TWI421510B

TWI421510B - 電源功率檢測方法及其裝置

Info

Publication number: TWI421510B
Application number: TW98138636A
Authority: TW
Inventors: Yu Hung Lin; Hsin Hung Chen
Original assignee: Etasis Inc
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2014-01-01
Also published as: TW201116837A

Description

電源功率檢測方法及其裝置

本發明係有關一種電源功率檢測方法及其利用此方法所構成的電源功率檢測裝置，尤指一種在電源供應模組輸入端即時檢測電功率之前置式電源功率檢測方法及其裝置，以使用於電源供應管理等。

通訊系統、電腦系統及需要經過電源供應器(power supplier)將電源端之供應電力(例如市電之交流電civic power)轉變成為直流電的設備，已日益普遍(increasingly pervasive)進入各種設施、大樓與家庭。昔日對於節省耗電量，以提高電源供應器效率為主；近年來由於直流電的設備增多，單純提高電源供應器的效率已不能滿足實際需求，因此電源管理系統愈來愈重要。電源管理系統係用於監控每一個設備的電力耗損狀況，加以記錄及控制。再如數位通訊電源管理，依據商業規範要求，除需要管理每個通訊系統、電腦系統或其他設備之功率外，仍有輸出/入電壓顯示(output/input voltage display)、輸出/入電流顯示(output/input current display)、風扇轉速顯示(fan rpm display)、溫度顯示(temperature display)、電源狀態顯示 (power status/consumption voltage display)、風扇轉速控制(fan rpm control)、電源開關控制(power supplier on/off)及產品序號及電器規格顯示(serial number and specification display)等。

在電力功率耗用(power consumption)的量測上，如台灣發明專利TW468305揭露量測電源供應器的輸出電壓的方法、台灣新型專利TWM304837揭露量測電源供應器輸出端功率的裝置、台灣發明公開TW200841166揭露在電源供應器與脈衝頻寬控制器(PWM控制器)兩端利用電感量測功率；再如美國專利公開US2007/0159136、美國專利US7,376,631、US7,152,174及日本專利公開JP2002-064934等，皆採用在電源供應器與負載之間量測電壓與電流以計算功率；如第1圖，交流電由電源911提供，經由電源供應器912轉換成直流電，經由PWM控制器915調變成需要的電壓，送入負載918，形成一供電迴路；為量測此供電迴路的耗用功率，在電源供應器912與PWM控制器915之間設置電感913，利用輸入量測模組914量測輸入功率；在PWM控制器915與負載918之間設置電感916，利用輸出量測模組917量測輸出功率；更進一步利用監控模組919收集輸入功率與輸出功率，加以管理。在供電迴路中，於電源供應器後端(電源供應器與負載)之間量測電壓或電流者，可稱為後置式電源功率檢測。由於電源供應器的效能並非100%，因此後置式電源功率檢測的結果，需要以電源供應器平均效能進行修正，但由於電源供應器的效能在不同負載(不同電壓與電流乘積)時，效能受功率因素校正(PFC)因子影響，並非均一數值，在較為精確的功率計算上，則以不同負載、不同電源供應器效能的修正表(lookup table)進行修正量測的結果。如此除增加電源管理的複雜性外，其數值也僅為估測，精確性尚不足。

在電源功率管理(power management)上，如美國專利US7,567,060、WIPO公開號WO/2006/123200A2及日本專利JP2002064934等，揭露對於數個電源供應器監控其功率而加以控制的技術，使用的方法如第2A)圖、運用的裝置如第2B圖；在第2A圖中，對於數個電源供應器管理時，先選擇第i個電源供應器，計算第i個電源供應器的功率，若第i個電源供應器的功率在預定規範的範圍內，則發出可以使用該第i個電源供應器，如果第i個電源供應器的功率在預定規範的範圍內則輸出不正常的信號。在第2B圖中，電源921進入控制模組923，控制模組923內設有選擇開關924可以選擇連接第一個電源供應器922a、第二個電源供應器922b，…及第n個電源供應器922n；選擇開關924受控制模組923所控制，可以選擇連接各電源供應器(922a~922n)、負載926與量測模組925，使量測模組925可以量測每個供電迴路的後置式電源功率。

由於後置式電源功率檢測方法及裝置，在複雜性及精確性尚有不足，因此發展一簡易且精確度高的電源功率檢測方法及裝置，才能更接近使用者的實際需求。

本發明之目的係提供一種電源功率檢測方法，係用於檢測電源經由電源供應模組(power supplier)轉換成直流電供應給負載 (load)使用的供電迴路之電源供應模組輸入端的耗電功率(power consumption)，其中，電源可為市電提供之交流電或在某些應用裝置為使用直流供應為電源；包含下列步驟：S1：在電源與電力轉換器(power rectifier)之間，檢測由電源端進入電力轉換器之間電源電流；S2：輸出該輸入端電源電流IPI數值之信號；S3：檢測進入電源供應模組輸入端之直流電壓；S4：輸出該輸入端直流電壓IPV數值之信號；S5：利用輸入端電源電流IPI數值與輸入端直流電壓IPV數值，以IPW=IPI*IPV計算輸入端電功率IPW並輸出電功率信號。

其中，步驟S1~S4僅為文字說明的區分，並不限制依據S1~S4的次序。

為進一步檢測供電迴路之電源供應模組輸出端的耗電功率可包含下列步驟：SS1：在電源供應模組與負載之間，檢測電源供應模組輸出至負載的直流電流；SS2：輸出該輸出端直流電流OPI數值之信號；SS3：檢測進入負載之電源供應模組輸出端之直流電壓；SS4：輸出該輸出端直流電壓OPV數值之信號；SS5：利用輸出端直流電流OPI數值與輸出端直流電壓OPV數值，以OPW=OPI*OPV計算輸出端電功率OPW並輸出電功率信號。

其中，步驟SS1~SS4僅為文字說明的區分，並不限制依據SS1~SS4的次序。

本發明之另一目的係提供一種電源功率檢測裝置(Power consumption measuring apparatus)，係用於檢測電源經由電源供應模組轉換成直流電供應給負載使用的供電迴路之電源供應模組輸入端的電流與電壓，包含：輸入檢測模組(input measuring module)及數位微處理器(micro control unit)；其中，輸入檢測模組由輸入電流檢測器(input current measurer)及輸入電壓檢測器(input voltage measurer)所組成；輸入電流檢測器係與電源與電力轉換器以串聯連接，用以檢測電源與電力轉換器之間迴路的輸入端電源電流IPI，並輸出輸入端電源電流IPI信號至數位微處理器；輸入電壓檢測器係與電力轉換器以並聯連接，用以檢測電源供應模組的輸入端直流電壓IPV，並輸出輸入端直流電壓IPV信號至數位微處理器；數位微處理器接收輸入端電源電流IPI信號與輸入端直流電壓IPV信號計算輸入端功率OPW，並輸出功率OPW數值之信號，輸出的方式如使用通訊匯流排(communication bus)，但不以此為限。

為進一步檢測供電迴路之電源供應模組輸出端的耗電功率，電源功率檢測裝置可包含輸出檢測模組(output measuring module)，輸出檢測模組係由輸出電流檢測器(output current measurer)及輸出電壓檢測器(output voltage measurer)所組成；輸出電流檢測器係與電源供應模組與負載以串聯連接，用以檢測電源供應模組與負載之間迴路的輸出端直流電流OPI，並輸出輸出端直流電流OPI信號至數位微處理器；輸出電壓檢測器係與電源供應模組以並聯連接，用以檢測電源供應模組的輸出端至負載的直流電壓OPV，並輸出該輸出端直流電壓OPV信號至數位微處理器；數位微處理器可以接收輸出端直流電流OPI信號與輸出端直流電壓OPV信號計算輸出端功率OPW，並輸出輸出端功率OPW數值之信號；輸出的方式如使用通訊匯流排，但不以此為限。

本發明之再一目的係提供一種電源功率管理裝置，係用於管理N個電源供應模組與對應的負載之供電迴路的功率，以提供給電源分析管理終端系統(power analysis and management system)使用；電源功率檢測裝置，包含：N個電源供應模組、對應該N個電源供應模組之N個電源功率檢測裝置與電源功率控制器；電源功率控制器可接收N個電源功率檢測裝置所輸出的對應信號，以通訊匯流排的型式輸出相對應的信號。其使用的方法為：ST1：利用S1~S5，檢測、計算並輸出第一個供電迴路之輸入端電功率IPWa信號；輸出的方式如使用通訊匯流排傳送至電源功率控制器，但不以此為限；ST2：利用S1~S5，檢測、計算並輸出第二個至第N個供電迴路之輸入端電功率IPWb~IPWn信號；輸出的方式如使用通訊匯流排傳送至電源功率控制器，但不以此為限。

為進一步管理供電迴路之電源供應模組輸出端的耗電功率，使用的方法為：SST1：利用SS1~SS5，檢測、計算並輸出第一個供電迴路之輸出端電功率OPWa信號；輸出的方式如使用通訊匯流排傳送至電源功率控制器，但不以此為限；SST2：利用SS1~SS5，檢測、計算並輸出第二個至第N個供電迴路之輸出端電功率OPWb~OPWn信號；輸出的方式如使用通訊匯流排傳送至電源功率控制器，但不以此為限。

藉由此上述三個不同目的的方法及裝置所達成功效，可以達到精確檢測供電迴路的電流與電壓，並可計算供電迴路所耗用的功率，以提供給電源管理使用；再藉由此方法及裝置可利用於電源功率管理裝置，以精確管理多個供電迴路，可達到精確管理的目的。

10‧‧‧電源功率檢測裝置(Power consumption measuring apparatus)

10a‧‧‧電源功率檢測裝置a

10b‧‧‧電源功率檢測裝置b

10n‧‧‧電源功率檢測裝置n

11‧‧‧輸入檢測模組(input measuring module)

12‧‧‧數位微處理器(micro control unit)

12a‧‧‧數位微處理器a

12b‧‧‧數位微處理器b

12n‧‧‧數位微處理器n

111‧‧‧輸入電流檢測器(input current measurer)

1111‧‧‧電流感測電路(current sensing circuit)

1112‧‧‧電壓放大器(voltage amplifier)

1113‧‧‧濾波器(filter)

112‧‧‧輸入電壓檢測器(input voltage measurer)

1121‧‧‧電阻分壓網路(resistance network)

1122‧‧‧鋸齒波產生器(saw wave generator)

1123‧‧‧比較器(compensator)

113‧‧‧輸入電流信號隔離電路(input current signal isolator)

114‧‧‧輸入電壓信號隔離電路(input voltage signal isolator)

13‧‧‧輸出檢測模組(output measuring module)

131‧‧‧輸出電流檢測器(output current measurer)

132‧‧‧輸出電壓檢測器(output voltage measurer)

133‧‧‧輸出電流信號隔離電路(output current signal isolator)

134‧‧‧輸出電壓信號隔離電路(output voltage signal isolator)

20‧‧‧電源供應模組(power supplier)

20a‧‧‧電源供應模組a

20b‧‧‧電源供應模組b

20n‧‧‧電源供應模組n

21‧‧‧電力轉換器(power rectifier)

22‧‧‧高壓直流轉換器(DC transformer)

23‧‧‧主電源輸出轉換器(power output transformer)

24‧‧‧主電源輸出整流濾波器(power output rectifier)

25‧‧‧主電源隔離開關(power isolator)

30‧‧‧預備電源供應模組

31‧‧‧預備電源控制器(standby controller)

32‧‧‧預備電源轉換器(standby DC transformer)

33‧‧‧預備電源輸出整流濾波器(standby power output rectifier)

34‧‧‧預備電源隔離開關(standby power isolator)

35‧‧‧電源斷電檢測器(source power shutoff measurer)

40‧‧‧電源散熱風扇(fan)

50‧‧‧電源功率管理裝置(power consumption management apparatus)

60‧‧‧電源功率控制器(power consumption controller)

601‧‧‧輸入埠(input port)

602‧‧‧輸出埠(output port)

603‧‧‧數據埠(data port)

70‧‧‧電源分析管理終端系統(power analysis and management system)

71‧‧‧系統監控軟體(system software)

721‧‧‧輸出/入電壓資料/顯示(output/input voltage information/display)

722‧‧‧輸出/入電流資料/顯示(output/input current information/display)

723‧‧‧風扇轉速資料/顯示(fan rpm information/display)

724‧‧‧溫度資料/顯示(temperature information/display)

725‧‧‧電源狀態與功率資料/顯示(power status and power consumption information/display)

726‧‧‧風扇轉速控制(fan rpm control)

727‧‧‧電源開關控制(power supplier on/off)

728‧‧‧產品序號及電器規格顯示(serial number and specification display)

911‧‧‧電源(source power)

912‧‧‧電源供應器(power supplier)

913‧‧‧輸入電感(input inductance)

914‧‧‧輸入檢測模組(input measuring module)

915‧‧‧PWM控制器(PWM controller)

916‧‧‧輸出電感(output inductance)

917‧‧‧輸出量測模組(output measuring module)

918‧‧‧負載(load)

919‧‧‧監控模組(monitoring module)

921‧‧‧電源(source power)

922a~922n‧‧‧電源供應器a~n(power supplier a~n)

923‧‧‧控制模組(control module)

924‧‧‧選擇開關(switch)

925‧‧‧檢測模組(test module)

926‧‧‧負載(load)

S1~S5‧‧‧步驟

SS1~SS5‧‧‧步驟

第1圖係習知一電源功率檢測裝置之示意圖；第2A圖係一電源功率管理方法示意圖；第2B圖係利用圖2A方法之電源功率管理裝置示意圖；第3圖係本發明之電源功率檢測裝置第一實施例之示意圖；第4圖係本發明之電源功率檢測裝置第二實施例之示意圖；第5A圖係本發明之電源功率檢測方法第一實施例之流程圖；第5B圖係本發明之電源功率檢測方法第二實施例之流程圖；第6圖係本發明之電源功率檢測裝置第三實施例之示意圖；第7A圖係本發明之電源功率管理裝置第四實施例之示意圖；第7B圖係本發明之第四實施例之電源功率控制器輸出埠與輸入埠示意圖；第8A圖係本發明之電源功率管理裝置第四實施例之第一種管理方法流程圖；第8B圖係本發明之電源功率管理裝置第四實施例之第二種管理方法流程圖；第9A圖係本發明之電源功率檢測裝置實施例使用之電壓檢測器方塊圖；第9B圖係本發明之電源功率檢測裝置實施例使用之電壓檢測器電路圖；第10圖本發明之電源功率檢測裝置實施例使用之電壓檢測器之波形比較器作動原理示意圖；第11圖本發明之電源功率檢測裝置實施例使用之電壓與荷量(duty)之間的關係示意圖；第12圖本發明之電源功率檢測裝置之電壓檢測數值與荷量(duty)關係示意圖；第13圖本發明之電源功率檢測裝置之輸入電壓檢測器與數位微處理器運作流程示意圖；第14A圖係本發明之電源功率檢測裝置實施例使用之電流檢測器方塊圖；第14B圖係本發明之電源功率檢測裝置實施例使用之電流檢測器電路圖；第15圖本發明之電源功率檢測裝置之電流檢測數值與輸出電壓關係圖；及第16圖本發明之電源功率檢測裝置之輸入電流檢測器與數位微處理器運作流程示意圖。

為使本發明更為明確詳實，茲配合下列較佳實施例圖示詳述如後：

<實施例一>

本實施例係運用於一電腦系統之電源功率檢測，請參考第3及5A圖，該電腦系統為圖中所示之負載，係由電源端經由電力轉換器21提供直流電(如將交流電轉變成直流電)，再經由電源供應模組20變壓至電腦系統所需要的直流電壓(24VDC)，輸入至電腦系統使用。其中，電源可為市電提供之交流電(90VAC~264VAC)或在某些應用裝置為使用直流供應，在本實施例係以市電之交流電(90VAC~264VAC)為例；當使用市電為電源時，電力轉換器21常使用橋式整流器(bridge rectifier)所構成，利用橋式整流器將交流電轉換成直流電；但不以此為限。本實施例之電源供應模組20係將電力轉換器21轉變的直流電，經由高壓直流轉換器22、主電源輸出轉換器23及主電源輸出整流濾波器24，形成預定電壓值穩定的電源，以供給電腦系統使用。

為檢測本實施例之電腦系統的電源功率，係使用檢測輸入端電源電流IPI與輸入端直流電壓IPV，並計算得到電源端經由電源供應模組轉換成直流電供應給負載使用的供電迴路之電源供應模組輸入端的耗電功率，本實施例使用的方法如第5A圖，包含下列步驟：S1：在電源與電力轉換器21之間，檢測由電源進入電力轉換器21之間電源電流；S2：輸出該輸入端電源電流IPI數值之信號；S3：檢測進入電源供應模組輸入端之直流電壓；S4：輸出該輸入端直流電壓IPV數值之信號； S5：利用輸入端電源電流IPI數值與輸入端直流電壓IPV數值，以IPW=IPI*IPV計算輸入端電功率IPW並輸出電功率信號。

本實施例之電源功率檢測裝置10主要係由輸入檢測模組11及數位微處理器12所構成。其中，輸入檢測模組11由輸入電流檢測器(input current measurer)111及輸入電壓檢測器(input voltage measurer)112所組成；輸入電流檢測器111係與電源與電力轉換器21以串聯連接，用以檢測電源與電力轉換器21之間供電迴路的輸入端電源電流IPI，並輸出輸入端電源電流IPI至數位微處理器12；輸入電壓檢測器112係與電力轉換器21以並聯連接，用以檢測電源供應模組20的輸入端直流電壓IPV，並輸出輸入端直流電壓IPV至數位微處理器12；數位微處理器12接收輸入端電源電流IPI信號與輸入端直流電壓IPV計算輸入端功率IPW，並輸出功率IPW數值之信號，在本實施例係以通訊匯流排方式輸出至外界使用。

再參考第14A、14B、15及16圖；其中，輸入電流檢測器111為串聯於電源至電力轉換器21之輸入端；由於電腦系統之負載會產生變動，供電迴路的電流也會隨之變化。若負載耗電流增加、電源供應模組20為維持相同的輸出電壓，則電源供應模組20輸出的電流也增加、電源至電力轉換器21之輸入端的電流也增加。輸入電流檢測器111可將輸入電力轉換器21的電流訊號轉換為電壓訊號送至數位微處理器12進行運算或進一步計算功率值，並將運算後之結果存放於數位微處理器12中之暫存記憶體中，當電源功率控制(power consumption controller)器60透過通訊匯流排對數位微處理器12進行資料讀取，電源功率控制器60將其資料進行解譯後，可將電流值或功率值顯示/記錄於電源分析管理終端系統70(可參考第7A圖)，使用者可以容易讀取。

電流檢測器111包含電流感測電路1111、電壓放大器1112及濾波器1113，電流感測電路1111串聯於電源與電力轉換器21之迴路上，當電源供應模組20之迴路輸出負載增加時，流過A,B兩端電流將隨之增加(如第14B圖)，電流感測電路1111的感測元件受AB端通過的電流於C端將產生一等同該電流變化之微小電壓，此微小電壓送入電壓放大器1112，透過此電壓放大器1112將輸入的微小電壓轉換為放大預定倍數的直流電壓；此一放大後的電壓，經過濾波器1113濾波後，成為可隨電源輸入電流變化之相對應直流電壓格式的輸入端電源電流IPI，參考第15圖。

電流檢測器111可將輸入端電源電流IPI信號送至數位微處理器12，在本實施例數位微處理器12係以微處理器單元(MCU)所構成，但不以此為限。其運作流程如第16圖，經由MCU內部程式運算，可得到一對應輸入端電源電流IPI準位之數位資料，並存放於MCU內部已預先定義的記憶體位址。在本實施例之輸入端電源電流IPI準位之數位資料係使用數位傳輸通訊匯流排方式傳送至外界，但不以此為限。數位傳輸通訊匯流排可採用預設的通訊協定，如SMBUS或PMBUS等；在本實施例係使用PMBUS之通訊協定，以一個固定頻率時脈訊號(SCL)與數位資料訊號(SDA)，產生0與1差異變化訊號產生於匯流排上，再由此數位訊號匯流排之送至電源功率控制器60進行雙向通訊。當電源分析管理終端系統70(參考第 7A圖)，透過系統監控軟體71，由數位訊號匯流排發出一命令要求數位微處理器12送出已存放於記憶體中的資料，再由其數位通訊匯流排回傳至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之輸入端電源電流數據，以監控其電源供應模組20目前所操作之電源電流狀態。

再參考第9A圖、第9B圖、第10~13圖；其中，輸入電壓檢測器112為並聯於電源供應模組20之輸入端；由於電腦系統之負載會產生變動，供電迴路的電流也會隨之變化。若負載耗電流增加、電源供應模組20為維持相同的輸出電壓，則電源供應模組20輸出的功率也增加，由於電源供應模組20在不同功率輸出時，其功率因素校正(PFC)因子不同，再由於電源端電壓若使用市電則有±10~15%的變動、若使用直流則依據不同設備所提供的電源狀態，可能有1~5%的變動，均會影響進入電源供應模組20的電壓。輸入電壓檢測器112可將輸入電源供應模組20的電壓轉換為電壓訊號送至數位微處理器12進行運算或進一步計算功率值，並將運算後之結果存放於數位微處理器12中之暫存記憶體中，當電源功率控制器60透過通訊匯流排對數位微處理器12進行資料讀取，電源功率控制器60將其資料進行解譯後，可將電壓值或功率值顯示/記錄於電源分析管理終端系統70(可參考第7A圖)，使用者可以容易讀取。在本實施例係使用市電為電源，使用橋式整流器為電力轉換器21，但不以此為限。

電壓檢測器112包含電阻分壓網路1121、鋸齒波產生器1122及比較器1123。電壓檢測器112由電力轉換器21與電源供應模組20之間並聯截取輸入端直流電壓IPV，由電阻分壓網路1121產生與輸入端直流電壓IPV相對應的電壓dc-V，送至比較器1123；鋸齒波產生器1122可以產生對應的鋸齒波，經由比較器1123與電壓dc-V進行比較，可得到一對應的荷量(duty)之脈寬調變訊號，此荷量可送至數位微處理器12中進行運算(參考第11圖與第12圖)，並將運算後之結果存放於數位微處理器12中之暫存記憶體中。其運作流程如第13圖，經由MCU內部程式運算，可得到一對應輸入端直流電壓IPV準位之數位資料，並存放於MCU內部已預先定義的記憶體位址。

在本實施例之輸入端直流電壓IPV準位之數位資料係使用數位傳輸通訊匯流排方式傳送至外界，相同於輸入端電源電流IPI數位資料之傳輸，也使用PMBUS之通訊協定，以一個固定頻率時脈訊號(SCL)與數位資料訊號(SDA)(參考第7A圖)，透過系統監控軟體71，由數位訊號匯流排發出一命令要求數位微處理器12送出已存放於記憶體中的資料，再由其數位通訊匯流排回傳至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之輸入端直流電壓數據，以監控其電源供應模組20目前所操作之電源端電流狀態。

在數位微處理器12進一步可計算輸入端之耗電功率，由微處理器12暫存之輸入端電源電流IPI準位之數位資料與輸入端直流電壓IPV準位之數位資料，以IPW=IPI*IPV計算可得到輸入端功率IPW之數位資料。本實施例之輸入端功率IPW準位之數位資料係使用數位傳輸通訊匯流排方式傳送至外界，相同於輸入端電源電流 IPI數位資料及輸入端直流電壓IPV之傳輸，也使用PMBUS之通訊協定，以一個固定頻率時脈訊號(SCL)與數位資料訊號(SDA)，透過系統監控軟體71，由數位訊號匯流排發出一命令要求數位微處理器12送出已存放於記憶體中的資料，再由其數位通訊匯流排回傳至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之輸入端功率IPW數據，以監控負載的耗電功率。

由於電源端為交流電及電力轉換器21整流後的直流電為高壓之一次側，微處理器12、電源功率控制器60及電源分析管理終端系統70為低壓之二次側，為用電安全及符合相關規範，應將高壓之一次側與低壓之二次側隔開。如第9A圖與第9B圖，輸入檢測模組11可進一步包含輸入電壓信號隔離電路114，此輸入電壓信號隔離電路114用以電性隔離電源端迴路之高壓一次側與數位微處理器12之低壓二次側。輸入電壓信號隔離電路114可使用各種電路所構成，在本實施例係以光藕合器(如第9B圖之標號為114元件的電路)所構成，但不以此為限。

更進一步如第14A圖，輸入檢測模組11可進一步包含輸入電流信號隔離電路113，此輸入電流信號隔離電路113用以電性隔離電源端迴路之高壓一次側與數位微處理器12之低壓二次側。輸入電流信號隔離電路113可使用各種電路所構成，在本實施例係以光藕合器所構成，但不以此為限。

<實施例二>

本實施例係運用於一小型數位通訊系統之電源功率檢測，請參考第4及5B圖，該數位通訊系統為圖中所示之負載，係由電源端(本實施例係使用市電90VAC~264VAC)經由電力轉換器21先全波整流轉變成直流電，再經由電源供應模組20變壓至電腦系統所需要的直流電壓(24VDC)，輸入至電腦系統使用。電源供應模組20係將電力轉換器21轉變的直流電，經由高壓直流轉換器22、主電源輸出轉換器23及主電源輸出整流濾波器24，形成預定電壓值穩定的電源，以供給數位通訊系統使用。

由於電源監控的要求，在本實施例之小型數位通訊系統的電源功率，需要獲取電源供應模組20輸入端的功率及電源供應模組20輸出端的功率。電源供應模組20輸入端的功率係使用檢測輸入端電源電流IPI與輸入端直流電壓IPV，並計算得到電源供應模組輸入端的耗電功率；電源供應模組20輸出端的功率係使用檢測輸出端直流電流OPI與輸出端直流電壓OPV，並計算得到電源供應模組輸出給負載使用的供電迴路之耗電功率，本實施例使用的方法係由如第5B圖之流程，包含下列步驟：S1：在電源與電力轉換器21之間，檢測由電源端進入電力轉換器21之間電源電流；S2：輸出該輸入端電源電流IPI數值之信號；S3：檢測進入電源供應模組輸入端之直流電壓；S4：輸出該輸入端直流電壓IPV數值之信號；S5：利用輸入端電源電流IPI數值與輸入端直流電壓IPV數值，以IPW=IPI*IPV計算輸入端電功率IPW並輸出電功率信號。

SS1：在電源供應模組與負載之間，檢測電源供應模組輸出至負載的直流電流；SS2：輸出該輸出端直流電流OPI數值之信號；SS3：檢測進入負載之電源供應模組輸出端之直流電壓；SS4：輸出該輸出端直流電壓OPV數值之信號；SS5：利用輸出端直流電流OPI數值與輸出端直流電壓OPV數值，以OPW=OPI*OPV計算輸出端電功率OPW並輸出電功率信號。

本實施例之電源功率檢測裝置10主要係由輸入檢測模組11、輸出檢測模組13及數位微處理器12所構成。其中，輸入檢測模組11由輸入電流檢測器111及輸入電壓檢測器112所組成；輸入電流檢測器111係與電源與電力轉換器21以串聯連接，用以檢測電源與電力轉換器21之間供電迴路的輸入端電源電流IPI，並輸出輸入端電源電流IPI至數位微處理器12；輸入電壓檢測器112係與電力轉換器21以並聯連接，用以檢測電源供應模組20的輸入端直流電壓IPV，並輸出輸入端直流電壓IPV至數位微處理器12。其中，輸出檢測模組13由輸出電流檢測器131及輸出電壓檢測器132所組成；輸出電流檢測器131係與電源供應模組20與負載以串聯連接，用以檢測電源供應模組20與負載之間供電迴路的輸出端直流電流OPI，並輸出輸出端直流電流OPI至數位微處理器12；輸出電壓檢測器132係與負載以並聯連接，用以檢測電源供應模組20的輸出端直流電壓OPV，並輸出輸出端直流電壓OPV至數位微處理器12。數位微處理器12接收輸入端電源電流IPI信號與輸入端直流電壓IPV信號計算輸入端功率IPW，並輸出功率IPW數值之信號，在本實施例係以通訊匯流排方式輸出至外界使用；數位微處理器12接收輸出端直流電流OPI信號與輸出端直流電壓OPV信號計算輸出端功率OPW，並輸出功率OPW數值之信號，在本實施例也係以通訊匯流排方式輸出至外界使用。

在本實施例使用之輸入檢測模組11如同第一實施例，不再贅述。輸出檢測模組13由輸出電流檢測器131及輸出電壓檢測器132所組成，其中，輸出電流檢測器131包含電流感測電路、電壓放大器及濾波器(均未於圖上顯示)，電流感測電路串聯於電源供應模組20與負載之迴路上，可以將感測得到的電流變化，產生相對應直流電壓格式的輸出端直流電流OPI(類似於第15圖)。輸出電流檢測器131可將輸出端直流電流OPI信號送至數位微處理器12預定的儲存位址，並可以通訊匯流排方式傳輸至電源功率控制器60。其中，輸出電壓檢測器132包含電阻分壓網路、鋸齒波產生器及比較器(未於圖上顯示)。電壓檢測器由電源供應模組20與負載之間並聯截取輸出端直流電壓OPV，經由比較器與鋸齒波進行比較，可得到一對應的荷量(duty)之脈寬調變訊號，此荷量可送至數位微處理器12中進行運算(如同第11圖與第12圖)，並將運算後之結果存放於數位微處理器12中之暫存記憶體中，並可以通訊匯流排方式傳輸至電源功率控制器60。當電源分析管理終端系統70(參考第7A圖)，透過系統監控軟體71，由數位訊號匯流排發出一命令要求數位微處理器12送出已存放於記憶體中的資料，再由其數位通訊匯流排回傳至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之輸入端電源電流數據，以監控其電源供應模組20目前所操作之電源端電流狀態。

在數位微處理器12進一步可計算輸出端之耗電功率，由微處理器12暫存之輸出端直流電流OPI準位之數位資料與輸出端直流電壓OPV準位之數位資料，以OPW=OPI*OPV計算可得到輸出端功率OPW之數位資料。本實施例之輸出端功率OPW準位之數位資料係使用數位傳輸通訊匯流排方式傳送至外界，在本實施例之傳輸，也使用PMBUS之通訊協定，以一個固定頻率時脈訊號(SCL)與數位資料訊號(SDA)，透過系統監控軟體71，由數位訊號匯流排發出一命令要求數位微處理器12送出已存放於記憶體中的資料，再由其數位通訊匯流排回傳至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之輸入端功率OPW數據，以監控負載的耗電功率。

為用電安全及符合相關規範，進一步將高壓之一次側與低壓之二次側隔開。如第4圖，輸出檢測模組13可進一步包含輸出電壓信號隔離電路134，此輸入電壓流信號隔離電路114用以電性隔離電源供應模組20之高壓一次側與數位微處理器12之低壓二次側。輸出電壓信號隔離電路134可使用各種電路所構成，在本實施例係以光藕合器(如第9B圖之標號為114元件的電路)所構成，但不以此為限。

更進一步如第4圖，輸出檢測模組13可進一步包含輸出電流信號隔離電路133，此輸出電流信號隔離電路133用以電性隔離電源供應模組20之高壓一次側與數位微處理器12之低壓二次側。輸出電流信號隔離電路133可使用各種電路所構成，在本實施例係以光藕合器所構成，但不以此為限。

<實施例三>

本實施例係運用於一數位通訊系統之電源功率檢測，請參考第6圖，該數位通訊系統為圖中所示之負載，由於數位通訊系統係全天候待機使用，除主電源供應電力外，仍有預備電源供給數位通訊系統待機使用。主電源與係由電源(本實施例亦使用市電90VAC~264VAC為電源供應)經由電力轉換器21先全波整流轉變成直流電，再經由電源供應模組20變壓至電腦系統所需要的直流電壓(24VDC)，輸入至數位通訊系統使用。電源供應模組20係將電力轉換器21轉變的直流電，經由高壓直流轉換器22、主電源輸出轉換器23及主電源輸出整流濾波器24，形成預定電壓值穩定的電源，並以第一隔離開關25做為隔離與控制供給數位通訊系統使用。預備電源供應模組30係受預備電源控制器31所控制，當預備電源控制器31開啟預備電源供應模組30時，電源端經由電力轉換器21轉變的直流電輸入至預備電源供應模組30，預備電源供應模組30包含預備電源轉換器32及預備電源輸出整流濾波器33，形成預定電壓值的預備電源，並以第二隔離開關34做為隔離與控制以供給數位通訊系統之預備電源使用。

第6圖中，電源功率檢測裝置10可如第一實施例或第二實施例所設置，使用的功率檢測方法也如第一實施例或第二實施例相對應；為能檢測電源端是否斷電，設置一電源斷電檢測器(source power shutoff measurer)35，以檢測預備電源供應模組30與第二隔離開關34之間是否有電源輸出，電源斷電檢測器35可將檢測結果之電源斷電ACS信號傳送至數位微處理器12。再者，電源散熱風扇40之風扇轉速FAN信號也可傳至數位微處理器12。

風扇轉速FAN信號係透過風扇運轉時內部IC所產生之可隨風扇轉速變化之方波訊號，將此方波訊號送至數位微處理器12進行運算，並將運算後之結果存放於數位微處理器12之暫存記憶體中，可藉由數位傳輸通訊匯流排方式傳送至外界。

電源斷電ACS信號係由電源斷電檢測器35檢測產生，電源斷電檢測器35可檢測預備電源是否存在(電源端是否斷電)，當電源斷電檢測器35檢測結果之電壓準位為低電位時，表示輸入之電源端處於正常狀態，若為高電位時，表示輸入之電源端處於不正常狀態。電源斷電檢測器35將檢測結果之電壓準位送至數位微處理器12進行判讀，判讀後之結果存放於數位微處理器12中之暫存記憶體中，可藉由數位傳輸通訊匯流排方式傳送至外界。

數位微處理器12可將計算後的輸入端功率IPW信號、輸入端電源電流IPI信號、輸入端直流電壓IPV信號、輸出端功率OPW信號、輸出端直流電流OPI信號、輸出端直流電壓OPV信號、電源斷電ACS信號及風扇轉速FAN信號，由微處理器12暫存之數位資料，藉由數位傳輸通訊匯流排方式傳送至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之各項電源管理數據，以監控數位通訊系統之電源。數位微處理器12也可編寫控制程式，藉由控制程式將輸入端功率IPW數值、輸入端電源電流IPI數值、輸入端直流電壓IPV數值、輸出端功率OPW數值、輸出端直流電流OPI數值、輸出端直流電壓OPV數值、電源斷電 ACS狀態及風扇轉速FAN數值，推理產生控制或警告信號，藉由數位傳輸通訊匯流排方式傳送至電源分析管理終端系統70，以管理數位通訊系統之電源。

<實施例四>

本實施例係運用於一綜合電腦系統、數位通訊系統及其他用電系統(負載a~負載n)，所構成的電源管理系統，請參考第7A、7B、8A及8B圖。於第7A圖中，電源供電經由電源供應模組20a~20n產生適合之電源以供應給負載a~n，構成供電迴路a~n。

本實施例之電源功率管理裝置(power consumption management apparatus)50包含電源功率檢測裝置10a~10n、電源供應模組20a~20n與一電源功率控制器60。電源功率管理裝置50使用的方法為：ST1：利用如同第一實施例之步驟S1~S5，檢測、計算並輸出供電迴路a之輸入端電功率IPWa信號、輸入端電源電流IPIa信號及輸入端直流電壓IPVa信號，傳送至電源功率控制器60；ST2：利用如同第一實施例之步驟S1~S5，檢測、計算並輸出第二個至第N個供電迴路之輸入端電功率IPWb~IPWn信號、輸入端電源電流IPIb~IPIn信號及輸入端直流電壓IPVb~IPIn信號，傳送至電源功率控制器60。

為進一步管理供電迴路a~n之電源供應模組20a~20n輸出端的耗電功率，使用的方法為：SST1：利用第二實施例之步驟SS1~SS5，檢測、計算並輸出供電迴路a之輸出端電功率OPWa信號、輸出端直流電流OPIa信號及輸出端直流電壓OPVa信號，傳送至電源功率控制器60；SST2：利用第二實施例之步驟SS1~SS5，檢測、計算並輸出第二個至第N個供電迴路之輸出端電功率OPWb~OPWn信號、輸出端直流電流OPIb~OPIn信號及輸出端直流電壓OPVb~OPVn信號，傳送至電源功率控制器60。

電源功率檢測裝置10a~10n可如第一實施例、第二實施例或第三實施例所設置，電源功率檢測裝置10a~10n包含數位微處理器12a~12n，藉由數位微處理器12a~12n可將電源功率檢測裝置10a~10n所檢測的資料(data)及數位微處理器12a~12n所計算產生的資料，以通訊匯流排a~n傳至電源功率控制器60。為繪圖簡便示意，於第7A圖中將電源功率檢測裝置10a~10n繪於電源與電源供應模組20a~20n之間、數位微處理器12a~12n則繪製於電源供應模組20a~20n之後，但其實際之連接關係仍如第一實施例、第二實施例或第三實施例所述。

數位微處理器12a~12n可將計算後的輸入端功率IPWa~IPWn信號、輸入端電源電流IPIa~IPIn信號、輸入端直流電壓IPVa~IPVn信號、輸出端功率OPWa~OPWn信號、輸出端直流電流OPIa~OPIn信號、輸出端直流電壓OPVa~OPVn信號，由數位微處理器12a~12n暫存之數位資料，藉由數位傳輸通訊匯流排方式傳送至電源功率控制器60，電源功率控制器60可再整合其他資料以通訊匯流排方式傳送至電源分析管理終端系統70，由系統監控軟體71將其數位訊號進行解譯後，得到相對應之各項電源管理數據，以監控數位通訊系統之電源。

進一步為符合商業相關規範，電源分析管理終端系統70可再藉由週邊設備(peripheral apparatus)蒐集電源分析管理的資訊(information)，如第7B圖，電源功率控制器60包含有輸入埠(input port)601、輸出埠(output port)602及數據埠(data port)603，輸入埠601可接收數位微處理器12a~12n傳送之輸入端/輸出端電流檢測資料722、輸入端/輸出端電壓檢測資料721、輸入端/輸出端功率檢測資料725、溫度檢測資料724及電源端斷電檢測資料等；輸出埠602可輸出電源功率控制器60依據輸入的資料推理產生的控制信號，如風扇轉速控制、過溫度保護控制、風扇異常保護控制、電源異常告警控制、電源開關機控制及電源狀況指示燈控制等；數據埠603可由資料匯流排傳輸唯讀記憶體所儲存的電源模組定址及以系統通訊匯流排與電源分析管理終端系統70通訊。

溫度檢測資料724係由溫度檢測器(未於圖上顯示)所檢測，對應溫度檢測器所佈設的電源供應模組20a~20n檢測電源供應模組20a~20n的溫度。溫度檢測器係透過一穩定的參考電壓，經由電阻分壓網路串接一熱敏電阻；利用當溫度越高時，熱敏電阻阻抗越低之特性，使其分壓網路之電壓隨溫度升高時，則電壓越低，形成溫度與此電壓成為一比例關係；當將此檢測獲得的電壓送至相對應的數位微處理器12a~12n進行運算，並將運算後之結果存放於數位微處理器12a~12n之暫存記憶體中，等待電源功率控制器60經由電源分析管理終端系統70透過通訊匯流排對數位微處理器12a~12n進行資料讀取，電源分析管理終端系統70將其資料進行解譯後，將其運算值顯示於系統監控軟體71，讓使用者可讀取目前感應溫度點之溫度變化。

風扇轉速資料726係透過風扇運轉時內部IC所產生之可隨風扇轉速變化之方波訊號，將此方波訊號送至相對應之數位微處理器12a~12n進行運算，並將運算後之結果存放於相對應之數位微處理器12a~12n之暫存記憶體中，等待電源功率控制器60經由電源分析管理終端系統70透過通訊匯流排對數位微處理器12a~12n進行資料讀取，電源分析管理終端系統70將其資料進行解譯後，將其運算值顯示於系統監控軟體71，使電源分析管理終端系統70的使用者可由風扇轉速控制顯示726瞭解目前風扇轉速的情形。

電源分析管理終端系統70可由系統通訊匯流排接收電源功率控制器60數據埠603之雙向通訊，藉由系統監控軟體71產生分析與管理資訊，如輸入端/輸出端電壓顯示721、輸入端/輸出端電流顯示722、電源狀態與輸入端/輸出端功率顯示725、溫度顯示724、風扇轉速控制顯示726、電源開關機控制727及產品序號與電器規格顯示728等，以達電源分析管理之功能。

其中，電源分析管理終端系統70的使用者可由風扇轉速控制顯示726瞭解目前各電源供應模組20a~20n的風扇轉速的情形，並可利用電源分析管理終端系統70之系統監控軟體71，透過通訊匯流排傳輸一控制指令至電源功率控制器60，當電源功率控制器60接收到此命令時，可將強制對電源供應模組20a~20n之散熱風扇進行控制，使其風扇轉速達到使用者所希望得到之轉速，得以對電源供應模組20a~20n進行散熱。進一步當電源功率控制器60判讀風扇轉速檢測訊號消失或低於某一預設轉速時，可由電源功率控制器60將發出一高或低之電壓準位，電源分析管理終端系統70，進行必要性之關機保護動作。

其中，電源分析管理終端系統70的使用者可由溫度顯示724瞭解目前電源供應模組20a~20n的溫度狀況；當溫度檢測器達到電源功率控制器60預設之判讀溫度時，可由電源功率控制器60發出一高或低之電壓準位，送至電源分析管理終端系統70，進行必要性之關機保護動作。

其中，電源分析管理終端系統70的使用者可由電源開關機控制727，用電源分析管理終端系統70之系統監控軟體71，透過通訊匯流排傳輸一控制指令至電源功率控制器60，強制對電源供應模組20a~20n進行開機或關機之動作。

電源斷電ACS信號係由電源斷電檢測器35a~35n(未於圖上顯示)檢測產生，電源斷電檢測器35a~35n可檢測預備電源是否存在(電源端是否斷電)，電源斷電檢測器35a~35n可將檢測結果之電壓準位送至數位微處理器12a~12n進行判讀，判讀後之結果存放於數位微處理器12a~12n之暫存記憶體中，待電源功率控制器60透過通訊匯流排對數位微處理器12a~12n進行狀態讀取，電源功率控制器60將其狀態進行解譯後，用電源分析管理終端系統70之系統監控軟體71，透過通訊匯流排將由電源斷電ACS信號的狀態顯示於系統監控軟體71，可讓使用者可判讀目前何者電源供應模組20a~20n的電源被拔除或斷電。

以上所示僅為本發明之較佳實施例，對本發明而言僅是說明性的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發明的保護範圍內。

1‧‧‧電源(source power)

2‧‧‧負載(load)