CN109690932B - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具备：多个变换器组件(111～113)，相对于三相交流电源(200)并联连接；输入电流检测部(100A、100B、100C)，检测在三相交流电源(200)的3相各自流过的电流；以及负载电流检测部(131～133)，检测变换器组件(111～113)的负载电流。变换器组件(111～113)各自具有多个输入3相中的2相的AC‑DC变换器，它们共用输出而并联连接，启动的AC‑DC变换器彼此保持输出电流的平衡。控制部(100)根据负载电流检测部(131～133)的检测结果，判定是否切换各AC‑DC变换器的驱动状态和停止状态，并基于输入电流检测部(100A～100C)的检测结果，切换多个AC‑DC变换器各自的驱动状态和停止状态。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及从三相交流电源向负载供给电力的电源装置。
背景技术
在专利文献1公开了改善三相输入的功率因数的开关电源。在专利文献1记载的开关电源是如下的结构，即，相对于输出部并联连接了将三相输入中的各二相作为单相输入的变换器。而且，通过使三相输入电源的各相电压和各相电流以相同相位进行动作来进行功率因数改善。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-149642号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1中，由于始终驱动各变换器而始终进行相电流的平衡化，所以由变换器造成的消耗功率大，此外，变换器的发热有可能变大。因此，也可考虑根据条件(例如，小负载时)使多个变换器中的任一者停止，但是在该情况下，有可能打破各相的电流平衡，动作有可能变得不稳定。
因此，本发明的目的在于，提供一种抑制三相交流输入的电流不平衡的电源装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的电源装置的特征在于，具备：多个变换器组件，相对于三相交流电源并联连接，将来自所述三相交流电源的交流电力变换为直流电力，并向分别不同的负载进行输出；相电流检测单元，检测在所述三相交流电源的第一相布线、第二相布线以及第三相布线各自流过的电流；以及负载电流检测单元，检测所述多个变换器组件的负载电流，所述多个变换器组件各自具有将所述第一相布线以及所述第二相布线作为输入的第一AC-DC变换器、将所述第一相布线以及所述第三相布线作为输入的第二AC-DC变换器、和将所述第二相布线以及所述第三相布线作为输入的第三AC-DC变换器，所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器共用输出而并联地连接，启动的AC-DC变换器各自具有保持输出电流的平衡的功能，所述电源装置还具备：判定部，根据所述负载电流检测单元的检测结果，判定是否切换所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器的驱动状态和停止状态；选择部，在所述判定部判定为切换的情况下，基于所述相电流检测单元的检测结果，在所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器之中，选择进行驱动以及停止的对象；以及控制部，基于所述选择部的选择结果，切换所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器的驱动状态和停止状态。
在该结构中，在切换AC-DC变换器的驱动和停止时，基于相电流检测单元的检测结果，选择切换的AC-DC变换器，由此能够抑制3相的电流平衡变为不平衡。
所述相电流检测单元可以是直接检测各相的电流的结构。此外，也可以是基于各AC-DC变换器的输入电流信息进行计算的结构。此外，还可以是基于各AC-DC变换器的负载功率信息和输入电压信息进行计算的结构。所述负载电流检测单元可以是直接检测负载电流的结构。此外，也可以是基于各AC-DC变换器的负载电流信息进行计算的结构。此外，还可以是基于各AC-DC变换器的输入功率信息和负载电压信息进行计算的结构。
所述选择部可以是如下结构，即，在所述判定部判定为将驱动状态的AC-DC变换器切换为停止状态的情况下，将与所述相电流检测单元检测的电流值的差分最大的2相连接的AC-DC变换器作为设为停止状态的对象。
在该结构中，通过将与相电流检测单元检测的电流值的差分最大的2相连接的AC-DC变换器停止，从而该2相的电流差分变小，接近于其它的2相的电流差分。其结果是，能够抑制3相的电流平衡的不平衡。
所述选择部也可以是如下结构，即，在所述判定部判定为将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态的情况下，将与所述相电流检测单元检测的电流值的差分最小的2相连接的AC-DC变换器作为设为驱动状态的对象。
在该结构中，通过启动与相电流检测单元检测的电流值的差分最小的2相连接的AC-DC变换器，从而该2相的电流差分变大，接近于其它的2相的电流差分。其结果是，能够抑制3相的电流平衡的不平衡。
所述判定部可以是如下结构，即，基于所述三相交流电源的3相中的任意2相的电流值的差分是否超过阈值来进行切换判定。
在该结构中，能够抑制3相的电流平衡的不平衡。
所述判定部也可以是如下结构，即，根据所述负载电流检测单元的检测结果，计算所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器中的至少一者的负载率，若所述负载率不足第一给定值，则判定为将驱动状态的AC-DC变换器切换为停止状态，若所述负载率超过第二给定值，则判定为将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态。
在该结构中，通过在小负载率时将AC-DC变换器停止，从而能够降低AC-DC变换器中的损耗，能够提高功率变换效率。此外，通过在大负载时驱动AC-DC变换器，从而能够降低驱动中的AC-DC变换器各自的负载率，使其在效率高的区域进行动作。
所述选择部可以是如下结构，即，进行选择，使得切换的AC-DC变换器的台数成为最小。
在该结构中，能够在使对执行中的处理的影响为最小限度的同时，抑制3相的电流平衡的不平衡。
所述选择部也可以选择累积运转时间最长的AC-DC变换器。
在该结构中，通过将累积运转时间长的AC-DC变换器停止，从而能够降低AC-DC变换器的故障率。
发明效果
根据本发明，在切换AC-DC变换器的驱动和停止时，基于相电流检测单元的检测结果，选择切换的AC-DC变换器，由此能够抑制3相的电流平衡变为不平衡。
附图说明
图1是实施方式涉及的电源装置的框图。
图2是示出变换器组件的结构的框图。
图3是示出AC-DC变换器的效率特性的图。
图4是AC-DC变换器的驱动/停止处理的流程图。
图5是示出一个AC-DC变换器的停止前后的各相间的功率的图。
图6是示出停止状态的AC-DC变换器的驱动开始前后的各相间的功率的图。
具体实施方式
图1是本实施方式涉及的电源装置1的框图。
电源装置1作为服务器用的电源装置而进行说明。在该电源装置1，连接有三相交流电源200的各相(R相、S相、T相)。另外，虽然在图1中，三相交流电源200用Δ型接线表示，但是也可以是Y型接线。
电源装置1具备控制部100、多个服务器机架101、102、103、以及输入电流检测部100A、100B、100C。输入电流检测部100A、100B、100C具有设置于三相交流电源200的各相(R相、S相、T相)的电流互感器，检测流过各相的电流。
输入电流检测部100A、100B、100C为本发明涉及的“相电流检测单元”的一个例子。此外，R相的布线为本发明涉及的“第一相布线”的一个例子。S相的布线为本发明涉及的“第二相布线”的一个例子。T相的布线为本发明涉及的“第三相布线”的一个例子。
服务器机架101、102、103相对于三相交流电源200并联连接。服务器机架101、102、103具备变换器组件111、112、113、负载121、122、123以及负载电流检测部131、132、133。因为服务器机架101、102、103各自的结构相同，所以以下以服务器机架101为例进行说明。
关于变换器组件111，在后面进行详细叙述，其具备并联连接的多个AC-DC变换器。而且，变换器组件111将输入的交流电压(例如200V)变换为直流电压(例如12V)并向负载121输出。
负载121例如是容纳在壳体内的多个刀片服务器。在负载121连接变换器组件111，从该变换器组件111被供给直流电力。
负载电流检测部131例如具有电流检测用的电阻，检测从变换器组件111向负载121输出的电流(负载电流)。
控制部100包括微计算机等，获取输入电流检测部100A、100B、100C的检测结果、以及负载电流检测部131、132、133的检测结果。而且，控制部100根据这些检测结果，适当地进行变换器组件111、112、113各自具有的多个AC-DC变换器的动作的停止、以及停止中的AC-DC变换器的启动等控制。控制部100进行的具体的处理将在后面叙述。
图2是示出变换器组件111的结构的框图。
变换器组件111并联地连接有AC-DC变换器111A、111B、111C、111D、111E、111F。AC-DC变换器111A～111F将三相交流电源200的3相中的2相间的电压(例如200V)变换为直流电压(例如12V)并向负载121输出。对于AC-DC变换器111A、111D，在输入连接有R相的布线和S相的布线。对于AC-DC变换器111B、111E，在输入连接有R相的布线和T相的布线。对于AC-DC变换器111C、111F，在输入连接有S相的布线和T相的布线。
AC-DC变换器111A、111D为本发明涉及的“第一AC-DC变换器”的一个例子。AC-DC变换器111B、111E为本发明涉及的“第二AC-DC变换器”的一个例子。AC-DC变换器111C、111F为本发明涉及的“第三AC-DC变换器”的一个例子。
另外，AC-DC变换器111A～111F各自具有将自身的输出电流与其它的输出电流进行比较并将输出电流平衡化的功能(所谓均流(current share)功能)。也就是说，AC-DC变换器111A～111F的输出电流分别相同。通过具有该功能，从而使AC-DC变换器111A～111F的每一台的输出电流量(负载率)平衡化而消除负载的偏差，由此可谋求长寿命化。
此外，服务器机架的数目、AC-DC变换器的数目并不限定于图1以及图2中所示的数目。
以下，对控制部100进行的处理进行说明。在以下的说明中，虽然也是关于控制部100对服务器机架101执行的处理进行说明，但是控制部100对其它的服务器机架102、103也执行同样的处理。控制部100是本发明涉及的“判定部”、“选择部”、“控制部”的一个例子。
控制部100根据负载电流检测部131的检测结果，计算AC-DC变换器111A～111F中的每一台的负载率。而且，在负载功率减少而使负载率低于阈值的情况下，控制部100使AC-DC变换器111A～111F中的一个或多个停止。由此，能够降低AC-DC变换器中的损耗，能够提高功率变换效率。此外，在负载功率增加而使AC-DC变换器111A～111F中的每一台的负载率超过阈值的情况下，控制部100对停止中的AC-DC变换器进行驱动，降低AC-DC变换器各自的负载率，使其在效率高的区域进行动作。
关于其它的服务器机架102、103，控制部100也进行同样的处理。在该情况下，AC-DC变换器各自连接有三相交流电源200的3相中的任意的2相布线。因此，若使电源装置1内的多个AC-DC变换器随机地停止，则3相布线的电流变得不平衡。即，存在产生相位差从120度偏离、电压变动等问题的情况。
在本实施方式中，控制部100进行AC-DC变换器的停止以及驱动，使得3相布线的电流不会变得不平衡。以下对该方法进行说明。
图3是示出AC-DC变换器111A～111F的效率特性的图。图3的纵轴是功率变换效率，横轴是AC-DC变换器的负载率。
根据该特性，AC-DC变换器在负载率为35％和60％时功率变换效率相同，在负载率为35～60％的范围内功率变换效率成为高效率。因此，在AC-DC变换器的负载率成为35～60％的范围外时，控制部100使AC-DC变换器停止，或者对停止中的AC-DC变换器进行驱动。
详细来说，在负载率不足35％时，控制部100将驱动状态的AC-DC变换器切换为停止状态。在负载率超过60％时，控制部100将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态。35％是本发明涉及的“第一给定值”的一个例子，60％是本发明涉及的“第二给定值”的一个例子。
图4是AC-DC变换器的驱动/停止处理的流程图。控制部100关于服务器机架101、102、103各自执行图4所示的处理。以下，对关于服务器机架101的驱动/停止处理进行说明。
控制部100从负载电流检测部131获取负载电流，并计算负载121的功率(S1)。控制部100根据计算结果，计算驱动中的AC-DC变换器111A～111F中的每一台的负载率(S2)。
在计算的负载率不足35％的情况下(S3：“是”)，控制部100从输入电流检测部100A、100B、100C获取输入电流，并获取三相交流电源200的3相中的2相间的功率(S4)。也就是说，控制部100分别计算R相-S相间功率、R相-T相间功率、T相-S相间功率。
控制部100根据计算结果选择功率成为最大的2相(S5)。控制部100将与选择的2相连接的AC-DC变换器停止(S6)。例如，在R相-S相间功率为最大的情况下，控制部100将AC-DC变换器111A(或AC-DC变换器111D)停止。
另外，在S6中，在没有启动中的AC-DC变换器的情况下，也可以使得进行使其它的服务器机架102、103内的AC-DC变换器驱动或停止从而使2相间的功率变化等处理，使得各相的电流平衡一致。
在S3的处理中，在负载率不是不足35％的情况下(S3：“否”)，控制部100判定负载率是否超过了60％(S7)。在负载率超过了60％的情况下(S7：“是”)，控制部100从输入电流检测部100A、100B、100C获取输入电流，并获取三相交流电源200的3相中的2相间的功率(S8)。
控制部100根据计算结果选择功率成为最小的2相(S9)。控制部100对与选择的2相连接的AC-DC变换器进行驱动(S10)。例如，在R相-S相间功率为最小且连接在R相-S相间的AC-DC变换器111A(或AC-DC变换器111D)为停止中的情况下，控制部100开始该AC-DC变换器111A(或AC-DC变换器111D)的驱动。
在S7中，在负载率未超过60％的情况下(S7：“否”)，也就是说，在每一台AC-DC变换器的负载率为35～60％的范围内的情况下，因为功率变换效率最佳，所以控制部100不进行AC-DC变换器的切换而结束本处理。
另外，在S10中，在没有停止中的AC-DC变换器的情况下，或者在AC-DC变换器发生了故障的情况下，也可以使得进行使其它的服务器机架102、103内的AC-DC变换器驱动或停止从而使2相间的功率变化等处理，使得各相的电流平衡一致。
在该处理中，控制部100一台一台地对AC-DC变换器切换驱动和停止。也就是说，控制部100使得切换停止状态和驱动状态的AC-DC变换器的台数成为最小。其结果是，能够在使对执行中的处理的影响为最小限度的同时，抑制3相的电流平衡的不平衡。
图5是示出一个AC-DC变换器的停止前后的各相间的功率的图。
图5的上图示出AC-DC变换器的即将停止之前的功率，下图示出AC-DC变换器的刚刚停止之后的功率。此外，分别地，图5所示的“机架1”表示服务器机架101，“机架2”表示服务器机架102，“机架3”表示服务器机架103。
图中的“停1”表示停止状态的AC-DC变换器的数目(一台)，“启1”表示驱动状态的AC-DC变换器的数目(一台)。例如，在机架1内，分别与R相-S相、S相-T相、T相-R相连接的AC-DC变换器111A、111C、111B这三台处于驱动状态，AC-DC变换器111D、111F、111E这三台处于停止状态。以下，对将该机架1内的一个AC-DC变换器停止的情况进行说明。
将每一台AC-DC变换器的额定功率设为3kW。而且，机架1内的AC-DC变换器的负载率为33％(＝1kW/3kW)，低于所述第一给定值(35％)，停止机架1内的一个AC-DC变换器。在AC-DC变换器即将停止之前，R相-S相间的功率为2.5[kW]，S相-T相间的功率为4.0[kW]，T相-R相间的功率为5.5[kW]。在该情况下，T相-R相间的功率最大。因此，控制部100将连接在T相-R相间的AC-DC变换器111B停止。也就是说，在机架1内，AC-DC变换器111A、111C这两台成为驱动状态。然后，AC-DC变换器111A、111C的负载率上升，其结果是，R相-S相间的功率成为3.0[kW]，S相-T相间的功率成为4.5[kW]。负载率下降了的T相-R相间的功率成为4.5[kW]。像这样，AC-DC变换器停止后的各2相间的功率与AC-DC变换器停止前相比接近于平衡。
图6是示出停止状态的AC-DC变换器的驱动开始前后的各相间的功率的图。
在该例子中，对驱动机架1内的AC-DC变换器的情况进行说明。在机架1内，分别与R相-S相、S相-T相、T相-R相连接的AC-DC变换器111A、111C、111B这三台处于驱动状态，AC-DC变换器111D、111F、111E这三台处于停止状态。
机架1内的AC-DC变换器的负载率为66％(＝2kW/3kW)，超过所述第二给定值，启动机架1内的一个AC-DC变换器。在AC-DC变换器即将驱动之前，R相-S相间的功率为3.5[kW]，S相-T相间的功率、T相-R相间的功率均为5.0[kW]。在该情况下，R相-S相间的功率最小。因此，控制部100对连接在R相-S相间的AC-DC变换器111D进行驱动。也就是说，在机架1内，AC-DC变换器111A、111B、111C、111D这四台成为驱动状态。其结果是，R相-S相间的功率、S相-T相间的功率、T相-R相间的功率分别成为4.5[kW]。像这样，AC-DC变换器驱动后的各2相间的功率与AC-DC变换器驱动前相比平衡。
像以上那样，通过根据各服务器机架101、102、103各自的AC-DC变换器111A～111F的负载率来切换驱动状态和停止状态，从而能够抑制三相交流输入的电流不平衡。
另外，控制部100也可以使得在三相交流电源200的3相中的任意2相的电流值的差分超过阈值的情况下进行AC-DC变换器的切换。例如，在图5中，在R相-S相间的功率(2.5kW)与T相-R相间的功率(5.5kW)的差分(3.0kW)超过了阈值的情况下，控制部100判定为三相交流电源200的3相的电流平衡是不平衡的，从而进行AC-DC变换器的切换来抑制不平衡。
此外，在停止AC-DC变换器时，在成为对象的AC-DC变换器存在多个的情况下，控制部100也可以从累积运转时间最长的AC-DC变换器开始停止。通过停止累积运转时间长的AC-DC变换器，从而能够降低AC-DC变换器的故障率。
附图标记说明
1：电源装置；
100：控制部；
100A、100B、100C：输入电流检测部；
101、102、103：服务器机架；
111、112、113：变换器组件；
111A、111B、111C、111D、111E、111F：AC-DC变换器；
121、122、123：负载；
131、132、133：负载电流检测部；
200：三相交流电源。

Claims (11)

1.一种电源装置，具备：
多个变换器组件，相对于三相交流电源并联连接，将来自所述三相交流电源的交流电力变换为直流电力，并向分别不同的负载进行输出；
相电流检测单元，检测在所述三相交流电源的第一相布线、第二相布线以及第三相布线各自流过的电流；以及
负载电流检测单元，检测所述多个变换器组件的负载电流，
所述多个变换器组件各自具有将所述第一相布线以及所述第二相布线作为输入的第一AC-DC变换器、将所述第一相布线以及所述第三相布线作为输入的第二AC-DC变换器、和将所述第二相布线以及所述第三相布线作为输入的第三AC-DC变换器，
所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器共用输出而并联地连接，
启动的AC-DC变换器各自具有保持输出电流的平衡的功能，
所述电源装置还具备：
判定部，根据所述负载电流检测单元的检测结果，判定是否切换所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器的驱动状态和停止状态；
选择部，在所述判定部判定为切换的情况下，基于所述相电流检测单元的检测结果，在所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器之中，选择进行驱动以及停止的对象；以及
控制部，基于所述选择部的选择结果，切换所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器的驱动状态和停止状态，
在所述判定部判定为将驱动状态的AC-DC变换器切换为停止状态的情况下，所述选择部将与所述相电流检测单元检测的电流值的差分最大的2相连接的AC-DC变换器作为设为停止状态的对象。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，
在所述判定部判定为将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态的情况下，所述选择部将与所述相电流检测单元检测的电流值的差分最小的2相连接的AC-DC变换器作为设为驱动状态的对象。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，
所述判定部基于所述三相交流电源的3相中的任意2相的电流值的差分是否超过阈值来进行切换判定。
4.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，
所述判定部根据所述负载电流检测单元的检测结果，计算所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器中的至少一者的负载率，若所述负载率不足第一给定值，则判定为将驱动状态的AC-DC变换器切换为停止状态，若所述负载率超过第二给定值，则判定为将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态。
5.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，
所述选择部进行选择，使得切换的AC-DC变换器的台数成为最小。
6.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，
所述选择部选择累积运转时间最长的AC-DC变换器。
7.一种电源装置，具备：
多个变换器组件，相对于三相交流电源并联连接，将来自所述三相交流电源的交流电力变换为直流电力，并向分别不同的负载进行输出；
相电流检测单元，检测在所述三相交流电源的第一相布线、第二相布线以及第三相布线各自流过的电流；以及
负载电流检测单元，检测所述多个变换器组件的负载电流，
所述多个变换器组件各自具有将所述第一相布线以及所述第二相布线作为输入的第一AC-DC变换器、将所述第一相布线以及所述第三相布线作为输入的第二AC-DC变换器、和将所述第二相布线以及所述第三相布线作为输入的第三AC-DC变换器，
所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器共用输出而并联地连接，
启动的AC-DC变换器各自具有保持输出电流的平衡的功能，
所述电源装置还具备：
判定部，根据所述负载电流检测单元的检测结果，判定是否切换所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器的驱动状态和停止状态；
选择部，在所述判定部判定为切换的情况下，基于所述相电流检测单元的检测结果，在所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器之中，选择进行驱动以及停止的对象；以及
控制部，基于所述选择部的选择结果，切换所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器的驱动状态和停止状态，
在所述判定部判定为将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态的情况下，所述选择部将与所述相电流检测单元检测的电流值的差分最小的2相连接的AC-DC变换器作为设为驱动状态的对象。
8.根据权利要求7所述的电源装置，其中，
所述判定部基于所述三相交流电源的3相中的任意2相的电流值的差分是否超过阈值来进行切换判定。
9.根据权利要求7所述的电源装置，其中，
所述判定部根据所述负载电流检测单元的检测结果，计算所述第一AC-DC变换器、所述第二AC-DC变换器以及所述第三AC-DC变换器中的至少一者的负载率，若所述负载率不足第一给定值，则判定为将驱动状态的AC-DC变换器切换为停止状态，若所述负载率超过第二给定值，则判定为将停止状态的AC-DC变换器切换为驱动状态。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的电源装置，其中，
所述选择部进行选择，使得切换的AC-DC变换器的台数成为最小。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的电源装置，其中，
所述选择部选择累积运转时间最长的AC-DC变换器。
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