CN202916786U - 按需供电模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种面向工业计算机和网络通信领域的智能供电管理的技术方案，尤其涉及一种按需供电模块，包括由面板和背板构成的功能板，所述背板上设有背板接口槽、主处理电路、管理电源电路和负载工作电源电路；本实用新型可实现主动型保护机制、智能型上电机制、星形供电机制、模块级待机功耗管理模式。

Description

按需供电模块

技术领域

本实用新型涉及一种面向工业计算机和网络通信领域的智能供电管理的技术方案。 

背景技术

为了适应下一代网络对高速数据处理和高速数据通信的应用要求，工业计算机的体系结构正在发生巨大的变化。在一台设备之内，将采用大量的高性能处理器、网络处理器、多核处理器和高速通信集成电路，实现效率更高的分布式处理、并行处理和数据通信。这些处理器和通信集成电路的功率密度很大，单板功耗从原来的20W-30W提高到200W-300W，主工作电压从3.3V、5V提高到12V或者48V。这样的变化对系统设计提出了更高的要求，要求对系统开关机和热拔插的过程进行有效控制，才可以保证系统的可靠性。也要求有效控制冗余供电，以使成本降低。 

现有工业计算机和网络通信设备上没有完善的手段对高电压、大电流工作模式的系统进行电源管理。现有的系统一般采用钳位二极管提供过压保护、采用保险丝提供过流保护、采用去耦电容提供EMC保护。其局限性，具体表现在如下几个方面：  

1 现有的系统没有开关机管理机制，一般都是对所有模块同时上电、同时关机，他们会同时进入大功率工作状态，加大电源的功率负荷；所有模块同时上电或同时关机，还会同时产生浪涌电流，对电源和电源开关产生严重冲击，加大电源的保护负荷，这不仅提高了电源的功率冗余成本和EMC防护成本，还会造成较大的故障隐患。 

2. 现有的系统没有安全检测和故障隔离机制，大都采用“总线型”供电方式，所有的模块都连接在公共的电源线上，而且，一般不加任何检测就对模块直接上电。如果某个模块内部短路，或者某个模块的电源连接器短路，都有可能引起电源输出保护，导致整个系统的无法工作。 

3. 现有的系统无法避免待机功耗，没有模块级的待机功耗管理机制，个 别电路虽然可以在待机状态进入省电模式以降低待机功耗，但是仍然会消耗能源，长期累积起来，整个系统仍然会产生很大待机功耗，既增加成本，也能源浪费，不符合绿色环保的发展要求。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种按需供电模块，它可以克服现有供电系统的局限性。 

本实用新型的按需供电模块，包括由面板和背板构成的功能板，其特征是：所述背板上设有背板接口槽、主处理电路、管理电源电路和负载工作电源电路；  

主处理电路采用可编程系统芯片，当该系统芯片检测到负载板卡在位后，先用管理电源电路对负载板卡进行安全检测，同时，负载工作电源电路对负载板卡进行预充电；如果安全检测失败，则关闭向该负载板卡的电源输出，停止上电过程，从而进行安全的故障隔离；预充电结束后，对负载板卡进行正式供电，如果超出规定范围，则发出告警，或者根据预定规则关闭向该负载板卡的电源输出，停止供电；同时，控制预充电时序和正式供电时序以错开供电，从而避免出现峰值叠加；如果负载板卡进入待机状态，则关闭向该负载板卡的电源输出。 

所述面板上设有指示器，其为LED控制电路，包括电源状态指示，通信状态指示。 

所述负载工作电源电路为16路负载板卡的工作电源。 

本实用新型的按需供电模块，在电源输出功能板卡之间进行供电管理，确保供电安全；设计“主动”型保护机制，在确保安全的条件下才进行上电操作，减少热拔插过程的浪涌干扰，防止对系统造成的损坏；设计“智能型”上电机制，避免同时上电出现的大电流冲击，降低供电成本，减少故障隐患；设计“星形”供电机制，为每个模块提供独立的供电回路，实现更好的故障隔离，提高可靠性；设计“模块级”待机功耗管理模式，最大限度降低系统的待机功耗。 

附图说明

图1是本实用新型的按需供电模块的面板布局图。 

图2是本实用新型的按需供电模块的外形结构图。 

图3是本实用新型的按需供电模块的功能框图。 

具体实施方式

现结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 

参看图1和图2，本实用新型的按需供电模块PMM是一功能板，由面板4和背板5构成。 

面板4上设有指示器3、主电源接口2及助拔器1，主电源接口为+12VDC电源输入连接器；助拔器1是为方便模块的插拔及位置固定而设计的。 

指示器3为LED控制电路，包括电源状态指示，IPMB通信状态；当+12VDC电源有故障时，黄色指示灯点亮；绿色指示灯用来表明电源模块正处于operational；红色指示灯，表明电源模块处于non-operational；蓝色指示灯用来指示IPMI通信状态。从面板指示上，就可以查看系统所处的状态。 

背板5上设有背板接口槽6、主处理电路7、管理电源电路8和负载工作电源电路9。 

背板接口槽6包含了与背板通信的相关信号接口，符合PCI工业计算机制造组织(PICMG)的MicroTCA功率电源模块基本要求。 

PMM采用IPMB或I2C通信总线与系统内部的各个模块进行通信，通过RS232、I2C等多种接口与系统监控模块或其他管理设备进行通信。 

PMM支持符合PICMG技术规范的IPMI标准通信协议、支持SIMP、支持客户自定义协议。 

管理电源电路8为3V的管理电源，是由专用的电源模块从+12VDC转换而来，当检测到模块在位后首先会提供低压（3.3VDC）、小电流（小于200mADC）的管理电源，模块利用管理电源进行自检并建立与系统管理模块的通信，报告自身的属性和状态，系统管理模块确认模块的位置、属性和状态符合要求之后，才会在需要的时候以独立的通路向模块提供工作电源，从而最大限度地保证模块和系统的安全。   

负载工作电源电路9为16路板卡的工作电源，必须通过背板各自以独立的回路为每一块MCH、AMC和CU（冷却单元）独立供电，该模块通过16负载通道，每通道可输出高达9.4A、200W-300W的功率电源。 

主处理电路7采用Actel的Fusion可编程系统芯片(PSC)，主要负责16路负载模块在位安全检测；16路管理电源供电通道控制；预充电控制；16路可编程有效载荷负载功率电源通道管理控制与检测；负责异常检测，报警显示及断电与功耗控制。当系统芯片检测到负载模块板卡在位后，先用管理电源对模块进行安全检测，确保模块位置正确、电路功能正常匹配，获取模块工作电压和工作电流的经验值和安全范围。在进行安全测试时，同时对模块进行工作电 源预充电，如果安全检测失败，则关闭该模块的电源输出，停止上电过程，从而进行安全的故障隔离。如果安全检测，预充电结束后，对模块进行正式供电，提供此通道工作电源。正式供电时，自动检测工作电压和工作电流，与前面获取的工作电压和工作电流的经验值和安全范围进行对比，如果超出规定范围，则发出告警，或者根据预定规则关闭该模块的电源输出，停止对该模块供电，实现安全的故障隔离。防止意外事件发生。 

同时，经过自动识别，控制预充电时序、控制工作电源的供电时序，通过对16通道电源错开供电，从而避免出现峰值叠加，降低瞬间大功率负荷。 

如果模块进入待机状态，则关闭该模块的电源输出，将工作电源的待机功耗降低到零。 

本实用新型的按需供电模块可为16个模块提供独立的供电回路和在位检测电路，一个模块出现故障不会影响对其他模块的供电，也不会导致整个电源进入保护状态，是一种星形供电方式。  

采用这样的技术方案设计的PMM按需供电模块，已成功实现了安全型、智能型、主动保护型按需供电管理方式，保证了系统的可靠性，同时也降低了电源的冗余成本，降低了系统的待机功耗。该模块已开始应用于下一代工业计算机和网络通信设备的系统设计之中，取得了较好的使用效果。 

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。 

Claims (3)

1.一种按需供电模块，包括由面板和背板构成的功能板，其特征是：所述背板上设有背板接口槽、主处理电路、管理电源电路和负载工作电源电路；

主处理电路采用可编程系统芯片，当该系统芯片检测到负载板卡在位后，先用管理电源电路对负载板卡进行安全检测，同时，负载工作电源电路对负载板卡进行预充电；如果安全检测失败，则关闭向该负载板卡的电源输出，停止上电过程，从而进行安全的故障隔离；预充电结束后，对负载板卡进行正式供电，如果超出规定范围，则发出告警，或者根据预定规则关闭向该负载板卡的电源输出，停止供电；同时，控制预充电时序和正式供电时序以错开供电，从而避免出现峰值叠加；如果负载板卡进入待机状态，则关闭向该负载板卡的电源输出。

2.如权利要求1所述的按需供电模块，其特征是：所述面板上设有指示器，其为LED控制电路，包括电源状态指示，通信状态指示。

3.如权利要求1所述的按需供电模块，其特征是：所述负载工作电源电路为16路负载板卡的工作电源。

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