TWM618846U - 電力調節系統 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種電力調節系統及其處理器。電力調節系統包含電源供應器、電壓調節模組、第一風扇組與第二風扇組。電源供應器提供輸出電壓與輸出電流。電壓調節模組設置於主機板，以接收輸出電壓與輸出電流提供工作電壓與工作電流至主機板的複數個負載元件。第一風扇組設置於電源供應器，第二風扇組設置於主機板。處理器耦接第一風扇組與第二風扇組。若電力調節系統的溫度低於安全溫度值，且電力調節系統的溫度在一預設時間周期內維持相同，則處理器用以執行：根據能耗真值表調整輸出電壓、輸出電流、工作電壓以及工作電流至少一者的數值。

Description

電力調節系統

本揭示文件是關於一種電力調節系統，特別是一種用於伺服器裝置的電力調節系統。

因應節能需求，越來越多的計算機中心對伺服器裝置的能耗愈趨重視。然而，現行的伺服器裝置中，主機板上的基板管理控制器只能用以讀取系統溫度或是輸出電壓，而無法根據實際需求去控制或是調整電源供應器或電壓調節模組以改善能耗。

本案揭示一種電力調節系統，其包含電源供應器、電壓調節模組、第一風扇組以及第二風扇組。電源供應器用以提供輸出電壓以及輸出電流。電壓調節模組設置於主機板，用以接收輸出電壓與輸出電流以提供工作電壓與工作電流至主機板上的複數個負載元件。第一風扇組設置於電源供應器內，第二風扇組設置於主機板。處理器耦接於第一風扇組與第二風扇組，其中若電力調節系統的溫度低 於安全溫度值，且電力調節系統的溫度在一預設時間周期內維持相同，則處理器用以被設置為執行以下操作：根據能耗真值表調整輸出電壓、輸出電流、工作電壓以及工作電流至少一者的數值。

本案更揭示一種處理器，其適用於電力調節系統。處理器耦接於電力調節系統的電源供應器、電壓調節模組、第一風扇組以及第二風扇組。若電力調節系統的溫度低於安全溫度值，且在一預設時間周期內，電力調節系統的溫度變化量實質上為零，則處理器用以被設置為執行以下操作：根據該電源供應器的一輸出電壓計算一第一電壓轉換效率值；根據該電源供應器的一工作電壓計算一第二電壓轉換效率值；若該第一電壓轉換效率值不在一能耗真值表的一數值範圍，則調整該輸出電壓；以及若該第二電壓轉換效率值不在該能耗真值表的該數值範圍，則調整該工作電壓或該電壓調節模組的一切換頻率。

上述的電力調節系統以及處理器可根據系統溫度，即時的調整風扇的轉速，以達到節省能耗的功效。

上述的電力調節系統以及處理器更可根據系統的負載情況，即時調整輸出電壓或工作電壓以節省能耗。

100:電力調節系統

110:處理器

120:電源供應器

121:第一風扇組

130:主機板

131:第二風扇組

132:負載元件

140:電壓調節模組

150:記憶體

LUT:能耗真值表

LUTA:溫度真值表

Vo:輸出電壓

Io:輸出電流

Vm:工作電壓

Im:工作電流

Fq:頻率

VID:電壓識別訊號

CPU:中央處理器

200:電力調節方法

S201~S204:流程

300:風扇調整方法

S301~S306:流程

400:能耗調整方法

S401~S408:流程

第1圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的電力調節系統的功能方塊圖。

第2圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的電力調節方法的流程圖。

第3圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的風扇調整方法的流程圖。

第4A~4C圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的能耗調整方法的流程圖。

第5圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的能耗曲線圖。

如第1圖所示，電力調節系統100包含處理器110、電源供應器120、第一風扇組121、主機板130、第二風扇組131、電壓調節模組140以及記憶體150。在一些實施例中，第一風扇組121和第二風扇組131各自包含一或多個風扇。

結構上，第一風扇組121設置於電源供應器120，而第二風扇組131、電壓調節模組140以及記憶體150設置於主機板130上。處理器110電性耦接電源供應器120、第一風扇組121、記憶體150、第二風扇組131以及電壓調節模組140。

在一些實施例中，處理器110可以設置於配電板(Power Distribution board，簡稱PDB)或是主機板130上，且處理器110可由微處理器(MCU)或是機櫃管理控制器(Rack Manager Controller)來實現。

操作上，電源供應器120用以提供輸出電壓Vo以及輸出電流Io至主機板130上的電壓調節模組140。電壓調節模組140再將輸出電壓Vo以及輸出電流Io分別轉換為工作電壓Vm與工作電流Im，以供主機板130上的複數個負載元件132運作。

在一實施例中，主機板130上的複數個負載元件132包含中央處理器(CPU)。當中央處理器運作於不同的頻率時會需要不同的工作電壓Vm。此時，中央處理器會根據需要的工作電壓Vm產生對應的電壓識別訊號(Voltage Identificator，簡稱VID)。電壓調節模組140則會根據上述的電壓識別訊號，將輸出電壓Vo以及輸出電流Io轉換為可供中央處理器運作的工作電壓Vm與工作電流Im。

以下將配合第2圖更詳細說明電力調節系統100的運作。在一些實施例中，處理器110執行電力調節方法200的流程S201~S204。

於流程S201，處理器110感測電力調節系統100當前的溫度值。在一些實施例中，當前的溫度值會隨著電力調節系統100的負載程度變化。於一實施例中，於第一時間點，電力調節系統100處於低負載，處理器110感測到此時電力調節系統100具有較低的第一溫度值，而於第一時間點之後的第二時間點，當電力調節系統100從低負載轉變為高負載時，處理器110會感測到電力調節系統100具有較高的第二溫度值。

於流程S202，處理器110會根據偵測到的溫度值以及溫度真值表LUTA，調整第一風扇組121或第二風扇組131的轉速。在一些實施例中，處理器110會根據電力調節系統100的當前的溫度值，於溫度真值表中獲取第一風扇組121或第二風扇組131的對應的轉速。更詳細地說，當處理器110偵測到電力調節系統100的溫度值開始升高時，處理器110會依照溫度真值表LUTA中的參數調高第一風扇組121或第二風扇組131轉速使其降溫，而當電力調節系統100的溫度值開始下降，或是穩定的維持在安全範圍內時，處理器110會依照溫度真值表LUTA中的參數適應性的降低第一風扇組121或第二風扇組131的轉速以節省電力。具體的風扇調整流程將會搭配後述的第3圖更詳細的說明。

於流程S203，處理器110讀取電源供應器120以及電壓調節模組140的複數個參數。在一些實施例中，上述參數包含了電源供應器120的輸出電壓Vo以及輸出電流Io、電壓調節模組140輸出的工作電壓Vm以及工作電流Im的數值。

當電力調節系統100的溫度維持在安全溫度值的範圍時，於流程S204，處理器110會根據能耗真值表LUT調整上述的參數。具體的能耗調整流程將於後續段落更詳細的說明。

在一些實施例中，溫度真值表LUTA以及能耗真值表LUT儲存於記憶體150之中，且能耗真值表LUT 中記錄了關於電源供應器120以及電壓調節模組140在不同系統負載之下，轉換輸出各種電壓/電流的效率的資料。溫度真值表LUTA則記錄了包含電力調節系統100的溫度值以及第一風扇組121或第二風扇組131的轉速資料。

在一些實施例中，處理器110可以藉由系統管理匯流排(System Management Bus，簡稱SMBUS)或是積體匯流排電路(Inter-Integrated Circuit，簡稱I2C)讀取電力調節系統100的溫度值、讀取電源供應器120以及電壓調節模組140的上述參數以及讀取能耗真值表LUT。

以下將配合第3圖更詳細地說明流程S202。如第3圖所示，流程S202包含流程S301~S306。當處理器110於流程S202根據溫度值以及溫度真值表LUTA調整第一風扇組121或第二風扇組131的轉速時，處理器110進一步被設置為執行上述流程S301~S306。

於流程S301，處理器110會判斷電力調節系統100當前的溫度值是否大於安全溫度值。在一些實施例中，上述的安全溫度值可以為事先預設的一個較高的溫度數值。於一實施例中，當處理器110於第一時間點偵測到的第一溫度值超過上述安全溫度值時，代表電力調節系統100過熱。若持續以超過安全溫度值的第一溫度值運行，可能會對主機板130上的負載元件132產生不良影響。因此，若電力調節系統100的溫度高於安全溫度值，處理器110 會於流程S302中，依據溫度真值表LUTA的參數調整主機板130上第二風扇組131，以增加第二風扇組131的轉速避免電力調節系統100持續過熱。

接續流程S302，處理器110會再次執行流程S301以判斷此時的溫度值是否大於安全溫度值。於一實施例中，處理器110調整第二風扇組131之後，於第一時間點之後的第二時間點偵測到第二溫度值。當第二溫度值大於或是等於安全溫度值時，處理器110會再次執行流程S302，以增加第二風扇組131的轉速。換言之，處理器110會持續增加第二風扇組131的轉速以使電力調節系統100的溫度下降至安全溫度值。反之，當上述的第二溫度值小於安全溫度值，表示電力調節系統100的溫度已經下降，處理器110則會接續執行流程S303。

另一方面，當處理器110於第一時間點偵測到的第一溫度值沒有超過上述安全溫度值時，處理器110會於流程S303判斷電力調節系統100的溫度值是否上升。在一實施例中，處理器110會依據電力調節系統100的當前溫度值與前次溫度值計算出溫度變化量。於一實施例中，若第一溫度值(亦即，當前溫度值)小於安全溫度值但大於電力調節系統100的初始溫度值(亦即，前次溫度值)，代表電力調節系統100的溫度正在上升但不會有立即過熱的危險。因此，處理器110會於流程S304中，改為增加第一風扇組121的轉速，以藉由電源供應器120的第一風扇組121降低電力調節系統100的溫度。反之，若在 流程S303中判斷第一溫度值小於電力調節系統100的初始溫度值，處理器110便會執行後述的流程S305。

接續流程S304，處理器110會再次執行流程S303以判斷電力調節系統100的溫度值是否會繼續上升。於一實施例中，處理器110調整第一風扇組121之後，於第二時間點偵測到當前溫度值為第二溫度值，且第二溫度值大於前次的第一溫度值。此時，處理器110會再次執行流程S304以增加第一風扇組121的轉速。換言之，處理器110會持續增加第一風扇組121的轉速以使電力調節系統100的溫度下降。

在一實施例中，當電力調節系統100從低負載變化為高負載狀態時，電力調節系統100的溫度可能會因此而超過安全溫度值。於一實施例中，當處理器110於流程S304調高第一風扇組121的轉速之後，於第三時間點偵測到的當前溫度值為第三溫度值，由於電力調節系統100在高負載狀態下運行，導致第三溫度值不但大於前次的第二溫度值，也大於安全溫度值。此時，處理器110會於流程S301中判斷出當前的第三溫度值超過安全溫度值而執行流程S302，以藉由增加第二風扇組131的轉速來降低電力調節系統100的溫度。

於流程S305，處理器110會判斷此時電力調節系統100的溫度是否達到平衡。在本揭示文件的實施例中，溫度平衡是指在預設的時間周期內，電力調節系統100的溫度值維持相同。也就是說，處理器110會判斷電力調節 系統100的溫度變化量是否實質上為零。若是，處理器110會接續執行流程S203以及流程S204，以根據能耗真值表LUT調整電力調節系統100的輸出電壓Vo、輸出電流Io等參數。

若否，代表電力調節系統100的溫度仍然在持續下降(亦即，電力調節系統100的溫度變化量實質上小於零)。於流程S306，處理器110會開始降低第二風扇組131的轉速。此時，因為電力調節系統100的溫度已經在安全溫度值之下，為了節能，第二風扇組131不需要繼續以當前的轉速持續運轉使電力調節系統100的溫度下降。也就是說，處理器110會根據當下的溫度值適應性的重新調整主機板130上第二風扇組131的轉速。

接續流程S306，處理器110會再次執行流程S305以判斷電力調節系統100的溫度是否達到平衡。若否，處理器110會再次執行流程S306以繼續降低第二風扇131的轉速。換言之，處理器110會持續降低第二風扇131的轉速使得電力調節系統100的溫度達到平衡。

在一實施例中，在降低第二風扇組131的轉速後，處理器110於第三時間點偵測到當前溫度值為第三溫度值，若此時電力調節系統100提高負載使得第三溫度值大於安全溫度值。處理器110會於流程S301中判斷出此時的溫度值(亦即，第三溫度值)大於安全溫度值而重新執行流程S302，以將第二風扇組131的轉速再次提高。

藉由上述的風扇調整方法300，電力調節系統100能夠即時的根據溫度調整風扇的轉速，以達到節省能耗的功效。

以下將配合第4A~4C圖更詳細地說明流程S204。流程S204包含流程S401~S408。當處理器110於流程S204根據能耗真值表LUT調整電源供應器120與電壓調節模組140的參數時，處理器110進一步被設置為執行上述流程S401~S408。

於流程S401，處理器110根據電源供應器120的輸出電壓Vo計算第一電壓轉換效率值。於流程S402，處理器110根據電壓調節模組140輸出的工作電壓Vm計算第二電壓轉換效率值。

於流程S403以及流程S406，處理器110會分別判斷上述的第一電壓轉換效率值以及第二電壓轉換效率值是否在能耗真值表LUT的預設數值範圍。在一些實施例中，上述的預設數值範圍代表電源供應器120以及電壓調節模組140在某一負載情況之下具有的理想電壓轉換效率值的範圍。

於一實施例中，請參照第5圖，第5圖為根據本揭示文件一些實施例所繪示的能耗曲線圖，其中上述的能耗曲線是根據能耗真值表LUT所記錄的資料所繪製而成。如第5圖所示，當系統負載(亦即，主機板130上的中央處理器的負載)程度介於35~50%時，電源供應器120應 具有90~91%的電壓轉換效率值，而電壓調節模組140應具有91.4~91.6%的電壓轉換效率值。

也就是說，當第一電壓轉換效率值不在能耗真值表LUT的上述數值範圍時(例如在35%的負載情況下，若電源供應器120只有89%的電壓轉換效率值)，則處理器110可以於流程S403結束後執行流程S404和S405以分別重新調整電源供應器120的輸出電壓Vo以及第一風扇組121的轉速，以使第一電壓轉換效率值符合上述的數值範圍。

在一些實施中，處理器110於流程S404和S405結束後會再次執行流程S401，以根據調整後的輸出電壓Vo重新計算第一電壓轉換效率值，並於流程S403再次驗證調整後的第一電壓轉換效率值是否在能耗真值表LUT的上述數值範圍。

類似地，當第二電壓轉換效率值不在能耗真值表LUT的上述數值範圍時(例如在35%的負載情況下，若電壓調節模組140只有91.2%的電壓轉換效率值)，則處理器110可以於流程S406結束後執行流程S407和S408以分別調整電壓調節模組140輸出的工作電壓Vm以及切換頻率Fq，以使第二電壓轉換效率值符合上述的數值範圍。

在一些實施例中，電壓調節模組140包含功率開關元件(例如，切換開關穩壓器)，功率開關元件會根據切換頻率Fq決定一個訊號輸出周期內導通與關斷的時間比 例(亦即，占空比)。也就是說，電壓調節模組140會根據切換頻率Fq決定輸出電壓訊號的占空比，進而決定輸出的工作電壓Vm的數值。

在一些實施例中，電壓調節模組140也會因為上述的功率開關元件的切換頻率Fq影響電壓轉換的效率。一般來說，功率開關元件的切換頻率Fq越高時，開關損耗(Switching loss)越大。換言之，功率開關元件的切換頻率Fq負相關於第二電壓轉換效率值。

在一些實施中，處理器110於流程S407和S408結束後會再次執行流程S402，以根據調整後的工作電壓Vm重新計算第二電壓轉換效率值，並於流程S406再次驗證調整後的第一電壓轉換效率值是否在能耗真值表LUT的上述數值範圍。

另一方面，當處理器110判斷第一電壓轉換效率值與第二電壓轉換效率值都符合能耗真值表LUT的數值範圍時，處理器110會再次執行流程S201，以重新操作電力調節方法200。

綜上所述，電力調節系統100能夠根據系統的負載情況，即時調整電源供應器120的輸出電壓Vo的轉換效率，或是電壓調節模組140的工作電壓Vm的轉換效率以節省能耗。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤 飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:電力調節系統

110:處理器

120:電源供應器

121:第一風扇組

130:主機板

131:第二風扇組

132:負載元件

140:電壓調節模組

150:記憶體

LUT:能耗真值表

LUTA:溫度真值表

Vo:輸出電壓

Io:輸出電流

Vm:工作電壓

Im:工作電流

Fq:頻率

VID:電壓識別訊號

CPU:中央處理器

Claims (11)

1. 一種電力調節系統，包含：一電源供應器，用以提供一輸出電壓以及一輸出電流；一電壓調節模組，設置於一主機板，用以接收該輸出電壓與該輸出電流以提供一工作電壓與一工作電流至該主機板上的複數個負載元件；一第一風扇組，設置於該電源供應器；一第二風扇組，設置於該主機板；以及一處理器，耦接該第一風扇組、該第二風扇組、該電源供應器與該電壓調節模組，其中若該電力調節系統的溫度低於一安全溫度值，且該電力調節系統的溫度在一預設時間周期內維持相同，則該處理器用以執行以下操作：根據一能耗真值表調整該輸出電壓、該輸出電流、該工作電壓以及該工作電流至少一者的數值。
2. 如請求項1所述之電力調節系統，其中當該處理器被設置為根據該能耗真值表調整該輸出電壓、該輸出電流、該工作電壓以及該工作電流至少一者的數值時，該處理器進一步被設置為執行：根據該輸出電壓計算一第一電壓轉換效率值；根據該工作電壓計算一第二電壓轉換效率值；以及若該第一電壓轉換效率值不在該能耗真值表的一數值範圍，則調整該輸出電壓；若該第二電壓轉換效率值不在該能耗真值表的該數值範 圍，則調整該工作電壓或該電壓調節模組的一切換頻率。
3. 如請求項2所述之電力調節系統，其中該電壓調節模組的該切換頻率負相關於該第二電壓轉換效率值。
4. 如請求項1所述之電力調節系統，其中若該電力調節系統的溫度低於該安全溫度值，且該電力調節系統的溫度在該預設時間周期內的一溫度變化量實質上大於零，則該處理器被設置為執行增加該第一風扇組的轉速。
5. 如請求項4所述之電力調節系統，其中若該電力調節系統的溫度低於該安全溫度值，且該電力調節系統的溫度在該預設時間周期內的該溫度變化量實質上小於零，則該處理器被設置為執行降低該第二風扇組的轉速。
6. 如請求項1所述之電力調節系統，其中若該電力調節系統的溫度高於該安全溫度值，則該處理器被設置為執行增加該第二風扇組的轉速。
7. 一種電力調節系統，包含一處理器、一第一風扇組、一第二風扇組、一電源供應器、一電壓調節模組與一記憶體，其中該處理器耦接於該第一風扇組、該第二風扇組、該電源供應器、該電壓調節模組與該記憶體，並 用於讀取該電源供應器的一輸出電壓、該電壓調節模組依據該輸出電壓產生的一工作電壓以及該記憶體儲存的一能耗真值表，其中若該電力調節系統的溫度低於一安全溫度值，且在一預設時間周期內，該電力調節系統的一溫度變化量實質上為零，則該處理器用以被設置為執行以下操作：根據該電源供應器的該輸出電壓計算一第一電壓轉換效率值；根據該電壓調節模組的該工作電壓計算一第二電壓轉換效率值；若該第一電壓轉換效率值不在該能耗真值表的一數值範圍，則調整該輸出電壓；以及若該第二電壓轉換效率值不在該能耗真值表的該數值範圍，則調整該工作電壓或該電壓調節模組的一切換頻率。
8. 如請求項7所述之電力調節系統，其中該電壓調節模組的該切換頻率負相關於該第二電壓轉換效率值。
9. 如請求項7所述之電力調節系統，其中若該電力調節系統的溫度低於該安全溫度值，且在該預設時間周期內的該溫度變化量實質上大於零，則該處理器被設置為根據該記憶體儲存的一溫度真值表增加該第一風扇組的轉速。
10. 如請求項9所述之電力調節系統，其中若該電力調節系統的溫度低於該安全溫度值，且在該預設時間周期內的該溫度變化量實質上小於零，該處理器被設置為根據該溫度真值表執行降低該第二風扇組的轉速。
11. 如請求項7所述之電力調節系統，其中若該電力調節系統的溫度高於該安全溫度值，則該處理器被設置為根據該記憶體儲存的一溫度真值表執行增加該第二風扇組的轉速。

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