CN104953694B - 电源分配系统 - Google Patents

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Abstract

一种电源分配系统，其包括至少一服务器以及耦接此至少一服务器的电源分配单元。电源分配单元包括电源分配控制器以及耦接至电源分配控制器的电源输入单元、电池和电源切换器。电源分配控制器会侦测电源输入单元从电源所接收的交流电的电压，其中倘若此电压大于第一临界值且小于第二临界值时，则电源分配控制器会切换电源切换器以耦接至电源输入单元，并将交流电提供给至少一服务器；反之，则切换电源切换器以耦接至电池，并将直流电提供给至少一服务器。基于此，本电源分配系统有效地减少电源供应时功率的消耗与浪费。

Description

电源分配系统
技术领域
本发明是有关于一种电源管理技术，且特别是有关于一种能够动态地切换供电来源以提供电源至服务器系统的电源分配系统。
背景技术
随着网际网络与科技的快速发展、软件与硬件的技术提升，许多企业对于信息技术(Information Technology，IT)服务的需求越来越高，因此通过网际网络结合大量的服务器以形成高速运算与具备大量储存能力的整合式电脑广为各企业所使用，然而由于信息技术的电子元件的功能强、速度高且规模大，所以需要大量且稳定的电源来维护数据中心的服务器系统的正常运行。
图1是绘示利用不断电系统(Uninterruptible Power Supply，UPS)供应数据中心稳定电源的电源分配系统的架构图。
请参照图1，一般而言，传统的电源分配系统是通过UPS来在电压发生异常(如，停电、欠压或干扰)的情况下不间断地为数据中心的服务器系统提供后备交流电，以维持信息技术服务的正常运行。由于UPS的供电原理是当市电正常时，将市电的交流电(AC)转换为直流电(DC)，并对UPS内的电池充电。一旦UPS侦测到市电电压出现异常或是断电时，再将储存于电池中的直流电转换为交流电，供给负载继续使用，以达到不断电的功能。因此，通过UPS的电流的转换再将电源传送至电源分配单元(Power Distribution Unit，PDU)的过程中，供电效率会降低且增加功率的消耗。据此，如何解决因转换效率降低而造成额外功耗增加的问题，已成为现今本领域技术人员所致力的重要课题。
发明内容
本发明提供一种电源分配系统，其能够当侦测到供电电源断电或异常时，通过配置有电池的电源分配单元，将欲提供至服务器的供应电源切换为电池的电源，以有效地减少供电时所需消耗的功率。
本发明提出一种电源分配系统，此系统包括至少一服务器以及耦接至此至少一服务器的电源分配单元。此电源分配单元包括电源分配控制器以及耦接至此电源分配单元的电源输入单元、电池与电源切换器。其中电源输入单元用以从一电源接收交流电，电池用以提供直流电，以及电源分配控制器用以侦测电源输入单元所接收的交流电的电压。倘若此电压大于第一临界值且小于一第二临界值时，则电源分配控制器会切换电切换器以耦接至电源输入单元，并将此交流电提供至至少一服务器；反之，倘若此电压小于第一临界值或大于第二临界值时，则此电源分配控制器会切换电源切换器以耦接至电池，并将直流电提供至至少一服务器。其中第二临界值大于第一临界值。
在本发明的一实施例中，上述的至少一服务器包括至少一电源供应单元，其中此电源供应单元用以将交流电或直流电转换为一低电压的直流电。
在本发明的一实施例中，上述的电源分配单元更包括充电器，此充电器耦接至电源输入单元且用以对电池进行充电。
在本发明的一实施例中，上述的电源分配系统更包括：机架管理单元，其用以通过网络接口与电源分配单元通信，特别是，机架管理单元更用以通过电源分配单元监测上述的至少一服务器。
在本发明的一实施例中，上述的网络接口包括乙太网络、内部整合电路(Inter-Integrated Circuit，i2C)及RS485传输接口的其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的电源分配控制器更用以取得电池的状态并且根据此状态来对电池进行活化。
基于上述，本发明实施例的电源分配单元能够动态地选择供应电源以分配交流或直流的电源至服务器，并且通过此具有电池的电源分配单元取代传统的不断电系统，以有效地解决传统因采用不断电系统所产生的额外功率消耗的问题。如此一来，藉由本发明的电源分配系统的架构与运行，可使数据中心的服务器皆能正常运行，并充分发挥整体系统的运行效能。另一方面，通过本发明实施例的电源分配系统的配置方式可达到节能并且能有效降低设备成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是绘示利用不断电系统(Uninterruptible Power Supply，UPS)供应数据中心稳定电源的电源分配系统的架构图。
图2是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配系统的架构示意图。
图3是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配系统的概要方块图。
图4是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配控制器所侦测的输入电压与输出电压的波形图。
图5是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配系统的运行流程图。
其中，附图标记说明如下：
100：电源分配单元
110：电源输入单元
120：充电器
130：电池
140：电源切换器
150：电源分配控制器
300：电源分配系统
310：服务器
312a：第一电源供应单元
312b：第二电源供应单元
320：服务器设备
330：机架管理单元
340：控制单元
342：对内网络接口
344：对外网络接口
350：交换器
351：网络连接端口
352：网络连接端口
n：网络连接端口
400：输入电压
400a：第一临界值
400b：第二临界值
410：输出电压
T0、T1、T2：时间点
S501、S503、S505、S507、S509：电源分配系统的运行流程图
具体实施方式
为了能够提升数据中心与信息技术服务的服务器系统的电源供应效率，本发明通过配置有电池的电源分配单元来动态的切换供应电源以取代传统的不断电系统，由此可减少额外的功率消耗。基此，供电的效率能够得以提升。
图2是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配系统的架构示意图。
请参照图2，图2所示的电源分配系统是通过一配置有电池的电源分配单元将由发电机所接收的电源分配至数据中心的各个服务器。相较于图1所示的电源分配系统，藉由配置有电池的电源分配单元取代图1所示的不断电系统，可避免不断电系统所造成的多余的功率消耗与效率降低的问题。
图3是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配系统的概要方块图。
请参照图3，电源分配系统300包括电源分配单元100、服务器310以及机架管理单元330。必须了解的是，尽管在本范例中是以一个服务器为例进行说明，但本发明并不限于此。例如，电源分配单元100亦可耦接多个服务器，并且将电源分配至多个服务器。更进一步地说，电源分配系统300可包括多个电源分配单元，且每一电源分配单元可耦接至少一个服务器。
电源分配单元100包括电源输入单元110、充电器120、电池130、电源切换器140以及电源分配控制器150。
电源输入单元110用以从外部电源(例如，市电)接收交流电。
充电器120耦接电源输入单元110，其用以通过电源输入单元110所接收的交流电对电池130进行充电，以及电池130则用以提供直流电。
值得一提的是，在本发明的一范例实施例中，配置有电池130的电源分配单元100是以zero U安装(zero U installation)方式安装于机架两侧，以节省机架内的空间。
电源分配控制器150耦接至电源输入单元110、电池130、电源切换器140，并且用以侦测由电源输入单元110所接收的交流电的电压。特别是，当所侦测的电压大于第一临界值且小于第二临界值时，电源分配控制器150会切换电源切换器140以耦接至电源输入单元110，并将交流电提供至服务器310。亦即，在电源分配控制器150所侦测的由电源输入单元110所提供的交流电的电压为正常时，会使用电源输入单元110所提供的交流电为供应电源。反之，倘若所侦测的电压小于第一临界值或大于第二临界值时，则电源分配控制器150会切换电源切换器140以耦接至电池130，并将直流电提供至服务器310。在此，第二临界值是大于第一临界值。
举例而言，由于发电机一般所提供的电压为220伏特(Volt，V)的交流电，因此在本发明一范例实施例中，电源分配控制器150会初始地将第一临界值设为220V的交流电的80％(即，176V的交流电)，来作为判断由电源输入单元110所接收的交流电的电压是否发生异常的下限值。类似地，电源分配控制器150会初始地将第二临界值设为220V的交流电的180％(即，324V的交流电)，来作为之后判断由电源输入单元110所接收的交流电的电压是否发生异常的上限值。然而，本发明不限于此，第一临界值与第二临界值亦可以根据电源分配单元100的整体运行来调整与设定。
图4是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配控制器所侦测的输入电压与输出电压的波形图。
请参照图4，输入电压400表示为由电源输入单元110所接收的交流电的电压变化，输出电压410则表示为电源分配单元100输出至服务器310的电源的电压变化。具体而言，电源分配控制器150会侦测由电源输入单元110所接收的交流电的电压，并且在时间点T0以前判断所侦测的输入电压400大于第一临界值400a且小于第二临界值400b，因此电源分配控制器150会切换电源切换器140耦接至电源输入单元110，并将交流电(即，时间点T0以前的输出电压410)提供至服务器310。倘若在时间点T0时，电源分配控制器150判断所侦测的输入电压400小于第一临界值400a并且判断此异常状况已持续一段时间(时间点T0～时间点T1)，则切换电源切换器140耦接至电池130，并且将直流电(即，时间点T2以后的输出电压410)提供至服务器310。其中时间点T1～时间点T2为电源切换器140的切换时间。
特别是，上述电源分配控制器150所执行的可动态地根据输入电压来切换直流电与交流电的机制中，直流电与交流电是使用相同的电源线从电源分配单元100传送至服务器310。由此，可降低设备的成本。
请再参照图3，服务器310包括第一电源供应单元312a与第二电源供应单元312b。当服务器310接收到电源分配单元100所提供的交流电或直流电时，会通过第一电源供应单元312a或第二电源供应单元312b将所接收的电源转换为一低电压(例如，12V)的直流电，并提供给服务器设备320，以维持服务器310的正常运行。例如，服务器设备320包括主机、储存器、交换器、主机板与备用电源供应单元等。值得一提的是，配置两个电源供应单元(第一电源供应单元312a与第二电源供应单元312b)于服务器310内，是为了当其中一个电源供应单元发生故障或无法再使用时，由另一个电源供应单元继续供应服务器电源，以维持正常的运行。然而，本发明不限于此，在本范例实施例中，亦可仅配置一个或配置两个以上的电源供应单元。
机架管理单元330包括控制单元340与交换器350。控制单元340包括对内网络接口342与对外网络接口344，由此，控制单元340可通过对内网络接口342与交换器350内的网络控制器(未绘示)耦接，并可通过此网络控制器所提供的网络接口，经由网络连接端口351连线至电源分配单元100，以与电源分配单元100通信。例如，网络接口可以是乙太网络、内部整合电路(Inter-Integrated Circuit，i2C)或RS485传输接口。特别是，通过此连线，机架管理单元330可对电源分配单元100发出控制信号、进行环境信息参数的传递，或是根据所接收的环境信息参数来对服务器的周边设备(未绘示)做调整，其中环境信息参数例如为服务器的电流、电压、温度、硬件状态…等即时信息与环境参数。举例来说，周边设备例如是风扇、水冷设备…等环境冷却装置，因此，机架管理单元330可根据由电源分配单元100所接收的环境信息参数来调整周边设备的使用。也就是说，机架管理单元330在初始化完毕后，会检测电源分配单元100是否存在，亦即，会检测电源分配单元100是否耦接至对应的网络连接端口351，接着，便可通过电源分配单元100来监测服务器310。
此外，机架管理单元330的控制单元340亦可通过对外网络接口344与外部网络进行通信，以得知服务器310的运行情况。例如，对外网络接口344可连线至服务器310所在的另一台交换器。
值得一提的是，在本发明的一范例实施例中，电源分配控制器150会取得电池130的状态，并且根据此状态来对电池130进行活化，以使得电池130维持在最佳状态并且延长其使用寿命。
图5是根据本发明一范例实施例所绘示的电源分配系统的运行流程图。
请参照图5，首先，在步骤S501中，电源分配控制器150会初始地设定第一临界值与第二临界值。
接着，在步骤S503中，电源分配控制器150会侦测由电源输入单元110所接收的交流电的电压。
在步骤S505中，电源分配控制器150会判断此电压是否大于第一临界值且小于第二临界值，倘若此电压值大于第一临界值且小于第二临界值时，则进入步骤S507。
在步骤S507中，电源分配控制器150会切换电源切换器140以耦接至电源输入单元110，并且将交流电提供至服务器310。
倘若在步骤S505中，电源分配控制器150判断电压并未大于第一临界值且也未小于第二临界值，亦即，当电压小于第一临界值或大于第二临界值时，则在步骤S509中，电源分配控制器150会切换电源切换器140以耦接至电池130，并且将直流电提供至服务器310。
综上所述，本发明的电源分配系统会当侦测到供电电源断电或异常时，通过配置有电池的电源分配单元来切换供应电源以分配电源分配单元中的电池所提供的直流电至服务器，进而有效地解决传统因采用不断电系统所产生的额外功率消耗的问题并且使得供电的效能得以提升。此外，本发明的电源分配系统藉由配置直流电与交流电共享的电源线以及通过活化电池的机制可有效地降低设备成本。再者，本发明的电源分配系统更进一步的通过诊断与检测服务器的状态，来维持服务器周边设备的运行。

Claims (5)

1.一种电源分配系统，其特征在于，包括：
至少一服务器，以及
一电源分配单元，耦接至该至少一服务器，其中该电源分配单元包括：
一电源输入单元，用以从一电源接收一交流电，
一电池，用以提供一直流电，
一电源分配控制器，耦接该电源输入单元与该电池，用以侦测该交流电的一电压，以及
一电源切换器，耦接该电源分配控制器，
其中倘若该电压大于一第一临界值且小于一第二临界值时，则该电源分配控制器还用以切换该电源切换器以耦接至该电源输入单元，并将该交流电提供至该至少一服务器，
其中倘若该电压小于该第一临界值或大于该第二临界值时，则该电源分配控制器还判断此异常状况已持续一段时间，用以切换该电源切换器以耦接至该电池，并将该直流电提供至该至少一服务器，
其中该第二临界值大于该第一临界值，
其中该至少一服务器包括至少一电源供应单元，
其中该电源供应单元用以将该交流电或该直流电转换为一低电压的直流电。
2.根据权利要求1的电源分配系统，其中该电源分配单元还包括：
一充电器，耦接该电源输入单元，用以对该电池进行充电。
3.根据权利要求1的电源分配系统，还包括：
一机架管理单元，用以通过一网络接口与该电源分配单元通信，其中该机架管理单元还用以通过该电源分配单元监测该至少一服务器。
4.根据权利要求3的电源分配系统，其中该网络接口包括乙太网络、内部整合电路及RS485传输接口的其中之一。
5.根据权利要求1的电源分配系统，其中该电源分配控制器还用以取得该电池的状态并且根据该状态来对该电池进行活化。
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