CN112039187A - 用于电源供应系统的控制方法及电源供应系统 - Google Patents

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CN112039187A CN201910584150.4A CN201910584150A CN112039187A CN 112039187 A CN112039187 A CN 112039187A CN 201910584150 A CN201910584150 A CN 201910584150A CN 112039187 A CN112039187 A CN 112039187A
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Abstract

本发明提供了一种用于电源供应系统的控制方法及电源供应系统，该控制方法包含当对应于一三相电压源的多个电源转换模组的其中之一不正常运作时，一驱动电路根据对应于该不正常运作的电源转换模组的一工作信号，以导通一备援供应模组中对应于该不正常运作的电源转换模组的一相位的一第一备援转换模组的一开关元件；以及于一逻辑控制电路检测每一备援转换模组中对应于所有相位的工作信号后，该驱动电路栓锁该备援供应模组中对应于该相位而尚未被驱动的至少一第二备援转换模组中未被导通的开关元件，并栓锁该第一备援转换模组中对应于不同相位且未被导通的开关元件。

Description

用于电源供应系统的控制方法及电源供应系统
技术领域
本发明是指一种用于电源供应系统的控制方法及电源供应系统，尤指一种可增加利用性且提供稳定的直流电压源的电源供应系统的控制方法及电源供应系统。
背景技术
由于科技的进步与发展，大数据分析、人工智能(Artificial Intelligence，AI)等需要大量运算服务器的需求大幅增加，同时电力需求也随之增加。对于数据中心所需要的百万瓦等级的需求，电源供应系统的稳定性也益加重要。现有应用于计算机系统机箱(Chassis)内部的电源供应器，多以一单相模组或一三相模组的架构为主。单相模组是以一功率因数调整(Power Factor Correct，PFC)及一直流/直流(DC/DC)为单一模组使用，然而，当单一模组的PFC或DC/DC损坏时，则无法供应电源至计算机系统；并且，因现行服务器机架需消耗千瓦等级的电能，当输入电流过大时，单相模组无法负荷而导致损坏；同时，于电源配置上的庞大数量铜线，亦造成成本增加。
三相模组是以三相电压源作为输入电压源，以三组PFC及DC/DC模组转换三相电压源。然而，当三相模组中的任一相模组的PFC及DC/DC损坏或发生异常时，三相模组将因为相位不平衡，导致三相模组无法正常运作，更甚者，可能触发电流保护断电，导致发电厂线圈烧毁。对此，现有的三相输入电压源的架构通常配备备用电源作为备援电源，以于对应于任一相位的主要的电源模组损坏或发生异常时，于关闭主要的电源模组后，再开启备用电源以达到三相平衡。然而，当主要的电源模组长时间未损坏或发生异常时，备用电源的利用性不高也大幅地增加整体系统成本。
因此，如何提供一种提升电源供应系统的利用性，并且稳定的直流输出电压源的电源供应系统，以解决上述问题，也就成为业界所努力的目标之一。
发明内容
本发明的一实施例揭露一种控制方法，用于一电源供应系统，其中该电源供应系统包含有一三相电压源、一电源供应模组、一备援供应模组、一逻辑控制电路、一驱动电路及一使能电路，该电源供应模组包含多个电源转换模组，该备援供应模组的每一备援转换模组包含有多个开关元件，该控制方法包含有当对应于该三相电压源的该多个电源转换模组的其中之一不正常运作时，该驱动电路根据对应于该不正常运作的电源转换模组的一工作信号，产生一开关信号，以导通该备援供应模组中对应于该不正常运作的电源转换模组的一相位的一第一备援转换模组的一开关元件；该使能电路根据该开关信号，产生一使能信号至该第一备援转换模组；以及于该逻辑控制电路检测该第一备援转换模组的一第一工作信号及每一备援转换模组中对应于所有相位的工作信号后，该驱动电路栓锁该备援供应模组中对应于该相位而尚未被驱动的至少一第二备援转换模组中未被导通的开关元件，以及栓锁该第一备援转换模组中对应于不同相位且未被导通的开关元件。
本发明的另一实施例揭露一种电源供应系统，包含有一三相电压源，以产生三个相位的电压源；一电源供应模组，包含有多个电源转换模组，分别耦接于该三相电压源，该多个电源转换模组分别对应于该三相电压源的三个相位，以根据该三相电压源分别产生对应的多个直流电压；一备援供应模组，耦接于该电源供应模组，该备援供应模组包含有对应于该三相电压源的至少一备援转换模组，且每一备援转换模组包含有多个开关元件，分别耦接于该三相电压源的三个相位的电压源，以于该多个电源转换模组的至少其中之一不正常运作时，由对应于不正常运作的电源转换模组的备援转换模组，根据该三相电压源产生对应的该多个直流电压；一逻辑控制电路，耦接于该电源供应模组及该备援供应模组，以根据对应于每一电源转换模组及每一备援转换模组的一工作信号，判断该多个电源转换模组及该至少一备援转换模组是否正常运作；以及一驱动电路，耦接于该至少一备援供应模组及该逻辑控制电路，以根据对应于该不正常运作的电源转换模组的工作信号，产生一开关信号，以导通该备援供应模组中对应于该不正常运作的电源转换模组的一相位的一第一备援转换模组的一开关元件。
因此，本发明的有益效果在于提供了一种用于电源供应系统的控制方法及电源供应系统，以提升电源供应系统的利用性，并且提供稳定的直流输出电压源。
附图说明
图1为本发明实施例的一电源供应系统的示意图。
图2为本发明实施例的另一电源供应系统的示意图。
图3及图4为图2的电源供应系统的一部分的示意图。
图5为本发明实施例的控制方法的示意图。
附图标记：
10、20～电源供应系统
102～三相电压源
104～电源机箱
106～逻辑控制电路
108～驱动电路
110～电源供应模组
110_1、110_2、110_3～电源转换模组
112、212～备援供应模组
114_1、214_1、214_2、214_3～备援转换电路
116～延迟电路
118～使能电路
50～控制方法流程
502、504、506、508、510～步骤
EN～使能信号
1062_1、1062_2、1062_3、1064_1、1064_2、1064_3～相位信号检测器
Figure BDA0002113938770000031
～相位
P1_1、P1_2、P1_3、P2_1、P2_2、P2_3、
Figure BDA0002113938770000032
Figure BDA0002113938770000033
～工作信号
Q1_1、Q2_1、Q3_1、Q1_2、Q2_2、
Q3_2、Q1_3、Q2_3、Q3_3～开关元件
SW～开关信号
具体实施方式
请参考图1，图1为本发明实施例的一电源供应系统10的示意图。电源供应系统10包含一三相电压源102、一电源机箱104、一逻辑控制电路106及一驱动电路108，其可提供稳定的直流输出电压至一系统端(未绘示于图1)，例如一伺服器或计算机系统。三相电压源102可以是一三相交流电压源，如380V或220V三相交流电，电源机箱104将三相电压源102提供的三个相位的电压源转换成交流/直流(AC/DC)电压源后，以提供给系统端使用。在一实施例中，经过电源机箱104的转换后，电源供应系统10以12V/48V直流/直流电源输出至系统端。
详细来说，电源供应系统10的电源机箱104包含有一电源供应模组110，及一备援供应模组112，其中，电源供应模组110包含有电源转换模组110_1、110_2、110_3分别根据三相电压源102产生对应的多个直流电压。在此实施例中，电源转换模组110_1、110_2、110_3分别将对应于三相电压源102的相位
Figure BDA0002113938770000041
转换为对应的直流电压，也就是说，电源转换模组110_1、110_2、110_3分别产生对应于三相电压源102的相位
Figure BDA0002113938770000042
的直流电压。备援供应模组112包含一备援转换模组114_1，其中备援转换模组114_1包含有多个开关元件Q1_1、Q2_1、Q3_1，分别耦接于三相电压源102的三个相位的电压源，以于分别导通时用来转换对应于三相电压源102的相位
Figure BDA0002113938770000043
Figure BDA0002113938770000044
因此，当电源转换模组110_1、110_2、110_3的至少其中之一不正常运作时，备援转换模组114_1可根据三相电压源102产生对应于不正常运作的电源转换模组的直流电压。
逻辑控制电路106用来根据对应于每一电源转换模组110_1～110_3及备援转换模组114_1的一工作信号P1_1、P1_2、P1_3、P2_1，判断电源转换模组110_1～110_3及备援转换模组114_1是否正常运作。驱动电路108用来根据对应于不正常运作的电源转换模组的工作信号产生一开关信号SW，以导通备援转换模组114_1中对应于不正常运作的电源转换模组的一相位的一开关元件。举例来说，当用来转换三相电压源102的相位
Figure BDA0002113938770000045
的电源转换模组110_1不正常运作时，电源转换模组110_1的工作信号转态为不正常运作的工作信号，逻辑控制电路106可接收到来自电源转换模组110_1的不正常运作的工作信号P1_1并传送至驱动电路108，驱动电路108据以产生开关信号SW至备援转换模组114_1以导通对应于相位
Figure BDA0002113938770000046
的开关元件Q1_1，进而产生对应于相位
Figure BDA0002113938770000047
的直流电压，即备援转换模组114_1取代电源转换模组110_1提供对应于相位
Figure BDA0002113938770000048
的直流电压。
值得注意的是，在上述实施例中，逻辑控制单元106判断任一电源转换模组不正常运作时，关闭不正常运作的电源转换模组。此外，每一电源转换模组110_1、110_2、110_3是互相并联连接的。
在一实施例中，当用来转换三相电压源102的相位
Figure BDA0002113938770000051
的电源转换模组110_1不正常运作时，逻辑控制电路106接收到来自电源转换模组110_1的对应于不正常运作的工作信号P1_1，并且经由驱动电路108发出开关信号SW至备援转换模组114_1中对应于相位
Figure BDA0002113938770000052
的开关元件Q1_1，以导通开关元件Q1_1。接着，在延迟电路106延迟一段时间后(即对应于相位
Figure BDA0002113938770000053
的备援转换模组114_1已准备好提供对应的直流电压)，由使能电路118发出一使能信号EN至备援转换模组114_1，以激活备援转换模组114_1，使备援转换模组114_1输出对应的直流电压(即对应于相位
Figure BDA0002113938770000054
的直流电压)，并且发出正常运作的工作信号P2_1。如此一来，当电源供应系统10的电源转换模组110_1、110_2、110_3中的任一电源转换模组损坏或发生异常时，透过备援供应模组112提供对应于损坏或发生异常的电源转换模组直流电压，维持电源供应系统10的稳定输出电流。
请参考图2，图2为本发明实施例的一电源供应系统20的示意图。电源供应系统20与电源供应系统10相似，因此，电源供应系统20沿用与电源供应系统10相同的元件符号。与电源供应系统10不同的地方在于，电源供应系统20的备援供应模组212包含有多个备援转换模组214_1、214_2、214_3，其中每一备援转换模组212_1、212_2、212_3分别包含有多个开关元件Q1_1～Q3_3，以分别耦接于三相电压源102的三个相位的电压源，进而于分别导通时转换对应于三相电压源102的相位
Figure BDA0002113938770000055
此外，每一电源转换模组214_1、214_2、214_3是互相并联连接的。因此，当电源转换模组110_1、110_2、110_3的至少其中之一不正常运作时，备援转换模组214_1、214_2、214_3的其中之一可根据三相电压源102产生对应的直流电压，以维持电源供应系统20的三相平衡。
举例来说，当电源转换模组110_2故障或发生异常时(即电源供应系统20的电源转换模组110_2无法正常提供对应于相位
Figure BDA0002113938770000056
的直流电压)，逻辑控制电路106接收到一不正常运作的工作信号P1_2并传送至驱动电路108。驱动电路108据以产生开关信号SW至备援供应模组212。在一实施例中，电源供应系统20可导通备援转换模组214_1中对应于相位
Figure BDA0002113938770000057
的开关元件Q2_1，进而由导通备援转换模组214_1产生对应于相位
Figure BDA0002113938770000058
的直流电压。因此，当备援转换模组214_1被成功地驱动时，则产生正常运作的工作信号P2_1至逻辑控制电路106。相反地，当备援转换模组214_1无法被驱动或不存在时，则不传送工作信号P2_1或产生不正常运作的工作信号P2_1至逻辑控制电路106。在此情形下，逻辑控制电路106可据以驱动另一备援转换模组(即备援转换模组214_2或214_3)提供支援，以维持电源供应系统20的三相平衡。
详细而言，由于电源供应系统20中的备援供应模组212具有多个备援转换模组214_1、214_2、214_3，因此，当一备援转换模组无法成功备援不正常运作的电源转换模组时，可以另一备援转换模组支援以维持电源供应系统20的三相平衡。在此情形下，当备援供应模组212的备援转换模组214_1无法成功地被驱动以产生对应的直流电压时，逻辑控制电路106可另驱动备援转换模组214_2，以导通备援转换模组214_2中对应于相位
Figure BDA0002113938770000061
的开关元件Q2_2，进而产生对应于相位
Figure BDA0002113938770000062
的直流电压，以维持电源供应系统20的三相平衡。值得注意的是，电源供应系统20于任一电源转换模组故障或发生异常时，进而驱动备援转换模组214_1、214_2、214_3的其中之一的顺序并不限于前述实施例，而可依据一预先决定的顺序或由计算机系统所决定，不以此为限制。
另一方面，为了确保同一备援转换模组只有一个开关元件被导通，并且备援供应模组212在同一时间只提供单一相位的交流电压，电源供应系统20的逻辑控制电路106可检测并且根据被驱动的备援转换模组214_2所发出的正常运作的工作信号P2_2以及每一备援转换模组中对应于所有相位的工作信号
Figure BDA0002113938770000063
栓锁备援供应模组212中对应于相位
Figure BDA0002113938770000064
而尚未被驱动的备援转换模组中未被导通的开关元件(即栓锁备援转换模组214_1、214_3中对应于相位
Figure BDA0002113938770000065
尚未被导通的开关元件Q2_1、Q2_3)，以及栓锁备援转换模组214_2中对应于不同相位且未被导通的开关元件(即栓锁备援转换模组214_2中对应于相位
Figure BDA0002113938770000066
的开关元件Q1_2、Q3_2)。
在一实施例中，请参考图3，图3为本发明实施例的电源供应系统20的一部分的示意图。逻辑控制电路106可进一步包含对应于不同相位的多个相位信号检测器1062_1～1062_3，用来检测每一备援转换模组的不同相位的工作信号
Figure BDA0002113938770000067
Figure BDA0002113938770000068
以于逻辑控制电路106检测到备援转换模组214_2所发出的正常运作的工作信号P2_2后(即备援转换模组214_2已正常运作)，逻辑控制电路106根据备援转换模组214_2的相位
Figure BDA0002113938770000069
所发出的工作信号
Figure BDA00021139387700000610
将未被驱动的备援转换模组214_1、214_3中对应于相位
Figure BDA00021139387700000611
的开关元件Q2_1、Q2_3的工作信号
Figure BDA00021139387700000612
反相输入至驱动电路108，以栓锁未被驱动的备援转换模组214_1、214_3中对应于相位
Figure BDA00021139387700000613
的开关元件Q2_1、Q2_3。
此外，请参考图4，图4为本发明实施例的电源供应系统20的一部分的示意图。逻辑控制电路106可另包含对于同一备援转换模组的所有相位的相位信号检测器1064_1～1064_3，以于逻辑控制电路106检测到备援转换模组214_2所发出的正常运作的工作信号P2_2后(即备援转换模组214_2已正常运作)，逻辑控制电路106根据备援转换模组214_2的相位
Figure BDA0002113938770000071
所发出的工作信号
Figure BDA0002113938770000072
将备援转换模组214_2中未被驱动的对应于相位
Figure BDA0002113938770000073
的开关元件Q1_2、Q3_2的工作信号
Figure BDA0002113938770000074
反相输入至驱动电路108，以栓锁未被驱动的开关元件Q1_2、Q3_2。
另一方面，当不正常运作的电源转换模组110_2回复正常运作时，驱动电路108根据对应的工作信号P1_2(即原不正常运作的电源转换模组110_2的工作信号转态为正常运作时)，停止导通备援转换模组214_2中相位
Figure BDA0002113938770000075
的开关元件Q2_2，并且由逻辑控制电路106解除栓锁所有备援转换模组的所有开关元件。
上述操作可确保同一个备援转换模组同时只有一个开关元件被导通，并且备援供应模组同时只提供单一相位的交流电压，其可进一步归纳为一控制方法流程50，用以避免同时输入相同相位而影响电源供应系统的三相平衡。如图5所示，控制方法流程50的步骤包含：
步骤502：开始。
步骤504：当对应于三相电压源的电源转换模组的其中之一不正常运作时，驱动电路根据对应于不正常运作的电源转换模组的工作信号，产生开关信号，以导通备援供应模组中对应于不正常运作的电源转换模组的相位的第一备援转换模组的开关元件。
步骤506：使能电路根据开关信号，产生使能信号至第一备援转换模组。
步骤508：于逻辑控制电路检测第一备援转换模组的第一工作信号及每一备援转换模组中对应于所有相位的工作信号后，驱动电路栓锁备援供应模组中对应于该相位而尚未被驱动的至少一第二备援转换模组中未被导通的开关元件，以及栓锁第一备援转换模组中对应于不同相位且未被导通的开关元件。
步骤510：结束。
关于控制方法流程50的运作流程请参考上述关于电源供应系统10、20的实施例，为求简洁，在此不再赘述。
值得注意的是，当控制方法流程50应用于电源供应系统10时，由于备援供应模组112仅具有单一备援转换模组114_1，因此可由驱动电路108栓锁未被导通的开关元件。
需注意的是，本领域技术人员可根据不同系统需求适当设计电源供应系统。举例来说，每一备援转换模组中的开关元件可另外以一一切三开关实现，以于同一时间转换单一相位的电压源。另一方面，由于本发明的备援供应模组可透过模组化，通用于现有的机箱的插槽，因此，可同时以多个备援供应模组备援多个电源供应模组，以提升应用于各种装置的电源供应系统的稳定性以及利用性，或者根据不同的电压源，适当地改变电源供应模组及备援供应模组的数量，而不限于此，皆属本发明的范畴。
综上所述，本发明提供一种用于电源供应系统的控制方法及电源供应系统，透过控制备援转换模组以增加其利用性，并且提供稳定的直流电压源。
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 (16)

1.一种用于一电源供应系统的控制方法，其特征在于，该电源供应系统包含有一三相电压源、一电源供应模组、一备援供应模组、一逻辑控制电路、一驱动电路及一使能电路，该电源供应模组包含多个电源转换模组，该备援供应模组的每一备援转换模组包含有多个开关元件，该控制方法包含有：
当对应于该三相电压源的该多个电源转换模组的其中之一不正常运作时，该驱动电路根据对应于该不正常运作的电源转换模组的一工作信号，产生一开关信号，以导通该备援供应模组中对应于该不正常运作的电源转换模组的一相位的一第一备援转换模组的一开关元件；
该使能电路根据该开关信号，产生一使能信号至该第一备援转换模组；以及
于该逻辑控制电路检测该第一备援转换模组的一第一工作信号及每一备援转换模组中对应于所有相位的工作信号后，该驱动电路栓锁该备援供应模组中对应于该相位而尚未被驱动的至少一第二备援转换模组中未被导通的开关元件，以及栓锁该第一备援转换模组中对应于不同相位且未被导通的开关元件。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当该多个电源转换模组的其中之一的该工作信号为不正常运作时，由该逻辑控制电路关闭对应于不正常运作的该多个电源转换模组的其中之一。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该多个电源转换模组是互相并联连接的，且该备援供应模组的所有备援转换模组也是互相并联连接。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当该多个电源转换模组正常运作时，该备援供应模组的所有备援转换模组为一待机状态。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该电源供应系统另包含一延迟电路耦接于该驱动电路及该使能电路之间，用来延迟该使能电路发出的该使能信号，以于该第一备援转换模组的该开关元件导通后，由该使能信号激活该第一备援转换模组。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该多个开关元件分别耦接于该三相电压源的三个相位的电压源，以根据该驱动电路所产生的对应的该开关信号，导通该备援供应模组中对应于该不正常运作的电源转换模组的该相位的该备援转换模组的该开关元件。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当不正常运作的电源转换模组回复正常运作时，该驱动电路根据对应的工作信号，停止导通该第一备援转换模组的该相位的该开关元件，并且由该逻辑控制电路解除栓锁所有备援转换模组的所有开关元件。
8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当对应于不正常运作的该电源转换模组的该备援供应模组的该第一备援转换模组无法正常运作时，该驱动电路导通该备援供应模组的该至少一第二备援转换模组中对应于不正常运作的该电源转换模组的该相位的一开关元件。
9.一种电源供应系统，其特征在于，包含有：
一三相电压源，以产生三个相位的电压源；
一电源供应模组，包含有多个电源转换模组，分别耦接于该三相电压源，该多个电源转换模组分别对应于该三相电压源的三个相位，以根据该三相电压源分别产生对应的多个直流电压；
一备援供应模组，耦接于该电源供应模组，该备援供应模组包含有对应于该三相电压源的至少一备援转换模组，且每一备援转换模组包含有多个开关元件，分别耦接于该三相电压源的三个相位的电压源，以于该多个电源转换模组的至少其中之一不正常运作时，由对应于不正常运作的电源转换模组的备援转换模组，根据该三相电压源产生对应的该多个直流电压；
一逻辑控制电路，耦接于该电源供应模组及该备援供应模组，以根据对应于每一电源转换模组及每一备援转换模组的一工作信号，判断该多个电源转换模组及该至少一备援转换模组是否正常运作；以及
一驱动电路，耦接于该至少一备援供应模组及该逻辑控制电路，以根据对应于该不正常运作的电源转换模组的工作信号，产生一开关信号，以导通该备援供应模组中对应于该不正常运作的电源转换模组的一相位的一第一备援转换模组的一开关元件。
10.如权利要求9所述的电源供应系统，其特征在于，当该多个电源转换模组的其中之一的该工作信号为不正常运作时，由该逻辑控制电路关闭对应于不正常运作的该多个电源转换模组的其中之一。
11.如权利要求9所述的电源供应系统，其特征在于，该多个电源转换模组是互相并联连接的，且该备援供应模组的所有备援转换模组也是互相并联连接。
12.如权利要求9所述的电源供应系统，其特征在于，当该多个电源转换模组正常运作时，该备援供应模组的所有备援转换模组为一待机状态。
13.如权利要求9所述的电源供应系统，其另包含：
一使能电路，用来根据该开关信号，产生一使能信号至该第一备援转换模组；以及
一延迟电路，耦接于该驱动电路及该使能电路之间，用来延迟该使能电路发出的该使能信号，以于该第一备援转换模组的该开关元件导通后，由该使能信号激活该第一备援转换模组。
14.如权利要求9所述的电源供应系统，其特征在于，于该逻辑控制电路检测该第一备援转换模组的一第一工作信号及每一备援转换模组中对应于所有相位的工作信号后，该驱动电路栓锁该备援供应模组中对应于该相位而尚未被驱动的至少一第二备援转换模组中未被导通的开关元件，以及栓锁该第一备援转换模组中对应于不同相位且未被导通的开关元件。
15.如权利要求9所述的电源供应系统，其特征在于，当不正常运作的电源转换模组回复正常运作时，该驱动电路根据对应的工作信号，停止导通该第一备援转换模组的该相位的该开关元件，并且由该逻辑控制电路解除栓锁所有备援转换模组的所有开关元件。
16.如权利要求9所述的电源供应系统，其特征在于，当对应于不正常运作的该电源转换模组的该备援供应模组的该第一备援转换模组无法正常运作时，该驱动电路导通该备援供应模组的该至少一第二备援转换模组中对应于不正常运作的该电源转换模组的该相位的一开关元件。
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