CN117200157A - 用于智能电源板的输出口浪涌电流限制器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种机架电源分配单元(RPDU)，该RPDU自动且安全地将电源切换到一个或更多个插座。RPDU包括利用控制算法的一个或更多个处理器，该控制算法管理双稳态继电器，使得在手动连接/断开负载设备的电源时，最小化浪涌电流。特别地，基于受负载阻抗影响的RMS或峰值电压的变化来识别继电器触点状态(断开/闭合)。RPDU还被配置为预测电压过零事件的定时。以这种方式，并基于继电器触点状态的确定和电压过零点预测，断开的继电器触点被识别并在电压过零点处安全闭合。

Description

用于智能电源板的输出口浪涌电流限制器

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2022年6月6日提交的美国临时申请序列号63/349,385的权益。2022年6月6日提交的美国临时申请序列号63/349,385通过引用全部被并入本文。

技术领域

本公开涉及具有多个输出口和双稳态继电器的智能电源板，特别是涉及一种智能电源板，该智能电源板被配置为当输出口打开且外部设备与智能电源板连接和断开时来限制浪涌电流。

背景技术

智能电源板(诸如用于服务器集群的电源板)通常使用(通常额定值为250V/20A的)功率继电器来切换插座的线路，以达到重新启动连接的负载设备(诸如服务器)的主要目的。依据负载设备的内部电源设计，当在继电器触点闭合的瞬间输入大容量电容器充电时，可能会发生大量浪涌电流。这种短暂但较大的电流浪涌可能会永久损坏继电器触点。例如，浪涌电流可能使继电器触点熔接闭合，从而使继电器触点不再工作。这些高能事件甚至可能导致熔融金属的爆炸性膨胀和喷出，从而可能导致底座内的二次电弧故障。浪涌电流也可能导致上游电路保护设备(通常为断路器)跳闸。一些继电器制造商提供更昂贵的设备，这些设备可以处理高达其设计额定值四倍的瞬时电流浪涌。为了进一步补充对继电器触点的保护，可以根据线路频率的电压过零点，通过协调继电器闭合的定时来减轻浪涌电流。

在容纳服务器设备的机架中使用的一种智能电源板(通常被称为机架电源分配单元(RPDU，rack power distributionunit))具有与多个插座相关联的切换功能。切换功能的原因有两个：(a)能够将电源远程回收到挂断的连接设备；以及(b)能够按顺序启动所有连接的设备，以确保上游断路器不会由于所有连接的负载同时获得高浪涌电流而跳闸。典型的IT(信息技术，information technology)负载(例如服务器)可以在启动时获得其正常电流的5倍之多。

随着双稳态继电器更节能，双稳态继电器越来越多地在RPDU中使用，因为它们的线圈不需要保持通电来维持其触点的状态。在这样的双稳态继电器中，线圈被脉冲化以将触点的状态从断开更改为闭合，反之亦然。然后触点将保持在其现有状态，直到线圈再次被脉冲化。相比之下，在典型的常开继电器中，当需要闭合继电器的触点时，继电器的线圈必须是通电的并保持通电，以保持触点闭合。当典型的常开继电器的线圈断电时，继电器触点恢复到其常开状态。类似地，在典型的常闭继电器中，当需要断开继电器的触点时，继电器的线圈必须是通电的并保持通电，以保持触点断开。当典型的常闭继电器的线圈断电时，继电器触点恢复到其常闭状态。

具有切换功能的RPDU在管理供电周期和断路器闭合期间的浪涌电流中特别有用，在这种情况下，RPDU可以被编程为在规定的时间内按顺序排列到每个插座的电源。然而，在插座通电时用户手动连接和/或断开负载的情况下，RPDU目前无法减轻潜在的浪涌电流。使问题复杂化的是，当继电器触点断开时，这些系统无法指示负载设备是否已连接或已断开。RPDU中用于检测负载连接和浪涌电流的这些限制可能导致如上所列出的高能事件。

因此，弥补上述常规方法的缺点对于系统和方法可能是有利的。

发明内容

因此，本公开涉及一种机架电源分配单元(RPDU)，该机架电源分配单元(RPDU)自动且安全地将电源切换到一个或更多个插座。RPDU包括一个或更多个处理器，该一个或更多个处理器利用管理双稳态继电器的控制算法，使得在手动连接/断开到负载设备的电源时将浪涌电流最小化。特别地，基于受负载阻抗影响的RMS或峰值电压的变化来识别继电器触点状态(断开/闭合)。RPDU还被配置为预测电压过零事件的定时。以这种方式，并基于继电器触点状态的确定和电压过零点预测，断开的继电器触点被识别并在电压过零点处安全闭合。

应当理解的是，前述的大致描述和以下详细描述都只是示例性的和解释性的，而不一定是对本公开的限制。结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的主题。说明书和附图一起用于解释本公开的原理。

附图说明

本领域技术人员可以通过参考附图更好地理解本公开的众多优点。

图1是示出根据本公开的一个或更多个实施例的机架电源分配单元(RPDU)的框图。

图2是示出根据本公开的一个或更多个实施例的与双稳态继电器耦接的电源输出模块的框图。

图3A、图3B和图3C是根据本公开的一个或更多个实施例的在不同负载和继电器条件下的负载检测电路的示意图。

图4是示出根据本公开的一个或更多个实施例的向用户设备提供事件通知的RPDU的框图。

图5是示出根据本公开的一个或更多个实施例的从用户设备接收消息的RPDU的框图。

图6是示出根据本公开的一个或更多个实施例的用于监测和控制对多个负载设备的AC电源的应用的方法的流程图。

具体实施方式

在详细解释本公开的一个或更多个实施例之前，应当理解的是，实施例在其应用中不限于以下描述中所阐述的或附图中所示出的部件或步骤或方法的构造和布置的细节。在以下实施例的详细描述中，可以阐述许多具体细节，以便提供对本公开的更全面的理解。然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，显而易见的是，可以在无需这些特定细节的情况下实践本文公开的实施例。在其他情况下，可以不详细描述公知的特征，以避免不必要地使本公开复杂化。

如本文所使用的，附图标记后面的字母旨在参考特征或元件的实施例，该特征或元件可以类似于但不一定相同于先前描述的具有相同附图标记(例如，1、1a、1b)的元件或特征。此类简略符号仅用于方便的目的，除非明确规定相反，否则不应被解释为以任何方式限制本公开。

此外，除非明确规定相反，否则“或”是指包容性的或，而不是排他性的或。例如，条件A或B由以下任意一项满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。

此外，可以采用“一种”或“一个”来描述本文公开的实施例的元件和部件。这样做只是为了方便，“一种”和“一个”旨在包括“一个”或“至少一个”，单数也包括复数，除非明显有其他含义。

最后，如本文所使用的，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在本文公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个地方出现的短语“在实施例中”不一定都指同一实施例，并且实施例可以包括本文明确描述或固有存在的一个或更多个特征，或者两个或更多个这样的特征的任何组合或子组合，以及可能不必在本公开中明确描述或固有存在的任何其他特征。

本公开涉及一种机架电源分配单元(RPDU)，该机架电源分配单元(RPDU)自动且安全地将电源切换到一个或更多个插座。RPDU包括利用管理双稳态继电器的控制算法的处理器，从而在手动连接/断开到负载设备的电源时使浪涌电流最小化。特别地，基于受负载阻抗影响的RMS或峰值电压的变化来识别继电器触点状态(断开/闭合)。RPDU还被配置为预测电压过零事件的定时。以这种方式，并基于继电器触点状态的确定和电压过零点预测，断开的继电器触点被识别并在电压过零点处可预测地闭合。

参考图1，示出了图1的示出根据本公开的一个或更多个实施例的机架电源分配单元(RPDU)的框图。RPDU 100可以包括可互换监测设备(IMD，interchangeable monitoringdevice)104。例如，IMD 104可以被配置为安装在RPDU 100中的热插拔网络卡。IMD 104可以包括一个或更多个IMD微控制器108、IMD电源109、显示接口110以及闪存112和/或DDR存储器116的形式的非易失性(NV，non-volatile)存储器。IMD 104还可以包括多个端口，该多个端口包括但不限于一个或更多个LAN以太网端口120a-120b、一个或更多个单线传感器端口124、RD-232/RS-485端口126、USB端口128和microSD插口130。IMD可以被耦接到复位开关131，用于使用户能够启动对IMD、RPDU 100和/或RPDU 100内的其他子系统的硬复位。IMD104还可以经由RS-485物理层与其他RPDU部件通信。

RPDU 100还包括一个或更多个电源输出模块(POM，power output module)132。每个POM 132可以包括POM微控制器152和多个双稳态继电器140。POM微控制器152可以执行多种功能，这些功能包括检测开路断路器、控制双稳态继电器140、测量电压和电流以及计算每个插座的能量计量数据。POM还可以包括POM电压感测电路144、POM电流感测电路148、一个或更多个POM微控制器152、POM电源156和POM存储器160。

IMD 104可以用作RPDU 100的监测主机控制器，并且可以与POM 132持续通信。通过与POM 132通信，IMD 104可以为用户提供启用或禁用RPDU 100的一个或更多个特征以及获取和显示状态信息的手段。在实施例中，IMD 104不直接感测插座电压和/或执行连接或断开算法(例如，可以由POM 132执行电压感测和执行连接或断开算法)。

RPDU 100还包括电源输入模块(PIM，power inputmodule)164，电源输入模块(PIM)164(例如，经由上述RS-485物理层)被通信地耦接到POM 132和IMD 104。PIM 164测量输入电压和输入电流，并计算RPDU 100的输入和分支电路的能量计量数据。PIM 164可以经由感测子系统来检测和测量电压和电流。例如，PIM 164可以包括PIM电流感测电路168和PIM电压感测电路172。PIM 164还可以包括一个或更多个PIM微控制器176、PIM电源180和PIM存储器184。PIM 164和POM 132两者都可以经由RS-485物理层和/或其他专有协议(例如通信接口)与IMD 104通信。例如，IMD 104与PIM 164和POM 132通信以获得它们的计量数据，并且对于POM 132，IMD 104与PIM 164和POM 132通信以有效地控制输出口功率继电器状态。

尽管图1将IMD 104、POM 132和PIM 164呈现为RPDU 100的单独限定的部件，但是IMD 104、POM 132和/或PIM 164可以包括IMD 104、POM 132和/或PIM 164中的一个或更多个或全部部件，并且可以执行IMD 104、POM 132和/或PIM 164中的一个或更多个或全部功能。因此，上述描述不应被解释为对本公开的实施例的限制，而仅被解释为说明。

图1还示出了多个分支断路器(CB，circuitbreaker)188。通过“分支”断路器，意味着每个CB 188与一个特定的POM 132唯一地相关联。每个POM 132包括多个双稳态继电器140，在一个特定实施例中，多个双稳态继电器140包括六个(6)双稳态继电器。然而，应当理解的是，每个分支可以提供更多或更少数量的双稳态继电器140。机械双稳态继电器140具有线圈和触点，并且可以被配置为单线圈继电器或双线圈继电器。对于每个POM 132可以存在多于一个的CB 188。例如，每个POM 132可以将其双稳态继电器140布置在两个子组中，其中单独的CB 188与每个子组相关联。如本文所使用的，POM 132的每个子组可以被认为是POM 132中的一个分支。

图1还示出了多个AC电源插座192。每个AC电源插座192可以具有光学元件组194，光学元件组194可以包括第一相关光学元件196和第二光学元件200。例如，第一相关光学元件196可以各自被配置为具有第一颜色(例如绿色)的LED，该LED指示与其特定AC插座192相关联的特定双稳态继电器140的状态。第二相关光学元件200可以被配置为具有与第一相关光学元件196不同的颜色(例如红色)的LED，以用于向用户提供附加信息。例如，绿色LED中的每一个可以指示(例如)与该特定AC插座192相关联的双稳态继电器140闭合，因此熄灭的绿色LED将指示相关联的双稳态继电器140断开。RPDU 100的输入电源可以来自不间断电源(UPS，uninterruptible power supply)204、开关模式电源(SMPS，switched-mode powersupply)205、交流输入线路(AC in line)206或者来自任何其他AC电源。光学元件196、200可以指示特定双稳态继电器的不同事件、状态和/或特性，RPDU 100可以被配置为包括多组相关光学元件196、200。

PIM 164可以执行实时RMS电压测量和RMS电流测量，因此监测来自AC电源的电源输入。所监测的电源信息可以与RPDU 100的其他部件共享。PIM 164可以从每个POM 132接收输入电流信号，PIM 164使用该输入电流信号来执行其电流感测功能。每个POM 132还可以包括多个电流互感器(CT，currenttransformer)，用于独立地测量由与双稳态继电器140的每个分支相关联的AC插座192所获得的电流。

图1中所示的IMD 104管理、监测从PIM 164获得的关于RPDU 100能量计量和电源分配状态的信息，并向联网软件客户端报告从PIM 164获得的关于RPDU 100能量计量和配电状态的信息。PIM 164为能量计量测量和计算、控制管理以及到IMD 104的通信接口提供支持，如上所述。IMD 104与每个POM 132通信，除了在功率损耗时，IMD 104通过向每个POM132发送命令消息以独立地控制其相关联的双稳态继电器140中的每一个来有效地控制每个POM 132的双稳态继电器140(例如，IMD 104命令POM 132来配置继电器状态)。

POM 132经由微控制器152直接控制其双稳态继电器140。POM 132还可以经由线路频率监测来感测单个插座的操作状态和AC输入功率信号的损耗，并检测开路断路器条件。例如，每个POM 132的双稳态继电器140可以被配置为需要对它们的线圈施加标称16毫秒的脉冲来改变状态，即断开或闭合它们的触点。本文所指的双稳态继电器140“断开”是指其触点断开，并且在双稳态继电器40切换电源到插座192处电源断开或中断。如本文所使用的，“加电”、“断电”、“停电”和“供电周期”是指输入AC线路电压的特定条件，其是通过每个POM132的双稳态继电器140提供给插座192的AC功率。当与双稳态继电器140一起使用时，术语“配置状态”表示当电源接通时给定的双稳态继电器被配置所处的(即断开或闭合)的状态。

在实施例中，IMD命令并接收来自PIM 164和POM 132的能量计量数据。IMD 104还可以经由通信总线208命令PIM 164，PIM 164反过来可以经由通信总线208命令POM 132来配置每个双稳态继电器140的继电器状态。例如，IMD 104可以充当总线主控，该总线主控连接到PIM 164和POM 132，PIM 164与POM 132不直接彼此相互作用。然而，在一些实施例中，PIM 164可以直接与POM 132相互作用。在实施例中，PIM 164能够在无需IMD 104命令的情况下进行自主行为。一个或更多个POM 132中的每一个也可以能够在无需PIM 164命令的情况下进行自主行为。

参考图2，示出了根据本公开的一个或更多个实施例的与双稳态继电器耦接的电源输出模块的框图。在该示例中，示出了六个双稳态继电器140₁-140₆，但是应当理解的是，RPDU 100可以控制更多或更少数量的双稳态继电器140。POM 132的POM微控制器152可以包括串行接口(SPI，serial interface)，该串行接口(SPI)管理与POM微控制器152的其他子系统的通信。POM微控制器152包括适当的逻辑，用于生成信号以独立地命令双稳态继电器140各自采取第一状态(“SET”信号)或第二状态(“RESET”信号)。POM微控制器152还包括用于控制光学元件组194(例如，绿色LED和/或红色LED)的逻辑。例如，微控制器可以控制绿色LED，使得当双稳态继电器140的给定组正在获取接近预定电流上限的电流时，绿色LED以第一速率闪烁。在另一示例中，POM微控制器152可以控制绿色LED，使得当过流条件出现(即，双稳态继电器140的给定组正在获取比允许的电流更多的电流)时，绿色LED以不同于第一速率的第二速率(例如，更快的速率)闪烁。在另一示例中，POM微控制器152可以控制红色LED，使得如果出现双稳态继电器140的给定组正在获取比允许的电流更多的电流的过流条件，则所有红色LED保持持续点亮。在另一示例中，如果出现开路电路板条件，则红色LED也可以被控制为闪烁或脉冲。

在一些实施例中，POM 132、POM电压感测电路144和POM电流感测电路148针对POM132中的每一个来监测相应CB 188的负载侧上的线路频率损耗。例如，每个POM 132可以允许两个子组的电源分配，并且AC功率馈送可以是相同相的或不同相的。在另一示例中，双稳态继电器140的每个子组可以可选地具有其自身的微控制器152。

一个或更多个POM 132中的每一个通过检测来自AC电源的AC线路信号的线路频率的损耗来推断即将发生的功率损耗。每个POM 132监测线路频率，并在短时间段之后设置线路频率状态的真正损耗，在该短时间段期间，已经发生了AC线路信号的检测的电压过零过渡的次数少于预期次数。线路频率的真正损耗被定义为在32.768ms的间隔内发生少于三(3)次零电压过渡或过零点，从而满足50/60Hz的操作。POM 132的电压过零检测硬件具有内置的磁滞回路并将线路频率数字化。数字化线路频率被提供给POM 132，POM 132使用数字滤波进行可靠的触发。在这一方面，POM 132对过零电压过渡进行计数以做出该确定。过渡的数量允许过零的单个最坏情况％周期延迟。

用于检测线路频率损耗的检测周期必须很小，以使每个双稳态继电器140的继电器线圈电压保持足够长(通常约16ms)，以使POM 132将需要断开到断开状态的双稳态继电器140脉冲化，该继电器线圈电压源于为整个系统(即PIM 164、POM 132和IMD 104)供电的SMPS 205。在最坏的情况下，满载条件(即，以70VAC供电并且IMD 104完全工作)下存在大约64ms的电源保持时间。

在一些实施例中，POM 132不区分由于线路功率损耗或由于CB 188开路条件引起的功率损耗。因此，在功率损耗时，POM 132控制受影响的子组中的所有双稳态继电器140，使得它们的触点被切换到(或保持在)断开状态。也就是说，在(例如，由N个周期内电流RMS和/或峰值的突然损耗确定的)功率损耗时，POM 132断开闭合的双稳态继电器触点，并使断开的双稳态继电器触点保持断开。

在一些实施例中，插座192的命令状态覆盖自主加电状态行为。例如，如果在加电周期期间，由于闭合待闭合的双稳态继电器140的顺序，插座192的加电延迟是未决的，则向插座供电的单独命令可以导致该插座的双稳态继电器140的立即处理闭合。

在初始系统启动时，可以在通电之前由用户将一个或更多个CB 188手动跳闸到断开状态。这导致IMD 104在加电时自主地命令受影响的POM 132控制所有双稳态继电器140立即断开以减轻浪涌电流。之后，IMD 104查询每个POM 132以确认其所有的双稳态继电器140都断开，如果所有的双稳态继电器140断开，则警告用户该POM 132的CB 188随后可以闭合。与每个插座192相关联的LED 196可以在用于该插座的双稳态继电器140随后闭合时开启(例如，点亮)，以及在用于该插座的双稳态继电器断开时关闭。尽管双稳态继电器140通常在制造时被设置为默认的“断开”位置，但在运输和/或安装中发生的过度冲击或振动可能会导致状态变化。如果对于相同的POM 132，检测到一个CB 188在线路功率损耗(即，线路频率的真实损耗)处闭合，则IMD 104将所有双稳态继电器140设置为其配置的插座192加电状态。也就是说，在线路功率损耗时处于闭合状态的双稳态继电器140被设置为在加电时重新闭合，并且处于断开状态的双稳态继电器140被设置为在加电时保持断开。如果对于相同的POM 132，检测到两个CB 188在线路功率损耗(线路频率的真实损耗)处断开，则所有双稳态继电器140都由IMD 104控制，使得所有这些双稳态继电器140在加电时保持断开，直到CB188闭合。在CB 188闭合时，IMD 104在初始系统启动期间继续进行如上所述的操作。然后，在确认POM 132的所有双稳态继电器140都断开时，然后IMD 104继续命令POM132闭合待闭合的双稳态继电器140，IMD 104可以如下所述顺序地进行操作。如果IMD 104的电源发生故障，则IMD 104和POM 132不再运行；然而，即使在后续的供电周期期间，双稳态继电器140仍保持在其最后配置的状态。在这一方面，IMD 104的电源向POM 132提供电力。

在一些实施例中，当由IMD 104配置时和/或当由POM 132自主改变时，在POM 132的易失性寄存存储器(未示出)中立即更新当前双稳态继电器140状态，并且可以由IMD 104从每个POM 132读取该易失性寄存存储器。然后，IMD 104更新存储在IMD 104的闪存112或DDR存储器116中的那些双稳态继电器140的状态。

在一些实施例中，除了在每个受影响的POM 132的每个受影响子组的所有闭合的双稳态继电器140都断开的功率损耗的情况下，POM 132的每个分支的单个双稳态继电器状态仅允许在每N个线路周期中改变，以减轻浪涌电流并防止与该特定分支相关联的CB 188意外断开或跳闸。例如，在POM 132的受影响分支的加电周期期间，IMD 104确定该受影响分支中的哪些双稳态继电器140将被闭合。然后，它按顺序地向POM 132发送命令以闭合那些双稳态继电器140，每N个线路周期为不同的双稳态继电器发出一个命令。也就是说，每N个线路周期，IMD 104向POM 132发送命令以闭合待闭合的双稳态继电器140中的一个。这导致每N个线路周期闭合一个这样的双稳态继电器140。应当理解的是，IMD 104的闪存112或DDR存储器116由IMD 104用来存储所有POM 132的所有双稳态继电器140的实时配置状态。然后，IMD 104基于所存储的配置状态来确定受影响的POM 132的受影响分支的哪些双稳态继电器将在加电周期期间闭合。

POM 132可以具有以固件实现的全数字锁相环。例如，POM 132可以运行以锁定线路频率并精确地协调用于电压和电流测量的模数转换过程。POM 132还可以根据到最小电压的同步定时来闭合其相关联的双稳态继电器140以减轻浪涌电流，该最小电压将处于线路频率的过零点。IMD 104和/或POM 132可以与线路中性电压和线路间电压同步。POM 132可以(例如，在有或没有来自IMD 104的命令的情况下)根据使触点电弧最小化的到线路频率的最小电流过零点的同步定时来断开其相关联的双稳态继电器140。

可以在制造功能测试期间测量双稳态继电器140的断开和闭合定时，并将双稳态继电器140的断开和闭合定时保存到非易失性存储器，诸如POM 132的非易失存储器。应当理解的是，这些定时可以被保存到POM 132的非易失性存储器，并且可替换地或附加地由IMD 104根据需要检索。在一些实施例中，POM 132可以与IMD 104共享定时信息(例如，断开定时和闭合定时)。还应理解的是，双稳态继电器140具有固有的延迟响应，直到由于线圈的操作/释放时间而实现释放/断开状态。POM 132使用这些定时值来补偿命令执行定时，以根据电压和电流过零状态的到达来更好地同步实际的断开/闭合状态。例如，如果特定的双稳态继电器140被测量为具有9毫秒的闭合时间，则当IMD 104向具有该双稳态继电器140的POM 132发送命令以使该双稳态继电器140闭合时，IMD 104在下一个零电压线交叉点之前这样做9毫秒。

POM 132还可以通过提前～1毫秒命令闭合状态来补偿继电器触点反弹，使得典型的1-2毫秒触点反弹发生在线电压过零点附近。在具有9毫秒闭合时间的双稳态继电器140的前述示例中，POM 132(例如，在有或没有来自IMD 104的命令的情况下)在下一电压过零点之前的10毫秒闭合该双稳态继电器140。

应当理解的是，IMD 104命令POM 132根据用户请求接通和断开插座的电源，和/或允许用户编程用于接通输出电源的期望启动顺序。然而，IMD 104可以不直接管理用于协调这些活动的逻辑。例如，由于IMD 104缺乏确定性实时操作系统，因此IMD可能不能直接精确地控制功率继电器的断开和闭合定时。相反，POM 132可以直接管理逻辑以根据IMD 104命令或根据本文所述的来自在POM微控制器152上执行的代码的浪涌电流减缓算法自主地接通和断开功率继电器。POM 132将实际功率继电器状态传送回IMD 104，使得IMD 104可以经由监测协议和/或网络接口向用户报告输出口功率状态。

当双稳态继电器140被命令断开但仍测量到流过该双稳态继电器140的电流时，IMD 104也可以报告异常操作条件。每个插座192可以具有与其相关联的电流互感器中的一个，该电流互感器用于测量由插座获取的电流。这种异常条件可能是由于继电器触点出现故障或卡在闭合位置造成的。POM 132可以根据由其电流互感器测量的电流来确定是否存在这种异常操作条件，并且可以将这种异常条件传送到IMD 104。

如图所示，IMD 104、PIM 164和POM 132分别包括IMD微控制器108、PIM微控制器176和POM微控制器152，但只有POM微控制器152包括用于实现上述逻辑功能的适当逻辑。应该理解的是，可以使用其他类型的设备，诸如数字处理器(DSP)、微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。当声明IMD 104、PIM 164或POM 132具有用于功能的逻辑时，应当理解的是，这样的逻辑可以包括硬件、软件或其组合，这些硬件、软件或其组合包括在微控制器中实现的逻辑。

如上所述，在供电周期和断路器闭合期间RPDU 100以可控的方式管理浪涌电流。RPDU 100还减轻了在插座通电时用户手动连接或断开负载的情况下可能发生的浪涌电流。这样的减轻需要RPDU 100预测过零点，并且操作继电器以在预测的过零点事件期间进行协调。该减轻还需要RPDU自动检测何时连接或断开负载、继电器触点是否断开或闭合的能力。POM 132内的电压感测电路有助于检测开路或闭合继电器触点中的负载状态，该POM 132具有嵌入式固件，该嵌入式固件包括用于确定开路和闭合继电器触点下存在负载的控制算法。控制算法还可以用于预测未来的电压过零点。

参考图3A、图3B和图3C，示出了根据本公开的一个或更多个实施例的在不同负载和继电器条件下的负载检测电路的示意图。示出了在不同负载304和继电器140条件下的负载检测电路300的示意图，其中负载检测电路300可以被配置为确定负载304是否被连接或断开。

负载检测电路300可以被设置在RPDU 100的任何部件内，这些部件包括但不限于POM 132或IMD 104。负载检测电路300可以包括继电器140、(例如，来自AC电源插座192的)AC电源308。负载检测电路300还包括具有各自已知电阻R1-R7的一系列电阻器312a-312g，其中电阻器312a-312f串联布置。连接到电阻器312c和312d之间的电路的接地引线316通向地320，而连接在电阻器对312b、312c与312d、312e之间的一对比较器引线324a-324b通向差分放大器326。电阻器312g与电阻器312a并联布置，并且在电阻器312a和312b之间的连接328处将电阻器312g电耦接到电路。也在连接332处将电阻器312g耦接到电路(例如，继电器140在两侧由连接340a和连接332侧接(flank))。负载304也具有已知的电阻(RL)。负载阻抗是未知的，但相对于由电阻器312a、312g形成的电路的高阻抗，负载阻抗足够低以充当短路。

差分放大器326被配置为分别从比较器引线324a-324b接收电压Vx2和Vy2，并基于Vx2和Vs2之间的差来确定电压供应Vs。一旦针对负载检测电路300内的不同负载304和继电器条件确定Vs，则Vs可以指示在继电器触点断开时负载304是否连接或断开。基于控制算法组来确定电压Vx2和Vy2，该控制算法组利用在负载检测电路300内进行的电压RMS和/或峰值电压测量的变化之间的比较。这些控制算法允许POM检测和测量开路触点/负载、开路触点/空载、闭合触点/负载和闭合触点/空载条件下的电压差。例如，对于负载或空载的条件，来自负载304的阻抗可以引起桥接继电器140的开路触点的电压感测电阻器312a、312g的微小变化。以下段落描述了如何可以在不同负载304和继电器条件下确定Vs的三个示例。

在负载304被连接并且继电器140处的继电器触点闭合的条件下(例如，如图3A所示)，连接器引线324a处的电压(例如，Vx2)可以基于以下等式来确定：(Vx2＝Vx*(R3/((R1||R7)+R2+R3)))，其中Vx指示连接340a(即，串联电阻器312a-312f的一端连接在AC电源308和继电器140之间的电路中的点处的连接)处的电压。连接器引线324b处的电压(例如，Vy2)可以基于以下等式来确定：(Vy2＝Vy*(R6/(R4+R5+R6)))，其中Vy指示连接340b(即，串联电阻器312a-312f的另一端连接在AC电源308和负载304之间的电路中的点处的连接)处的电压。然后，可以经由差分放大器326获得电压供应(Vs)(即，Vs＝Vx2-Vy2)。

在负载304被连接并且继电器140处的继电器触点断开的条件下(例如，如图3B所示)，连接器引线324a处的电压可以基于以下等式来确定：(Vx2≈Vx1*(R3/(R2+R3)))，其中Vx1指示连接328处的电压，Vx1可以基于以下等式来确定：(Vx1≈Vx*((R7+RL)/(R1+R7+RL)))。连接器引线312b处的电压可以基于以下等式来确定：(Vy2＝Vy*(R6/(R4+R5+R6)))。然后，可以经由差分放大器326获得电压供应(Vs)(即，Vs＝Vx2-Vy2)。

在负载304被断开并且继电器140处的继电器触点断开的条件下(例如，如图3C所示)，连接器引线324a处的电压可以基于以下等式来确定：(Vx2＝Vx*(R3/(R1+R2+R3)))。连接器引线324b处的电压可以基于以下等式来确定：(Vy2＝Vy*(R6/(R4+R5+R6)))。然后，可以经由差分放大器326获得电压供应(Vs)(即，Vs＝Vx2-Vy2)。

在下线出厂测试时的初始供电周期期间，对空载和负载下的功率继电器开路和闭合电压测量进行功能验证，并为控制算法的处理建立区分电压基础。然后，可以将这些值与当前确定的Vs值进行比较，以确定负载304和继电器140条件。

如本文所述，控制算法用于与线路频率协调，以预测未来电压过零点的精确定时。当检测到负载并且功率继电器被编程为闭合时，考虑到继电器运行时间的固有延迟，控制算法命令继电器在电压过零点之前闭合，因此对于最低浪涌电流，触点在最低瞬时电压(即过零点)处闭合。也可以在运行时间期间测量继电器操作时间，以增加未来电压过零预测的准确性。该定时信息被保存到非易失性存储器112、116、160、184中，并且随着用户输入电压供应条件的波动以及继电器开关性能在温度和产品寿命期间的变化而自动且周期性地更新。对于RPDU 100型号，插座电压由于可拆卸现场供电电缆可能会随着其电力服务的故意改变而大幅变化，控制算法必须重新建立区分电压基础，因此假设插座已加载并在首次“打开”时在电压过零点处闭合功率继电器。如果没有测量电流消耗，则控制算法将立即关闭输出口电源，并且从该点向前，RPDU 100认识到空载和负载电压操作条件。

如上所述，可以由光学元件组内的光学元件196、200指示继电器触点的状态。例如，基于控制算法，POM 132可以在继电器触点已经断开并且负载断开时触发光学元件196、200中的一个(例如，LED)以闪烁红色或绿色。在另一示例中，光学元件196、200中的一个可以根据当前编程状态或“通电”或“断电”返回到纯红色或绿色。在另一示例中，光学元件196、200中的一个可以在重新连接时恢复到先前的纯色，并测量电流消耗。在另一示例中，光学元件196、200中的一个的光学输出的改变可以在用户确认时恢复到原始光学输出。在另一示例中，当继电器触点闭合时，控制算法可以触发光学元件196、200中的一个以闪烁红色或绿色。

参考图4，示出了根据本公开的一个或更多个实施例的向用户设备提供事件通知的RPDU的框图。在一些实施例中，继电器触点断开/闭合可以触发事件通知404，事件通知404被发送到用户设备408(例如，计算机、平板电脑或智能手机)，如图4所示。例如，RPDU100可以被配置为经由简单网络管理协议(SNMP，Simple Network Management Protocol)、经由图形用户接口(GUI，Graphical User Interface)、网络应用或其他软件协议(例如，通过无线或有线技术)向用户设备408发送事件通知404。事件通知404可以包括该事件的若干数据或记录。例如，事件通知404可以包括在事件发生时存在的电压波形的图像或描述符。例如，电压波形的图像可以向用户提供继电器触点在电压过零点处闭合的证据。事件通知404可以被直接发送给IT技术人员、IT管理员或使用服务器的第三方客户。

RPDU 100在继电器触点断开时检测负载何时连接或断开的能力可以在出厂默认情况下启用、在安装之前由用户启用或永久启用。例如，当安装人员正在调试RPDU 100时，安装人员可以依次插入每个负载304，并循序地将负载移动到不同的插座，以建立理想的平衡负载条件，同时持续地减轻浪涌电流。

参考图5，示出了根据本公开的一个或更多个实施例的从用户设备接收消息的RPDU的框图。在一些实施例中，RPDU 100被配置为从用户设备408接收消息412。例如，RPDU100可以(例如，经由网络应用或其他软件)从用户设备408接收消息412，以恢复插座192的电源。该特征对于未被配置(例如，缺乏硬件配置)为在继电器触点断开时检测负载状态，但可以接收固件更新的RPDU可能特别有用。固件更新中上传的控制算法可以使RPDU 100获得电压过零预测的功能。然后，用户可以经由用户设备408向RPDU 100发送消息412，以通过闭合继电器触点来恢复插座192的电源。在另一示例中，安装人员可以向RPDU 100发送消息412，以在安装期间关闭所有插座192。以这种方式，当RPDU 100被插入并且继电器触点闭合时，安装人员可以插入每个负载设备。当负载设备被插入时，则RPDU 100可以在电压过零点处激活每个对应的插座，从而避免浪涌电流。

参考图6，示出了根据本公开的一个或更多个实施例的用于监测和控制对多个负载设备的AC电源的应用的方法600的流程图。方法600利用如本文所述的RPDU 100。负载设备可以包括利用AC电源的任何设备，包括但不限于服务器。

在一些实施例中，方法600包括步骤602：提供至少一个AC电源插座192以形成用于独立负载设备的交流(AC)电源线的电源附接点。例如，RPDU可以包括通过服务器计算机的电源线插入的120伏输出口。

在一些实施例中，方法600还包括步骤604：使用具有至少一个双稳态继电器140的POM 132，该至少一个双稳态继电器140与插座192相关联以用于从外部AC电源向插座192供应AC电力，该双稳态继电器140具有能够被设置为断开位置和闭合位置的触点。POM 132被配置为在断开位置和闭合位置之间切换触点。

在一些实施例中，方法600还包括步骤606：使用POM 132以基于RMS电压或峰值电压中的至少一个的变化来确定多个双稳态继电器140中的一个的开路触点上的负载连接状态。例如，POM 132可以利用控制算法来确定继电器触点在负载或空载条件下是否断开或闭合，如图3A-图3C所示。

在一些实施例中，方法600还包括步骤608：使用POM 132来预测来自外部AC电源的线路电压的电压过零点。如本文所述，控制算法用于与线路频率协调，以预测未来电压过零点的定时。例如，RPDU 100监测线路频率，并且可以利用存储的过零电压过渡数据来预测下一过零点。

在一些实施例中，方法600还包括步骤610：使用POM 132向IMD 104发送包括负载连接状态和电压过零点的通信。电源到插座的合适过渡需要知道继电器触点的状态和未来过零点的定时。将这些数据从POM 132发送到IMD 104，使得可以生成IMD 104命令。

在一些实施例中，方法600还包括步骤612：基于来自IMD 104的命令使用POM 132来闭合开路触点。例如，IMD 104可以向POM 132发送命令，以在预测过零点的特定时间帧处闭合继电器触点。

如本文所述，POM 132可以被配置为执行IMD 104的一个或更多个或全部功能。例如，POM 132可以被配置为具有(例如，无需与IMD 104和/或其他电路通信，或者在没有IMD104和/或其他电路的情况下)监测多个双稳态继电器140中的一个或更多个的状态并基于负载连接状态和预测的电压过零点的确定来闭合开路触点的功能。因此，上述描述不应被解释为对本公开的实施例的限制，而仅被解释为说明。

本领域技术人员将认识到，本领域的状态已经发展到在系统的各方面的硬件和软件实施方式之间几乎没有区别的程度；硬件或软件的使用通常是表示成本与效率权衡的设计选择(但并不总是如此，因为在某些情况下，硬件和软件之间的选择可能变得重要)。本领域技术人员将意识到，存在可以实现本文所述的过程和/或系统和/或其他技术的各种工具(例如，硬件、软件和/或固件)，并且优选的工具将随着部署过程和/或系统和/或其他技术的环境而变化。例如，如果实施者确定速度和准确性是最重要的，则实施者可以选择主要是硬件和/或固件的工具；可替换地，如果灵活性是最重要的，则实施者可以选择主要是软件的实施方式；或者，再一次可替换地，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的某些组合。因此，有几种可能的工具可以用来实施本文所述的过程和/或设备和/或其他技术，其中没有一个固有地优于另一个，因为要利用的任何工具都是取决于部署工具的环境和实施者的具体关注点(例如，速度、灵活性或可预测性)的选择，其中任何一种都可能有所不同。本领域技术人员将认识到，实施方式的光学方面通常将采用光学定向的硬件、软件和/或固件。

前述详细描述已经经由框图、流程图和/或示例的使用阐述了设备和/或过程的各种实施例。只要这些框图、流程图和/或示例包括一个或更多个功能和/或操作，本领域的技术人员将理解的是，这些框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作都可以通过广泛范围的硬件、软件、固件或其几乎任何组合来单独地和/或共同地实现。在一个实施例中，可以经由专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其他集成形式来实施本文所描述的主题的若干部分。然而，本领域的技术人员将认识到，本文所公开的实施例的一些方面的整体或一部分可以在集成电路中等效地实施、作为在一个或更多个计算机上运行的一个或更多个计算机程序(例如，作为在一个或更多个计算机系统上运行的一个或更多个程序)实施、作为在一个或更多个处理器上运行的一个或更多个程序(例如，作为在一个或更多个微处理器上运行的一个或更多个程序)实施、作为固件实施、或作为其几乎任何组合实施，并且根据本公开，为软件和/或固件设计电路和/或写入代码将完全在本领域技术人员的技术范围内。此外，本领域的技术人员将认识到，本文描述的主题的机制能够以多种形式作为程序产品来分配，并且无论用于实际执行该分配的信号承载介质的具体类型如何，本文描述的主题的说明性实施例都适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下各项：可记录类型介质，诸如软盘、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输类型介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

在一般意义上，本领域的技术人员将认识到，可以通过广泛范围的硬件、软件、固件或其任何组合来单独地和/或共同地实施本文所描述的各个方面，本文所描述的各个方面可以被视为由各种类型的“电路”组成。因此，如本文所使用的，“电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电路、具有至少一个集成电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备(例如，由至少部分地执行本文描述的过程和/或设备的计算机程序配置的通用计算机，或者由至少部分地执行本文描述的过程和/或设备的计算机程序配置的微处理器)的电路、形成存储器设备(例如，随机存取存储器的形式)的电路、和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机或光电设备)的电路。本领域的技术人员将认识到，本文描述的主题可以模拟或数字形式或其某些组合来实现。

本领域的技术人员将认识到，以本文阐述的方式描述设备和/或过程，并且此后使用工程实践将此类描述的设备和/或过程集成到数据处理系统中是本领域内常见的。即，本文描述的设备和/或过程的至少一部分可以经由合理量的实验被集成到数据处理系统中。本领域的技术人员将认识到，典型的数据处理系统通常包括以下各项中的一个或更多个：系统单元外壳、视频显示设备、存储器(诸如易失性和非易失性存储器)、处理器(诸如微处理器和数字信号处理器)、计算实体(诸如操作系统、驱动器、图形用户接口和应用程序)、一个或更多个交互设备(诸如触摸板或屏幕)和/或包括反馈回路和控制马达的控制系统(例如，用于感测位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整部件和/或数量的控制马达)。典型的数据处理系统可以利用任何合适的商业上可获得的部件(诸如在数据计算/通信和/或网络计算/通信系统中典型地发现的那些部件)来实现。

本文所描述的主题有时示出了不同的其他部件内包含的不同的部件或与不同的其他部件连接的不同的部件。应当理解的是，这样的所描绘的架构仅仅是示例性的，并且实际上可以实施实现相同功能的许多其他架构。在概念意义上，实现相同功能的部件的任何布置有效地“相关联”，从而实现期望的功能。因此，本文被组合以实现特定功能性的任何两个部件可以被视为彼此“相关联”，使得实现所期望的功能，而不管架构或中间部件如何。同样地，如此相关联的任何两个部件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦接”以实现期望的功能，并且能够如此相关联的任何两个部件也可以被视为彼此“可操作地耦接”以实现期望的功能。可操作地耦接的特定示例包括但不限于物理可配合和/或物理交互部件和/或无线可交互和/或无线交互部件和/或逻辑交互和/或逻辑可交互部件。

虽然已经示出和描述了本文描述的本主题的特定方面，但本领域技术人员将清楚的是，基于本文的教导，可以在不脱离本文所描述的主题及其更广泛方面的情况下做出改变和修改，因此，所附权利要求书将在其范围内涵盖如在本文描述的主题的真实精神和范围内的所有此类改变和修改。此外，应当理解的是，本发明由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种机架电源分配单元，包括：

至少一个电源插座，所述至少一个电源插座被配置为使外部设备的交流(AC)电源线能够附接到所述电源插座；

电源输出模块(POM)，所述电源输出模块(POM)具有多个双稳态继电器并与所述至少一个电源插座相关联以从外部AC电源向所述至少一个电源插座供应AC电力，每一个双稳态继电器具有能够被设置为断开位置和闭合位置的触点，POM被配置为：

基于RMS电压或峰值电压中的至少一个的变化来确定所述多个双稳态继电器中的一个的开路触点上的负载连接状态；

预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点；

将包括所述负载连接状态和所述电压过零点的通信发送到可互换监测设备(IMD)；以及

基于来自IMD的命令闭合所述开路触点；以及

所述IMD被配置为：

监测所述双稳态继电器的状态；

接收来自所述POM的通信；

基于所述通信命令所述POM闭合所述开路触点，其中闭合所述开路触点限制到所述机架电源分配单元的电流浪涌。

2.根据权利要求1所述的机架电源分配单元，其中，所述POM利用一个或更多个控制算法，以基于RMS电压或峰值电压中的至少一个的变化来确定所述多个双稳态继电器中的一个的开路触点上的负载连接状态。

3.根据权利要求2所述的机架电源分配单元，其中，所述一个或更多个控制算法被配置为固件。

4.根据权利要求1所述的机架电源分配单元，其中，至少一个AC电源插座提供120V。

5.根据权利要求1所述的机架电源分配单元，其中，所述POM被配置为通过监测所述线路电压的线路频率来预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点。

6.根据权利要求1所述的机架电源分配单元，其中，所述POM被配置为通过监测存储的过零电压过渡数据来预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点。

7.根据权利要求1所述的机架电源分配单元，其中，所述POM被配置为经由负载检测电路确定所述负载连接状态。

8.根据权利要求7所述的机架电源分配单元，其中，所述负载检测电路包括具有已知电阻的多个电阻器和差分放大器，所述差分放大器被配置为基于两个比较器电压的差来确定输出电压。

9.一种用于监测和控制对多个负载设备的AC电源的应用的方法，所述方法包括：

提供至少一个AC电源插座以形成用于独立负载设备的交流(AC)电源线的电源附接点；

使用具有至少一个双稳态继电器的电源输出模块(POM)，所述至少一个双稳态继电器与所述至少一个AC电源插座中的一个相关联以用于从外部AC电源向所述至少一个AC电源插座供应AC电力，所述双稳态继电器具有被配置为被设置为断开位置和闭合位置的触点；

使用POM：

基于RMS电压或峰值电压中的至少一个的变化来确定多个双稳态继电器中的一个的开路触点上的负载连接状态；

预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点；

发送包括所述负载连接状态的通信；以及

基于所述负载连接状态来断开或闭合所述触点。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个AC电源插座提供120V。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点包括监测所述线路电压的线路频率。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点包括监测存储的过零电压过渡数据。

13.一种机架电源分配单元，包括：

至少一个电源插座，所述至少一个电源插座被配置为使外部设备的交流(AC)电源线能够附接到所述电源插座；

电源输出模块(POM)，所述电源输出模块(POM)具有多个双稳态继电器并与所述至少一个电源插座相关联以从外部AC电源向所述至少一个电源插座供应AC电力，每一个双稳态继电器具有能够被设置为断开位置和闭合位置的触点，POM被配置为：

监测所述多个双稳态继电器中的一个的状态；

基于RMS电压或峰值电压中的至少一个的变化来确定所述多个双稳态继电器中的一个的开路触点上的负载连接状态；

预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点；以及

基于所述负载连接状态和预测电压过零点的确定来闭合所述开路触点。

14.根据权利要求13所述的机架电源分配单元，其中，所述POM利用一个或更多个控制算法，以基于RMS电压或峰值电压中的至少一个的变化来确定所述多个双稳态继电器中的一个的开路触点上的负载连接状态。

15.根据权利要求14所述的机架电源分配单元，其中，所述一个或更多个控制算法被配置为固件。

16.根据权利要求13所述的机架电源分配单元，其中，至少一个AC电源插座提供120V。

17.根据权利要求13所述的机架电源分配单元，其中，所述POM被配置为通过监测所述线路电压的线路频率来预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点。

18.根据权利要求13所述的机架电源分配单元，其中，所述POM被配置为通过监测存储的过零电压过渡数据来预测来自所述外部AC电源的线路电压的电压过零点。

19.根据权利要求13所述的机架电源分配单元，其中，所述POM被配置为经由负载检测电路确定所述负载连接状态。

20.根据权利要求19所述的机架电源分配单元，其中，所述负载检测电路包括具有已知电阻的多个电阻器和差分放大器，所述差分放大器被配置为基于两个比较器电压的差来确定输出电压。