TWI793915B - 電源供應系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源供應系統及其控制方法。電源供應系統用以供電給負載，且包括供電裝置以及備援電源裝置。供電裝置透過電源匯流排供電給負載。備援電源裝置包括備援電池組、充電轉換器、放電轉換器以及處理器。充電轉換器與放電轉換器耦接至備援電池組。處理器依據供電裝置的當前轉換效率判斷備援電源裝置的狀態為負載模式或是供電模式。回應於供電模式，處理器控制備援電池組，以使備援電池組以及供電裝置同時透過電源匯流排供電給負載。

Description

電源供應系統及其控制方法
本發明是有關於一種電源管理技術，且特別是有關於一種適用於資料中心的電源供應系統及其控制方法。
隨著網路及雲端服務的蓬勃發展，資料中心成為雲端計算、網路服務業務以及營運上常用的解決方案。資料中心通常具備用以提供資料處理和資料儲存功能的運算伺服器機架、用於通訊傳輸的電信和網路設備(如，交換機和路由器)以及供電設備。也因此，資料中心的供電設備常會配置備用電源系統，如電源供應單元(power supply unit；PSU)、不斷電系統(UPS)或發電機，從而避免資料中心的停機。
當資料中心或具備多個運算伺服器的供電設備設計完成後，此供電設備的效率曲線便已固定。然而，由於前述運算伺服器機架受到使用的時間與負載不盡相同，資料中心難以維持在較佳的負載效率上，從而降低了電力的轉換效率。因此，如何有效地對資料中心進行電源管理，從而在使資料中心不斷電的情形下 節省電源消耗，便是研究的方向之一。
本發明提供一種電源供應系統及其控制方法，藉由電源管理而使控制電源供應系統的供電裝置盡量位於具備較佳轉換效率的負載點，以獲得最佳的能源使用效率。
本發明之一實施例提供一種電源供應系統，用以供電給一負載。電源供應系統包括供電裝置以及備援電源裝置。供電裝置供電給負載。備援電源裝置包括備援電池組、充電轉換器、放電轉換器以及處理器。充電轉換器以及放電轉換器耦接至備援電池組。處理器耦接至供電裝置、備援電池組、充電轉換器以及放電轉換器。處理器依據供電裝置的一當前轉換效率判斷備援電源裝置的一狀態為一負載模式或一供電模式。回應於供電模式，處理器控制備援電池組，以使備援電池組以及供電裝置同時透過電源匯流排供電給負載。
本發明之一實施例提供一種電源供應系統的控制方法。電源供應系統用以供電給一負載。控制方法包括：依據一供電裝置的一當前轉換效率判斷一備援電源裝置的一狀態為一負載模式或一供電模式，其中電源供應系統包括供電裝置以及備援電源裝置；以及，回應於供電模式，控制備援電源裝置的一備援電池組，以使備援電池組以及供電裝置同時供電給負載。
本發明之一實施例提供一種電源供應系統，其包括一供 電裝置以及一備援電源裝置。供電裝置透過一電源匯流排用以供電。備援電源裝置包括一備援電池組、一電源轉換器以及一處理器。電源轉換器耦接至備援電池組以及電源匯流排。處理器依據供電裝置的一當前轉換效率，控制備援電池組及電源轉換器，以使備援電池組透過電源轉換器進行一充電模式或一放電模式的切換。
基於上述，本發明實施例所述的電源供應系統及其控制方法透過備援電源裝置的充電或放電來控制供電裝置的負載，使得供電裝置的負載盡量位於較佳轉換效率的負載點上。也就是說，本發明實施例會判斷備援電源裝置的狀態為負載模式或是供電模式。當備援電源裝置的狀態為負載模式時，便讓備援電源裝置進行充電以維持供電裝置在較佳轉換效率的負載點上。並且，當備援電源裝置的狀態為供電模式時，便讓備援電源裝置對運算伺服器供電以分擔供電裝置的負載，維持供電裝置在較佳轉換效率的負載點上，從而獲得最佳的能源使用效率。
100:資料中心
105:電源供應系統
107:運算伺服器
110:供電裝置
120:備援電源裝置
122:備援電池組
123:電源轉換器
124:充電轉換器
126:放電轉換器
128:處理器
305:反饋控制器
310:比較器
315:比較結果
320:切換電路
S320:切換信號
330:脈衝寬度調變(PWM)控制器
340:延遲電路
AC:交流電源
BBU:備援電池單元
PSU:電源供應單元
A1、A2、A3:箭頭
PR1:轉換效率點
R2、R3:轉換效率區間
R2R、R3R:區間
Vimon：當前負載電力特性值
PVdc：預設負載電力特性值
S710~S740：電源供應系統的控制方法的各步驟
圖1是依照本發明一實施例的資料中心的方塊圖。
圖2是依照本發明一實施例的供電裝置的效率曲線圖。
圖3是圖1中處理器的詳細電路方塊圖。
圖4與圖5分別是本發明一實施例的備援電源裝置的負載模 式以及供電模式對應供電裝置以及電源匯流排的示意圖。
圖6說明符合本發明一實施例的多種供電裝置的效率曲線圖。
圖7是依照本發明一實施例的電源供應系統的控制方法的流程圖。
圖1是依照本發明一實施例的資料中心100的方塊圖。資料中心100主要包括電源供應系統105以及負載。本實施例所稱的負載可以包括至少一個運算伺服器107。換句話說，本實施例的電源供應系統105主要應用於資料中心100，以供電給資料中心100中的運算伺服器107，但不以此為限。
電源供應系統105主要包括供電裝置110以及備援電源裝置120。供電裝置110利用交流電源AC或其他供電方式，透過電源匯流排PBUS以供電給資料中心100的至少一個運算伺服器107(如箭頭A1所示)。本實施例的供電裝置110還可具備有多個電源供應單元PSU(Power Supply Unit，PSU)，以作為供電裝置110的備援使用。本實施例所述資料中心100的運算伺服器107是由多個計算機或伺服器相互連接而形成，用以作為資料中心100的主要負載。
備援電源裝置120包括備援電池組122、電源轉換器123以及處理器128。於一實施例的電源轉換器123耦接至備援電池組 122以及電源匯流排PBUS。電源轉換器123包括充電轉換器124以及放電轉換器126。充電轉換器124耦接至備援電池組122及電源匯流排PBUS，且充電轉換器124透過電源匯流排PBUS間接地耦接至供電裝置110。放電轉換器126耦接至備援電池組122及電源匯流排PBUS，且放電轉換器126透過電源匯流排PBUS間接地耦接至運算伺服器107。充電轉換器124以及放電轉換器126分別耦接至備援電池組122與電源匯流排PBUS之間。
本實施例的充電轉換器124以及放電轉換器126是由具備恆流(CC)/恆壓(CV)模式的直流轉直流轉換器(DC/DC converter)來實現。詳細來說，充電轉換器124用以從電源匯流排PBUS將電力提供給備援電池組122(如箭頭A2所示)，使備援電池組122充電。放電轉換器126用以將備援電池組122中儲存的電力透過電源匯流排PBUS提供給運算伺服器107(如箭頭A3所示)，使備援電池組122放電。因此，本實施例的備援電源裝置120既可作為資料中心100的負載，亦可作為資料中心100的電源。備援電源裝置120透過使用具備CC/CV模式的直流轉直流轉換器以控制電源匯流排PBUS中的電流使其可控制。
本實施例的備援電池組122可具備多個備援電池單元BBU(Backup Battery Unit，BBU)。處理器128可控制備援電池組122中的這些備援電池單元BBU來選擇性地進行充電或放電。例如，處理器128可選擇性地對備援電池組122中的這些備援電池單元BBU中的一個或N個進行充電，而不需要同時對這些備援 電池單元BBU進行充電，進而透過調整進行充電的備援電池單元BBU的數量來對應地提升供電裝置的負載。處理器128可選擇性地使這些備援電池單元BBU中的一個或N個進行放電而供電給運算伺服器107，不需要同時放電這些備援電池單元BBU，進而對應地降低供電裝置的負載。並且，處理器128可優先地對已充飽電的備援電池單元BBU放電，從而釋放電力。
處理器128耦接至供電裝置110、備援電池組122、充電轉換器124以及放電轉換器126。處理器依據供電裝置110的當前轉換效率判斷備援電源裝置120的狀態為負載模式或是供電模式。從符合本發明實施例的另一角度來說，處理器128依據供電裝置110的當前轉換效率控制備援電池組122及電源轉換器123，以使備援電池組122透過電源轉換器123進行充電模式或放電模式的切換。如果處理器128判斷備援電源裝置120的狀態為供電模式的話(亦即，處理器128使備援電池組122透過電源轉換器123進行放電模式的切換)，便會控制備援電池組122透過放電轉換器126供電至電源匯流排PBUS，以使備援電池組122以及供電裝置110同時供電給資料中心100的運算伺服器107。另一方面，處理器128如果判斷備援電源裝置120的狀態為負載模式的話(亦即，處理器128使備援電池組122透過電源轉換器123進行充電模式的切換)，控制備援電池組122以透過電源匯流排PBUS進行充電，以使供電裝置110在供電給資料中心100的運算伺服器107的同時對備援電池組122充電。
在此說明如何依據供電裝置110的當前轉換效率判斷備援電源裝置120的狀態為負載模式(即，使備援電池組122進行充電模式的切換)或是供電模式(即，使備援電池組122進行放電模式的切換)。前述「使備援電池組122進行充電模式的切換」也可以稱為是，將備援電池組122切換為充電模式並進行此充電模式；前述「使備援電池組122進行放電模式的切換」也可以稱為是，將備援電池組122切換為放電模式並進行此放電模式。圖2是依照本發明一實施例的供電裝置110的效率曲線圖。例如，本實施例經設計以使供電裝置110提供1600瓦特(Watt)的電力，其效率曲線圖由多個轉換效率點組成，如圖2所示。圖2的橫軸呈現供電裝置110的負載(以百分比(%)呈現)，縱軸呈現供電裝置110對於電力的轉換效率(以百分比(%)呈現)。圖2中，供電裝置110的轉換效率點PR1是供電裝置110的最佳轉換效率點(約略為94%的轉換效率)，此時最佳轉換效率點PR1對應40%的供電裝置110負載。接近於轉換效率點PR1的區間R2R與R3R則是由近似於最佳轉換效率點94%的其他轉換效率點所組成的線段。
供電裝置110的轉換效率區間R2則為供電裝置110的輕載區間(約略為0%到40%之間的供電裝置110負載)，此時電力的轉換效率十分不佳，從5%負載對應到約略82%的轉換效率提升到40%負載對應到約略94%的轉換效率。於此時，若希望供電裝置110進入最佳轉換效率點PR1，則可將備援電源裝置120的狀 態設定為負載模式，亦即，使備援電池組122切換為充電模式，以使供電裝置110增加其負載以使轉換效率趨近於最佳轉換效率點PR1。因此，供電裝置110的轉換效率區間R2亦為備援電源裝置120的負載模式。於符合本發明部分實施例中，由於區間R2R以及R3R中的轉換效率點亦近似於最佳轉換效率點PR1，因此應用本實施例者亦可依據將備援電源裝置120的狀態設定為負載模式(使備援電池組122進行充電模式的切換)，以使供電裝置110的轉換效率進入轉換效率點PR1所對應的區間R2R以及R3R，從而依據轉換效率點PR1所對應的轉換效率區間R2R以及R3R來判斷供電裝置110的當前轉換效率。
供電裝置110的轉換效率區間R3則為供電裝置110的重載區間(約略為40%到100%之間的負載)，此時電力的轉換效率從40%負載對應到94%的轉換效率逐漸降低以接近100%負載對應到90%的轉換效率。於此時，若希望供電裝置110進入最佳轉換效率點PR1，則可將備援電源裝置120的狀態設定為供電模式，亦即，使備援電池組122切換為放電模式，以降低供電裝置110的負載。因此，供電裝置110的轉換效率區間R3亦為備援電源裝置120的供電模式。於符合本發明部分實施例中，由於區間R2R以及R3R中的轉換效率點亦近似於最佳轉換效率點PR1，因此應用本實施例者亦可依據將備援電源裝置120的狀態設定為供電模式(使備援電池組122進行放電模式的切換)，以使供電裝置110的轉換效率進入區間R2R以及R3R。
換句話說，當圖1中供電裝置110設計完成後，圖2中供電裝置110的效率曲線便已固定。因此，前述效率曲線可由效率量測儀量測效率在各個負載點，進而記錄圖2的各個轉換效率點以得到效率曲線，並可以由效率曲線得知最佳轉換效率點PR1、區間R2R與R3R。處理器128獲得供電裝置110的轉換效率點PR1，並依據轉換效率點PR1判斷供電裝置110的當前轉換效率，進而判斷供電裝置110的狀態為負載模式或是供電模式。應用本實施例者亦可依據前述區間R2R與R3R來判斷供電裝置110的當前轉換效率，進而判斷供電裝置110的狀態為負載模式或是供電模式。換句話說，處理器128獲得供電裝置110的轉換效率點PR1，依據轉換效率點PR1判斷供電裝置110的當前轉換效率，進而使備援電池組122透過電源轉換器123進行充電模式或放電模式的切換。應用本實施例者亦可依據前述區間R2R與R3R來判斷供電裝置110的當前轉換效率，進而使備援電池組122透過電源轉換器123進行充電模式或放電模式的切換。
詳細來說，圖1處理器128透過與運算伺服器107通訊以從運算伺服器107獲得前述效率曲線，並獲得供電裝置110的最佳轉換效率點PR1而設定一預設負載電力特性值PVdc。預設負載電力特性值PVdc的性質可以是預設的電壓值、電流值或是電阻值，應用本實施例者可依其需求或是處理器128中硬體電路的設定來調整預設負載電力特性值的性質為何。本實施例的預設負載電力特性值PVdc為電壓值。
圖1處理器128還從供電裝置110獲得當前負載電力特性值。於本實施例中，供電裝置110提供對應其負載情形的當前電流值Imon，圖1處理器128藉由當前電流值Imon獲得供電裝置110的當前負載電力特性值Vimon。本實施例的當前負載電力特性值Vimon為電壓值，藉以與預設負載電力特性值PVdc相互比較。圖1處理器128比對預設負載電力特性值PVdc以及當前負載電力特性值Vimon以判斷供電裝置110的負載情況，進而判斷備援電源裝置120的狀態為負載模式或是供電模式。換句話說，圖1處理器128比對預設負載電力特性值PVdc以及當前負載電力特性值Vimon以判斷供電裝置110的負載情況，以使備援電池組122透過電源轉換器123進行充電模式或放電模式的切換。
在此假設，當供電裝置110為100%負載時，當前負載電力特性值Vimon為8V，並能以線性方式呈現，如：20%負載則負載電力特性值Vimon為1.6V。因此，若希望以供電裝置110為50%負載作為備援電源裝置120中負載模式或是供電模式的判斷依據時，便將預設負載電力特性值PVdc設定為4V。
圖3是圖1中處理器128的詳細電路方塊圖。處理器128主要包括比較器310、切換電路320以及脈衝寬度調變(PWM)控制器330。處理器128還包括延遲電路340。比較器310以及切換電路320位於處理器128的反饋控制器305中。比較器310的第一輸入端用以接收預設負載電力特性值PVdc。比較器310的第二輸入端耦接至供電裝置110，用以接收供電裝置110的當前負載 電力特性值Vimon。比較器310的輸出端則透過比較當前負載電力特性值Vimon以及預設負載電力特性值PVdc的電壓值大小而產生比較結果315。切換電路320的輸入端耦接至比較器310，用以接收比較器310產生的比較結果315。切換電路320依據比較結果315產生切換信號S320。
PWM控制器330耦接至切換電路320、充電轉換器124以及放電轉換器126。PWM控制器330依據切換信號S320產生至少一個脈衝信號至充電轉換器124以及放電轉換器126，從而選擇性地啟用充電轉換器124以及放電轉換器126的其中之一。當充電轉換器124工作(開啟)時，放電轉換器126不工作(關閉)；相反地，當充電轉換器124不工作(關閉)時，放電轉換器126工作(開啟)。此外，應用本實施例者可設計以使PWM控制器330透過延遲電路340間接地耦接至充電轉換器124以及放電轉換器126，可依PWM控制器330、充電轉換器124以及放電轉換器126之間的訊號傳遞情形來增加延遲電路340，進而調配電源匯流排PBUS上的電流供給反應速度，使得訊號能夠順利傳輸。
圖4與圖5分別是本發明一實施例的備援電源裝置120的負載模式(即，備援電池組122的充電模式)以及供電模式(即，備援電池組122的放電模式)對應供電裝置110以及電源匯流排PBUS的示意圖。舉例來說，請同時參照圖3與圖4，已知最高效率點PR1在負載40%，負載40%線性對應負載電力特性值為3.2V，可以設定預設負載電力特性值PVdc為3.2V，但不以此為 限，若圖1備援電源裝置120的狀態為供電模式時(如，供電裝置110為70%負載)，圖1處理器128所獲得之供電裝置110的當前負載電力特性值Vimon應會大於4V(在此假定線性呈現為5.6V)，處理器128中比較器310則產生對應於供電模式的比較結果315，且切換電路320亦產生對應於供電模式的比較信號S320。回應於前述供電模式，處理器128的PWM控制器330控制放電轉換器126並停用充電轉換器124，如圖1所示，以使備援電池組122供電至電源匯流排PBUS(如箭頭A3所示)。圖1處理器128使備援電池組122透過電源轉換器123進行放電模式的切換。也就是說，此時的備援電池組122透電源匯流排PBUS供電，並經過放電轉換器126轉換備援電池組122的電源。由於電源匯流排PBUS中同時具有供電裝置110以及備援電池組122所提供的電力給負載(包括運算伺服器107)，如此可使供電裝置110的負載從70%降低至約40%負載，從而使供電裝置110的負載位於圖2最佳轉換效率點PR1中。
請同時參照圖3與圖5，舉例來說，若圖1備援電源裝置120的狀態為負載模式時(如，供電裝置110為10%負載)，圖1處理器128所獲得之供電裝置110的當前負載電力特性值Vimon應會小於4V(在此設定線性呈現為0.8V)，但不以此為限，圖1處理器128中比較器310則產生對應於負載模式的比較結果315，且切換電路320亦產生對應於負載模式的比較信號S320。回應於所述負載模式，處理器128控制充電轉換器124並停用放電轉換 器126，如圖1所示，充電轉換器124轉換供電裝置110的電源，備援電池組122再透過電源匯流排PBUS接收充電轉換器124轉換後的電源以進行充電(如箭頭A2所示)。圖1處理器128使備援電池組122透過電源轉換器123進行充電模式的切換。由於備援電池組122透過供電裝置110提供給電源匯流排PBUS的一部分電力進行充電，而供電裝置110提供給電源匯流排PBUS的另一部分電力則用於供電給負載(包括運算伺服器107)，增加了供電裝置110的電力消耗，因此使供電裝置110的負載從10%提升至約40%負載，從而使供電裝置110的負載位於圖2最佳轉換效率點PR1中。
特別說明的是，回應於負載模式，圖1備援電源裝置120中備援電池組122已為充飽電狀態，處理器128不透過電源匯流排PBUS對備援電池組122進行充電，以避免備援電池組122中的各個備援電池單元BBU過充。此外，回應於供電模式，於圖1，備援電裝置120中的備援電池組122已為低準位電量狀態(即，低電量狀態)時，處理器128不透過備援電池組122對電源匯流排PBUS進行放電，以避免備援電池組122因低電量而不足以提供適當的電源能量至運算伺服器107。
圖6說明符合本發明一實施例的多種供電裝置110的效率曲線圖。近似於圖2，舉例來說，圖6之(A)部分是以約略為40%負載作為預設負載電力特性值並據以判斷備援電源裝置的狀態為負載模式或是供電模式。另一方面，圖6(B)部分則是以約略為65% 負載作為預設負載電力特性值並據以判斷備援電源裝置的狀態為負載模式或是供電模式，但不以此為限。因此，應用本實施例者可依其需求調整轉換效率點PR1(如，圖6之(A)部分的40%負載以及圖6之(A)部分的65%負載)，轉換效率點PR1不一定是以供電裝置110而言的最佳轉換效率區間作為標準依據。
圖7是依照本發明一實施例的電源供應系統的控制方法的流程圖。前述控制方法應用於圖1的資料中心100，資料中心100包括電源供應系統105，且電源供應系統105包括供電裝置110以及備援電源裝置120。電源供應系統105用以供電給負載，負載可以包括至少一個運算伺服器107。於步驟S710中，圖1處理器128獲得供電裝置110的當前轉換效率。於步驟S720中，圖1處理器128依據供電裝置110的當前轉換效率判斷備援電源裝置120的狀態為負載模式或是供電模式。於步驟S730中，回應於供電模式，圖1處理器128控制備援電源裝置120的備援電池組122，以使備援電源裝置120以及供電裝置110同時供電給資料中心100的運算伺服器107。於步驟S740中，回應於負載模式，圖1處理器128控制備援電源裝置120進行充電，使供電裝置110在供電給資料中心100的運算伺服器107的同時對備援電源裝置120充電。圖7中控制方法的詳細流程與細節請參照前述各實施例。
綜上所述，本發明實施例所述的電源供應系統及其控制方法透過備援電源裝置的充電或放電來控制供電裝置的負載，使得供電裝置的負載盡量位於較佳轉換效率的負載。也就是說，本 發明實施例會判斷備援電源裝置的狀態為負載模式或是供電模式。當備援電源裝的狀態為負載模式時，便讓備援電源裝置進行充電以維持供電裝置在較佳轉換效率的負載。並且，當備援電源裝置的狀態為供電模式時，便讓備援電源裝置對運算伺服器供電以分擔供電裝置的負載，維持供電裝置在較佳轉換效率的負載，從而獲得最佳的能源使用效率。
S710~S740:電源供應系統的控制方法的各步驟

Claims (19)

  1. 一種電源供應系統，用以供電給一負載，該電源供應系統包括：一供電裝置，供電給該負載；以及一備援電源裝置，包括：一備援電池組；一充電轉換器，耦接至該備援電池組；一放電轉換器，耦接至該備援電池組；以及一處理器，耦接至該供電裝置、該備援電池組、該充電轉換器以及該放電轉換器，其中，該處理器依據該供電裝置的一當前轉換效率判斷該備援電源裝置的一狀態為一負載模式或一供電模式，其中，回應於該供電模式，該處理器控制該備援電池組，以使該備援電池組以及該供電裝置同時供電給該負載。
  2. 如請求項1所述的電源供應系統，回應於該負載模式，該處理器控制該備援電池組進行充電，以使該供電裝置在供電給該負載的同時對該備援電池組充電。
  3. 如請求項1所述的電源供應系統，其中該處理器獲得該供電裝置的一轉換效率點，依據該轉換效率點判斷該供電裝置的該當前轉換效率，進而判斷該備援電源的該狀態為該負載模式或是該供電模式。
  4. 如請求項3所述的電源供應系統，其中該處理器依據該供電裝置的該轉換效率點設定一預設負載電力特性值，獲得對應於該供電裝置的一當前負載電力特性值，比對該預設負載電力特性值以及該當前負載電力特性值以判斷該備援電源裝的該狀態為該負載模式或是該供電模式。
  5. 如請求項4所述的電源供應系統，其中該處理器包括：一比較器，其一第一輸入端用以接收該預設負載電力特性值，該比較器的一第二輸入端用以接收該供電裝置的該當前負載電力特性值，且該比較器的一輸出端產生一比較結果；一切換電路，其一輸入端耦接至該比較器的該輸出端，其中該切換電路依據該比較結果產生一切換信號；以及一脈衝寬度調變控制器，耦接至該切換電路，其依據該切換信號產生至少一脈衝信號至該充電轉換器以及該放電轉換器，從而選擇性地啟用該充電轉換器以及該放電轉換器的其中之一。
  6. 如請求項3所述的電源供應系統，回應於該供電模式，該處理器控制該放電轉換器並停用該充電轉換器，以使該備援電池組透過一電源匯流排進行供電，並且使該供電裝置的負載位於該轉換效率點，回應於該負載模式，該處理器控制該充電轉換器並停用該放電轉換器，以使該備援電池組從一電源匯流排進行充電，並且使該供電裝置的負載位於該轉換效率點， 其中，回應於該負載模式，該備援電池組為一充飽電狀態，該處理器不透過該電源匯流排對該備援電池組進行充電。
  7. 如請求項6所述的電源供應系統，回應於該負載模式，該備援電池組為一電量狀態，該處理器停止該備援電池組透過該電源匯流排進行放電。
  8. 如請求項1所述的電源供應系統，其中該處理器獲得該供電裝置的一轉換效率點，依據該轉換效率點所對應的該轉換效率區間來判斷該供電裝置的該當前轉換效率，進而判斷該備援電源的該狀態為該負載模式或是該供電模式。
  9. 一種電源供應系統的控制方法，其中該電源供應系統用以供電給一負載，該控制方法包括：依據一供電裝置的一當前轉換效率判斷一備援電源裝置的一狀態為一負載模式或一供電模式，其中該電源供應系統包括該供電裝置以及該備援電源裝置；以及回應於該供電模式，控制該備援電源裝置的一備援電池組，以使該備援電池組以及該供電裝置同時供電給該負載。
  10. 如請求項9所述的控制方法，更包括：回應於該負載模式，控制該備援電源裝置進行充電，使該供電裝置在供電給該負載的同時對該備援電源裝置充電。
  11. 如請求項9所述的控制方法，依據該供電裝置的該當前轉換效率判斷該備援電源裝置的該狀態為該負載模式或是該供電模式的步驟包括： 獲得該供電裝置的一轉換效率點；以及依據該轉換效率點判斷該供電裝置的該當前轉換效率，進而判斷該備援電源裝置的該狀態為該負載模式或是該供電模式。
  12. 如請求項9所述的控制方法，更包括：回應於該備援電源裝置的該狀態為該負載模式，該備援電池組為一充飽電狀態，不對該備援電源裝置進行充電。
  13. 請求項9所述的控制方法，更包括：回應於該備援電源裝置的該狀態為該負載模式，該備援電池組為一電量狀態，停止該備援電池組進行放電。
  14. 一種電源供應系統，包括：一供電裝置，透過一電源匯流排用以供電；以及一備援電源裝置，包括：一備援電池組；一電源轉換器，耦接至該備援電池組以及該電源匯流排；以及一處理器，耦接至該供電裝置、該備援電池組以及該電源轉換器，其中，該處理器依據該供電裝置的一當前轉換效率，控制該備援電池組及該電源轉換器，以使該備援電池組透過該電源轉換器進行一充電模式或一放電模式的切換，回應於該備援電池組透過該電源轉換器進行該放電模式，該備援電池組以及該供電裝置同時透過該電源匯流排進行供電。
  15. 如請求項14所述的電源供應系統，其中該處理器獲得該供電裝置的一轉換效率點，依據該轉換效率點判斷該供電裝置的該當前轉換效率，進而使該備援電池組透過該電源轉換器進行該充電模式或該放電模式的切換。
  16. 如請求項15所述的電源供應系統，其中該處理器依據該供電裝置的該轉換效率點設定一預設負載電力特性值，獲得對應於該供電裝置的一當前負載電力特性值，比對該預設負載電力特性值以及該當前負載電力特性值以使該備援電池組透過該電源轉換器進行該充電模式或該放電模式的切換。
  17. 如請求項14所述的電源供應系統，其中該處理器獲得該供電裝置的一轉換效率點，依據該轉換效率點所對應的該轉換效率區間來判斷該供電裝置的該當前轉換效率，進而使該備援電池組透過該電源轉換器進行該充電模式或該放電模式的切換。
  18. 如請求項14所述的電源供應系統，回應於該備援電池組透過該電源轉換器進行該充電模式，該備援電池組透過該供電裝置提供給該電源匯流排的一電力進行充電。
  19. 如請求項14所述的電源供應系統，其中該電源轉換器包括：一充電轉換器，耦接至該備援電池組；以及一放電轉換器，耦接至該備援電池組，其中，回應於該備援電池組透過該電源轉換器進行該放電模 式，該處理器控制該放電轉換器並停用該充電轉換器，以使該備援電池組透過該電源匯流排進行供電，回應於該備援電池組透過該電源轉換器進行該充電模式，該處理器控制該充電轉換器並停用該放電轉換器，以使該備援電池組透過該供電裝置提供給該電源匯流排的一電力進行充電。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201230613A (en) * 2011-01-12 2012-07-16 Zippy Tech Corp Backup power system operating according to load
TWI396070B (zh) * 2008-04-28 2013-05-11 Delta Electronics Inc 具節能及最適化操作效率之電源供應器且可提供備援電源予多負載之電源管理系統
TWM463860U (zh) * 2013-04-17 2013-10-21 Etasis Electronics Corp 具可程式均流控制的備援式電源供應裝置
TWM483603U (zh) * 2014-02-25 2014-08-01 Power Energy Technology Co Ltd U 雙模式輸出備援功能電源供應器
TW201602769A (zh) * 2014-07-11 2016-01-16 光寶科技股份有限公司 伺服電源供應系統及其控制方法
TWI552485B (zh) * 2015-09-30 2016-10-01 光寶電子（廣州）有限公司 直流備援設備
CN106325459A (zh) * 2016-08-29 2017-01-11 浪潮电子信息产业股份有限公司 一种服务器供电系统及方法
CN106557144A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 光宝电子(广州)有限公司 直流备援设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5598067B2 (ja) 2010-04-20 2014-10-01 コニカミノルタ株式会社 充電装置及びそれを用いた画像形成装置
JP5971925B2 (ja) 2011-11-21 2016-08-17 キヤノン株式会社 情報処理装置、情報処理装置の制御方法、および情報処理装置のプログラム
US9425631B2 (en) * 2012-02-27 2016-08-23 Infineon Technologies Austria Ag System and method for battery management

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI396070B (zh) * 2008-04-28 2013-05-11 Delta Electronics Inc 具節能及最適化操作效率之電源供應器且可提供備援電源予多負載之電源管理系統
TW201230613A (en) * 2011-01-12 2012-07-16 Zippy Tech Corp Backup power system operating according to load
TWM463860U (zh) * 2013-04-17 2013-10-21 Etasis Electronics Corp 具可程式均流控制的備援式電源供應裝置
TWM483603U (zh) * 2014-02-25 2014-08-01 Power Energy Technology Co Ltd U 雙模式輸出備援功能電源供應器
TW201602769A (zh) * 2014-07-11 2016-01-16 光寶科技股份有限公司 伺服電源供應系統及其控制方法
TWI552485B (zh) * 2015-09-30 2016-10-01 光寶電子（廣州）有限公司 直流備援設備
CN106557144A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 光宝电子(广州)有限公司 直流备援设备
CN106325459A (zh) * 2016-08-29 2017-01-11 浪潮电子信息产业股份有限公司 一种服务器供电系统及方法

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