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TWI743661B - 電源系統及其操作方法 - Google Patents

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TWI743661B
TWI743661B TW109102055A TW109102055A TWI743661B TW I743661 B TWI743661 B TW I743661B TW 109102055 A TW109102055 A TW 109102055A TW 109102055 A TW109102055 A TW 109102055A TW I743661 B TWI743661 B TW I743661B
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彭德智
羅銘翔
陳嵩岳
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台達電子工業股份有限公司
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Abstract

本發明提出一種電源系統，其包含一組電源裝置與定址線路。該組電源裝置電性連接主電源、備用電源與伺服器節點。定址線路電性連接該組電源裝置，使該組電源裝置分別對應複數個不同的定址訊號。在主電源關閉以後，當備用電源開啟時，該組電源裝置基於複數個不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給伺服器節點。

Description

電源系統及其操作方法
本發明是有關於一種系統及方法，且特別是有關於一種電源系統及其操作方法。
目前備援系統已被廣泛應用於各式資料中心及伺服電源輸入級，其目的是用來提高供電的可靠度及使用彈性，近年來在系統空間及設備容量使用率的要求下，備援電路漸漸的從系統的個別單元，逐漸整合進入電源單元，再以集中式電源模組管理方式將電力分配給伺服器模組使用，但現行備援系統在主/備電源切換系統，其切換過程會產生湧浪電流易造成上游端的斷路器跳脫，導致伺服器機櫃中的電源供應模組跳電及伺服器斷電。
由此可見，上述現有的備援系統，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能有效降低並分散湧浪電流，實屬當前重要研發課題之一，亦成爲當前相關領域亟需改進的目標。
本發明提出一種電源系統及其操作方法，以解決先前技術的問題。
在本發明的一實施例中，本發明所提出的電源系統，其包含一組電源裝置與定址線路。該組電源裝置電性連接主電源、備用電源與伺服器節點。定址線路電性連接該組電源裝置，使該組電源裝置分別對應複數個不同的定址訊號。在主電源關閉以後，當備用電源開啟時，該組電源裝置基於複數個不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給伺服器節點。
在本發明的一實施例中，電源系統更包含複數個子系統。複數個子系統電性連接主電源與備用電源，每一子系統均包含該組電源裝置、定址線路與伺服器節點，在主電源關閉以後，當備用電源開啟時，複數個子系統中的複數個該組電源裝置中對應複數個不同的定址訊號中任一定址訊號的多個電源裝置係於相應的時間區間內進行切換。
在本發明的一實施例中，上述多個電源裝置基於任一定址訊號中擾動時間的參數以分別在時間區間內的不同時間點進行切換。
在本發明的一實施例中，複數個子系統為複數個子系統機櫃，每一電源裝置為可抽換式電源裝置。
在本發明的一實施例中，該組電源裝置設置於伺服器機架中，每一電源裝置為可抽換式電源裝置。
在本發明的一實施例中，每一電源裝置為交直流轉換器。
在本發明的一實施例中，交直流轉換器具有自動切換開關，自動切換開關為交直流轉換器進行相應的切換。
在本發明的一實施例中，本發明所提出的電源系統的操作方法，電源系統包含一組電源裝置與定址線路，操作方法包含以下步驟：透過定址線路，使該組電源裝置分別對應複數個不同的定址訊號，其中該組電源裝置電性連接主電源、備用電源與伺服器節點；在主電源關閉以後，當備用電源開啟時，透過該組電源裝置基於複數個不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給伺服器節點。
在本發明的一實施例中，電源系統更包含複數個子系統，每一子系統均包含該組電源裝置、定址線路與伺服器節點，操作方法更包含以下步驟：在主電源關閉以後，當備用電源開啟時，將複數個子系統中的複數個該組電源裝置中對應複數個不同的定址訊號中任一定址訊號的多個電源裝置於相應的時間區間內進行切換。
在本發明的一實施例中，基於上述任一定址訊號中擾動時間的參數，將上述多個電源裝置分別在時間區間內的不同時間點進行切換。
綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由本發明的電源系統及其操作方法，有效降低並分散湧浪電流。
以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。
為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
於實施方式與申請專利範圍中，涉及『電性連接』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接電氣耦合至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接電氣連結至另一元件。
於實施方式與申請專利範圍中，涉及『連線』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接與另一元件進行有線與/或無線通訊，或是一元件無須透過其他元件而實體連接至另一元件。
於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。
本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』係用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。於實施方式中若無特別說明，則代表以『約』、『大約』或『大致』所修飾之數值的誤差範圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是於百分之十以內，而更佳地則是於百分之五以內。
第1圖是依照本發明一實施例之一種電源系統100的方塊圖。如第1圖所示，電源系統100包含一組電源裝置#1〜#N+1與定址線路110。在架構上，該組電源裝置#1〜#N+1電性連接主電源120、備用電源130與伺服器節點140。定址線路110電性連接該組電源裝置#1〜#N+1，使該組電源裝置#1〜#N+1分別對應複數個不同的定址訊號。在主電源120關閉以後，當備用電源130開啟時，該組電源裝置#1〜#N+1基於複數個不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給伺服器節點140。
實作上，電源裝置#1〜#N+1中每一者均具有自動切換開關150，自動切換開關150為電源裝置#1〜#N+1進行上述相應的切換。舉例而言，電源裝置#1〜#N+1中每一者均可為交直流轉換器。主電源120可為市電，備用電源130可為不斷電系統、發電機與/或類似裝置。第1圖中的伺服器節點140可為伺服器中的電腦主機。
在第1圖中，該組電源裝置電源裝置#1〜#N+1設置於伺服器機架170中，該組電源裝置#1〜#N+1中每一者均為可抽換式電源裝置，藉以方便維修與/或增減該組電源裝置#1〜#N+1中電源裝置的數量。
在本發明的一實施例中，定址線路110可為軟體通訊匯流排與/或硬體匯流排，定址訊號藉由軟體通訊匯流排或硬體匯流排組成其安置於伺服器機架170內。舉例而言，硬體匯流排可由指撥開關或可變電阻/電壓形式組成並透過直接電氣連結或間接電氣耦合，讓電源裝置#1〜#N+1中每一者（如：可抽換式電源裝置）進入伺服器機架170後透過硬體匯流排獲得相對應的定址訊號。或者，軟體通訊匯流排可透過通訊方式使得電源裝置#1〜#N+1（如：可抽換式電源裝置）進入伺服器機架170後指定位址。
為了對上述電源系統100的切換機制做更進一步的闡述，請同時參照第1～2圖，第2圖是第1圖的電源系統100於運作時的時序圖。在主電源關閉120以後，當備用電源130開啟時，由於該組電源裝置#1〜#N+1基於複數個不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，該組電源裝置#1〜#N+1所分別對應的產生湧浪電流I#1 〜I#N+1 是分散的，藉以避免湧浪電流在同一時間點疊加而導致跳電。
綜合以上，第1圖的電源系統100是一種具低的湧浪電流之備援切換電路架構，在此新架構透過定址訊號，於單一系統能有效分散湧浪電流。
第3圖是依照本發明另一實施例之一種電源系統300的方塊圖。相較於第1圖的電源系統100採用單一系統，第3圖的電源系統300拓展成多個子系統架構。如第3圖所示，電源系統300包含複數個子系統SS#1〜SS#M。在架構上，子系統SS#1〜SS#M電性連接主電源120與備用電源130，複數個子系統SS#1〜SS#M中每一者均包含一組電源裝置#1〜#N+1、定址線路110與伺服器節點140。第3圖中的多個伺服器節點140可分別為伺服器中部分的電腦主機。
在第3圖中，複數個子系統SS#1〜SS#M可為複數個子系統機櫃。在每一子系統機櫃中，該組電源裝置#1〜#N+1中每一者均為可抽換式電源裝置，藉以方便維修與/或增減該組電源裝置#1〜#N+1中電源裝置的數量。
在複數個子系統SS#1〜SS#M中的每一者中，定址線路110電性連接該組電源裝置#1〜#N+1，使該組電源裝置#1〜#N+1分別對應複數個不同的定址訊號。舉例而言，電源裝置#1取得第一定址訊號而具有第一定址位置，電源裝置#N取得第N定址訊號而具有第N定址位置，電源裝置#N+1取得第N+1定址訊號而具有第N+1定址位置；因此，在複數個子系統SS#1〜SS#M中每一個電源裝置#1均對應第一定址訊號，在複數個子系統SS#1〜SS#M中每一個電源裝置#N均對應第N定址訊號，在複數個子系統SS#1〜SS#M中每一個電源裝置#N+1均對應第N+1定址訊號。
於使用時，在主電源120關閉以後，當備用電源130開啟時，複數個子系統SS#1〜SS#M中的複數個該組電源裝置#1〜#N+1中對應複數個不同的定址訊號中任一定址訊號的多個電源裝置係於相應的時間區間內進行切換。舉例而言，對應第一定址訊號的多個電源裝置#1在第一時間區間內進行切換，對應第N定址訊號的多個電源裝置#N在第N時間區間內進行切換，對應第N+1定址訊號的多個電源裝置#N+1在第N+1時間區間內進行切換，其中第一時間區間、…、第N時間區間至第N+1時間區間相接續但不重疊。
為了對上述電源系統300的切換機制做更進一步的闡述，請同時參照第3～4圖，第4圖是第3圖的電源系統300於運作時的時序圖。在主電源關閉120以後，當備用電源130開啟時，上述多個電源裝置基於對應的定址訊號中加入擾動時間的參數以使同一個定址訊號的多個電源裝置分別在相應的時間區間內的不同時間點進行切換。實務上，擾動時間的參數可為隨機亂數。
舉例而言，藉由第一定址訊號的擾動時間的參數，在複數個子系統SS#1、SS#2〜SS#M中對應第一定址訊號的多個電源裝置#1在第一時間區間的不同時間點內進行切換，使得多個電源裝置#1所分別產生的湧浪電流I#1 在第一時間區間內是分散的，藉以避免湧浪電流I#1 在同一時間點疊加而導致跳電。
同理，藉由第N+1定址訊號的擾動時間的參數，在複數個子系統SS#1、SS#2〜SS#M中對應第N+1定址訊號的多個電源裝置#N+1在第N+1時間區間的不同時間點內進行切換，使得多個電源裝置#N+1所分別產生湧浪電流I#N+1 在第N時間區間內是分散的，藉以避免湧浪電流I#N+1 在同一時間點疊加而導致跳電。
綜合以上，第3圖的電源系統300的分散式的切換控制策略於每個定址訊號加入抖動時間（jitter time），以改善先前技術中備援電路切換瞬間產生的湧浪電流疊加，並有效降低上游端的斷路器跳脫，除此之外於每個定址訊號加入抖動時間，對於各式大型資料中心具 M 個子系統在進行備援切換時，能有效避免相同定址位置的電源裝置於同一時間切換引起的湧浪電流疊加，提高伺服電源輸入級電路其可靠度及穩定性。
為了對上述電源系統100、300的操作方法做更進一步的闡述，請同時參照第1～5圖，第5圖是依照本發明一實施例之一種電源系統100、300的操作方法500的流程圖。如第5圖所示，操作方法500包含步驟S501、S502（應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行）。
在第1、3圖中，電源系統100、300包含一組電源裝置#1〜#N+1與定址線路110。於步驟S501，透過定址線路110，使該組電源裝置#1〜#N+1分別對應複數個不同的定址訊號，其中該組電源裝置#1〜#N+1電性連接主電源120、備用電源130與伺服器節點140。
於步驟S502，在主電源120關閉以後，當備用電源130開啟時，透過該組電源裝置#1〜#N+1基於複數個不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給伺服器節點140。
在第3圖中，電源系統300更包含複數個子系統SS#1〜SS#M，複數個子系統SS#1〜SS#M中每一者均包含該組電源裝置#1〜#N+1、定址線路110與伺服器節點140。於操作方法500中，在主電源120關閉以後，當備用電源130開啟時，將複數個子系統SS#1〜SS#M中的複數個該組電源裝置#1〜#N+1中對應複數個不同的定址訊號中任一定址訊號的多個電源裝置於相應的時間區間內進行切換，藉此將湧浪電流分散於各個時間區間。
在操作方法500中，基於上述任一定址訊號中加入擾動時間的參數，使上述多個位在不同子系統但具相同地址位置的電源裝置分別在同一時間區間內的不同時間點進行切換，藉以避免同一時間區間中的湧浪電流在同一時間點疊加而導致跳電。
綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由本發明的電源系統100、300及其操作方法500，有效降低並分散湧浪電流。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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準。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下： 100、300:電源系統 110:定址線路 120:主電源 130:備用電源 140:伺服器節點 150:自動切換開關 170:伺服器機架 500:操作方法 #1〜#N+1:電源裝置 I#1 〜I#N+1 :湧浪電流 S501、S502:步驟 SS#1〜SS#M:子系統
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖是依照本發明一實施例之一種電源系統的方塊圖； 第2圖是第1圖的電源系統於運作時的時序圖； 第3圖是依照本發明另一實施例之一種電源系統的方塊圖； 第4圖是第3圖的電源系統於運作時的時序圖；以及 第5圖是依照本發明一實施例之一種電源系統的操作方法流程圖。
100:電源系統
110:定址線路
120:主電源
130:備用電源
140:伺服器節點
150:自動切換開關
170:伺服器機架
#1~#N+1:電源裝置

Claims (10)

  1. 一種電源系統，包含：一組電源裝置，電性連接一主電源、一備用電源與一伺服器節點；以及一定址線路，電性連接該組電源裝置，使該組電源裝置透過該定址線路分別對應複數個不同的定址訊號，在該主電源關閉以後，當該備用電源開啟時，該組電源裝置基於該些不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給該伺服器節點。
  2. 如請求項1所述之電源系統，更包含：複數個子系統，電性連接該主電源與該備用電源，每一該子系統均包含該組電源裝置、該定址線路與該伺服器節點，在該主電源關閉以後，當該備用電源開啟時，該些子系統中的複數個該組電源裝置中對應該些不同的定址訊號中任一定址訊號的多個電源裝置係於相應的一時間區間內進行切換。
  3. 如請求項2所述之電源系統，其中所述多個電源裝置基於該任一定址訊號中擾動時間的參數以分別在該時間區間內的不同時間點進行切換。
  4. 如請求項2所述之電源系統，其中該些子系統為複數個子系統機櫃，每一該電源裝置為一可抽換式 電源裝置。
  5. 如請求項1所述之電源系統，其中該組電源裝置設置於一伺服器機架中，每一該電源裝置為一可抽換式電源裝置。
  6. 如請求項1所述之電源系統，其中每一該電源裝置為一交直流轉換器。
  7. 如請求項6所述之電源系統，其中該交直流轉換器具有一自動切換開關，該自動切換開關為該交直流轉換器進行相應的切換。
  8. 一種電源系統的操作方法，該電源系統包含一組電源裝置與一定址線路，該操作方法包含：利用電性連接該組電源裝置的該定址線路，使該組電源裝置透過該定址線路分別對應複數個不同的定址訊號，其中該組電源裝置電性連接一主電源、一備用電源與一伺服器節點；以及在該主電源關閉以後，當該備用電源開啟時，透過該組電源裝置基於該些不同的定址訊號分別於不同時間進行切換，從而供電給該伺服器節點。
  9. 如請求項8所述之操作方法，其中該電源系統更包含複數個子系統，每一該子系統均包含該組電源 裝置、該定址線路與該伺服器節點，該操作方法更包含：在該主電源關閉以後，當該備用電源開啟時，將該些子系統中的複數個該組電源裝置中對應該些不同的定址訊號中任一定址訊號的多個電源裝置於相應的一時間區間內進行切換。
  10. 如請求項9所述之操作方法，更包含：基於該任一定址訊號中擾動時間的參數，將所述多個電源裝置分別在該時間區間內的不同時間點進行切換。
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