模式下的电源模块的数量大于1时，检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关；在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。实施本发明的技术方案，可提升电源系统的整机电源转换效率。

Description

N+1冗余电源系统及其实现智能降耗的方法
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种N+1冗余电源系统及其实现智能降耗的方法。
背景技术
冗余电源系统是在一个由有多个电源模块组成的供电系统，多个电源模块共同给用电设备供电，当某个电源模块发生异常时，其它电源模块仍可以继续工作，不影响设备的正常运行，操作人再更换异常的电源模块，使供电系统恢复正常。
传统的冗余电源系统是在上电后所有电源模块均启动，并同时给用电设备供电，但是，电源系统中各电源模块的效率会因负载情况的不同而变化，如图1所示，当负载太小(<20％)时效率明显降低。以一个5+1冗余电源系统为例，单个电源模块的满载功率为1200W，该冗余电源系统的输出功率为6000W。如果负载功率仅为600W，那么每个电源模块分得的负载功率为100W，小于满载功率的10％。由图1的曲线来看，电源模块的效率小于80％，进而该电源系统的整机效率也小于80％，此时，六个电源模块的输出功率为750W(600W/0.8)，该电源系统的损耗为150W(750W-600W)，因此，该电源系统在负载较小时损耗较大，转换效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电源系统在负载过小时效率降低缺陷，提供一种能提升电源转换效率的N+1冗余电源系统及其实现智能降耗的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法，在负载减少时，进行以下步骤：
A1.判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1；
A2.在正常模式下的电源模块的数量大于1时，检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关；
A3.在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。
在本发明所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法中，所述步骤A3为：
在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，按照电源模块的预设顺序将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。
在本发明所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法中，所述第一预设值为(M-1)*Pm*X，其中，M为正常模式下的电源模块的数量，Pm为单个电源模块的满载功率，X为系数，且30％≤X≤60％。
在本发明所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法中，在负载增加时，进行以下步骤：
B1.检测正常模式下的电源模块的功率，并判断正常模式下的电源模块的功率是否大于第二预设值；
B2.在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
在本发明所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法中，所述步骤B2为：
在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，按照电源模块的预设顺序将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
在本发明所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法中，在负载增加时，进行以下步骤：
C1.降耗模式下的电源模块检测自身的功率，并判断自身的功率是否大于第三预设值；
C2.在自身的功率大于第三预设值时，退出降耗模式进入正常模式。
本发明还构造一种N+1冗余电源系统，包括N+1个电源模块，N≥2，所述电源系统包括：
数量判断单元，用于判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1；
总功率判断单元，用于在正常模式下的电源模块的数量大于1时，检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关；
模式控制单元，用于在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。
在本发明所述的N+1冗余电源系统中，所述第一预设值为(M-1)*Pm*X，其中，M为正常模式下的电源模块的数量，Pm为单个电源模块的满载功率，X为系数，且30％≤X≤60％。
在本发明所述的N+1冗余电源系统中，所述电源系统还包括模块功率判断单元，而且，
所述模块功率判断单元，用于检测正常模式下的电源模块的功率，并判断正常模式下的电源模块的功率是否大于第二预设值；
所述模式控制单元，还用于在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
在本发明所述的N+1冗余电源系统中，所述电源模块包括：
功率检测单元，用于在降耗模式下检测自身的功率，并判断自身的功率是否大于第三预设值；
模式切换单元，用于大于第三预设值时，退出降耗模式进入正常模式。
实施本发明的技术方案，当负载减小时，电源系统中所有电源模块的输出功率都比较小，此时，若电源系统的总输出功率小于等于第一预设值，则将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式，这样处于正常模式的电源模块则会拉上更多的负载，因此，正常模式下的电源模块的效率就提高了，从而使得电源系统的整机电源转换效率得到提升。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中供电系统的效率与负载的关系曲线图；
图2是本发明N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法实施例一的流程图；
图3是本发明N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法实施例二的流程图；
图4是本发明N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法实施例三的流程图；
图5是本发明N+1冗余电源系统实施例一的逻辑图；
图6是本发明N+1冗余电源系统实施例二的逻辑图。
具体实施方式
图2是本发明N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法实施例一的流程图，该方法在负载减少时，进行以下步骤：
A1.判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1，若是，则执行步骤A2；若否，则重复执行步骤A1；
A2.检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值，若是，则执行步骤A3；若否，则执行步骤A1；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关；
A3.将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式，然后执行步骤A1。
在上述实施例中，需说明的是，在该N+1冗余电源系统上电后，所有的(N+1个)电源模块均进入正常模式，即，均向用电设备输出功率。另外，关于电源模块降耗模式的进入和退出可通过以下方式来实现：当一个电源模块需要由正常模式切换至降耗模式时，可将该电源模块的输出电压调低，由于隔离的作用，该电源模块将不输出能量。当该电源模块接收到退出降耗模式的指令时，该电源模块再将电压调回正常值。
而且，可预先通过硬件或软件的方式对各个电源模块进行编号，设置该N+1个电源模块的顺序，这样，在步骤A3中，可按照电源模块的预设顺序将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。
另外，关于第一预设值，其与正常模式下的电源模块的数量相关，例如该第一预设值为(M-1)*Pm*X，其中，M为正常模式下的电源模块的数量，Pm为单个电源模块的满载功率，X为系数，且30％≤X≤60％，X优选为50％。例如，在一个例子中，若该电源系统为5+1冗余电源系统，当上电后，六个电源模块均进入正常模式，即，M＝6，当判断电源系统的总输出功率小于等于2.5*Pm(5*Pm*50％)时，可关断第六个电源模块。这样，正常模式下的电源模块剩下五个，即，M＝5，若此时判断电源系统的总输出功率小于等于2*Pm(4*Pm*50％)时，可关断第五个电源模块。依次类推，直到剩下最后一个电源模块。
图3是本发明N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法实施例二的流程图，该方法在负载增加时，进行以下步骤：
B1.检测正常模式下的电源模块的功率，并判断正常模式下的电源模块的功率是否大于第二预设值，若是，则执行步骤B2，若否，则重复执行步骤B1。在该步骤中，第二预设值例如，为Pm*Y，其中，Y为系数，且60％≤Y≤90％，优选70％；
B2.将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式，然后再执行步骤B1。
优选地，在N+1冗余电源系统中，若预先设置了该N+1个电源模块的顺序，则在步骤B2中，可按照电源模块的预设顺序将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
图4是本发明N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法实施例三的流程图，该方法在负载增加时，进行以下步骤：
C1.降耗模式下的电源模块检测自身的功率，并判断自身的功率是否大于第三预设值，例如，第三预设值为Pm*Z，其中，Z为系数，且10％≤Y≤25％，优选20％；
C2.在自身的功率大于第三预设值时，退出降耗模式进入正常模式。
在上述实施例中，如果只有少量的电源模块在工作，当负载突然增大很多，超出了正常模式下的电源模块的最大电流值，则其会进入恒流模式，输出电压变低，当低至降耗模式下的电源模块的输出电压时，则降耗模式下的电源模块也会共同拉载。此时，降耗模式下的电源模块检测到自身功率大于第三预设值时，则其不需要系统发退出降耗模式的指令也会退出降耗模式进入正常模式。
关于图2、图3、图4所示的三个实施例，这里需要说明的是，步骤A1-A3的执行、步骤B1-B2的执行与步骤C1-C2的执行并无时间顺序，可同时执行，也可顺序执行，例如，先执行步骤A1-A3，再执行步骤B1-B2，最后执行步骤C1-C2。
图5是本发明N+1冗余电源系统实施例一的逻辑图，该N+1冗余电源系统包括N+1个电源模块，N≥2，而且，该电源系统还包括数量判断单元10、总功率判断单元20和模式控制单元30。其中，数量判断单元10用于判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1。总功率判断单元20用于在正常模式下的电源模块的数量大于1时，检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关，例如，第一预设值为(M-1)*Pm*X，其中，M为正常模式下的电源模块的数量，Pm为单个电源模块的满载功率，X为系数，且30％≤X≤60％，优选50％。模式控制单元30用于在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。
图6是本发明N+1冗余电源系统实施例二的逻辑图，该实施例的电源系统相比图5所示的实施例，所不同的仅是，还包括模块功率判断单元40，该模块功率判断单元40用于检测正常模式下的电源模块的功率，并判断正常模式下的电源模块的功率是否大于第二预设值。而且，模式控制单元30还用于在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
优选地，可预先通过硬件或软件的方式对各个电源模块进行编号，设置该N+1个电源模块的顺序，这样，模式控制单元30在对电源模块进行模式切换时，可按预设顺序进行切换。
另外，优选地，除了电源系统中的模式控制单元30能对电源模块进行模式切换外，每个降耗模式下的电源模块还能在负载突然增大很多时，控制自身由降耗模式切换至正常模式。因此，该电源系统中的每个电源模块包括有：功率检测单元和模式切换单元，其中，功率检测单元用于在降耗模式下检测自身的功率，并判断自身的功率是否大于第三预设值；模式切换单元用于大于第三预设值时，退出降耗模式进入正常模式。
此外，该电源系统中的每个电源模块还包括AC输入电路、PFC电路、DC-DC电路、DC输出电路、电压反馈电路、电流反馈电路和MCU控制电路。其中，AC输入电路包含EMI部分、整流部分。PFC电路用于功率因素较正，并将电压升至一个较高的值。DC-DC电路用于将PFC输出电压经过隔离变换成需要的输出电压。DC输出电路包含滤波线路和隔离输出线路。电压反馈电路用于对输出电压进行采样，并与基准电压进行比较，以控制DC-DC电路的PWM，从而将输出电压控制在预设范围内。电流反馈电路用于对输出电流进行采样，并与基准电流进行比较，以控制DC-DC电路的PWM，从而在输出电流过大时被恒定某一预设的值。MCU控制电路用于对电源内部时序的控制，通过对输出电压电流的检测，实现对电源进行过压过流的保护，通过I2C接口线路实现和外界的信息交换。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法，其特征在于，在负载减少时，进行以下步骤：
A1.判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1；
A2.在正常模式下的电源模块的数量大于1时，检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关；
A3.在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式；
在负载增加时，进行以下步骤：
B1.检测正常模式下的电源模块的功率，并判断正常模式下的电源模块的功率是否大于第二预设值；
B2.在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
2.根据权利要求1所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法，其特征在于，所述步骤A3为：
在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，按照电源模块的预设顺序将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式。
3.根据权利要求1所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法，其特征在于，所述第一预设值为(M-1)*Pm*X，其中，M为正常模式下的电源模块的数量，Pm为单个电源模块的满载功率，X为系数，且30％≤X≤60％。
4.根据权利要求1所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法，其特征在于，所述步骤B2为：
在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，按照电源模块的预设顺序将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
5.根据权利要求1所述的N+1冗余电源系统实现智能降耗的方法，其特征在于，在负载增加时，进行以下步骤：
C1.降耗模式下的电源模块检测自身的功率，并判断自身的功率是否大于第三预设值；
C2.在自身的功率大于第三预设值时，退出降耗模式进入正常模式。
6.一种N+1冗余电源系统，包括N+1个电源模块，N≥2，其特征在于，所述电源系统包括：
数量判断单元，用于判断正常模式下的电源模块的数量是否大于1；
总功率判断单元，用于在正常模式下的电源模块的数量大于1时，检测电源系统的总输出功率，并判断电源系统的总输出功率是否小于等于第一预设值；其中，所述电源系统的总输出功率为正常模式下的电源模块的功率之和，所述第一预设值与正常模式下的电源模块的数量相关；
模式控制单元，用于在电源系统的总输出功率小于等于第一预设值时，将其中一个正常模式下的电源模块切换至降耗模式；
所述电源系统还包括模块功率判断单元，而且，
所述模块功率判断单元，用于检测正常模式下的电源模块的功率，并判断正常模式下的电源模块的功率是否大于第二预设值；
所述模式控制单元，还用于在任何一个正常模式下的电源模块的功率大于第二预设值时，将其中一个降耗模式下的电源模块切换至正常模式。
7.根据权利要求6所述的N+1冗余电源系统，其特征在于，所述第一预设值为(M-1)*Pm*X，其中，M为正常模式下的电源模块的数量，Pm为单个电源模块的满载功率，X为系数，且30％≤X≤60％。
8.根据权利要求6所述的N+1冗余电源系统，其特征在于，所述电源模块包括：
功率检测单元，用于在降耗模式下检测自身的功率，并判断自身的功率是否大于第三预设值；
模式切换单元，用于大于第三预设值时，退出降耗模式进入正常模式。
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