CN1254213A - 电源负载平衡装置 - Google Patents

Abstract

一种电源负载平衡装置,包括一用来供应整个电子系统运作所需电源的备份式电源供应器连接,该备份式电源供应器包括二个以上相互并联的电源供应器;其特点是:该电源负载平衡装置在感应每一电源供应器的负载电压,并经整流、滤波后输出至微处理器,将每一负载电压值加总并平均以获得一平均值,再将每一负载电压值与平均值作比较,进而调降负载电压值大于平均值的电源供应器的负载,直到每一电源供应器的负载达到平衡为止。

Description

电源负载平衡装置

本发明涉及一种电源负载平衡装置，尤其涉及一种采用数字化的方式使备份式电源供应器的每一电源供应器的电源负载达到真正平衡的电源负载平衡装置。

随着信息时代的来临，使得计算机的使用率愈来愈高，相对地，计算机的容错率也必须愈来愈高，所以有备份式电源供应器产生。电源供应器主要就是用来供应整个电子系统(如台式计算机、笔记型计算机等)运作所需的电源，而备份式电源供应器则是将二个以上的电源供应器相互并联，以同时供应整个电子系统运作所需电源。

如图1所示，这是一种现有技术的备份式电源供应器1，它是由二个电源供应器10、11并联形成，以同时供应整个电子系统12运作所需电源，由于电子系统12运作所需电源(例如100W)是由二个电源供应器10、11同时提供(例如一个提供80W，另一个提供20W)，相较于由单一电源供应器提供所有电源(100W)，当然是较佳，然而，图1所示的现有技术备份式电源供应器1在使用上却具有下列的缺点：其电源负载无法作平均分配(如上所举例，当一个提供80W，另一个提供20W)，容易造成电源负载分配不均，使得电源负载较高的寿命降低，且可靠度降低，当并联的电源供应器愈多，此种现象愈明显。

如图2所示，这是另一种现有技术的备份式电源供应器2，具有电源负载分配的功能，它是由二个电源供应器20、21并联形成，以同时供应整个电子系统22运作所需电源，每一电源供应器20或21皆是通过由电阻RCS来检测对应电源供应器20或21所输出的电源负载，电源负载较低的则利用其负载调整电路23将用来控制电源供应器稳定输出的脉宽调制(PWM)控制电路24所输出的电源负载提高，直到并联的所有电源供应器20、21的电源负载达到平衡为止，例如原本电源供应器20、21分别提供80W及20W，则通过由其个别的负载调整电路23及PWM控制电路24即可将电源负载较低者(电源供应器21，20W)的电源负载提高至50W，同时电源负载较高者(电源供应器20，80W)的电源负载自动降低为50W。此种现有技术备份式电源供应器2虽具有将电源负载平均分配的功能，然而却仍然具有下述缺点：

(1)由于负载调整电路23的比较器230会有偏移(offset)电压的限制，以致X、Y两点要在某定值以上才会动作，因此必需在高负载状态下，才能达到电源负载平衡分配。

(2)耗电，效率差。由于利用电阻RCS来检测对应电源供应器20或21所输出的电源负载，以致每一电源供应器20、21在输出电源时都会在电阻RCS上产生消耗，举例来说，若每一电源供应器20、21的输出为+5V 40A/+3.3V 20A/+12V 16A，并假设电阻RCS＝5mΩ P＝I2R＝(40+20+16)2×5mΩ＝28.8W也就是说，每一电源供应器20、21在输出电源时都会在电阻RCS上消耗28.88W。

(3)温度稳定性较差。由于电阻RCS是金属材质的电阻，会受温度影响而变化阻值，使其温度稳定性较差。

(4)电压变动率较大V＝IR＝(40+20+16)×5mΩ＝0.38V。由于使用电阻RCS的关系，以致于每一电源供应器20、21的输出电压都会在电阻RCS上产生0.38V的压降。

(5)必须要有良好的接地，否则会产生很严重的噪声干扰，进而影响到每一电源供应器20、21的负载调整，造成误动作。

(6)由于在为每一电源供应器20、21的电源负载进行调整时是采用向上调整的方式(将电源负载较低者的电源负载提高)，当电路发生异常时，容易造成输出电压过高，进而烧毁电子系统内的电子元件。

(7)电路复杂且成本高。由于每一电源供应器20、21皆具有一个负载调整电路23，且每一负载调整电路23皆由相当多的元件构成，形成一个复杂的线性运算电路；若要扩充电源供应器的数量时，则必需加入更多的负载调整电路，使整个备份式电源供应器的电路更形复杂化，且成本高。

本发明的主要目的在于提供一种改进的电源负载平衡装置，它可延长每一电源供应器的寿命，并可提高该装置的可靠度与稳定性的电源负载平衡装置。

本发明的的目的是这样实现的：

一种电源负载平衡装置，与一用来供应整个电子系统运作所需电源的备份式电源供应器电器连接，该备份式电源供应器包括二个以上相互并联的电源供应器；其特点是该电源负载平衡装置包括：二个以上感应元件，它们分别对应连接于一电源供应器，用来感应对应的电源供应器的负载电压是交流电；二个以上整流、滤波电路，它们分别对应连接于一感应元件，用来对该感应元件感应输出的负载电压进行整流、滤波而后输出直流电；及一微处理器，它与该等整流、滤波电路连接，用来将每一整流、滤波电路所输入的对应电源供应器的负载电压值加总并平均以获得一平均值，再将每一负载电压值与平均值作比较，当负载电压值大于平均值时，该微处理器即输出一负载调整信号予负载电压值大于平均值的电源供应器，以调降该电源供应器的负载，同时负载电压值小于平均值的电源供应器是自动调升其负载电压值，上述的动作将持续执行到每一电源供应器的负载达到平衡为止。

在上述的电源负载平衡装置中，其中，所述的该电源负载平衡装置还包含二个以上的延迟电路，每一延迟电路分别与该微处理器及对应的电源供应器连接，该微处理器在输出负载调整信号后，将首先经由该延迟电路将信号延迟，才输出至对应的电源供应器，通过此可使负载调整得较为平顺。

在上述的电源负载平衡装置中，其中，所述的该感应元件是一变压器。

本发明由于采用了上述的的技术方案，使之与现有技术相比，不仅可延长每一电源供应器的寿命，并可提高该装置的可靠度与稳定性的电源负载平衡装置。

通过以下对本发明电源负载平衡装置的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构调制和优点。其中，附图为：

图1是一种现有技术备份式电源供应器的电路示意图。

图2是另一种现有技术备份式电源供应器的电路示意图。

图3是依据本发明提出的电源负载平衡装置的电路示意图。

图4是依据本发明提出的电源负载平衡装置中的微处理器电路图。

如图3所示，本发明电源负载平衡装置，与一用来供应整个电子系统32(如台式计算机、笔记型计算机等)运作所需电源的备份式电源供应器电器连接，该备份式电源供应器包括二个以上相互并联的电源供应器，在此是以二个并联的电源供应器30、31为例作为本发明较佳实施例的说明，每一电源供应器30、31皆具有一个用来调整控制其输出电压稳定度的脉宽调制(PWM)控制电路300、310；本发明较佳实施例的电源负载平衡装置包括与电源供应器30、31数量一致的二个感应元件40、二个整流、滤波电路41、一个微处理器42及二个延迟电路43。

感应元件40在此是以变压器作为感应元件40的较佳实施，却不以此为限，该等感应元件40分别对应连接于一电源供应器30、31，用来感应对应的电源供应器30、31的负载电压是交流电。

该等整流、滤波电路41，分别对应连接于一个感应元件40，包括一桥式整流电路410及一滤波用的电容器411，前述该感应元件40感应输出的负载电压首先经由桥式整流电路410进行整流，接着再由电容器411滤波而后输出直流电。

该微处理器42，请配合参见图4所示，在此是以一编号为PIC16C73的微处理器42作为较佳实施，此编号为PIC16C73的微处理器42最多可与四台电源供应器连结使用，所接受的是模拟的输入(输入负载电压)并作数字的输出(输出负载调整信号)，该微处理器42与该等整流、滤波电路41连接，用来将每一整流、滤波电路41所输入的对应电源供应器30、31的负载电压值加总并平均以获得一平均值，接着将每一负载电压值与平均值作比较，当负载电压值大于平均值时，该微处理器42即输出一负载调整信号给负载电压值大于平均值的电源供应器30或31的脉宽调制控制电路300或310，以调降该电源供应器30或31的负载，同时，当负载电压值小于平均值时，电源供应器31或30会自动调升其负载电压值，上述的动作将持续执行到每一电源供应器30、31的负载达到平衡为止。

每一延迟电路43分别与该微处理器42及对应电源供应器30、31的脉宽调制控制电路300、310连接，它包括一个电阻器R1及一个电容器C1，该微处理器42在输出负载调整信号之后，将首先经由该延迟电路43将信号延迟，才输出至对应电源供应器30或31的脉宽调制控制电路300或310，通过此可使负载调整得较为平顺。

假设该电子系统32运作所需电源为100W，且在该电子系统32刚开机时电源供应器30、31分别提供80W及20W，则本发明较佳实施例的电源负载平衡装置执行电源负载分配的动作如下：

(1)首先该微处理器42会接收到经由感应元件40检测，以及整流、滤波电路41的整流与滤波后所输入的对应电源供应器30、31的负载电压值。

(2)该微处理器42会将所输入的电源供应器30、31的负载电压值(80W及20W)加总并平均以获得一平均值(50W)。

(3)该微处理器42接着会将所接收到的每一负载电压值(80W、20W)分别与平均值(50W)作比较，由于电源供应器30的负载电压值(80W)大于平均值(50W)，该微处理器42会输出一负载调整信号予负载电压值大于平均值的电源供应器30的脉宽调制控制电路300，以调降该电源供应器30的负载，同时负载电压值小于平均值的电源供应器31会自动调升其负载电压值。

(4)上述的动作(1)～(3)将持续执行数次，直到每一电源供应器30、31的负载达到平衡(50W、50W)为止。

以上是以共有两台电源供应器30、31作为较佳实施例的说明，而无论是二台、三台或四台电源供应器时，只要负载电压值高于平均值，所有负载电压值高出平均值的电源供应器，其负载电压值皆会被“向下调整”，使得每一电源供应器的负载达到平衡。

综上所述，本发明的电源负载平衡装置由于采用了上述的技术方案，由此具有以下的优点：

(1)微处理器每次会在求得所有电源供应器的负载电源的平均值后，才进行比较、调整动作，因此可达到负载真正平衡，以延长每一电源供应器的寿命，及提高该装置的可靠度与稳定性。

(2)本发明通过由感应元件取代现有技术的电阻器RCS来做负载变化的检测，较为线性且本发明的感应元件较现有技术的电阻器RCS更为不易受温度变化的影响。

(3)通过由延迟电路的使用，使得电源负载的调整较为平顺。

(4)本发明由于采用“向下调整”的方式调整备份式电源供应器的所有电源供应器的负载输出，以将电源负载较高者的电源负载向下调整，由此可有效避免在电路发生异常时造成输出电压过高，进而烧毁电子系统内的电子元件的情形。

(5)本发明通过由微处理器做电源负载分配，是以可依备份式电源供应器的电源供应器数量弹性扩充整个电源负载平衡装置的硬体。

(6)由于本发明的微处理器可依所有电源供应器的数量及每一电源供应器的负载电源值求得平均，因此可避免噪声干扰，进而影响到每一电源供应器的负载调整，造成误动作。

(7)通过由本发明的电源负载平衡装置可进一步的做过载的预警(pre-fail-detection)，遇过载或不正常状况的情形时，可做适当处理(例如发出警报或关机)，以保护整个电子系统。

 (8)电路简化且大幅降低成本。由于本发明是通过由数字化的微处理器做电源负载的调整分配，相较于现有技术，本发明使得整个电源负载平衡装置的电路简化且大幅降低成本。

Claims (3)

1.一种电源负载平衡装置，与一用来供应整个电子系统运作所需电源的备份式电源供应器电器连接，该备份式电源供应器包括二个以上相互并联的电源供应器；其特征在于该电源负载平衡装置包括：

二个以上感应元件，它们分别对应连接于一电源供应器，用来感应对应的电源供应器的负载电压是交流电；

二个以上整流、滤波电路，它们分别对应连接于一感应元件，用来对该感应元件感应输出的负载电压进行整流、滤波而后输出直流电；及

一微处理器，它与该等整流、滤波电路连接，用来将每一整流、滤波电路所输入的对应电源供应器的负载电压值加总并平均以获得一平均值，再将每一负载电压值与平均值作比较，当负载电压值大于平均值时，该微处理器即输出一负载调整信号予负载电压值大于平均值的电源供应器，以调降该电源供应器的负载，同时负载电压值小于平均值的电源供应器是自动调升其负载电压值，上述的动作将持续执行到每一电源供应器的负载达到平衡为止。

2.如权利要求1所述的电源负载平衡装置，其特征在于：

所述的该电源负载平衡装置还包含二个以上的延迟电路，每一延迟电路分别与该微处理器及对应的电源供应器连接，该微处理器在输出负载调整信号后，将首先经由该延迟电路将信号延迟，才输出至对应的电源供应器，通过此可使负载调整得较为平顺。

3.如权利要求1所述的电源负载平衡装置，其特征在于：所述的该感应元件是一变压器。

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