TWI422120B - A backup power system that operates according to load regulation - Google Patents

Description

依負載調整運轉的備援電力系統

一種依負載調整運轉的備援電力系統，是一種備援式電力系統的改良技術。

為了確保電子系統的供電來源穩定，重要的電子系統通常會配備一個包含多個供電單元的備援電力系統。該備援電力系統中包含一電力背板連接前述的多個供電單元，並由該電力背板發出一啟動訊號令多個供電單元一併啟動。

習知的技術可見於中華民國專利證書第M307787號「全抽取式複合備援電力系統」，該前案揭示了一備援電力系統包括一主機座，該主機座區隔出多個主抽取空間，該主抽取空間內側設有一主電力分配單元，該主電力分配單元於該主抽取空間之一側設有對應主抽取空間數量的主電力輸入埠，另一側則設有一主電力輸出埠。至少一電力單元者抽拔的配備於該主抽取空間中，且該電力單元設有一副電力輸出埠可插拔的與該主電力輸入埠電性連接。又該電力單元之內側區隔為複數副抽取空間，且該些副抽取空間內各設有一副電力輸入埠，每一副抽取空間可容一電源供應器電性連接於該副電力輸入埠。

第M307787號的技術透過該主電力分配單元可讓該備援電力系統 裝設多個電力單元於主機座內，並且該電力單元又包含一個或多個電源供應器，使該備援電力系統具有統合複數電源供應器輸出的能力。

備援電力系統中配備的電力背板亦可見於多個先前專利中，如中華民國專利證書第I271015號「具備交直流電力輸入之備援式電源供應器」。該前案包含了至少一直流/直流電源供應器以及至少一交流/直流電源供應器，以及至少一電力控制電路板。該直流/直流電源供應器與該交流/直流電源供應器並聯於該電力控制電路板上。該電力控制電路板除了整合電力以外，更包含了平衡多電源供應器輸出功率以及偵測電源供應器故障的功能。

透過前述的技術，備援式電力系統已具備了足夠的能力在容許其中某一電源供應器故障的情況下確保電力系統供電正常。然而，習知的備援電力系統在啟動時往往一併啟動所有並聯於該電力背板上的電源供應器。

同時啟動所有電源供應器的作法有以下缺失：

1、在負載功率需求低時，部份電源供應器成為多餘，需調降所有電源的輸出。

2.為了配合負載調降輸出功率後，電源供應器可能工作在轉換效率較差的輸出範圍，造成無謂的損耗。

3.損耗功率與開啟的電源供應器數量成正比。

4.低功率輸出時損害電源供應器的使用壽命。

因此，電力背板開啟所有電源供應器的作法並不恰當，應加以改 良。

由於習知的備援式電力系統在負載啟動時，不論高載或低載都同時啟動所有預定配置數量的電源供應器，造成電力的浪費以及電源供應器壽命的損耗。因此本案的目的在於提供一種可依據負載所需調整電源供應器啟動數量的備援電力系統。

本案為一種依負載調整運轉的備援電力系統，係一備援電力系統包含電力背板以及電性連接於該電力背板之複數輸入埠的複數電源供應器，該電力背板具有供至少一負載電性連接的複數輸出埠，該些電源供應器各具有接收一啟閉訊號而決定啟動或關閉的一啟閉控制端。該電力背板更包括一檢知負載啟動數量的電源管理單元，該電源管理單元包含了電性連接該些啟閉控制端的複數啟閉訊號端，其中該電源管理單元係依據負載啟動數量而決定輸出該啟閉訊號的啟閉訊號端數量。

透過前述的技術，可依據負載開啟數量而決定電源供應器的開啟數量。因此當負載數量少時，可開啟少數幾台電源供應器供應負載需求，除了減少電能損耗以外更可延長電源供應器壽命。

10、11、12、13、14‧‧‧電源供應器

101、111、121、131、141‧‧‧電源輸出端

102、112、122、132、142‧‧‧啟閉控制端(102、112、122、132、142)

103、113、123、133、143‧‧‧運作訊號端

2‧‧‧電力背板

21‧‧‧電源管理單元

211‧‧‧啟閉訊號端

212‧‧‧電力輸出訊號端

213‧‧‧電源狀態檢知端

22‧‧‧電力輸出線路

23‧‧‧電力截止開關

24‧‧‧輸入埠

25‧‧‧輸出埠

30、31、32‧‧‧負載

301、311、321‧‧‧供電線路端

302、312、322‧‧‧遠端啟閉訊號端

圖1為本案備援電力系統架構方塊圖。

圖2為本案之電力背板電路示意圖。

圖3為本案之電力背板另一電路實施例示意圖。

本案為一種依負載調整運轉的備援電力系統，以下將配合各圖式說明本案技術內容。

請參閱圖1，本案揭示一種備援電力系統，該備援電力系統包含了複數電源供應器以及一電力背板2，在本案圖式中以五台電源供應器10、11、12、13、14為例。該電力背板2更包括電性連接該些電源供應器10、11、12、13、14的複數輸入埠24以及供至少一負載電性連接的複數輸出埠25。在本案圖式所示係假設該電力背板2後端連接10台負載作為實施例，為了讓圖式簡潔，部份負載未繪出，因此在圖1至圖3中可見負載30、31、32以代表連接於電力背板2的多台負載。該些負載30、31、32各具有一自該電力背板2獲取電力之供電線路端301、311、321、一發出遠端啟閉訊號(即INTEL發佈的ATX主機板規格所述的PS_ON訊號)的遠端啟閉訊號端302、312、322。而該些電源供應器10、11、12、13、14各具有一電源輸出端101、111、121、131、141、一接受一啟閉訊號的啟閉控制端102、112、122、132、142以及一運作訊號端103、113、123、133、143。當系統操作者開啟該些負載30、31、32之中的一台或多台後，被開啟的負載30、31、32的遠端啟閉訊號端302、312、322發出遠端啟閉訊號至該電力背板2，該電力背板2依該遠端啟閉訊號檢知負載30、31、32之中的啟動數量，並且依據負載30、31、32之中的啟動數量而決定輸出該啟閉訊號的數量。請一併參閱圖1、圖2，在圖1、圖2的實施例中，每一電源供應器10、11、12、13、14的啟閉控制端102、112、122、 132、142係各別受獨立的啟閉訊號所觸發啟動。因此，如前述依據負載30、31、32之中的啟動數量而決定輸出該啟閉訊號的數量後，該些電源供應器10、11、12、13、14將會依據啟閉訊號的數量而啟動其中一部份或全部啟動。圖2中可見該電力背板2包含一電源管理單元21、一匯集電力的電力輸出線路22以及複數電力截止開關23。該電源管理單元21具有複數啟閉訊號端211透過輸入埠24電性連接該些電源供應器10、11、12、13、14的啟閉控制端102、112、122、132、142，該電源管理單元21更具有複數電源狀態檢知端213電性連接該些運作訊號端103、113、123、133、143。該電源管理單元21取得該遠端啟閉訊號後，並依據遠端啟閉訊號的數量決定輸出該啟閉訊號的啟閉訊號端211數量。假設系統操作者只開啟負載30，電源管理單元21依據該負載30送來的遠端啟閉訊號決定同時開啟電源供應器10、11，以電源供應器10、11形成1+1的備援電力系統。電源供應器10、11正常啟動後各透過運作訊號端103、113發出一正常運作訊號(PG1、PG2，即INTEL發佈的ATX主機板規格所述的PG訊號)送回至該電源管理單元21的電源狀態檢知端213以回應電源供應器10、11的啟閉狀況。至此，該電源供應器10、11已準備好透過該電力輸出線路22提供電力，而前述的複數電力截止開關23則位於該電力輸出線路22上以決定該些輸出埠25是否與該電力輸出線路22電性連接。該電源管理單元21更具有複數電力輸出訊號端212，該電源管理單元21檢知對應該啟動負載30的電源供應器10、11是否正常啟動，而決定是否輸出該電力輸出訊號。在接收該正常運作訊號後由該電力輸出訊號端212發出對應負載啟動數量的至少一電力輸出訊號(PG_A，回傳給負載30的PG訊號)。該電力輸出訊號驅動負載30 與電力輸出線路22之間的電力截止開關23導通，同時，該負載30亦透過檢知該電力輸出訊號而判斷該電力背板2已正常輸出電力。

若系統操作者開啟四台負載，電源管理單元21可依負載數量而選擇開啟電源供應器10、11、12，構成2+1的備援電力系統。並且該電源管理單元21檢知正常運作訊號(PG1、PG2、PG3)後輸出複數電力輸出訊號驅動對應電力截止開關23導通電力至欲啟動之負載30、31、32。

該電源管理單元21可預設每台電源供應器10~14所驅動的負載數量上限，並依據所檢知的負載啟動數量以決定所需電源供應器數量而輸出一個或多個啟閉訊號。或者該電源管理單元21預設每台電源供應器10~14所供應的功率上限，並依據啟動之負載的功率需求以決定所需電源供應器數量而輸出一個或多個啟閉訊號。

圖2所示之態樣係各啟閉訊號端211電性連接單一電源供應器10~14的啟閉控制端102、112、122、132、142。而另一實施態樣請參閱圖3，該圖所示之態樣與前一態樣差別在於，該電源管理單元21包含電性連接單一電源供應器10、11、14的啟閉控制端103、113、143之複數啟閉訊號端211，以及至少一電性連接複數電源供應器12、13的啟閉控制端123、133之啟閉訊號端211。因此，該電源管理單元21除了可選擇單獨開啟電源供應器10、11、14以外，更可依需求選擇一併開啟電源供應器12、13，以符合負載功率需求以及提供備援電力以確保系統安全。

10、11、12、13、14‧‧‧電源供應器

101、111、121、131、141‧‧‧電源輸出端

102、112、122、132、142‧‧‧啟閉控制端

103、113、123、133、143‧‧‧運作訊號端

2‧‧‧電力背板

21‧‧‧電源管理單元

211‧‧‧啟閉訊號端

212‧‧‧電力輸出訊號端

213‧‧‧電源狀態檢知端

22‧‧‧電力輸出線路

23‧‧‧電力截止開關

301、311、321‧‧‧供電線路端

302、312、322‧‧‧遠端啟閉訊號端

Claims (9)

1. 一種依負載調整運轉的備援電力系統，係一備援電力系統包含一電力背板以及電性連接於該電力背板之複數輸入埠的複數電源供應器，該電力背板具有供至少一負載電性連接的複數輸出埠，該些電源供應器各具有接收一啟閉訊號而決定啟動或關閉的一啟閉控制端，其中該電力背板更包括：一檢知負載啟動數量的電源管理單元，該電源管理單元包含了電性連接該些啟閉控制端的複數啟閉訊號端，其中該電源管理單元係依據負載啟動數量而決定輸出該啟閉訊號的啟閉訊號端數量。
2. 如申請專利範圍第1項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該電源供應器更具有輸出一正常運作訊號以回應電源供應器啟閉狀況的一運作訊號端，而該電源管理單元設有電性連接該些運作訊號端的複數電源狀態檢知端。
3. 如申請專利範圍第1項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中各啟閉訊號端電性連接單一電源供應器的啟閉控制端。
4. 如申請專利範圍第1項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該電源管理單元包含電性連接單一電源供應器的啟閉控制端之複數啟閉訊號端，以及至少一電性連接複數電源供應器的啟閉控制端之啟閉訊號端。
5. 如申請專利範圍第1項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該電源管理單元預設每台電源供應器所驅動的負載數量上限 ，並依據所檢知的負載啟動數量以決定所需電源供應器數量而輸出一個或多個啟閉訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該電源管理單元預設每台電源供應器所供應的功率上限，並依據啟動之負載的功率需求以決定所需電源供應器數量而輸出一個或多個啟閉訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該電力背板具有一電力輸出線路連接該輸入埠與該輸出埠，以及決定該些輸出埠是否與該電力輸出線路電性連接的複數電力截止開關，該電源管理單元電性連接該些電力截止開關且可提供驅動該電力截止開關導通的複數電力輸出訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該電源管理單元係檢知對應啟動負載的電源供應器是否正常啟動，而決定是否輸出該電力輸出訊號令該些負載所連接的輸出埠與該電力輸出線路電性連接。
9. 如申請專利範圍第7項所述的依負載調整運轉的備援電力系統，其中該些負載取得該電力輸出訊號以檢知該電力背板正常輸出電力。