TWI481155B - 備援電力系統以及使用其之機器設備陣列 - Google Patents

Description

備援電力系統以及使用其之機器設備陣列

本發明是有關於一種電源供應的技術，且特別是有關於一種備援電力系統以及使用其之機器設備陣列。

冗餘電力(Redundant Power Supply)一般為伺服器使用，是在電腦機房備援電力系統的統稱；主要是防止電腦機房內的設備(例如：伺服器/路由器/集線器/儲存設備...等)的電力系統故障所造成整個企業資訊系統當機/資訊損毀或重要資料的遺失進而發展出的預防方法。

目前產業主要的備援援電力架構主要分為兩種方式：

一、機器設備內部自我備援電力系統：在機器設備內除了主要電力系統外，再加上1~N組備援電力；當主要電力系統故障時，馬上由備援電力接續供電，機器設備不會斷電依然正常運作，且可將故障的主電力系統更換為正常之電力系統。

二、機器設備外加備援電力系統：在機器設備內只有主要電力系統，為了防止電力故障及斷電的問題，在機器設備外再加上備援電力/控制電路或保護電路背板來達到N對1或N對N之備源電力系統架構。當主要電力系統故障時，馬上由外加備援電力接續供電，機器設備不會斷電依然正常運作。

針對上述機器設備內部自我備援電力系統之缺點是

1.浪費空間，需增加1~N組擺放備援電力的空間。

2.不符環保，系統供電時，備援系統閒置時仍會有基 本電流在消耗。

3.架設成本高，因備援電力價格較高，當增加1~N組備援電力架設成本亦相對提高。

針對上述機器設備外加備援電力系統之缺點如下：

1.架設成本高，外加備援電力價格更高，當增加1~N組備援電力架設成本亦N倍提高。

2.浪費空間，增加外加備援電力系統的擺放架設空間。

3.接線/架設及整合複雜：備援系統接至機器設備時，會有如何接線/架設及系統整合須解決。

針對以上問題，申請人針對此種情況對電路做了改良。

本發明的目的是提供一種備援電力系統以及使用其之機器設備陣列，用以在節省成本的考量，並且以不浪費空間，接線簡單為原則下，達到供應多台機器設備備用電力之功效。避免機器設備內部的電源損毀後導致機器設備瞬間停止之情形。

為了達成本發明的上述目的及其他目的，本發明提出一種備援電力系統，用以供應電力給多個機器設備，此備援電力系統包括一訊號傳輸線以及一電源傳輸線。且每一個機器設備包括一應用電路以及一電源供應單元。電源供應單元具有一電源輸入端、一訊號端以及一電力輸出端，其中，電源供應單元的電源輸入端接收一交流電源，電源供應單元的電力輸出端耦接應用電路以及電源傳輸線，電 源供應單元的訊號端耦接訊號傳輸線。電源供應單元用以將所接收到的交流電源轉換為應用電路所需的內部電源，並由電源供應單元的電力輸出端輸出。

當第K個機器設備的電源供應單元故障，導致第K個機器設備的電源供應單元無法供應內部電源給第K個機器設備的應用電路時，其餘的機器設備的電源供應單元透過該訊號傳輸線做溝通整合，使其餘的機器設備分享冗餘電力給第K個機器設備的應用電路，使第K個機器設備的應用電路正常工作。

本發明另外提出一種機器設備陣列，此機器設備陣列包括多個機器設備、一訊號傳輸線以及一電源傳輸線。每一個機器設備包括一應用電路以及一電源供應單元。電源供應單元具有一電源輸入端、一訊號端以及一電力輸出端，其中，電源供應單元的電源輸入端接收一交流電源，電源供應單元的電力輸出端耦接應用電路以及電源傳輸線，電源供應單元的訊號端耦接訊號傳輸線。電源供應單元用以將所接收到的交流電源轉換為應用電路所需的內部電源，並由電源供應單元的電力輸出端輸出。

當第K個機器設備的電源供應單元故障，導致第K個機器設備的電源供應單元無法供應內部電源給第K個機器設備的應用電路時，其餘的機器設備的電源供應單元透過該訊號傳輸線做溝通整合，使其餘的機器設備分享冗餘電力給第K個機器設備的應用電路，使第K個機器設備的應用電路正常工作。

本發明的精神主要是在上述備援電力系統，每個機器設備內部分別配置一個電源供應單元，此電源供應單元 除了當作機器設備的主要供電系統，同時也當作其它機器設備的備援電力來源。當系統內每台機器設備的電源供應單元正常工作時，只須提供給機器設備電力。當系統中有一台機器設備的電源供應單元失效發生問題時，其它電源供應單元便加大輸出電流，補上備援電力到電源供應單元故障之機器設備。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之實施例來詳細描述本發明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。

(第一實施例)

圖1繪示為本發明實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列之電路圖。請參考圖1，此機器設備陣列包括一訊號傳輸線101、一電源傳輸線102、一第一機器設備103、一第二機器設備104、一第三機器設備105以及一第四機器設備106。其中，每一個機器設備103、104、105以及106都有包括一個應用電路以及一電源供應單元，在此，應用電路分別以M11、M21、M31以及M41表示，且電源供應單元分別以M12、M22、M32以及M42表示。應用電路M11、M21、M31、M41可以例如是伺服器機器設備、路由器、集線器或儲存設備等等...。雖然上述實施例是以四個 機器設備來做舉例，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，機器設備的數目係屬於設計上的選擇，兩個機器設備、三個機器設備或更多機器設備都可以用本發明的方式實施，以下不予贅述。

另外，此上述機器設備陣列的第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及一第四機器設備106係透過連接單元CN11、CN21、CN31、CN41以及CN12、CN22、CN32、CN42串聯在一起。其中，連接單元CN11、CN21、CN31、CN41耦接到訊號傳輸線101，且連接單元CN12、CN22、CN32、CN42係耦接到電源傳輸線102。

在其他實施例中，連接單元CN11、CN21、CN31、CN41以及連接單元CN12、CN22、CN32、CN42可以整合設置在同一電路板上，以使機器設備103、104、105、106分別具有例如乙太網路線的單一連接埠口。為了方便說明，本實施例以連接單元CN11、CN21、CN31、CN41耦接訊號傳輸線101，以及連接單元CN12、CN22、CN32、CN42耦接電源傳輸線102來做說明，藉此本實施例之機器設備103、104、105、106可分別具有兩個連接埠口，本實施例不限制連接單元CN11、CN21、CN31、CN41、CN12、CN22、CN32、CN42的態樣與數量。

第一機器設備103的電源供應單元M12除了提供電力給應用電路M11之外，並同時銜接到連接單元CN12。第二機器設備104的電源供應單元M22除了提供電力給應用電路M21外，並同時銜接到連接單元CN22。第三機器設備105的電源供應單元M32除了提供電力給應用電路M31 外，並同時銜接到連接單元CN32。第四機器設備106的電源供應單元M42除了提供電力給應用電路M41外，並同時銜接到連接單元CN42。

因為上述連接單元CN12、CN22、CN32以及CN42透過電源傳輸線102串接起來，因此，第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106之電力Power1、Power2、Power3、Power4係為共享。第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106之電力分享及電力輸出平衡係透過信號CS1、CS2、CS3、CS4經由連接單元CN11、CN21、CN31、CN41透過訊號傳輸線101作並聯整合調整。

當上述第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106內部之電源供應單元M12、M22、M32以及M42皆工作正常時，上述電源供應單元M12、M22、M32以及M42可以只供應自己的機器設備電力。當有一組電源供應單元故障時，例如電源供應單元M42故障，導致Power4失去供應來源，另三組電源供應單元M12、M22、M32則透過CS信號平衡之後，每組平均分配1/3 Power4的電力來供應機器設備106的應用電路M41所需的電力。

值得一提的是，每組平均分配1/3 Power4的電力來供應機器設備106的應用電路M41所需的電力，係自另三組電源供應單元M12、M22、M32的冗餘電力來供應。電源供應單元M12、M22、M32以及M42均具有冗餘電力的設計，當負載增加時，電源供應單元M12、M22、M32以及M42將根據負載需求輸出冗餘電力，而本發明之電源供應 單元M12、M22、M32係輸出冗餘電力給機器設備106的應用電路M41使用，此外，電源供應單元M12、M22、M32也會提供內部電源給應用電路M11、M21、M31。

再舉例來說，當電源供應單元M32、M42故障時，導致Power3與Power4失去供應來源，另二組電源供應單元M12、M22則透過CS信號平衡之後，每組平均分配1/2的Power3與Power4的電力來供應機器設備105、106的應用電路M31、M41所需的電力。當然，本發明之電源供應單元M12、M22係將輸出冗餘電力給機器設備105、106的應用電路M31、M41使用，而電源供應單元M12、M22也會提供內部電源給應用電路M11、M21。本實施例不限制電源供應單元M12、M22、M32、M42輸出內部電源或冗餘電力的態樣。

由上述硬體架構可以看出，本發明實施例可以達到成本低、節省空間、簡化接線以及減少電力浪費之主要目的。

然而，為了讓所屬技術領域具有通常知識者能夠理解其控制模式，以下提供一韌體控制流程圖。圖2繪示為本發明實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列之韌體控制流程圖。請參考圖2，此韌體控制流程包括下列步驟：

步驟S201：開始。先將此備援電力系統架設完成，並於啟動電源。

步驟S202：執行判斷1之動作。此步驟是於機器設備啟動後，電源供應單元M12、M22、M32以及M42將會監測電壓準位是否已達到正確之穩定電壓，若判斷為否(False)則電源供應單元將執行步驟S203，若判斷為是(True) ，則執行步驟S204。

步驟S203：進行程序1，提升輸出電流以達到正確之穩定電壓。

步驟S204：進行判斷2。此步驟是於機器設備四組電源供應單元(M12、M22、M32、M42)，透過電力分享/輸出平衡透過信號(CS1、CS2、CS3、CS4)將電源供應單元的輸出電力/電流作平衡的動作。輸出電力較高(Over)之電源供應單元將執行步驟S205，執行程序2以降低輸出電流。輸出電力較低(Under)之電源供應單元將執行步驟S203的程序1以提升輸出電流。由於第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106的應用電路M11、M21、M31以及M41的使用狀況不同，耗電量也會有所不同。因此，在執行此電力平衡步驟前，四組電源供應單元(M12、M22、M32、M42)的輸出瓦數也不同。

舉例來說，執行電力平衡步驟前，第一機器設備103的電源供應單元M12輸出90W，第二機器設備104的電源供應單元M22輸出105W，第三機器設備105的電源供應單元M32輸出85W，第四機器設備106的電源供應單元M42輸出250W，藉此合計電源供應單元M12、M22、M32、M42的整體輸出為530W。執行電力平衡步驟後，第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106的四組電源供應單元(M12、M22、M32、M42)的輸出瓦數皆為132.5W(例如為530W÷/4=132.5W)。換句話說，第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105的電源供應單元(M12、M22、M32)的電力 支援了第四機器設備106的電源供應單元(M42)，避免每一個機器設備103、104、105以及106的電源供應單元(M12、M22、M32、M42)處在高電源輸出狀態，避免上述電源供應單元(M12、M22、M32、M42)發生故障，以延長電源供應單元(M12、M22、M32、M42)之工作壽命。

當達到每一個電源供應單元(M12、M22、M32、M42)輸出皆穩定時，也就是輸出電力平衡(Balance)後，執行步驟S206。

步驟S206：執行程序3，待命備援電力。當上述電力平衡步驟完成後，整組具有備援電力系統的機器設備陣列將進入穩定的工作周期，但備援電力的機制也一直在待命中。接下來，執行步驟S207。

由上述電力平衡步驟後，假設第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106的四組電源供應單元(M12、M22、M32、M42)的最大輸出瓦數都是350W。經過程序3的步驟後，第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105以及第四機器設備106就可以知道剩餘的可使用電力是217.5W×4=870W。

步驟S207：判斷是否故障。當有一組電源供應單元故障時(Fail)故障，其它電源供應單元則透過『判斷1、判斷2、程序1、程序2』的動作，提供備援電力遞補上來，同時達到輸出電力平衡(Balance)，使機器設備依然繼續正常執行工作，以達到成本低、節省空間、簡化接線以及減少電力浪費之主要目的。

假設在步驟S207中，判斷出第四機器設備106的電源供應單元M42發生故障，此時，第一機器設備103、第二 機器設備104、第三機器設備105的電源供應單元M12、M22、M32會共同提供530W可使用電力給予四台機器設備103、104、105、106(包含第四機器設備106的應用電路M41)。所以，第一機器設備103、第二機器設備104、第三機器設備105的電源供應單元M12、M22、M32會依照上述步驟，將輸出瓦數提升為176.7W(176.7×3=530W)。因此，每一個機器設備103、104、105的電源供應單元M12、M22、M32會再次額外輸出44.2W(176.7-132.5)的電力，讓四台機器設備103、104、105、106能夠持續運作，直到使用者更換第四機器設備106的電源供應單元M42。

(第二實施例)

圖3繪示為本發明實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列之電路圖。請參考圖3。本實施例與前述實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列相似，其中與圖1相同部分作用相同不再重複敘述。

本實施例之訊號傳輸線101a設置於該些機器設備103a、104a、105a、106a任意二者之間，且電源傳輸線102a也設置於該些機器設備103a、104a、105a、106a任意二者之間。例如機器設備103a的連接單元CN11a分別連接機器設備104a的連接單元CN21a與機器設備106a的連接單元CN41a，機器設備105a的連接單元CN31a分別連接機器設備104a的連接單元CN21a與機器設備106a的連接單元CN41a，藉由電源傳輸線102a形成一環形鏈路，同理可知，訊號傳輸線101a也形成一環形鏈路，如圖3所示。

在實務上，圖3所示之機器設備陣列的架構，其中 各機器設備103a、104a、105a、106a的連接單元CN11a、CN21a、CN31a、CN41a、CN12a、CN22a、CN32a、CN42a可透過兩個例如乙太網路線的連接埠口來實現，例如機器設備103a的連接單元CN11a、CN12a為兩個乙太網路線的連接埠口，而每一乙太網路線的連接埠口可以傳輸訊號與電力，其中一個連接埠口連接到機器設備104a，其餘一個連接埠口連接到機器設備106a。當然，在其他實施例中，各機器設備103a、104a、105a、106a的連接單元CN11a、CN21a、CN31a、CN41a、CN12a、CN22a、CN32a、CN42a可透過四個連接埠口來實現。本實施例不限制連接單元CN11a、CN21a、CN31a、CN41a、CN12a、CN22a、CN32a、CN42a的態樣與數量。

舉例來說，所述機器設備103a、104a、105a、106a的電源供應單元M12、M22、M32、M42其中任一故障，例如機器設備105a的電源供應單元M32發生故障時，其餘機器設備103a、104a、106a的電源供應單元M12、M22、M42仍可透過CS信號平衡之後，每組平均分配1/3 Power3的電力來供應機器設備105a的應用電路M31所需的電力。

在其他實施例中，訊號傳輸線101a可以設置於所述機器設備103a、104a、105a、106a任意二者之間，而所述機器設備103a、104a、105a、106a分別電性連接電源傳輸線102a，或是所述機器設備103a、104a、105a、106a分別電性連接訊號傳輸線101a，而電源傳輸線102a設置於所述機器設備103a、104a、105a、106a 任意二者之間，藉此提供備援電力到電源供應單元M12、M22、M32、M42故障之機器設備103a、104a、105a、106a。本實施例不限制具有備援電力系統的機器設備陣列之訊號傳輸線101a或電源傳輸線102a的態樣。

除上述差異之外，所屬技術領域具有通常知識者應當知道，第二實施例的操作部分與第一實施例實質上等效，所屬技術領域具有通常知識者參考第一實施例以及上述差異後，應當可以輕易推知，故在此不予贅述。

綜上所述，本發明的精神主要是在上述備援電力系統，每個機器設備內部分別配置一個電源供應單元，此電源供應單元除了當作機器設備的主要供電系統，同時也當作其它機器設備的備援電力來源。當系統內每台機器設備的電源供應單元正常工作時，只須提供給機器設備電力。當系統中有一台機器設備的電源供應單元失效發生問題時，其它電源供應單元便加大輸出電流，補上備援電力到電源供應單元故障之機器設備。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。

101、101a‧‧‧訊號傳輸線

102、102a‧‧‧電源傳輸線

103、103a‧‧‧第一機器設備

104、104a‧‧‧第二機器設備

105、105a‧‧‧第三機器設備

106、106a‧‧‧第四機器設備

M11、M21、M31、M41‧‧‧應用電路

M12、M22、M32、M42‧‧‧電源供應單元

S201~S207‧‧‧本發明實施例的韌體控制流程的各步驟

CS1、CS2、CS3、CS4‧‧‧信號

CN11、CN21、CN31、CN41、CN12、CN22、CN32、CN42、CN11a、CN21a、CN31a、CN41a、CN12a、CN22a、CN32a、CN42a‧‧‧連接單元

圖1繪示為本發明實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列之電路圖。

圖2繪示為本發明實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列之韌體控制流程圖。

圖3繪示為本發明實施例的具有備援電力系統的機器設備陣列之電路圖。

101‧‧‧訊號傳輸線

102‧‧‧電源傳輸線

103‧‧‧第一機器設備

104‧‧‧第二機器設備

105‧‧‧第三機器設備

106‧‧‧第四機器設備

M11、M21、M31、M41‧‧‧應用電路

M12、M22、M32、M42‧‧‧電源供應單元

CS1、CS2、CS3、CS4‧‧‧信號

CN11、CN21、CN31、CN41、CN12、CN22、CN32、CN42‧‧‧連接單元

Claims (3)

1. 一種備援電力系統，用以供應電力給多個伺服機器設備，每一個伺服機器設備包括一應用電路以及一電源供應單元，其中，電源供應單元具有一電源輸入端、一訊號端以及一電力輸出端，且該電源供應單元的電源輸入端接收一交流電源，該電源供應單元的電力輸出端耦接該應用電路，此備援電力系統包括：一訊號傳輸線，該電源供應單元的訊號端耦接該訊號傳輸線；以及一電源傳輸線，其中，該電源傳輸線耦接該電源供應單元的電力輸出端以及該應用電路，其中，該電源供應單元用以將所接收到的交流電源轉換為該應用電路所需的一內部電源，並由該電源供應單元的電力輸出端輸出；其中，當第K個伺服機器設備的電源供應單元故障，導致第K個伺服機器設備的電源供應單元無法供應該內部電源給該第K個伺服機器設備的應用電路時，其餘的伺服機器設備的電源供應單元透過該訊號傳輸線做溝通整合，使其餘的伺服機器設備分享冗餘電力給第K個伺服機器設備的應用電路，使第K個伺服機器設備的應用電路正常工作，其中，每一該些伺服機器設備的電源供應單元係透過該訊號傳輸線進行電源管理，其中，輸出電流較高之電源供應單元將執行降低輸出電流，且輸出電流較低之電源供應單元將執行提升輸出電流，藉由電源傳輸線彙整每一該些電源供應單元的輸出電流，以達到電源供應單元之輸出電力/電流平衡， 其中，該電源供應單元監測電壓準位是否已達到一穩定電壓，以及當該電源供應單元的電力輸出端所輸出的電壓未達到該穩定電壓，則該電源供應單元提升輸出電流以達到正確之穩定電壓，其中，K為自然數，且K小於等於伺服機器設備的總數。
2. 一種機器設備陣列，包括：一訊號傳輸線；一電源傳輸線；以及多個伺服機器設備，每一個伺服機器設備包括：一應用電路；以及一電源供應單元，具有一電源輸入端、一訊號端以及一電力輸出端，其中，該電源供應單元的電源輸入端接收一交流電源，該電源供應單元的電力輸出端耦接該應用電路以及該電源傳輸線，該電源供應單元的訊號端耦接該訊號傳輸線，其中，該電源供應單元用以將所接收到的交流電源轉換為該應用電路所需的一內部電源，並由該電源供應單元的電力輸出端輸出；其中，當第K個伺服機器設備的電源供應單元故障，導致第K個伺服機器設備的電源供應單元無法供應該內部電源給該第K個伺服機器設備的應用電路時，其餘的伺服機器設備的電源供應單元透過該訊號傳輸線做溝通整合，使其餘的伺服機器設備分享冗餘電力給第K個伺服機器設備的應用電路，使第K個伺服機器設備的應用電路正常工作， 其中，每一該些伺服機器設備的電源供應單元係透過該訊號傳輸線進行電源管理，其中，輸出電流較高之電源供應單元將執行降低輸出電流，且輸出電流較低之電源供應單元將執行提升輸出電流，藉由電源傳輸線彙整每一該些電源供應單元的輸出電流，以達到電源供應單元之輸出電力/電流平衡，其中，該電源供應單元監測電壓準位是否已達到一穩定電壓，以及當該電源供應單元的電力輸出端所輸出的電壓未達到該穩定電壓，則該電源供應單元提升輸出電流以達到正確之穩定電壓，其中，K為自然數，且K小於等於伺服機器設備的總數。
3. 如申請專利範圍第2項所述的機器設備陣列，其中該些伺服機器設備其中之一為伺服器、路由器、集線器或儲存設備。