CN104303250A - 具有集成功率传感器的继电器 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于使用集成至继电器的功率传感组件的功率参数传感的方法、系统和装置。配电单元具有切换输出，可提供或中断通过多个继电器提供给输出的功率。多个继电器可包括被配置为传感一个或多个与被传递到各自的功率输出的功率相关联的功率参数的集成功率传感器。功率相关信息报告系统可以与该继电器连接并配置为向远程系统报告来自功率传感器的功率相关的信息。

Description

具有集成功率传感器的继电器

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月2日提交的美国临时专利申请号为No.61/641,785，标题为“具有集成功率传感器的继电器”的优先权，其全部公开内容通过引用方式被合并于此。

技术领域

本公开涉及电子元件中的电流检测，更具体地，涉及具有集成功率传感器的继电器。

背景技术

常规的配电单元(PDU)是电源插座(也称为插座)的集合，其从源接收电功率并分配电功率到一个或多个单独的电器。每个这样的单元具有插入一个或多个插座的一根或多根电源线。PDU还具有可以是直接硬连接到电源的电源线，或可以使用一个传统的插头和插座的连接。PDU被用于许多应用和设置，例如，在电子设备机架上或里面。一个或多个PDU通常位于设备机架(或其它机柜)中，并且可以与其它连接到PDU的装置安装在一起，例如环境监控器，温度和湿度传感器，保险丝模块或通信模块，其可以是PDU壳体外部的，也可以是包含在PDU壳体内的。可安装在设备机架或机柜的PDU有时被称为机柜PDU，或简称“CDU”。

PDU的一个常见的用途是给计算设施中的电气设备提供工作电源，如数据中心或服务器机群。这样的计算设施可以包括电子设备机架、相关联的通信电缆和相关联的配电电缆，电子设备机架包括有时被称为机柜或机架和用于安装设备的相关联组件的矩形或箱形壳体。电子设备可以被安装在这样的机架上，使得各种电子装置在机架上被垂直排列在另一个的上方。一个或多个PDU可以被用来给电子设备提供功率。多个机架可以被并排定向，其每一个都包含众多的电子元件并且具有相当大量的相关联元件，相关联的元件在机架所占用的区域及其之外的位置布线。这样的机架通常支持用于企业计算网络的设备，称为企业网络。

如上文提到的，许多设备机架可以位于数据中心或服务器机群中，每个机架具有一个或多个相关联的PDU。一个或多个这样的数据中心可以用作企业的数据通信枢纽。此外，许多的PDU包括网络连接，其提供用于PDU的远程控制和/或监测。这样的PDU可以包括可由远程用户来致动的功率控制继电器以中断到一个或多个PDU的输出的功率。此外，这样的PDU可包括向远离PDU的用户或系统报告与PDU相关的信息的能力。例如，PDU可以被报告由PDU提供给功率管理系统的总功率，其可以监控这些信息并将这些信息提供给功率管理系统的一个或多个用户，如网络管理员。PDU可以监控与通过PDU提供的功率相关的几种不同参数中的一个或多个，如电流，电压，和/或一些其它功率相关参数。将容易地认识到，设备机架内的空间对被期望的任何给定量的计算资源的最大化是很有价值的。

发明内容

本文公开了用于使用集成到继电器的功率传感元件进行功率参数传感的方法，系统和装置。配电单元可提供切换输出，该切换输出可提供或中断通过多个继电器提供给输出的功率。多个继电器可包括被配置为传感与功率传递到相应的功率输出相关联的一个或多个功率参数的集成功率传感器。

根据一些实施例，提供的功率控制继电器装置包括具有电源输入，控制输入，功率输出，以及传感输出的壳体；和与电源输入，控制输入和功率输出连接的开关，其响应于控制输入中断从功率输入提供到功率输出的功率；以及与电源输入和功率输出中的一个或多个以及传感输出连接的功率传感器，并且其被配置为通过传感输出，输出代表流过功率输出的功率大小的信号。在一些实施例中，印刷电路板可以置于壳体中，并且其中所述开关和功率传感器被安装到印刷电路板。这样的印刷电路板可包括多个通孔、功率输入、控制输入、功率输出和被提供为接触贯通所述通孔的感测输出。功率传感器可包括电流传感变压器，霍尔效应传感器，基于MEMS的功率传感器，和/或基于功率传感器的电阻分压器。

根据另一组实施例，提供的配电装置包括具有功率输入的壳体；位于壳体内的多个功率输出，每个都电源可连接的与功率输入和至少一个电器通信；以及至少一个功率控制继电器，其与多个功率输出的一个或多个连接，其包括具有开关元件和功率传感器的继电器外壳。配电设备还可以包括与至少一个功率控制继电器连接的功率有关的信息报告系统，并配置为将从功率传感器得到的功率相关的信息报告至远程系统。在一些实施例中，显示系统与功率相关信息报告系统相连接，显示系统包括数字可视显示器，其位于与多个功率输出相邻的壳体的面上，并被配置为显示来自功率传感器的功率相关信息的至少一个子集。功率输入可以包括多相功率输入，以及多个功率输出的不同子集与来自多相功率输入的不同相位的功率相连接，并且显示系统可以被配置为同时显示来自于两个或更多个的不同相位的功率的功率相关信息的至少一个子集。

前述内容已相当广泛地概述了根据本公开的实施例的特征和技术优势，以使下面的详细描述可以更好地被理解。附加特征和优点将在下文描述。所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计其它结构的基础以实施本发明的相同目的。此类等效结构不脱离所附权利要求的精神和范围。当联系附图一同考虑时，被认为是在此公开的概念特征的特征，既作为其结构和操作方法，连同相关联的优点都将从下面的描述中被更好地理解。各图都只是为了说明和描述的目的，而不是对权利要求的限制。

附图说明

可参考以下附图来实现对本发明的本质和优点的进一步理解。在附图中，类似组件或特征可具有相同参考标记。

图1所示是根据各种实施例的配电单元的框图；

图2所示是根据各种实施例的配电单元的一个面的示意图；

图3所示是根据各种实施例的功率控制继电器和功率传感器的电路图；

图4所示是根据各种实施例的继电器框图；

图5所示是根据各种实施例的功率控制继电器和功率传感器的立体图；以及

图6所示是根据各种实施例的被包含在一个相关联壳体内的功率控制继电器和功率传感器的立体图。

具体实施例

本说明书提供了示例，并不旨在限制本发明实施例的范围、适用性或配置。相反，随后的描述将为本领域普通技术人员提供用于实现本发明实施例的实现说明。可以对元件的功能和布置进行各种改动。

因此，各种实施例可以省略、替代、或者添加各种适当的程序或部件。例如，相对于某些特定实施例描述的方面和元件可在各种其他实施例中结合。还应当认识到的是，以下系统、方法、设备和组件可以是一个更大的系统的单独或共同的部件，其中其他程序可以更为优先或以其他方式修改它们的应用。

下面的专利和专利申请通过引用被整体并入于此：2006年5月9日公布的美国专利号7,043,543，标题为“Vertical-Mount ElectricalPower Distribution Plugstrip”；在2008年12月26日提交的美国专利申请号12/344,419，标题为“Distribution，Management，andMonitoring Systems”；以及在2010年3月4日提交的美国专利申请号12/717,879，标题为“Monitoring Power-Related Parameters in aPower Distribution Unit”。

功率控制继电器或其它开关型元件被在其中进行描述的系统和装置可以包括集成电流传感器。这样的结构可以降低或消除对一个或多个单独的电流传感器组件的需求，从而以相比于具有离散的开关和传感组件的组件而言减少的空间要求来提供开关和传感性能。

现在参考图1，实施例的示例性系统的框图在此说明。PDU 100提供功率给一个或多个相关联的电器。PDU 100可以具有一个壳体，使该PDU将以垂直或水平取向被安装在设备机架上。此外，PDU，如PDU 100，可以接收和提供交流或直流电源，并且提供交流电源的实施例可以通过一个或多个功率输入接收单相或多相功率。该PDU 100在计算机网络中是可用的，并且可以通过计算机网络与网络接口105进行通信。本实施方式的PDU 100包括一个或多个处理器模块110，和存储器115，其包括软件120，其当由处理器模块110执行时，使得处理器模块110执行与该PDU 100功能相关的的各种操作。功率输入模块125接收输入功率并将功率分配到多个继电器模块130。各种实施例的继电器模块130包括传感器135，其可传感与通过继电器模块130提供的功率相关的一个或多个参数，如电流，电压，和/或一些其它功率相关参数。插座140被连接到各自的继电器模块130，并将输出功率提供给从PDU 100接收功率的电器。尽管各种实施例描述PDU都在设备机架中使用，各种实施例可在其它应用程序和系统实现也将被理解。例如，具有集成传感器的继电器模块可以使用在电动汽车充电站，或使用传统继电器以向功率输出提供功率或中断到功率输出的功率的应用中。

与网络和位于远程的设备(如位于远程的功率管理器应用)的通信是通过网络接口105进行的，该网络接口可以包括通信模块，如网络接口卡(NIC)。网络功率管理器可以位于用于工作站或用于数据中心的管理或企业管理的其他设备中，并通过网络通信连接发布网络命令至例如PDU100，和一个或多个其它的PDU。网络接口105可以包括应用固件和硬件，其允许PDU 100与各种远程系统或计算机进行通信。在一些实施例中，PDU 100包括多个电源插座140，其被设置在智能功率模块(IPM)内，在该情况下，IPM可以包括处理器，其为相关联的电源插座中执行一个或多个PDU的功能。继电器模块130控制功率从功率输入模块125到对应的电源插座140的应用，并通过继电器控制线145与处理器模块110进行通信。

处理器模块110，在网络功率管理器的指导下，可以控制中继模块130为一个或多个对应的电源插座140提供功率和功率循环的开-关。处理器模块110通过一个或多个传感线路150接收来自传感器135的传感信号。处理器模块110也可以被连接到其它感测组件，例如输入和/或输出电压传感器装置，输入电流检测装置，环境传感器(如温度和湿度的装置)等。处理器模块可以使用该信息来确定通过插座供给的功率，由PDU 100供给的总功率，一个或多个插座140的电流用量，功率输入的电压和/或一个或多个插座，和类似具有通过网络接口105提供至远程网络功率管理器的信息。PDU 100，在一些实施例中，还可以包括显示器，例如单位数或多位数的LED显示器，以在PDU本地提供电压，电流或其它功率度量的可视指示。在一些实施例中，输入功率可以是多相输入功率，并且输入功率模块125可以是多相模块，如三相三角或星形配置输入。在这样的多相实施例中，不同组的插座140可以与不同功率相位相连接，并且可以包括一个显示器，其通过显示器的不同部分或通过与一个特定的功率相位相关联的物理上独立显示来同时显示两相或更多相的功率度量。

图2是PDU 65的示意图，其包括智能功率模块200，以及提供通信功能的通信模块66，环境监控端口68，和与插头72相关联的输入电源线70。根据本实施例的PDU 65包括一壳体，其在设备机架中可被垂直地安装，尽管可以理解的是，其他形式的要素也可以使用，例如可水平安装的壳体。智能功率模块200的每一个都包括八个插座202-216，其提供功率给可能被安装到设备机架中的装置。此类设备支架是公知的，并通常包括在数据中心的操作中使用的若干单独的装置。众所周知地，数据中心可以包括许多设备支架，并且在各种实施例中，每个设备机架中的每个装置可通过一个或更多相关联的IPM200被监视功率用量。可视显示器23(所示的显示数字“57”)被布置在PDU 65中，虽然在其它实施例中，该显示器可能是在PDU65的外部，可以显示多个信息项，和/或可以包括多个单独的显示器。

在一个实施例中，电源插座模块200包括被包含在一个壳体内的八个插座(202-216)，NEMA5-20R的每一种类型。应当理解的是，在本实施例中，以及本文中描述的其它具有NEMA5-20R型插座的实施例，仅是示例性的，任何各种其它类型的插座都可以替代使用。例如，“插座”可以是其他的NEMA类型(例如，NEMA 5-15R，NEMA6-20R，NEMA6-30R或NEMA6-50R)或任意的各种IEC类型(例如是IEC C13或IEC C19)。也将被理解的是，在一个特定的电源插座模块200，或在此描述的其他模块插座的所有“插座”，不必是相同的或沿所述PDU均匀取向的。也将被理解的是，“插座”不限于三脚插座；可替换地，一个或多个“插座”可以被配置为与两个或多于三个脚的公连接器配合。也将被理解的是，“插座”不限于具有母插脚插座。在任何“插座”中，一个或多个的“插脚插座”可以是公的，代替母连接元件，如条件或需求指示的。一般来说，如本文所使用的，母的和公的“插脚插座”被称为“电连接元件”。此外，在本文中所描述的原理也可应用于可硬连接到插座模块的装置。而本实施例的插座模块200包括八个插座，但应理解，这仅是一个示例，并且插座模块可以包括不同数量的插座。

插座模块的壳体可以是任何对这样的装置合适的壳体，这是本领域技术人员共知的，并且与PDU中的其它模块组装。这样的壳体通常包括前部和后部，前部基本上是平面的，并且后部基本上是平面的并且平行于前部。所述壳体还包括纵向延伸的侧部和横向的端部。前部、后部、侧部和端部一般是彼此正交的大致矩形或盒形结构。壳体可以由任何合适的，典型的刚性材料构成，包括，例如，硬质聚合物(“塑料”)。在至少某些实施例中，前部和后部是由电绝缘材料构成的，而在其它实施例中采用导电材料，以安全接地。侧部和端部可以一体地成形，可选地连同前部或后部。此外，虽然在本实施例中所述插座模块包括壳体，其他实施例可以包括不含壳体的插座模块。例如，插座模块可以包括没有外部壳体的多个连接在一起的插座，其随后可被安装到另一台设备上。每个插座202-216通过任何公知的连接方案，如铲、耳、插头连接器、螺纹连接器或其它合适的类型的连接器，互相连接到电源32。此外，在电源插座模块包括壳体的实施例中，如果需要的话，这些电连接器中的一个或多个可以被置于壳体内部或壳体外部。

现在参考图3，具有集成电流传感器的继电器模块300的示意图在此说明。在本实施例中，线路功率305通过功率传感器310，如环形电流传感器，被提供至继电器开关315。线路功率305可以被切换至线路输出320以及被切换为远离线路输出320，从而对与继电器315连接的功率输出进行通电和断电。众所周知的，继电器开关通过继电器控制325被控制。图3示例中的环形电流传感器310提供了可以被用来确定通过线路输入305到开关元件315的流过电流的大小的传感输出330。虽然示出的是环形的电流传感器310，容易理解的是，任何多种不同类型的电流传感器可以在各种应用中被使用，如霍尔效应传感器或基于微电子机械系统的传感器。此外，其它类型的功率传感器也可以被使用，例如电压传感器。

在一些实施例中，开关315和传感组件310可被集成到一个继电器壳体。例如，图4示出继电器400，包括继电器壳体405，其包围功率传感器410和开关组件415。在本实施例中，传感器410和开关415元素可被安装到与壳体405连接的印刷电路板(PCB)420上。线路功率输入425、线路功率输出430、传感输出435和继电器控制440可以通过电连接到PCB 420上完成。在一些实施方案中，几个这样的壳体405可被结合到一个PDU中，并且可以被安装到，例如，与电源插座和一个或多个控制器相连接的印刷电路板上。

现在参考图5-6，一些实施例的传感继电器500在此进行说明。如图5所示，继电器500包括被安装到印刷电路板515上的电流传感变压器505和继电器510。线路连接520通过电流传感变压器505运行，并和继电器525的弹簧元件525相连接。弹簧元件525可以是一个可移动的弹簧，其被用于所述继电器中以用来控制穿过继电器510的电流的供给。线路连接520通过与印刷电路板515的连接而连接至线路功率。在一些实施例中，线连接520和弹簧元件525被焊接在一起，尽管通过传感元件至继电器的线路功率的供给的许多其它技术和配置可以被使用以及被本领域技术人员很容易地识别。引脚530可以被用来实现传感继电器500的组件和外部组件之间的电连接。在一些实施例中，印刷电路板515包括六个引脚530，其中两个提供传感继电器500的线路功率输入和输出，两个用于提供传感输出，还有两个用于提供继电器控制。图6示出壳体535，其可与传感继电器500连接。

根据一些实施例，对于面积32mm*27mm的印刷电路板，传感继电器500具有大约17安培的最大电流能力。在一些实施例中，当继电器510通电时，电流将流过线路连接器520和弹簧元件525，在电流传感变压器505产生磁场。在一个实施例中，电流传感变压器505具有2500∶1的灵敏度比，并且17A的电流将产生来自电流传感变压器505的6.8毫安的输出。继电器510可以包括这类装置典型的组件，如致动器、反向弹簧、磁轭、可动铁、芯、线圈、框架，以及与可动弹簧525相关联的固定弹簧。

本文描述的实施例提供了相对于单独的继电器和功率传感元件的几个好处。例如，实施例提供的功能可以用更少的组件来实现。更少的组件可能会带来正如常用在PDU中的线束或布线互连系统的简化。组装时间和成本可以被降低，并且可靠性可以增加。此外，实施例可以被用于生产相比使用分立元件占用更小的内存的产物。

应当注意的是，上面所讨论的系统和装置的目的仅仅是举例。必须强调的是，各种实施例可以进行适当的省略，替代或添加各种程序或组件。例如，应当理解的是，在替代实施例中，相对于所述的特定实施例的特征可以在各种其它实施例中进行结合。实施例不同的方面和元件可以以类似的方式进行组合。此外，应当强调的是，技术在不断发展，因此，许多元素是对发明本质的示例，并且不应被解释为限制本发明的范围。

说明中给出了具体细节以提供对实施例的全面理解。但是，本领域的普通技术人员应当理解可在没有这些具体细节的情况下实施这些实施例。例如，公知的电路，结构和技术已被显示，而不具有不必要的细节，以免模糊实施例。

已经描述了几个实施例，本领域技术人员将会认识到，各种修改、替代构造和等同物在不偏离发明的精神下可以被使用。例如，以上元件可以仅仅是更大系统的组件，其中其它规则可以优先于本发明或者修改本发明的应用。而且，可以在考虑以上要素之前、期间或者之后采取多个步骤。因此，以上说明不应该被视为限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种功率控制继电器装置，包括：

外壳，其具有功率输入、控制输入、功率输出和传感输出；

与所述功率输入、控制输入、功率输出相连接的开关，其响应于所述控制输入的功率，中断从所述功率输入到所述功率输出所提供的功率；以及

与一个或多个所述功率输入、功率输出和所述传感输出连接的功率传感器，并且被配置为通过所述传感输出来输出代表流过所述功率输出的功率大小的信号。

2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

位于所述外壳中的印刷电路板，并且其中所述开关元件和功率传感器被安装在所述印刷电路板上。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述印刷电路板包括多个通孔，所述功率输入、控制输入、功率输出和传感输出被提供给穿过所述通孔的触点。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率传感器包括电流传感变压器。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率传感器包括霍尔效应传感器。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率传感器包括基于微电子机械系统的功率传感器。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率传感器包括基于电阻分压器的功率传感器。

8.一种配电装置，包括：

外壳，其具有功率输入；

位于所述外壳中的多个功率输出，每一个功率输出电源可连接的与所述功率输入以及至少一个电器通信；以及

至少一个功率控制继电器，其与所述多个功率输出的一个或多个连接，所述功率控制继电器包括继电器外壳，其包括开关元件和功率传感器。

9.根据权利要求8所述的装置，进一步包括：

功率相关信息报告系统，其与所述至少一个功率控制继电器相连接并配置为向远程系统报告来自所述功率传感器的与功率相关的信息。

10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括：

与所述功率相关信息报告系统相连接的显示系统，其包括位于所述外壳的面上相邻于所述多个功率输出的数字可视显示器，并且其被配置为显示来自所述功率传感器的所述功率相关信息的至少一个子集。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述功率输入包括多相功率输入，所述多个功率输出的不同子集被与来自所述多相功率输入的不同相位的功率相连接，以及

其中所述显示系统被配置为同时显示来自两个或多个的所述不同相位的功率的所述功率相关信息的至少一个子集。

12.根据权利要求8所述的装置，其中所述功率传感器包括电流传感变压器。

13.根据权利要求8所述的装置，其中所述功率传感器包括霍尔效应传感器。

14.根据权利要求8所述的装置，其中所述功率传感器包括基于微电子机械系统的功率传感器。

15.根据权利要求8所述的装置，其中所述功率传感器包括基于电阻分压器的功率传感器。

16.根据权利要求8所述的装置，其中所述继电器外壳进一步包括：

位于所述继电器外壳中的印刷电路板，并且其中所述开关元件和功率传感器被安装在所述印刷电路板上。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述印刷电路板包括多个通孔，所述功率输入、控制输入、功率输出、和传感输出被提供给穿过所述通孔的触点。

18.一种配电装置，包括：

外壳，其具有功率输入；

位于所述外壳中的多个功率输出，每一个功率输出电源可连接的与所述功率输入以及至少一个电器通信；以及

多个功率控制继电器，每个所述功率控制继电器分别与所述多个功率输出中的一个相连接，每个所述功率控制继电器包括继电器外壳，其包括一个开关元件和一个功率传感器。

19.根据权利要求18所述的装置，进一步包括：

功率相关信息报告系统，其与所述至少一个功率控制继电器相连接并配置为向远程系统报告来自所述功率传感器的与功率相关的信息。

20.根据权利要求18所述的装置，其中每个所述继电器外壳都包括：

位于所述继电器外壳中的印刷电路板，并且其中所述开关元件和功率传感器被安装在所述印刷电路板上。