TW201838285A - 擴充和冗餘電源裝置及電源系統 - Google Patents

擴充和冗餘電源裝置及電源系統 Download PDF

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Abstract

一種擴充和冗餘電源裝置，用於提供擴充電力和冗餘電力，包括複數供電單元，電力整合電路，電力輸出控制電路及處理器。複數供電單元用於提供輸入電力至擴充和冗餘電源裝置。電力整合電路與複數供電單元電連接，以將輸入電力整合為統一的供電電源，並將第一部分電力轉換為第一電力。電力輸出控制電路與電力整合電路電連接，用於獲取供電電源的電力並分別輸出設定電力至複數受電設備。處理器與電力整合電路和電力輸出控制電路電連接，用於根據供電電源的電力情況和受電設備電連接的情況，控制電力輸出控制電路輸出設定電力。本發明還提供了一種電源系統。

Description

擴充和冗餘電源裝置及電源系統
本發明涉及一種電源，尤其涉及一種擴充和冗餘電源裝置及電源系統。
外接式電源通常提供兩種電力。第一種電力作為後備電源使用，通俗稱為冗餘電源（Redundant Power Supply，RPS），主要用於防範用電設備因內部電源供應器故障而死機。第二種電力作為擴充電源，通俗稱為擴充電源（External Power Supply，EPS），主要用於擴充有源乙太網(Power Over Ethernet，POE)裝置的電力，以增加POE裝置的供電能力。在現有技術中，電源裝置通常會在一個區域中設置一個供電裝置作為冗餘電源裝置使用，但此種供電裝置僅能單獨對本區域的一個受電裝置提供後備電力，當本區域的複數受電裝置或者其他區域的受電裝置的內部電源供應器故障時，此種電源裝置僅能保障本區域一個受電裝置的供電，其他受電裝置皆得不到該電源裝置的後備供電，保障能力不足。且，此供電裝置僅能作為RPS或者EPS，不能同時提供RPS和EPS。
鑒於以上內容，有必要提供一種擴充和後備電源裝置及電源系統，以彌補現有技術中電源裝置的不足。
一種擴充和冗餘電源裝置，用於提供擴充電力和冗餘電力，包括複數供電單元，電力整合電路，電力輸出控制電路及處理器。複數供電單元用於提供輸入電力至擴充和冗餘電源裝置。電力整合電路與複數供電單元電連接，以將獲取的輸入電力整合為統一的供電電源，並將供電電源中的第一部分電力轉換為第一電力。電力輸出控制電路與電力整合電路電連接，用於獲取供電電源的電力並分別輸出設定電力至複數受電設備。處理器與電力整合電路和電力輸出控制電路電連接，用於根據供電電源的電力情況和受電設備電連接的情況，控制電力輸出控制電路輸出設定電力。
優選地，還包括輸出負載監控電路，電連接於電力輸出控制電路、處理器和擴充和冗餘電源裝置的輸出端之間，用於即時監測輸出設定電力時的電流大小，並將過電流保護的資訊回饋至處理器。
優選地，還包括資訊偵測電路，電連接於處理器、擴充和冗餘電源裝置的輸出端之間，用於偵測受電設備的電力需求並回饋至處理器。
優選地，電力整合電路包括直流轉換器，用於將供電電源中的第二部分電力轉換為第二電力。
優選地，電力輸出控制電路包括冗餘電源分切模組，用於將第二電力平均分切為複數相同功率的冗餘電力。
優選地，處理器根據電力需求，控制電力輸出控制電路分別將一個冗餘電力或兩個冗餘電力分配至輸出端的同一電力輸出埠。
優選地，電力輸出控制電路包括擴充電源分切模組，用於將第一電力平均分切為複數相同功率的擴充電力。
優選地，處理器根據電力需求，控制電力輸出控制電路將一個擴充電力或兩個擴充電力分配至輸出端的同一電力輸出埠。
本發明還提供了一種電源系統，包括上述的擴充和冗餘電源裝置，受電設備及電力線。受電設備用於接收擴充電力和冗餘電力。電力線電連接於擴充和冗餘電源裝置和受電設備。
優選地，一個受電設備通過兩根電力線分別與擴充和冗餘電源裝置的兩個電力輸出埠電連接，以獲取更大功率的電力。
優選地，擴充和冗餘電源裝置的一個電力輸出埠通過兩根電力線與兩個受電設備電連接，以提高電連接至擴充和冗餘電源裝置的受電設備的數量。
本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統可以根據供電單元和受電設備的異常，相應調整不同的供電方式，避免了先前技術中分區供電而無法提供更多保障的弊端。
本發明的擴充和冗餘電源裝置10及電源系統，旨在避免先前技術設立複數分區提供電源而出現的問題，在最大程度充分利用現有資源進行供電。本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統既可以獨立提供擴充電源（External Power Supply，EPS），也可以獨立提供冗餘電源（Redundant Power Supply，RPS）。
請參閱圖1，圖1為本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統第一實施方式的示意圖。
擴充和冗餘電源裝置10包括：複數供電單元101、電力整合電路102、電力輸出控制電路103及處理器104。電源系統除了包括上述的擴充和冗餘電源裝置10外，還包括受電設備20及電力線30。受電設備20主要用於接收擴充電力和後備電力。電力線30主要用於電連接擴充和冗餘電源裝置10和受電設備20。本實施方式以4個供電單元101為例進行說明。
如圖1所示，每個供電單元101作為提供輸入電力的器件設置於擴充和冗餘電源裝置10。每個供電單元101均與電力整合電路102電連接，以使得電力整合電路102能夠獲取每個供電單元101的輸入電力。在獲取輸入電力後，電力整合電路102將輸入電力整合為統一的供電電源。最後，電力整合電路102將供電電源中的第一部分電力轉換為擴充電源（External Power Supply，EPS）的第一電力PEPS 。
電力輸出控制電路103與電力整合電路102電連接，以獲取供電電源的電力並分別輸出設定電力至複數受電設備20。
處理器104，與電力整合電路102和電力輸出控制電路103電連接，用於根據供電電源的電力情況和受電設備20電連接的情況，控制電力輸出控制電路103輸出設定電力。
在本實施方式中，為了更準確地獲取受電設備20的用電需求，擴充和冗餘電源裝置10還可以包括資訊偵測電路105。資訊偵測電路105電連接於處理器104、擴充和冗餘電源裝置10的輸出端之間，在受電設備20電連接至擴充和冗餘電源裝置10的輸出端時，偵測受電設備20的電力需求並回饋至處理器104,同時也可以把相關的供電狀態回饋至受電設備20。
擴充和冗餘電源裝置10還可以包括輸出負載監控電路106。輸出負載監控電路106電連接於電力輸出控制電路103、處理器104和擴充和冗餘電源裝置10的輸出端之間，用於即時監測輸出設定電力時電流的大小，並將產生相應的控制資訊回饋至處理器104。相應的電資訊為過電流保護等控制資訊。
圖2為本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統第二實施方式的示意圖。
基於上述第一實施方式描述的架構，圖2主要對本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統處理電能的過程作出詳細說明。
請參閱圖2，擴充和冗餘電源裝置10也包括了4個供電單元101。本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統處理電能的過程主要分為以下幾個階段：輸入電力，整合電力，分切電力，分配電力以及綁定電力。
在輸入電力階段，每個供電單元101皆電連接至電力整合電路102。因此電力整合電路102得以獲取所有供電單元101的電力，進而，整合為統一的供電電源。
在電力整合階段，一方面電力整合電路102將統一的供電電源中的第一部分電力轉換為擴充電源的第一電力PEPS ，另一方面，電力整合電路102包括直流轉換器1021，用於將供電電源中的第二部分電力轉換為冗餘電源的第二電力PRPS 。
在分切電力階段，電力輸出控制電路103包括擴充電源分切模組1031和冗餘電源分切模組1032。擴充電源分切模組1031用於將第一電力PEPS 平均分切為複數相同功率的擴充電力Pe。冗餘電源分切模組1032用於將第二電力PRPS 平均分切為複數相同功率的冗餘電力Pr。
在本實施方式中，如圖2所示，處理器104根據受電設備20的電連接情況，控制電力輸出控制電路103將第一電力PEPS 被分切為8個功率相同的擴充電力Pe，第二電力PRPS 也被分切為8個冗餘電力Pr。後續處理器104將根據受電設備20的電連接情況,計算擴充和冗餘電源裝置10中可對外供應的剩餘電力,從而調配使用上述擴充電力Pe和冗餘電力Pr。此外，處理器104還可以根據後續受電設備20的用電情況，相應調整擴充電力Pe和冗餘電力Pr的個數和功率大小。
在分配電力階段，處理器104通過資訊偵測電路105瞭解受電設備20的電力需求和擴充電力Pe及冗餘電力Pr的剩餘數量，以合理分配用電。
在綁定電力階段，處理器104根據電力需求，控制電力輸出控制電路103將一個擴充電力Pe或兩個擴充電力Pe分配至輸出端的同一電力輸出埠107，以在同一電力輸出埠107輸出一個或兩個擴充電力Pe至受電設備20。處理器104根據電力需求，控制電力輸出控制電路103分別將一個冗餘電力Pr或兩個冗餘電力Pr分配至輸出端的同一電力輸出埠107，以在同一電力輸出埠107輸出一個或兩個冗餘電力Pr至受電設備20。
分配電力階段和綁定電力階段的詳細實施，請參閱圖3。
圖3為本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統第三實施方式的示意圖。
請參閱圖3,第三實施方式以4個皆為920瓦的供電單元101功率進行說明。
在電力整合階段，總的電源功率則為4個供電單元101功率的總和。總的電源功率為3680瓦。為了避免擴充和冗餘電源裝置10中的電源功率全部用完，電力整合電路102整合的供電電源總功率為3480瓦。其中，3000瓦作為第一電力PEPS ，480瓦作為第二電力PRPS 。
在本發明中,電源系統中的一個受電設備20可以通過兩根電力線30分別與擴充和冗餘電源裝置10的兩個電力輸出埠107電連接，以獲取更大功率的電力。擴充和冗餘電源裝置10的一個電力輸出埠107可以通過兩根電力線30分別與兩個受電設備20電連接，以提高電連接至擴充和冗餘電源裝置10的受電設備20的數量。
如圖3所示，在本實施方式中，擴充和冗餘電源裝置10電連接了8個受電設備，其中，第一至第五受電設備（#1-#5）為有源乙太網(Power Over Ethernet，POE)設備。第一至第五受電設備（#1-#5）皆通過一根電力線30與擴充和冗餘電源裝置10的一個電力輸出埠107對應電連接。第六受電設備#6和第七受電設備#7則分別通過一根電力線30與擴充和冗餘電源裝置10的同一電力輸出埠107電連接，以提高電連接至擴充和冗餘電源裝置10的受電設備的數量。第八受電設備#8則通過兩根電力線30分別與擴充和冗餘電源裝置10的兩個電力輸出埠107電連接，以獲取更大功率的電力。
處理器104通過資訊偵測電路105可以得知受電設備20的電連接情況及電力需求。在分切電力階段，處理器104控制擴充電源分切模組1031將第一電力PEPS 平均分切為8個375瓦的擴充電力Pe，處理器104控制冗餘電源分切模組1032將第二電力PRPS 平均分切為8個60瓦的冗餘電力Pr。
在本實施方式中，第一至第八受電設備（#1-#8）自身運行所需的功率依次為：120瓦，60瓦，60瓦，120瓦，120瓦，60瓦，60瓦，240瓦。當受電設備20正常使用狀態時，皆通過受電設備20自身的供電電源進行供電；在受電設備20自身供電電源不能供電時，冗餘電力Pr才會給受電設備20供電。因此，在本實施方式中，受電設備20均為正常使用狀態時，處理器104只需分配擴充電力Pe。如圖3所示，第一受電設備#1、第四受電設備#4和第五受電設備#5皆接收到兩個擴充電力Pe，第二受電設備#2和第三受電設備#3皆接收到一個擴充電力Pe。冗餘電力Pr並未分配使用。
在本實施方式中，第六受電設備#6和第七受電設備#7自身運行所需的功率皆為60瓦。第六受電設備#6和第七受電設備#7與擴充和冗餘電源裝置10的第六電力輸出埠107電連接。當第六受電設備#6或第七受電設備#7出現自身供電異常時，擴充和冗餘電源裝置10可以將一個冗餘電力Pr分配至第六電力輸出埠107，作為第六受電設備#6或第七受電設備#7的後備電力。當第六受電設備#6和第七受電設備#7皆出現自身供電異常時，擴充和冗餘電源裝置10可以將兩個冗餘電力Pr分配至第六電力輸出埠107，作為第六受電設備#6和第七受電設備#7的後備電力。第八受電設備#8與擴充和冗餘電源裝置10的第七電力輸出埠107和第八電力輸出埠107電連接。擴充和冗餘電源裝置10可以將兩個冗餘電力Pr分配至第七電力輸出埠107，並將另外兩個冗餘電力Pr分配至第八電力輸出埠107，以在第八受電設備#8出現供電異常時，通過第七電力輸出埠107和第八電力輸出埠107供給第八受電設備#8所需電力。
圖4為本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統第四實施方式的示意圖。
在第四實施方式中，受電設備20與擴充和冗餘電源裝置10的電連接與上述實施方式相同。所不同的是，2個供電單元101出現供電異常，無法對外供電。
在電力整合階段，總的電源功率則為2個供電單元101功率的總和。總的電源功率為1840瓦。為了避免擴充和冗餘電源裝置10中的電源功率全部用完，電力整合電路102整合的供電電源總功率為1740瓦。其中，1500瓦作為第一電力PEPS ，240瓦作為第二電力PRPS 。
在分切電力階段，處理器104控制擴充電源分切模組1031將第一電力PEPS 平均分切為4個375瓦的擴充電力Pe，處理器104控制冗餘電源分切模組1032將第二電力PRPS 平均分切為4個60瓦的冗餘電力Pr。
在本實施方式中，受電設備20均為正常使用狀態，處理器104根據受電設備20正常的用電需求分配擴充電力Pe。但由於分切的擴充電力Pe只有四個，處理器104根據受電設備20的優先順序分配擴充電力Pe。優先順序第一受電設備#1最高，第八受電設備#8最低。如圖4所示，僅有第一受電設備#1接收到兩個擴充電力Pe，第二受電設備#2和第三受電設備#3皆接收到一個擴充電力Pe。至此擴充電力Pe已分配完畢，第四受電設備#4和第五受電設備#5皆接收不到擴充電力Pe。由於受電設備20均為正常使用狀態，冗餘電力Pr並未分配使用，當其他受電設備20出現供電異常時，仍可以分配使用。
圖5為本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統第五實施方式的示意圖。
在第五實施方式中，受電設備20與擴充和冗餘電源裝置10的電連接與上述實施方式相同。也有2個供電單元101出現供電異常，無法對外供電。
在電力整合階段，總的電源功率則為2個供電單元101功率的總和。總的電源功率為1840瓦。為了避免擴充和冗餘電源裝置10中的電源功率全部用完，電力整合電路102整合的供電電源總功率為1740瓦。其中，1500瓦作為第一電力PEPS ，240瓦作為第二電力PRPS 。
在分切電力階段，處理器104控制擴充電源分切模組1031將第一電力PEPS 平均分切為4個375瓦的擴充電力Pe，處理器104控制冗餘電源分切模組1032將第二電力PRPS 平均分切為4個60瓦的冗餘電力Pr。
在本實施方式中，第一至第八受電設備#8自身運行所需的功率依次為：120瓦，60瓦，60瓦，120瓦，120瓦，60瓦，60瓦，240瓦。在本實施方式中，除第五受電設備#5和第六受電設備#6自身的供電電源不能正常供電外，其他受電設備均為正常使用狀態。處理器104根據受電設備的用電需求分配擴充電力Pe和冗餘電力Pr。但由於分切的擴充電力Pe只有四個，處理器104依然根據受電設備20的優先順序分配擴充電力Pe。如圖5所示，僅有第一受電設備#1接收到兩個擴充電力Pe，第二受電設備#2和第三受電設備#3皆接收到一個擴充電力Pe。至此擴充電力Pe已分配完畢，第四受電設備#4和第五受電設備#5皆接收不到擴充電力Pe。
由於第五受電設備#5和第六受電設備#6自身的供電電源不能正常供電，處理器104將兩個冗餘電力Pr分配至第五受電設備#5，處理器104將一個冗餘電力Pr分配至第六受電設備#6。至此，電源系統剩餘一個冗餘電力Pr未分配使用，當其他受電設備出現供電異常時，仍可以分配使用。
圖6為本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統第六實施方式的示意圖。
在第六實施方式中，受電設備20與擴充和冗餘電源裝置10的電連接與上述實施方式相同。不同的是，所有的供電單元101已恢復正常供電。除第五受電設備#5和第六受電設備#6自身的供電電源不能正常供電外，其他受電設備均為正常使用狀態。
在電力整合階段，總的電源功率則為4個供電單元101功率的總和。總的電源功率為3680瓦。為了避免擴充和冗餘電源裝置10中的電源功率全部用完，電力整合電路102整合的供電電源總功率為3480瓦。其中，3000瓦作為第一電力PEPS ，480瓦作為第二電力PRPS 。
在分切電力階段，處理器104控制擴充電源分切模組1031將第一電力PEPS 平均分切為8個375瓦的擴充電力Pe，處理器104控制冗餘電源分切模組1032將第二電力PRPS 平均分切為8個60瓦的冗餘電力Pr。
在本實施方式中，第一至第八受電設備#8自身運行所需的功率依次為：120瓦，60瓦，60瓦，120瓦，120瓦，60瓦，60瓦，240瓦。由於第五受電設備#5和第六受電設備#6自身的供電電源不能正常供電，處理器104將兩個冗餘電力Pr分配至第五受電設備#5，處理器104將一個冗餘電力Pr分配至第六受電設備#6。至此，電源系統剩餘五個冗餘電力Pr未分配使用，當其他受電設備出現供電異常時，仍可以分配使用。
在本實施方式中，處理器104根據受電設備的用電需求分配擴充電力Pe和冗餘電力Pr。由於擴充電力Pe已恢復至8個，如圖6所示，第一受電設備#1、第四受電設備#4和第五受電設備#5皆接收到兩個擴充電力Pe，第二受電設備#2和第三受電設備#3皆接收到一個擴充電力Pe。
本發明的有益效果是明顯的，本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統將複數供電單元101整合為統一的供電電源，經過後續的處理階段，本發明擴充和冗餘電源裝置10及電源系統可以根據供電單元101和受電設備的異常，相應調整不同的供電方式，避免了先前技術中分區供電而無法提供更多保障的弊端。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧擴充和冗餘電源裝置
101‧‧‧供電單元
102‧‧‧電力整合電路
103‧‧‧電力輸出控制電路
104‧‧‧處理器
105‧‧‧資訊偵測電路
106‧‧‧輸出負載監控電路
107‧‧‧電力輸出埠
1021‧‧‧直流轉換器
1031‧‧‧擴充電源分切模組
1032‧‧‧冗餘電源分切模組
20‧‧‧受電設備
30‧‧‧電力線
#1‧‧‧第一受電設備
#2‧‧‧第二受電設備
#3‧‧‧第三受電設備
#4‧‧‧第四受電設備
#5‧‧‧第五受電設備
#6‧‧‧第六受電設備
#7‧‧‧第七受電設備
#8‧‧‧第八受電設備
PEPS‧‧‧第一電力
PRPS‧‧‧第二電力
Pe‧‧‧擴充電力
Pr‧‧‧冗餘電力
圖1為本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統第一實施方式的示意圖。
圖2為本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統第二實施方式的示意圖。
圖3為本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統第三實施方式的示意圖。
圖4為本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統第四實施方式的示意圖。
圖5為本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統第五實施方式的示意圖。
圖6為本發明擴充和冗餘電源裝置及電源系統第六實施方式的示意圖。
無

Claims (11)

  1. 一種擴充和冗餘電源裝置，用於提供擴充電力和冗餘電力，包括： 複數供電單元，用於提供輸入電力至該擴充和冗餘電源裝置； 電力整合電路，與該等供電單元電連接，以將獲取的該輸入電力整合為統一的供電電源，並將該供電電源中的第一部分電力轉換為第一電力； 電力輸出控制電路，與該電力整合電路電連接，用於獲取該供電電源的電力並分別輸出設定電力至複數受電設備；及 處理器，與該電力整合電路和該電力輸出控制電路電連接，用於根據該供電電源的電力情況和受電設備電連接的情況，控制該電力輸出控制電路輸出該設定電力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之擴充和冗餘電源裝置，還包括輸出負載監控電路，電連接於該電力輸出控制電路、該處理器和該擴充和冗餘電源裝置的輸出端之間，用於即時監測輸出該設定電力時的電流大小，並將過電流保護的資訊回饋至該處理器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之擴充和冗餘電源裝置，還包括資訊偵測電路，電連接於該處理器、該擴充和冗餘電源裝置的輸出端之間，用於偵測該受電設備的電力需求並回饋至該處理器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之擴充和冗餘電源裝置，其中，該電力整合電路包括直流轉換器，用於將該供電電源中的第二部分電力轉換為第二電力。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之擴充和冗餘電源裝置，其中，該電力輸出控制電路包括冗餘電源分切模組，用於將該第二電力平均分切為複數相同功率的該冗餘電力。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之擴充和冗餘電源裝置，其中，該處理器根據該電力需求，控制該電力輸出控制電路分別將一個該冗餘電力或兩個該冗餘電力分配至該輸出端的同一電力輸出埠。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之擴充和冗餘電源裝置，其中，該電力輸出控制電路包括擴充電源分切模組，用於將該第一電力平均分切為複數相同功率的該擴充電力。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之擴充和冗餘電源裝置，其中，該處理器根據電力需求，控制該電力輸出控制電路將一個該擴充電力或兩個該擴充電力分配至該輸出端的同一電力輸出埠。
  9. 一種電源系統，包括: 如申請專利範圍第1-8項任一項所述之擴充和冗餘電源裝置,用於提供擴充電力和冗餘電力; 受電設備,用於接收該擴充電力和該冗餘電力;及 電力線,電連接於該擴充和冗餘電源裝置和該受電設備。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電源系統，其中，一個該受電設備通過兩根該電力線分別與該擴充和冗餘電源裝置的兩個電力輸出埠電連接，以獲取更大功率的電力。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之電源系統，其中，該擴充和冗餘電源裝置的一個電力輸出埠通過兩根該電力線與兩個該受電設備電連接，以提高電連接至該擴充和冗餘電源裝置的該受電設備的數量。
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