CN107885102A - 电源供应阵列系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电源供应阵列系统，其包含N个第一受电机台以及用以产生N个电压的电源供应阵列机。电源供应阵列机包含M个可调式电源控制板、可调式输入/输出电路板以及控制器。M个可调式电源控制板用以输出N个电压。每一个可调式电源控制板具有复数个输出端点，每一个输出端点用以输出一个电压。可调式输入/输出电路板耦接于每一个可调式电源控制板的该些输出端点，用以侦测每一个输出端点的电压强度及电流强度。控制器用以接收每一个输出端点的电压强度及电流强度的资料，并依此控制M个可调式电源控制板。N及M为大于2的整数且N大于M。

Description

电源供应阵列系统

技术领域

本发明涉及一种电源供应阵列系统，更具体地说，是一种具有多电压输出功能的电源供应阵列系统。

背景技术

随者科技日新月异，许多云端伺服器或磁碟阵列等设备常被应用于具备资料交换功能以及资料储存功能的工作站中。而伺服器依据作业需求不同，又可区分为机架式伺服器(Rack Server)或是刀锋伺服器(Blade Server)等等。在一般的资料中心(Data Center)或是工作站中，由于要处理数以万计的资料流(Data Flow)。因此常需要将数量庞大的伺服器连接在一起，以平行化的方式将资料进行处理。

传统在资料中心或是工作站中，这些伺服器可为型号或是功能不同的伺服器。因此，每一台伺服器的供电系统必须要使用独立的电压源。举例来说，资料中心或是工作站中具有M个伺服器，这M个伺服器的驱动电压未必相同，因此，资料中心或是工作站需要使用M个独立电压源，以提供给M个伺服器对应的驱动电压。然而，当M变大时，例如需求量超过15-20个独立电压源时，一般的多电压式电源供应器将无法支援如此数量的独立电压源。因此，资料中心或是工作站必须要使用数量庞大的多电压式电源供应器，例如要使用8-10个以上的电源供应器。换句话说，传统在资料中心或是工作站中，由于需要相当多的电源供应器，因此非常占据空间。

并且，传统的电源供应器并未具备监测电源状态的功能，也无法进行全自动化的电源管理，因此发生配线电压错误的机率不低，且较难分析发生配线电压错误的位置。

发明内容

本发明一实施例提出一种电源供应阵列系统，包含电源供应阵列机以及N个第一受电机台。电源供应阵列机用以产生N个电压，电源供应阵列机包含M个可调式电源控制板、可调式输入/输出电路板以及控制器。M个可调式电源控制板用以输出N个电压，其中每一个可调式电源控制板具有复数个输出端点，每一个输出端点用以输出一个电压。可调式输入/输出电路板耦接于每一个可调式电源控制板的该些输出端点，用以侦测每一个可调式电源控制板的每一个输出端点的电压强度及电流强度。控制器耦接于M个可调式电源控制板及可调式输入/输出电路板，用以接收每一个可调式电源控制板的每一个输出端点的电压强度及电流强度的资料，及依此控制M个可调式电源控制板。N个第一受电机台耦接于M个可调式电源控制板，每一个第一受电机台用以接收可调式电源控制板提供的一个电压，其中N及M为大于2的整数，且N大于M。

其中所述M个可调式电源控制板为电路结构相同的可调式电源控制板，且各所述可调式电源控制板具有两输出端点，用以分别输出两电压至两所述第一受电机台。

其中所述电源供应阵列系统更包含一电子设备，所述电源供应阵列机更包含一连线模组，耦接于所述控制器，用以将各所述可调式电源控制板的各所述输出端点的所述电压强度及所述电流强度的监测资料传送至所述电子设备。

其中所述电子设备具有一显示器，用于显示一监控界面，所述监控界面包含；一电压设定视窗，用于显示N个设定电压；一电压输出视窗，用于显示所述M个可调式电源控制板目前输出所述N个电压强度；及一电压计量视窗，用于显示所述N个电压强度与所述M个可调式电源控制板支援的一最大电压强度的比例关系。

其中该监控界面另包含：一电流输出视窗，用于显示该M个可调式电源控制板目前输出所述N个电压至所述N个第一受电机台中所产生的所述电流强度；及一电流计量视窗，用于显示各所述受电机台所产生的所述电流强度与所述M个可调式电源控制板支援的一最大电流强度的比例关系。

另包含：一第二受电机台，其中所述N个第一受电机台的其中之一是耦接于所述第二受电机台及所述M个可调式电源控制板的其中之一的可调式电源控制板中，复数个输出端点的其中之一输出端点之间；及一电压感测器，耦接于所述控制器及所述第二受电机台，用以感测所述第二受电机台的一驱动电压。

其中所述电压感测器放置于所述电源供应阵列机之内，且所述电源供应阵列机为一伺服器供电阵列机。

其中当该电压感测器侦测所述第二受电机台的所述驱动电压后，所述电压感测器控制所述控制器，依据所述驱动电压的强度以使所述输出端点的电压升压。

另包含复数个控制开关，耦接于所述控制器，用以设定所述N个电压的各电压的目标值。

其中当该N个第一受电机台的其中之一产生的一电流强度超过一预定值时，该控制器将所述M个可调式电源控制板的其中之一的可调式电源控制板中，复数个输出端点的其中之一输出端点除能，且该N个第一受电机台的其中之一耦接于该输出端点。

附图说明

图1为本发明的电源供应阵列系统的实施例的结构示意图。

图2为图1的电源供应阵列系统中，电源供应阵列机的框图。

图3为图1的电源供应阵列系统中，显示器所显示的监控界面的示意图。

图4为本发明的电源供应阵列系统的另一实施例的结构示意图。

符号说明：

100及200 电源供应阵列系统

R1至RN 第一受电机台

10 电源阵列供应机

11 控制开关

12 电子设备

13 显示器

14 控制器

15 可调式输入/输出电路板

16 电压感测器

17 连线模组

CB1至CB4 可调式电源控制板

CH1至CH8 输出端点

W1至W5 视窗

GUI 监控界面

S 第二受电机台

具体实施方式

图1为本发明的电源供应阵列系统100的结构示意图。电源供应阵列系统100包含电源供应阵列机10(Power Supply Array Device)以及N个第一受电机台R1至RN。电源供应阵列系统100的电源供应阵列机10可为伺服器供电阵列机，用以产生N个电压至N个第一受电机台R1至RN。N个第一受电机台R1至RN可为不同型号或相同型号的伺服器、电脑、工作机台或是磁碟机设备等等。电源供应阵列机10可由控制开关11设定N个电压的强度。举例而言，电源供应阵列机10可由复数个控制开关11设定N个电压的强度，电源供应阵列机10亦可使用单一的控制开关11，以函式(Function)的方式设定N个电压的强度。精确地说，复数个控制开关11可耦接于该控制器(如图2的控制器14)，用以设定N个电压的各电压的目标值，以使电源供应阵列系统100尽可能地输出符合目标值的电压强度。然而，电源供应阵列机10除了可使用控制开关11设定N个电压的强度外，亦可以使用远端连网的方式设定并监控N个电压的强度。举例而言，电源供应阵列机10可用有线(例如电缆线，Cable)或无线(例如Wi-Fi或蓝芽，Bluetooth)的方式连线到电子设备12。电子设备12可为电脑。电子设备12包含用以显示监控界面的显示器13。电源供应阵列机10可将N个电压及对应电流的监控资料传送至电子设备12，使监控界面显示N个电压及对应电流的监控资料。并且，使用者亦可以透过显示器13所显示的监控界面，远端设定并修改N个电压的强度，使电源供应阵列机10可使用远端控制的方式输出使用者设定的电压。在电源供应阵列系统100中，每一个第一受电机台耦接于电源供应阵列机10的对应的电压输出端点，用以接收电源供应阵列机10提供的电压。因此，在图1中，N个第一受电机台R1至RN将接收到N个独立的电压，使用者可以客制化地设定每一个第一受电机台所需要的电压。在电源供应阵列系统100中，N为大于2的整数。

图2为电源供应阵列系统100中，电源供应阵列机10的框图。电源供应阵列机10包含M个可调式电源控制板、可调式输入/输出电路板15、控制器14、电压感测器16以及连线模组17。然而，为了说明方便，图2的电源供应阵列机10的描述以支援8个输出电压(N＝8)为代表。并且，M个可调式电源控制板为4个可调式电源控制板(M＝4)，代号为CB1至CB4，且所有的可调式电源控制板CB1至CB4的电路结构可为相同。然而，N与M的数值并不被N＝8以及M＝4所局限，N与M可为大于2的整数且N>M。可调式电源控制板CB1至CB4用以输出对应于输出端点CH1至CH8的8个电压。在此，每一可调式电源控制板具有复数个输出端点。例如可调式电源控制板CB1具有2个输出端点CH1及CH2，可调式电源控制板CB2具有2个输出端点CH3及CH4，可调式电源控制板CB3具有2个输出端点CH5及CH6，可调式电源控制板CB4具有2个输出端点CH7及CH8。然而，本发明并不被单一可调式电源控制板具备2输出端点所限制。可调式输入/输出电路板15耦接于该些输出端点CH1至CH8，用以侦测每一个输出端点的电压强度及电流强度。并且，可调式输入/输出电路板15也可将每一个输出端点的电压强度及电流强度的监测资料传送至控制器14。于电源供应阵列机10中，控制器14耦接于可调式电源控制板CB1至CB4及可调式输入/输出电路板15，用以接收每一个可调式电源控制板的每一个输出端点的电压强度及电流强度的资料。并且，控制器14具备控制功能，可以使用多种模式控制可调式电源控制板CB1至CB4而改变输出端点CH1至CH8的电压，描述于下。

在第一种控制模式中，控制器14接收每一个输出端点的电压强度及电流强度的资料，当某一个输出端点的电流超过预定值(其发生原因可能为第一受电机台短路)，控制器14就会启动保护电路(例如，过电压/过电流保护电路，Over Voltage/Current ProtectionCircuit，OCP/OVP)以使异常的输出端点被除能(Disabled)。或者，控制器14会依据每一个输出端点的电压强度及电流强度的资料，将每一个输出端点的电压强度及电流强度尽量保持在预定数值误差范围内，以使第一受电机台接收的电压保持稳定。在第二种控制模式中，控制器14可耦接于控制开关11，使用者可以使用手动的方式操作控制开关11，以透过控制器14设定输出端点CH1至CH8的电压。在第三种控制模式中，控制器14可耦接于连线模组17，控制器14会将每一个输出端点的电压强度及电流强度的监测资料传送至电子设备12。使用者可以透过电子设备12所显示的监控界面来设定输出端点CH1至CH8的电压。因此，本发明的电源供应阵列机10同时具备自动化的电源管理功能，在输出端点的状态是异常时可保护电源供应阵列机10，并稳定输出端点的电压。同时，本发明的电源供应阵列机10也具备了手动调整控制开关11的方式或透过远端电子设备12以遥控的方式来设定输出端点CH1至CH8的电压，因此也具备了将多组独立电压客制化的功能。以下将描述电子设备12的显示器13所显示的监控界面。

图3为电源供应阵列系统100中，显示器12所显示的监控界面GUI的示意图。如上述实施例，本发明的电源供应阵列机10具备连网功能，电源供应阵列机10内的控制器14可将每一个输出端点的电压强度及电流强度的监测资料，透过连线模组17传送至电子设备12。因此，电子设备12将会依此产生适合使用者浏览的监控界面GUI，并显示于显示器12上。然而，图3仅是描述了一种监控界面GUI的实施例，监控界面GUI内的视窗内容的任何合理变更皆属于本发明的范畴。监控界面GUI可包含电压设定视窗W1、电压输出视窗W2、电压计量视窗W3、电流输出视窗W4以及电流计量视窗W5。电压设定视窗W1用于显示N个电压的目标值。例如，电压设定视窗W1用于显示输出端点CH1至输出端点CH8的电压的目标值(为21伏特的目标值)。使用者可以藉由电压设定视窗W1变更输出端点CH1至输出端点CH8中至少一个输出端点的电压的目标值，例如使用者可以将输出端点CH3的电压由21伏特的目标值调整为25伏特的目标值。电压输出视窗W2用于显示输出端点CH1至输出端点CH8目前输出的电压的强度。特此说明，当使用者设定输出端点输出特定的电压后，被设定的输出端点即会输出预定电压。然而，受电机台可视为具有阻抗的电路元件，其等效阻抗亦可为在预定误差范围内波动的数值，且电源供应阵列机10的输出端点CH1至输出端点CH8所输出的电压亦可被环境温度、湿度、电磁波等因素而影响而会发生微小波动。因此，于电压输出视窗W2中，即显示了目前侦测到的输出电压的即时数值。举例而言，于输出端点CH1中，使用者设定的输出电压为21伏特，而即时的输出电压为21.05伏特。于输出端点CH8中，使用者设定的输出电压为21伏特，即时的输出电压为20.785伏特。然而，由前述，控制器14将会启动自动化的电压管理，使即时的输出电压尽量符合设定的输出电压。电压计量视窗W3用于显示8个电压的强度与电源控制板支援的最大电压强度的比例关系。举例而言，于输出端点CH8中即时的输出电压为20.785伏特，而系统支援的最大电压强度为52伏特，则电压计量视窗W3将会以指针标示的方式，显示输出端点CH8中即时的输出电压所占的比例。而所有的输出端点的即时电压皆可用类似的方式呈现。

电流输出视窗W4用于显示目前输出8个电压至该8个第一受电机台中，每一个受电机台所产生的电流强度。例如，电流输出视窗W4显示输出端点CH1至输出端点CH8所侦测到的即时电流强度。如前述，受电机台可视为具有阻抗R的电路元件，因此当输出端点输出电压V时，会产生电流，且电流强度符合I＝V/R。举例而言，电流输出视窗W4可显示输出端点CH1的即时电流强度(0.00936安培)。电流输出视窗W4可显示输出端点CH8的即时电流强度(8.00768安培)。因此，由电流输出视窗W4所显示的资讯及可推知，耦接于输出端点CH8的第一受电机台的阻抗比耦接于输出端点CH1的第一受电机台的阻抗要小。电流计量视窗W5用于显示每一个受电机台产生的电流强度与该M个可调式电源控制板支援的最大电流强度的比例关系。举例而言，于输出端点CH8中即时的电流强度为8.00768安培，而系统支援的最大电流强度为10安培，则电压计量视窗W5可用长条式计量仪的标示的方式，显示输出端点CH8中即时的电流强度所占的比例。而所有的输出端点之即时电流强度皆可用类似的方式呈现。

因此，透过图3的监控界面GUI，使用者可以远端监控电源供应阵列机10目前所有电压的设定以及即时电压/电流的状态。并且，使用者亦可利用监控界面GUI内的电压设定视窗W1，更动特定输出端点的电压设定。举例而言，当使用者于电流计量视窗W5发现输出端点CH8中即时的电流强度(8.00768安培)为过大时，可适当地于电压设定视窗W1调整输出端点CH1的电压设定。因此，本发明的电源供应阵列机10具备很高的操作弹性。

于下文中，电源供应阵列机10将引入多重负载电压感知(V-Sense)的功能，使第一受电机台在发生压降的情况下自动执行电压补偿程序，详述于下。在以下实施例中，第一受电机台发生压降的原因可为第一受电机台以串联方式耦接另一个具有阻抗的电路元件。在电压被分压的情况下，第一受电机台的电压即发生压降的情况。为了描述更为清楚，电源供应阵列系统100引入另一个具有阻抗的电路元件的架构，在此定义为电源供应阵列系统200。

图4为电源供应阵列系统200的结构示意图。电源供应阵列系统200的架构类似于电源供应阵列系统100，差异之处为电源供应阵列系统200引入了第二受电机台S。并且，第一受电机台R3耦接于第二受电机台S以及输出端点CH3之间。然而，电源供应阵列系统200并不被图4的结构所局限，举例而言，电源供应阵列系统200可引入数个第二受电机台，而这数个第二受电机台可分别耦接于不同的第一受电机台。然而为了描述简化，电源供应阵列系统200仅引入一个第二受电机台S。在图4中，第二受电机台S耦接于第一受电机台R3以及电压感测器16之间。电压感测器16用以侦测第二受电机台S的驱动电压。如图2所示，电压感测器16耦接于电源供应阵列机10中的控制器14。因此，当电压感测器16侦测出第二受电机台S的驱动电压后，控制器14即可计算出输出端点CH3耦接的第一受电机台R3的电压降低程度，随后将输出端点CH3的电压升压，以使第一受电机台R3有足够大的驱动电压使其运作。举例而言，当输出端点CH3耦接于第一受电机台R3且第二受电机台S并未耦接于第一受电机台R3时，若使用者设定输出端点CH3的输出电压为21伏特，则电源供应阵列机10的输出端点CH3就会输出约莫21伏特的电压至第一受电机台R3，使第一受电机台R3以约莫21伏特的驱动电压运作。此时，若第二受电机台S串联于第一受电机台R3，假设第二受电机台S是为具有阻抗的电路元件，且亦具有一个驱动电压需求，则第一受电机台R3所接收到的电压可能会因为分压效应的影响而发生电压降低的现象。电压降低的程度取决于第一受电机台R3的阻抗与第二受电机台S的阻抗比例。例如第一受电机台R3被串连后，供电端提供的驱动电压可能会降至18伏特。为了防止第一受电机台R3的运作因电压降低而发生异常，电压感测器16会侦测第二受电机台S的驱动电压需求(例如3伏特)。随后，控制器14会依此计算出输出端点CH3要升压的幅度，并自动地将输出端点CH3进行升压。因此，当输出端点CH3进行升压后，第一受电机台R3即可维持21伏特的驱动电压，保证了第一受电机台R3的操作稳定性。

综上所述，本发明描述了一种电源供应阵列系统，系统内的电源供应阵列机具备多个独立电压输出的功能。由于电源供应阵列机可用简单的电路架构提供大量的独立电压，因此可以降低资料中心或是工作站中，使用电源供应阵列机的数量以及空间。并且，电源供应阵列机具备了自动化电源管理以及监控机制，使用者可随时监测目前系统供电的使用情况。此外，由于电源供应阵列机也具备连网功能，可将所有输出端点的电压及电流状态资料传送至外部的电子装置进行分析，因此，对于系统组件的故障发生、短路现象或是异常状态可以立即进行处理，可提升发生故障事件的侦测效率。同时，电源供应阵列系统亦提供了多重负载电压感知(V-Sense)的功能，以防止当多个电路元件(受电机台)串联时，因为压降而发生运作异常的情况，故可增加电路元件的操作稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种电源供应阵列系统，其特征在于，包含：

一电源供应阵列机，用以产生N个电压，所述电源供应阵列机包含：

M个可调式电源控制板，用以输出该N个电压，其中各所述可调式电源控制板具有复数个输出端点，各所述输出端点用以输出一电压；

一可调式输入/输出电路板，耦接于各所述可调式电源控制板的该些输出端点，用以侦测各所述可调式电源控制板的各所述输出端点的一电压强度及一电流强度；及

一控制器，耦接于所述M个可调式电源控制板及所述可调式输入/输出电路板，用以接收各所述可调式电源控制板的各所述输出端点的该电压强度及所述电流强度的资料，及依此控制所述M个可调式电源控制板；及

N个第一受电机台，耦接于所述M个可调式电源控制板，各所述第一受电机台用以接收各所述可调式电源控制板提供的一电压；

其中所述N及所述M为大于2的整数，且所述N大于所述M。

2.如权利要求1所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中所述M个可调式电源控制板为电路结构相同的可调式电源控制板，且各所述可调式电源控制板具有两输出端点，用以分别输出两电压至两所述第一受电机台。

3.如权利要求1所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中所述电源供应阵列系统更包含一电子设备，所述电源供应阵列机更包含一连线模组，耦接于所述控制器，用以将各所述可调式电源控制板的各所述输出端点的所述电压强度及所述电流强度的监测资料传送至所述电子设备。

4.如权利要求3所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中所述电子设备具有一显示器，用于显示一监控界面，所述监控界面包含：

一电压设定视窗，用于显示N个设定电压；

一电压输出视窗，用于显示所述M个可调式电源控制板目前输出所述N个电压强度；及

一电压计量视窗，用于显示所述N个电压强度与所述M个可调式电源控制板支援的一最大电压强度的比例关系。

5.如权利要求4所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中该监控界面另包含；

一电流输出视窗，用于显示该M个可调式电源控制板目前输出所述N个电压至所述N个第一受电机台中所产生的所述电流强度；及

一电流计量视窗，用于显示各所述受电机台所产生的所述电流强度与所述M个可调式电源控制板支援的一最大电流强度的比例关系。

6.如权利要求1所述的电源供应阵列系统，其特征在于，另包含：

一第二受电机台，其中所述N个第一受电机台的其中之一是耦接于所述第二受电机台及所述M个可调式电源控制板的其中之一的可调式电源控制板中，复数个输出端点的其中之一输出端点之间；及

一电压感测器，耦接于所述控制器及所述第二受电机台，用以感测所述第二受电机台的一驱动电压。

7.如权利要求6所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中所述电压感测器放置于所述电源供应阵列机之内，且所述电源供应阵列机为一伺服器供电阵列机。

8.如权利要求6所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中当该电压感测器侦测所述第二受电机台的所述驱动电压后，所述电压感测器控制所述控制器，依据所述驱动电压的强度以使所述输出端点的电压升压。

9.如权利要求1所述的电源供应阵列系统，其特征在于，另包含复数个控制开关，耦接于所述控制器，用以设定所述N个电压的各电压的目标值。

10.如权利要求1所述的电源供应阵列系统，其特征在于，其中当该N个第一受电机台的其中之一产生的一电流强度超过一预定值时，该控制器将所述M个可调式电源控制板的其中之一的可调式电源控制板中，复数个输出端点的其中之一输出端点除能，且该N个第一受电机台的其中之一耦接于该输出端点。