CN110442225B - 电源分配板、模块化机箱系统及其运作方法 - Google Patents

电源分配板、模块化机箱系统及其运作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电源分配板、模块化机箱系统及其运作方法，该电源分配板适用于模块化机箱系统。此模块化机箱系统用以供装设多个电子装置，所述的电源分配板包括：多个侦测接脚、微控制器及多个保护电路。多个侦测接脚分别电连接至多个电子装置，每个侦测接脚用以侦测对应的每个电子装置的模块类型。微控制器电连接至所有的侦测接脚，并根据每个侦测接脚所侦测得的模块类型选择性地设定多种组态其中之一。每个保护电路电连接至微控制器且分别对应于一电子装置，每个保护电路根据微控制器所选择的组态设定额定电力值。

Description

电源分配板、模块化机箱系统及其运作方法
技术领域
本发明涉及一种模块化机箱系统，特别是涉及一种具有动态电源保护配置的模块化机箱系统。
背景技术
对于服务器系统而言，能够提供持续运转的可靠服务是一项不容忽视的竞争优势。而高可用性(High Availability)则是服务器系统解决方案的关键。为达到高可用性，一般而言会采用具有备援(Redundancy)功能的硬件设备，以避免单点失效(Single PointOf Failure，SPOF)的情况发生。在传统IT机房中，构建成服务器系统的存储装置(Storage)与运算装置(Server)需要两张主机板以实作备援机制并满足高可用性。但是在目前作为数据中心主流应用的Hadoop架构下，实现数据备份的机制多半已由上层的管理软件完成。所以传统的存储装置和运算装置本身机箱(Chassis)所提供的备援功能就显得多余，且由于跟输入输出有关的主机板都需要两份，如此一来，不仅增加机器成本，耗电量也随之提高，不符合绿能科技产业的发展趋势。
以模块化机箱系统整合存储装置和运算装置，可望降低多余的机器成本开销并且节省电力消耗。然而，现在针对模块化机箱系统的电源管理机制，多半是以系统最大功率消耗来设定所有模块的断电保护组态以及风扇校正曲线。此外，存储装置和运算装置实际上所需的断电保护组态设定值相差甚大，若仅以最差情况(worst case)考虑，将会导致系统临近高风险的状态，并且也无法达到最佳的散热效果。从另一方面观之，若仅是更改风扇校正曲线设定，仍需要投入额外人力成本更新韧体以调整风扇校正曲线。一旦更换模块化机箱系统中的任一电子装置(例如将存储装置更换为运算装置)，则前述调整风扇的流程又需重来一遍，如此不仅造成后续维护上的困扰，而且也无法体现模块化机箱系统可灵活搭配存储装置与运算装置的优势。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种电源分配板，具有此电源分配板的模块化机箱系统及此模块化机箱系统的运作方法，由此解决上述问题。
依据本发明一实施例所叙述的一种电源分配板，适用于一模块化机箱系统，此模块化机箱系统用以供装设多个电子装置，所述的电源分配板包括：多个侦测接脚，分别电连接至所述的多个电子装置，每个侦测接脚用以侦测对应的每个电子装置的模块类型；微控制器，电连接至所述的多个侦测接脚，微控制器用以根据每个侦测接脚所侦测得的模块类型选择性地设定多种组态其中之一；以及多个保护电路，电连接至微控制器且用以分别对应于所述的多个电子装置，每个保护电路用以根据微控制器所选择设定的组态设定一额定电力值。
依据本发明一实施例所叙述的一种模块化机箱系统，用以供装设多个电子装置，所述的模块化机箱系统包括：电源分配板，包括：多个侦测接脚，分别电连接至所述的多个电子装置，每个侦测接脚用以侦测对应的每个电子装置的模块类型；微控制器，电连接至所述的多个侦测接脚，微控制器用以根据每个侦测接脚所侦测得的模块类型选择性地设定多种组态其中之一；以及多个保护电路，电连接至微控制器且用以分别对应于所述的多个电子装置，每个保护电路用以根据微控制器所选择设定的组态设定一额定电力值；总线缆线，电连接至电源分配板，总线缆线用以连接外部电源以供应模块化机箱系统的电力；以及风扇总成，电连接至微控制器，风扇总成包括多个风扇，每个风扇用以根据微控制器所选择设定的组态调整本身转速；其中，微控制器可选择设定的组态包括第一组态及第二组态，且第一组态设定的额定电力值大于第二组态所设定的额定电力值。
依据本发明一实施例所叙述的一种模块化机箱系统的运作方法，适用于一模块化机箱系统，此模块化机箱系统用以供装设多个电子装置且这些电子装置各自对应于一侦测接脚及一保护电路，所述的方法包括：总线缆线供应模块化机箱系统的电力以进行开机；微控制器根据每个侦测接脚确认电子装置的模块类型；微控制器根据每个电子装置的模块类型选择性地设定多种组态其中之一；每个保护电路根据微控制器所选择设定一组态设定本身的额定电力值；以及每个保护电路基于所设定的额定电力值执行电力监控程序。
通过上述架构，本发明所揭露的电源分配板可侦测模块化机箱系统中各个电子装置的模块类型，即时且动态地调整符合每一个模块类型所需的断电保护设定，因此提升本发明所揭露的模块化机箱系统的安全性，同时减少不必要的电力消耗。另一方面，本发明所揭露的模块化机箱系统，可依据不同的模块化配置，调整符合各个电子装置的风扇校正曲线，达到最佳的散热效果，因此增进系统的稳定性。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
附图说明
图1为本发明一实施例的电源分配板所绘示的模块化机箱系统的电路架构图；
图2为本发明一实施例的模块化机箱系统的立体结构示意图；
图3为本发明一实施例的模块化机箱系统的运作方法所绘示的流程图。
符号说明
1 电源分配板
2 电子装置
21 存储装置
22 运算装置
3 侦测接脚
4 微控制器
5 保护电路
6 风扇总成
61 风扇
7 存储元件
8 总线缆线
9 模块化机箱系统
S1～S9 步骤
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相技术者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何熟悉相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请一并参考图1及图2，图1绘示本发明一实施例的模块化机箱系统9的电路架构图，图2绘示本发明一实施例的模块化机箱系统9的立体结构示意图。图1所绘示的电源分配板1(Power Distribution Board，PDB，也被称为电源分流板或电源背板)适用于图2所绘示的模块化机箱系统9，此模块化机箱系统9用以供装设多个电子装置2。下文将先介绍电源分配板1所提供的动态保护机制，再介绍应用此电源分配板1以实现即时性地调整每个电子装置2的保护设定和风扇转速的模块化机箱系统9。
请参考图1。本发明一实施例所揭露的电流分配板1包括多个侦测接脚3、一微控制器4、多个保护芯片5及一存储元件7。
请参考图1。侦测接脚3分别电连接至电子装置2，换言之，侦测接脚3与电子装置2是一一对应，如图1所绘示的模块化系统9具有6个电子装置2，因此电源分配板1具有6个侦测接脚3。每一侦测接脚3用以侦测本身所连接的电子装置2的模块类型。实务上，模块类型即为电子装置2的种类，例如存储装置(Storage)、运算装置(Server)或是系统无法辨识的电子装置2，然而本发明并不因此限制模块类型的类型数量。
请参考图1。微控制器4(Microcontroller Unit，MCU)电连接至所有的侦测接脚3，微控制器4用以根据每一侦测接脚3所侦测得的模块类型选择性地设定多种组态其中之一。详言之，所述的多种组态包括第一组态、第二组态及第三组态，第一组态对应至前述的存储装置、第二组态对应至前述的运算装置，第三组态则对应至系统无法辨识的电子装置2，因此微控制器4可根据不同的模块类型在各个组态中配置不同的设定参数。
请参考图1。多个电流保护芯片5都电连接至微控制器4，且用以分别对应于多个电子装置2，换言之，电流保护芯片5与电子装置2同样是一一对应。每个保护芯片5用以根据微控制器4所设定的组态设定本身的额定电力值，以本实施例而言即额定电流(ratedcurrent)值，也就是进行过电流保护(Over Current Protection，OCP)的配置，后文直接以额定电流值叙述。然而所述的额定电力值也可为额定电压值或额定功率值，本发明对此不予限制。一般而言，存储装置的额定电流相较于运算装置的额定电流高，因此第一组态设定额定电流值大于第二组态设定的额定电流值。
请参考图1，存储元件7用以存储每个模块类型与每个组态的对应关系，例如以下表的方式存储。
模块类型 存储装置 运算装置 其他电子装置
组态 第一组态 第二组态 第三组态
额定电流值 100安培 30安培 150安培
实务上，存储元件7例如只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)。另外，存储元件7可还包括存储每个模块类型与一风扇校正曲线的对应关系，风扇校正曲线是供系统根据不同模块类型的电子装置2控制不同的风扇转速。
在本发明另一实施例的电源分配板1中，微控制器4还包括一存储空间，用以存储每个模块类型与每个组态的对应关系。换言之，在模块类型与组态所占用的数据量不大时，可将存储元件7所存储的内容直接存放至微控制器4的存储空间中，由此节省额外增设ROM或EEPROM的成本。
请参考图2。本发明一实施例所揭露的模块化机箱系统9用以供装设多个电子装置2，所述的模块化机箱系统9包括：如前述的电源分配板1，且还包括风扇总成6及总线缆线8。
电源分配板1如前文所述。电源分配板1用以侦测每个电子装置2的模块类型，电源分配板1根据所测得的模块类型分别设置这些电子装置2对应的保护芯片5的额定电流值。
请参考图2。电子装置2的模块类型即包括如前述表列的存储装置21及运算装置22。存储装置21例如是硬盘(Hard Disk Drive，HDD)或固态硬盘(Solid-State Disk，SSD)，运算装置22例如是服务器、显示卡或包含现场可编程逻辑门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)及图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)的加速卡(acceleration card)。电子装置2例如通过抽屉式机箱可插拔地装设于模块化机箱系统9之中，由于每个抽屉式机箱中的电子装置2可任意配置，因此以图2而言，可以有64种配置电子装置2的方式。
请参考图2。风扇总成6电连接至电源分配板1上的微控制器4。风扇总成6包括多组风扇61，每组风扇61对应至一电子装置2，并根据微控制器4所设定的组态调整本身转速。详言之，电源分配板1上的存储元件7可存储每个模块类型与风扇校正曲线的对应关系，每个风扇61根据风扇校正曲线调整本身转速。换句话说，每个风扇61的转速是因应电子装置2的模块类型而决定之，如同电流保护芯片5的额定电流值的设定依据。
请参考图2。总线缆线8电连接至电源分配板1，总线缆线8用以连接外部电源以供应模块化机箱系统9的电力。
图3绘示本发明一实施例的模块化机箱系统9的运作方法的流程图。所述的方法适用于前述的模块化机箱系统9，此模块化机箱系统9用以供装设多个电子装置2且这些电子装置2各自对应于一侦测接脚3及一保护芯片5。
请参考图3的步骤S1：接通模块化机箱系统9的电源S1。详言之，在模块化机箱系统9配置完所有电子装置2后，通过总线缆线8供应此模块化机箱系统9的电力以进行开机。
请参考图3的步骤S2：载入预设组态S2。详言之，在总线缆线8供应模块化机箱系统9的电力以进行开机之后，微控制器4根据一预设组态设定所有的保护芯片5。于此必须注意的是：预设组态所设定的额定电流值大于其他所有组态所设定的额定电流值。此外，预设组态也包括风扇61的最大转速设定值。通过最大过电流保护以及风扇最大转速运作的系统配置，可确保系统在开机时或是后续更换电子装置2时依然受到保护。
请参考图3的步骤S3：侦测每一电子装置2。详言之，电源分配板1上的微控制器4通过每个电子装置2各自电连接的侦测接脚3，确认各个电子装置2的模块类型。于此必须提及的是：实务上也可通过软件设定方式让微控制器4得知各个电子装置2的模块类型。
请参考图3的步骤S4：针对每一电子装置2，微控制器4判断其是否属于可辨识的模块类型。详言之，在步骤S4中是针对每一电子装置采取顺序侦测。如果是可辨识的模块类型，如图2所绘示的存储装置21或是运算装置22，则继续执行步骤S5。否则回到步骤S2，由微控制器4载入预设组态，即前文表格所列举的第三组态，第三组态中参数配置即是用于系统无法辨识其模块类型的电子装置2。实务上微控制器4还包括一超时(timeout)机制，详言之，当微控制器4通过侦测接脚3侦测到无法辨识的电子装置2时，则设定一最大侦测时间值，当侦测时间超过此最大侦测时间值时，则跳至下一个电子装置2进行侦测，如此可避免本步骤S4因为一个无法辨识的电子装置2造成系统空转。另外，在侦测到无法辨识的电子装置2时，系统也将此状况记录于错误日志档(error log)中。
请参考图3的步骤S5：载入对应模块类型的组态设定。详言之，微控制器4依据不同的模块类型设定组态，例如存储装置21适用于第一组态，运算装置22适用于第二组态，上述两种模块类型以外的电子装置2则都采用第三组态。电源分配板1上每个保护芯片5根据微控制器4所设定的组态设定本身的额定电流值。例如存储装置21的额定电流值为100安培，运算装置22的额定电流值为30安培。
请参考步骤S6：载入风扇校正曲线设定。详言之，电源分配板1上的微控制器4根据组态至存储元件7查找对应此组态的风扇校正曲线，并且应用于风扇总成6中对应的风扇61。必须再次说明的是：各种组态与额定电流值和风扇校正曲线之间的对应关系可视情况选择用另一存储元件7存储，或是径自存放于微控制器4本身具有的存储空间中，本发明对此不予限制。
请参考图3的步骤S7，执行电力监控程序。具体来说，是模块化机箱系统9基于所设定的多组额定电流值以及风扇校正曲线进行监控。例如实务上可执行一重载(Heavy Load)测试；侦测过电流保护机制及风扇转速是否符合预期，举例来说，在执行步骤S7的重载测试时，会检测电压是否有过高或过低的状况，而过电流保护的部分则是由电子装置2的最大电流及可允许的涌浪电流(inrush current)决定，所述的重载测试会持续一段时间，由此确认在电子装置2实际运作时，在步骤S5中所设定的组态是否适用此电子装置2；例如若电子装置2在本步骤S7中因重载测试而启动断电保护，则表示先前设定的组态不适用于此电子装置2，因此返回步骤S2重新载入预设组态，然后继续执行步骤S3～S7。换言之，本步骤S7所述的电力监控程序，可避免侦测接脚3因误判而设定了错误的组态至电子装置2。
请参考图3的步骤S8：进入标准工作模式。承步骤S7，若经电力检测程序后，确认模块化机箱系统9的所有电子装置2及风扇总成6的所有风扇61都处于正常运作状态，则系统便可开始正常运作。否则若在电力检测程序中发现任何不符合预期的状态，则返回步骤S2重新开始模块化机箱系统9中的各项组态配置。
请参考图3的步骤S9：在模块化机箱系统9第一次开机后的正常运作过程中，微控制器4仍随时通过侦测接脚3或是软件设定检测是否有变更电子装置2，例如将某一存储装置21替换为运算装置22。若微控制器4侦测到有电子装置2被替换，则重新执行步骤S2～S7。否则继续维持原本模块化机箱系统9的正常运作，如步骤S8所述。另外需补充说明的是：在本发明一实施例中，由于组态的设定基准是以系统管理的角度考虑，因此，当检测到一或多个电子装置2更换时，模块化机箱系统9内的所有电子装置2都将于步骤S2中更改为预设组态。
综合以上所述，本发明所揭露的电源分配板，包含此电源分配板的模块化机箱系统及此模块化机箱系统的运作方法，提出了一种动态保护机制与此机制具体实现的装置。本发明的主要目的为动态配置过电流保护设定，通过电源分配板上的微控制器与多个侦测接脚，即时地检测模块化机箱系统中各个电子装置的模块类型，并且让保护芯片5调整本身的额定电流值。另一方面，也让风扇根据微控制器设定的组态调整转速以控制散热风流，并且将组态与风扇校正曲线匹配的对应关系存入EEPROM，使微控制器可即时载入风扇校正曲线。此外，在系统开机后，微控制器尚未确认电子装置的模块类型之前，会优先载入预设组态(最大过电流保护以及最大风扇转速)，然后再通过侦测接脚确认系统中所有电子装置的模块类型，由此得以在开机后的第一时间便载入保护机制，并且在后续开机流程即时地调整回最适合每个电子装置的保护机制。相较于传统的电源分配板只有固定一种的配置方式，使得原本负载电流较低且不需耗费额外风扇转速的电子装置也被配置为最大额定电流值与最大风扇转速，造成不必要的电力消耗；本发明揭露的模块化机箱系统可在任意的电子装置配置下都受到应有的保护，并且降低风扇造成的额外电力消耗。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求。

Claims (18)

1.一种电源分配板，适用于模块化机箱系统，该模块化机箱系统用以供装设多个电子装置，其特征在于，所述的电源分配板包括：
多个侦测接脚，用于分别电连接至该些电子装置，每一该侦测接脚用以侦测对应的每一该电子装置的模块类型；
微控制器，电连接至该些侦测接脚，该微控制器用以根据每一该侦测接脚所侦测得的该模块类型选择性地设定多种组态其中之一；以及
多个保护电路，电连接至该微控制器且用以分别对应于该些电子装置，每一该保护电路用以根据该微控制器基于与该保护电路相对应的电子装置的模块类型所设置的组态来设定额定电力值，且基于所设定的额定电力值执行对相应的电子装置的过电流保护。
2.如权利要求1所述的电源分配板，其中该些组态包括第一组态及第二组态，且该第一组态设定的该额定电力值大于该第二组态所设定的该额定电力值。
3.如权利要求1所述的电源分配板，还包括存储元件，电连接至该微控制器，该存储元件用以存储每一该模块类型与每一该组态的对应关系。
4.如权利要求3所述的电源分配板，其中该存储元件还包括用以存储每一该模块类型与一风扇校正曲线的对应关系。
5.如权利要求3所述的电源分配板，其中该存储元件是只读存储器或电子抹除式可复写只读存储器。
6.如权利要求1所述的电源分配板，其中该微控制器还包括存储空间，用以存储每一该模块类型与每一该组态的对应关系。
7.一种模块化机箱系统，其特征在于，该模块化机箱系统用以供装设多个电子装置，所述的模块化机箱系统包括：
电源分配板，包括：
多个侦测接脚，用于分别电连接至该些电子装置，每一该侦测接脚用以侦测对应的每一该电子装置的模块类型；
微控制器，电连接至该些侦测接脚，该微控制器用以根据每一该侦测接脚所侦测得的该模块类型选择性地设定多种组态其中之一；以及
多个保护电路，电连接至该微控制器且用以分别对应于该些电子装置，每一该保护电路用以根据该微控制器基于与该保护电路相对应的电子装置的模块类型所设置的组态来设定额定电力值，且基于所设定的额定电力值执行对相应的电子装置的过电流保护；
总线缆线，电连接至该电源分配板，该总线缆线用以连接外部电源以供应该模块化机箱系统的电力；以及
风扇总成，电连接至该微控制器，该风扇总成包括多个风扇，每一该风扇用以根据该些组态调整本身转速。
8.如权利要求7所述的模块化机箱系统，其中该些组态具有第一组态及第二组态，且该第一组态设定的该额定电力值大于该第二组态所设定的该额定电力值。
9.如权利要求7所述的模块化机箱系统，还包括存储元件，电连接至该微控制器，该存储元件用以存储每一该模块类型与每一该组态的对应关系。
10.如权利要求9所述的模块化机箱系统，其中该存储元件还包括用以存储每一该模块类型与风扇校正曲线的对应关系，且该些风扇还根据该风扇校正曲线调整本身转速。
11.如权利要求9所述的模块化机箱系统，其中该存储元件是只读存储器或电子抹除式可复写只读存储器。
12.如权利要求7所述的模块化机箱系统，其中该微控制器还包括存储空间，用以存储每一该模块类型与每一该组态的对应关系。
13.一种模块化机箱系统的运作方法，其特征在于，该运作方法适用于模块化机箱系统，该模块化机箱系统用以供装设多个电子装置且该些电子装置各自对应于侦测接脚及保护电路，所述的方法包括：
以总线缆线供应该模块化机箱系统的电力以进行开机；
以微控制器根据每一该侦测接脚确认该电子装置之模块类型；
以该微控制器根据每一该模块类型选择性地设定多种组态其中之一；
以每一该保护电路根据该微控制器基于与该保护电路相对应的电子装置的模块类型所设置的组态来设定额定电力值；以及
以该些保护电路基于所设定的该些额定电力值执行电力监控程序，实现对相应的电子装置的过电流保护。
14.如权利要求13所述的模块化机箱系统的运作方法，其中在该总线缆线供应该模块化机箱系统的电力以进行开机之后，还包括以该微控制器根据预设组态设定该些保护电路，该预设组态所设定的该额定电力值大于每一该些组态所设定的该额定电力值。
15.如权利要求13所述的模块化机箱系统的运作方法，其中在该微控制器根据每一该侦测接脚确认该电子装置的该模块类型之前，还包括以该微控制器根据每一该侦测接脚确认该电子装置是否已装设于该模块化机箱之中。
16.如权利要求14所述的模块化机箱系统的运作方法，其中该电力监控程序是一重载测试，且在该重载测试未通过时，重新以该微控制器根据该预设组态设定该些保护电路；以该微控制器根据每一该侦测接脚确认该电子装置的该模块类型；以该微控制器根据每一该模块类型选择性地设定该些组态其中之另一；以每一该保护电路根据该微控制器所选择的该些组态其中之该另一设定该额定电力值；以及以该些保护电路基于所设定的该些额定电力值执行该电力监控程序。
17.如权利要求14所述的模块化机箱系统的运作方法，其中在该模块化机箱系统第一次开机后的正常运作过程中，以该微控制器根据每一该侦测接脚确认该电子装置的该模块类型是否改变，且当该微控制器侦测到改变时，以该微控制器重新根据该预设组态设定该些保护电路。
18.如权利要求14所述的模块化机箱系统的运作方法，其中
在该总线缆线供应该模块化机箱系统的电力以进行开机之后，还包括以该微控制器根据该预设组态设定风扇总成，其中该风扇总成包括多个风扇，该预设组态用以使该风扇总成的每一该些风扇以最大转速运行；
在以该微控制器根据每一该模块类型选择性地设定该些组态其中之一之后，还包括以每一该些风扇根据该微控制器所选择的该些组态其中之一调整本身转速；以及
在执行该电力监控程序时，还包括以该模块化机箱检测每一该些风扇的转速。
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