一種電源模塊和電源系統的製作方法
2023-05-11 13:09:46 2
專利名稱：一種電源模塊和電源系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源管理技術，特別是指一種電源模塊和電源系統。
背景技術：
現有的電子設備中多備有冗餘電源模塊，當電子設備的負載功耗很大時，各電源模塊共同分擔負載功耗。但是隨著在電子設備上應用省電技術所帶來的效果，當負載功耗對電力的需求變小時，需要考慮如何將冗餘電源模塊的自身功耗降下來。從電源本身的電特性來看，一個電源承擔的負載只有在大於自身額定功率20%以上時，其自身的效率才會達到額定效率，當承擔的負載低於20%時，其自身的效率會快速下降，通常可能會維持在50%左右。當一個電子設備中有多個電源模塊時，而負載功耗對電力的需求較小時，每個電源模塊分擔的輸出功率很小導致效率會降低，電源的總體效率會很低。現有技術中，所有冗餘電源模塊並聯，通過一個背板進行均流及輸出連接，開機信號僅由一個系統開機信號輸入到分配板後，所有冗餘電源模塊同時並行開關機。發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在如下問題在以冗餘電源提供電力的過程中，所有冗餘電源模塊必須同時啟動或關閉，無法實現部分模塊開啟的同時關閉另外一部分模塊，但是由於電子設備的負載功耗小，就會出現每個冗餘電源模塊分攤的功率很小，導致供電效率很低；而如果採用人工幹預，但人工幹預的前提是操作人員必須清楚知整個電子設備的負載功耗需求以及每個冗餘電源模塊的輸出功率，但這對於操作人員非常困難。
發明內容
本發明的目的是提供一種電源模塊和電源系統，用於解決現有技術中，在以冗餘電源提供電力的過程中，所有冗餘電源模塊只能同時啟動或關閉，導致供電效率很低；以及人工操作管理電源過於困難的缺陷。為解決上述技術問題，本發明的實施例提供一種電源模塊，所述電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第二電源模塊，所述第一電源模塊與所述第二電源模塊級聯，所述第一電源模塊處於供電狀態，所述第二電源模塊處於關閉狀態，所述第一電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，與負載檢測單元連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示需要開啟所述第二電源模塊時，發送開機信號PSON給所述第二電源模塊；其中，所述第二電源模塊響應所述開機信號實現開啟。優選的，上述電源模塊還包括
所述負載檢測單元為電流檢測單元，用於檢測電源模塊自身的輸出電流並生成電流檢測值作為所述負載檢測值。優選的，上述電源模塊還包括所述判斷單元，用於在所述電流檢測值大於第一電流閾值時判定自身負載超出額定值，需要開啟所述第二電源模塊。優選的，上述電源模塊還包括電壓檢測單元，用於檢測自身的輸出電壓並轉化為電壓檢測值輸出；當所述電壓檢測值大於工作電壓閾值時判定自身處於供電狀態。優選的，上述電源模塊還包括電流均衡單元，用於根據預先設定的功率平衡規則，對第一電源模塊和第二電源模塊的輸出電流進行調整，使每一個電源模塊的所述輸出電流實現均衡。優選的，上述電源模塊還包括應急模塊，用於當第一電源模塊自身損壞時，向所述第二電源模塊發送應急指令， 該應急指令指示第二電源模塊切換到供電狀態，並使第二電源模塊替代第一電源模塊的位置及功能。本發明的實施例還提供一種電源模塊，所述電源模塊作為第四電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第三電源模塊，所述第三電源模塊與所述第四電源模塊級聯，所述第三電源模塊和所述第四電源均處於供電狀態，所述第四電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算機系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否關閉所述第四電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示關閉所述第四電源模塊時，向所述第三電源模塊發出一請求信息，所述請求信息指示所述第三電源模塊向所述第四電源模塊發送關機信號，所述第四電源模塊根據所述關機信號實現關閉。優選的，上述電源模塊還包括所述負載檢測單元為電流檢測單元，用於檢測自身的輸出電流並生成電流檢測值作為所述負載檢測值；所述判斷單元，用於在所述電流檢測值小於第二電流閾值時，判定需要關閉電源模塊自身；電壓檢測單元，用於檢測自身的輸出電壓並轉化為電壓檢測值輸出；當所述電壓檢測值大於工作電壓閾值時判定自身處於供電狀態。本發明的實施例還提供一種電源系統，包括至少兩個電源模塊和電源分配板，所述電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第二電源模塊，所述第一電源模塊與所述第二電源模塊級聯方式開關機；其中，所述第一電源模塊處於供電狀態，所述第二電源模塊處於關閉狀態，所述第一電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，與負載檢測單元連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟所述第二電源模塊；
開關機單元，用於當所述判斷信息表示需要開啟所述第二電源模塊時，發送開機信號PSON給所述第二電源模塊；其中，所述第二電源模塊響應所述開機信號實現開啟；或者，所述第一電源模塊和所述第二電源均處於供電狀態，所述第二電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算機系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否關閉所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示關閉所述第二電源模塊時，向所述第一電源模塊發出一請求信息，所述請求信息指示所述第一電源模塊向所述第二電源模塊發送關機信號，所述第二電源模塊根據該關機信號實現關閉。優選的，上述電源系統還包括信號支持模塊，用於通過分立電路傳輸或者通過軟體協議支持實現如下信號作為第一電源模塊，向第二電源模塊發出的開機信號/關機信號；作為第二電源模塊，接收到的來自第一電源模塊的開機信號/關機信號；作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的電壓檢測值；作為第二電源模塊，向第一電源模塊發出的自身的關機請求；作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的關機請求。應用所提供的技術方案，電源模塊自身能自動判斷是否需要開啟新的電源模塊， 當電子設備的負載功耗需求增加時，不需要人工幹預，自動增加一個或多個電源模塊並調節電源模塊的供電功率；當電子設備的負載功耗需求減小時，可以自動關閉一個或多個電源模塊，使整個冗餘電源模塊的效率最大。這一過程中涉及到的對於電流的檢測，電流的平衡等操作均在電源模塊內部實現；簡化了原有的電源分配板，甚至不須配置分配板而用導線連接各個電源模塊，節省了成本。
圖1為本發明實施例電源模塊結構示意圖一；圖2為本發明實施例電源模塊結構示意圖二 ；圖3為本發明實施例一種電源系統結構示意圖；圖4為本發明實施例電子設備中管理多電源模塊的方法流程示意圖；圖5為本發明實施例開啟電源模塊的過程示意圖；圖6為本發明實施例關閉電源模塊的過程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術特徵和實施效果更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發明的技術方案進行詳細描述。本發明提供的實施例中，在電子設備負載功耗增大時，可以按照排列順序自動地增加處於工作狀態-供電狀態的電源模塊的數量；而當電子設備負載功耗減小時，再次按順序關閉一個或幾個電源模塊，使冗餘電源模塊達到最大的效率，以利節省電能。本發明實施例所提供的電源模塊不同於現有技術的電源模塊，在各個電源模塊通過級聯方式開關機並為外界提供功率的過程中，各個電源模塊可以向後一級的電源模塊發送開機信號，也可以向前一級發送關機請求。其中，如果電源模塊位於級聯關係中的第一個位置，則直接接收來自其他元器件-例如電源分配板200的開機信號，並根據該開機信號開機後供電，如果一個電源模塊位於級聯關係中的所有電源模塊中的末尾位置，則只需要向上一級電源模塊發送關機請求。為簡化技術人員實現本發明技術思想的複雜度，在各個實施例中，提供了具有不同功能的電源模塊，包括電源模塊只具有開啟後一級電源模塊的功能，在判斷需要加大對外提供的功率時，向後一級電源模塊發送開機信號。以及，電源模塊只具有關閉自身的功能，在判斷需要減小對外提供的功率時，向前一級電源模塊發送關機信號。以及，各個電源模塊可以向後一級的電源模塊發送開機信號，也可以向前一級發送關機請求；並且可以在發送所述關機請求之前，判斷自身是否是所有處於供電狀態的電源模塊中處於末尾位置的電源模塊。當然，為了便於實施，每個電源模塊都可以向後一級的電源模塊發送開機信號，也可以向前一級發送關機請求。當電源模塊位於電源模塊組的第一位置也可以向前一級電源模塊發出關機請求，只是因為再也沒有前一級電源模塊可接收此信號因此該關機請求不上而已；同樣，當電源模塊位於電源模塊組的最後位置也可以向後一級電源模塊發出開機信號，只是因為再也沒有後一級電源模塊可接收此信號因此該開機信號不上而已。一種電源模塊，如圖1所示，所述電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中， 所述計算系統還包括第二電源模塊，所述第一電源模塊與所述第二電源模塊級聯方式開關機，所述第一電源模塊處於供電狀態，所述第二電源模塊處於關閉狀態，所述第一電源模塊包括負載檢測單元200，用於獲取所述計算系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元208，與負載檢測單元200連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟所述第二電源模塊；開關機單元201，用於當所述判斷信息表示需要開啟所述第二電源模塊時，發送開機信號PSON給所述第二電源模塊；其中，所述第二電源模塊響應所述開機信號實現開啟。應用所提供的技術方案，能自動判斷是否需要開啟新的模塊，當電子設備的負載功耗需求大時，自動增加一個或多個模塊，自動調節電源模塊的供電功率，整個過程完全自動進行，不需要人工幹預，所有檢測、判斷、供電效率控制電路都在電源模塊內實現，使得電源分配板得到很大簡化，甚至可以用導線連接各個電源模塊，不須配置分配板，節省了成本。其中，第一電源模塊與第二電源模塊級聯是指，兩個電源模塊可以根據輸出功率的大小，由第一個電源模塊向第二個電源發開機信號或關機信號；或者當有多個電源模塊時，由上一級電源模塊向下一級電源模塊發開機信號或關機信號，這樣一級一級開機，或一級一級關機。在開關機方式上，相對於傳統電源系統由一個開關機信號同時開啟所有電源模塊或關閉所有電源模塊而言，即為級聯方式。但是在級聯開機之後，兩個(或多個)電源模塊在輸出功率上是並聯輸出供電。換言之，級聯開關機，並聯輸出供電。需要說明的是，所提供的技術方案中，為了方便描述，將不同個體的電源模塊分別稱為第一電源模塊、第二電源模塊、第三電源模塊以及第四電源模塊等，但是這並不表示該第一電源模塊必須是級聯關係中處於第一物理位置並接收來自電源分配板的開機信號的那一個特定的電源模塊，而是為了區別於其他電源模塊在級聯關係中的相對位置而作此稱謂。對於前一級電源模塊和後一級電源模塊的描述與之類似，例如，因為第一電源模塊並不表示該第一電源模塊必須是級聯關係中處於第一物理位置並接收來自電源分配板的開機信號的那一個特定的電源模塊，因此該第一電源模塊仍然可以存在前一級電源模塊。電源模塊中，如圖2所示所述負載檢測單元200為電流檢測單元202，用於檢測自身的輸出電流並生成電流檢測值作為所述負載檢測值。所述判斷單元208支持處理所述電流檢測值，用於在所述電流檢測值大於第一電流閾值時判定自身負載超出額定值，需要開啟所述第二電源模塊。電壓檢測單元205，用於檢測自身的輸出電壓並轉化為電壓檢測值輸出；當所述電壓檢測值大於工作電壓閾值時判定自身處於供電狀態。電源模塊中，如圖3所示，還包括電流均衡單元203，用於根據預先設定的功率平衡規則，對第一電源模塊和第二電源模塊的輸出電流進行調整，使每一個電源模塊的所述輸出電流均小於等於所述第一電流閾值；其中，所述第一電源模塊和第二電源模塊之間通過級聯方式開啟後，通過並聯方式對外供電。應急模塊，用於當第一電源模塊自身損壞時，向所述第二電源模塊發送應急指令， 該應急指令指示第二電源模塊切換到供電狀態，並使第二電源模塊替代第一電源模塊的位置及功能。信號支持模塊，用於通過分立電路傳輸或者通過協議支持實現如下信號作為第一電源模塊，向第二電源模塊發出的開機信號/關機信號；作為第二電源模塊，接收到的來自第一電源模塊的開機信號/關機信號；作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的電壓檢測值；作為第二電源模塊，向第一電源模塊發出的自身的關機請求；作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的關機請求。對應的，本發明實施例還提供一種電源模塊，所述電源模塊作為第四電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第三電源模塊，所述第三電源模塊與所述第四電源模塊採用級聯方式開關機，所述第三電源模塊和所述第四電源均處於供電狀態，所述第四電源模塊包括負載檢測單元200，用於獲取所述計算機系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元208，與負載檢測單元200連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否關閉所述第四電源模塊；開關機單元201，用於當所述判斷信息表示關閉所述第四電源模塊時，向所述第三電源模塊發出一請求信息，所述請求信息指示所述第三電源模塊向所述第四電源模塊發送關機信號，所述第四電源模塊根據該關機信號實現關閉。
其中，所述的電源模塊中所述負載檢測單元200為電流檢測單元202，用於檢測自身的輸出電流並生成電流檢測值作為所述負載檢測值；所述判斷單元208支持處理所述電流檢測值，用於在所述電流檢測值大於第一電流閾值時判定自身負載超出額定值，需要開啟所述第四電源模塊；電壓檢測單元205，用於檢測自身的輸出電壓並轉化為電壓檢測值輸出；當所述電壓檢測值大於工作電壓閾值時判定自身處於供電狀態。其中，所提供的技術方案中，為了方便描述，將不同個體的電源模塊分別稱為第三電源模塊以及第四電源模塊。在各個電源模塊互相配合工作的過程中，開關變換單元206，與開關機單元201、 電壓檢測單元205和電流檢測單元202連接，用於對高頻開關信號的脈衝寬度進行控制，以調節輸出電壓的高低。其工作原理在於通過電壓及電流檢測的閉環反饋迴路對高頻開關信號(PWM，Pulse Width Modulation)的脈衝寬度(Pulse Width)進行控制，從而調節輸出電壓的高低，當脈衝寬度加寬時，輸出電壓會升高，當脈衝寬度變窄時，輸出電壓會降低。電壓檢測單元205，還用於與開關變換單元206形成閉環反饋迴路，以根據電壓檢測值控制開關變換單元206的脈寬調製。過流保護單元204，用於設定一閾值Ip，如果電流檢測單元202送入的電流檢測值大於閾值Ip時，執行過流保護以關閉電源模塊。過流保護單元204有一時間延遲，在此延遲時間內，開關機單元201能有足夠的時間判斷是否需要開啟後一級電源模塊，在延遲時間內一旦開啟了後一級電源模塊，經過電流均衡後，新加入的電源模塊分擔一部分負載電流， 產生過流保護延遲的電源模塊電流會下降，過流保護動作失效。可以看出，多個電源模塊之間是可以互相組合的，在級聯之後，每一個電源模塊作為供電裝置的一部分，應用上述技術方案互相配合工作，通過級聯方式開關機，並通過並聯輸出方式對外供電。當處於級聯關係中的各個電源中，不僅有本發明實施例提供的電源模塊，而且存在普通電源模塊時，級聯關係中的普通電源模塊可以作為備用，或者，普通電源模塊為電子設備提供固定的功率輸出，本發明實施例提供的各個電源模塊依據前述實施例提供的技術方案進行供電。應用所提供的電源模塊，本發明提供了一種電源系統，如圖3所示，包括至少兩個電源模塊和電源分配板200，所述電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第二電源模塊，所述第一電源模塊與所述第二電源模塊採用級聯方式開關機；其中，各個電源模塊之間支持通過如下方式配合供電所述第一電源模塊處於供電狀態，所述第二電源模塊處於關閉狀態，所述第一電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元(圖中未示出)，與負載檢測單元連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示需要開啟所述第二電源模塊時，發送開機信號PSON給所述第二電源模塊；其中，所述第二電源模塊響應所述開機信號實現開啟；
或者，所述第一電源模塊和所述第二電源均處於供電狀態，所述第二電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算機系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元(圖中未示出)，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否關閉所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示關閉所述第二電源模塊時，向所述第一電源模塊發出一請求信息，所述請求信息指示所述第一電源模塊向所述第二電源模塊發送關機信號，所述第二電源模塊根據該關機信號實現關閉。需要說明的是，所提供的技術方案中，為了方便描述，將不同個體的電源模塊分別稱為第一電源模塊、第二電源模塊，但是這並不表示該第一電源模塊就是級聯關係中處於第一物理位置並接收來自電源分配板的開機信號的那一個電源模塊，而僅僅是為了區別於其他電源模塊的相對位置而作此稱謂。基於所提供的技術方案，對電子設備中的電源模塊的功能單元進行擴展，如圖3 所示，在一個電子設備中，每個電源模塊中包括了 開關機單元201、電流檢測單元202、電流均衡單元203、過流保護單元204、電壓檢測單元205、開關變換單元206，以及電源分配單元207。其中，電源分配單元207位於電源模塊的外部，並且通過不同的信號線與各個電源模塊連接。各個單元的功能如下還包括信號支持模塊，用於通過分立電路傳輸或者通過軟體協議支持實現如下信號作為第一電源模塊，向第二電源模塊發出的開機信號/關機信號；作為第二電源模塊，接收到的來自第一電源模塊的開機信號/關機信號；作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的電壓檢測值；作為第二電源模塊，向第一電源模塊發出的自身的關機請求；作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的關機請求。五個信號既可以由分立線路實現，也可以由軟體協議實現。其中，為了使得技術人員可以具體實現，以下對各個信號的功能進行詳細描述，主要功能在於(A)能夠記憶向後一級電源模塊發出的是關機信號還是開機信號；通過接收來自後一級電源模塊的電壓檢測值VS的邏輯電平，判斷後一級電源模塊是處於供電狀態或是關閉狀態，進一步判斷自身是否是處於供電狀態下最末端的電源模塊。(B)開關機單元201中設定有兩個閾值，第一閾值H1以及第二閾值II。當接收到電流檢測單元202發出的電流高於H1時，向後一級電源模塊發出開機信號；當接收到的電流檢測單元202發出的電流低於Il值時，同時接到後一級電源模塊的關機請求時，向後一級電源模塊發出關機信號。(C)當一個電源模塊損壞時，自動指示後一級電源模塊切換到供電狀態；此時，如果該後一級電源模塊處於關閉狀態，則應自動啟動。並使後一級電源模塊替代前一級損壞的電源模塊的位置及功能。電流檢測單元202，用於對電源模塊內的輸出電流進行檢測，並將電流檢測值送到電流均衡單元203、開關機單元201、以及過流保護單元204進行相應的處理。
電流均衡單元203，用於主動進行電流均衡操作，當接收到電流檢測單元202的電流檢測值與均流總線比較後，判斷輸出電流較小時，進行輸出電流補償，使輸出電流達到所有電源模塊總輸出電流的平均值；反之，當接收到電流檢測單元202的電流檢測值與均流總線比較後，判斷輸出電流較大時，進行輸出電流補償，使輸出電流達到所有電源模塊總輸出電流的平均值。電源模塊的輸出信號中有一均流總線，該均流總線是由所有電流模塊中電流檢測電路檢測值中最具典型意義的數值而得，然後每一個電流模塊中的電流檢測值與這個均流總線比較。比較值與電壓檢測單元的電壓檢測值進行邏輯運算，運算結果用來控制開關變換單元206，該開關變換單元206進行開關電源的PWM(Pulse width modulation) 的脈寬調節，進而調節輸出電流。電流均衡單元203是由世界大公司的公開銷售的專用IC 或分立電路來實現的，可能有多種形式，且不會影響本發明各個實施例的技術可行性。過流保護單元204，用於設定一閾值Ip，如果電流檢測單元202送入的電流檢測值大於閾值Ip時，產生過流保護，關閉電源模塊。過流保護單元204有一時間延遲，在此延遲時間內，開關機單元201能有足夠的時間判斷是否需要開啟後一級電源模塊，在延遲時間內一旦開啟了下一級電源模塊，經過電流均衡後，新加入的電源模塊分擔一部分負載電流， 產生過流保護延遲的電源模塊電流會下降，過流保護動作失效。電壓檢測單元205，用於當電源模塊工作時，檢測到輸出電壓並轉化為一邏輯信號 VS;當該電源模塊不工作時，VS = 0。同時對輸出電壓的檢測形成閉環反饋迴路用以控制開關變換單元206的脈寬調製(PWM，Pulse Width Modulation)。開關變換單元206，與開關機單元201、電壓檢測單元205和電流檢測單元202連接，用於完成調節輸出電壓高低的功能。其工作原理在於通過電壓及電流檢測的閉環反饋迴路對高頻開關信號(PWM，Pulse Width Modulation)的脈衝寬度(Pulse Width)進行控制，從而調節輸出電壓的高低，當脈衝寬度加寬時，輸出電壓會升高，當脈衝寬度變窄時，輸出電壓會降低。對應的，基於所提供的電源模塊，本發明提供一種電子設備中管理電源供電的方法，如圖4所示，應用於第一電源模塊，所述電子設備中至少包括兩個電源模塊，且所述電源模塊之間級聯式開關機；方法包括步驟101，接收到開機信號後，根據所述開機信號進入供電狀態；並在所述電流檢測值大於第一電流閾值時，發送開機信號PSON給第二電源模塊；步驟102，當接收到來自第二電源模塊的關機請求時，向第二電源模塊發出關機信號；步驟103，以及，當判定自身處於供電狀態，並進一步判定自身是處於供電狀態的電源模塊的最末端，且所述電流檢測值小於等於第二電流閾值時，向前一級電源模塊發出關機請求。應用所提供的技術方案，電源模塊自身能自動判斷是否需要開啟新的電源模塊， 當電子設備的負載功耗需求增加時，不需要人工幹預，自動增加一個或多個電源模塊，並調節電源模塊的供電功率，或當負載功耗需求減小時，自動減少一個或多個電源模塊。這一過程中涉及到的對於電流的檢測，電流的平衡等操作均在電源模塊內部實現；簡化了原有的電源分配板，甚至不須配置分配板而用導線連接各個電源模塊，節省了成本。方法中，當存在至少三個電源模塊時，例如包含一個第三電源模塊，該第三電源模塊在根據來自第二電源模塊的所述開機信號進入供電狀態之後，將向第二電源模塊發送第三電源模塊的開機反饋，由三個電源模塊一起根據模塊內負載均衡單元預先設定的功率平衡規則，對第一電源模塊、第二電源模塊和第三電源模塊的供電功率進行調整。進一步的，所述方法中還包含了各個電源模塊之間實現動態的關閉電源的技術方案，不失一般性，包含至少兩個電源模塊，且在步驟103之後，第一電源模塊接收來自第二電源模塊的開機反饋，根據模塊內負載均衡單元預先設定的功率平衡規則，三個電源模塊一起對各自的供電功率進行調整。均衡電路的電流調整方法，可以分主從，也可以不分主從，控制方法在模塊內的具體電路設計上，有很多種不同的方法，即是說，可能會有一個模塊去調節另一模塊的電流，也有可能各模塊之間是平等的，通過預置的功率平衡規則自動進行負載均衡。當電子設備的負載減少時，方法包括步驟104，第二電源模塊檢測到自身的電流小於第二電流關閉閾值，向第一電源模塊發送關機請求，由第一電源模塊根據該關機請求返回關機信號，所述第二電源模塊根據關機信號關閉自身，並向第一電源模塊發出第二關機反饋；步驟105，所有剩餘電源模塊根據模塊內負載均衡單元預先設定的功率平衡規則對自身的供電功率進行調整。方法中，當存在至少三個電源模塊時，例如包含一個第三電源模塊，該第三電源模塊在根據所述關機信號關閉自身，並向第二電源模塊發送第三模塊關機反饋，剩餘的兩個模塊根據模塊內負載均衡單元內預先設定的功率平衡規則，對各自的供電功率進行調整， 最終達到兩個模塊的供電功率平衡。如圖5所示，並參考附圖3，其中，在開啟電源模塊的過程中，包括步驟301，電子設備開機時，該電子設備向電源分配板200發出開機信號PS0N，通過電源分配板200傳遞給當前的電源模塊，當前的電源模塊中的開關機單元201接到該開機信號PS0N，通知開關變換單元206執行開機，使當前的電源模塊處於供電狀態。相對於後一級電源模塊而言，當前的電源模塊則是前一級電源模塊。步驟302，電流均衡單元203進行輸出電流均衡調節，如果沒有除當前的電源模塊之外的其他電源模塊，則該步驟可以省略。通常，剛加入開機行列的電源模塊內的電流均衡單元203會自動分擔部分電流， 並與所有開機的其他模塊一起根據各自模塊內的電流檢測單元內的電流檢測值，通過預先設定的功率平衡規則，自動進行負載均衡，包括所有電源模塊按照預先設定的功率平衡規則進行均衡調節，這種調節方法是實時的，無時不在的，只要整個電子設備的負載發生了一些變化，電流均衡單元203的電路就會試圖進行均衡調整。當處於供電狀態的模塊的數量變化或者系統總負載功耗變化時，負載均衡的調節會非常顯蓍，如果模塊數量及總負載功耗不出現變化，這種負載均衡的調整是細微的，不顯著的，甚至是可以忽略的。步驟303，對當前的電源模塊的輸出電流進行檢測，獲取電流檢測值It。步驟304，將電流檢測值It與設定的閾值讓進行比較，如果電流檢測值It高於 Ih轉步驟305，否則轉步驟308。步驟305，判斷當前的電源模塊是否是所有處於供電狀態的電源模塊中最末端的電源模塊，如果是，即向後續的後一級電源模塊發出開機信號PS0N，並轉步驟306 ；否則轉步驟307。步驟306，後一級電源模塊開機後處於供電狀態後，向當前的電源模塊(前一級電源模塊)發出已開機信號VS。該已開機信號VS會到達前一級電源模塊中的開關機單元 206，並轉步驟302。步驟307，延時，並轉步驟302。步驟308，結束。本發明提供了應用上述技術方案的應用場景，為描述方便，如果當前的電源模塊為第一電源模塊，則，第一電源模塊開機後立即檢測電流的數值，並將電流檢測值送入開關機單元201，開關機單元201將該電流檢測值與設定的閾值H1進行比較，如果電流檢測值高於讓，立即向後一級的第二電源模塊發出開機信號。第二電源模塊開機處於供電狀態後，向第一電源模塊發出已開機信號VS;並自動與第一電源模塊進行輸出電流均衡調節，達到負載均衡目的。如果還存在其他的電源模塊，則同理可知在後續工作過程中，需要判斷是否開啟第三電源模塊以及後續的其他電源模塊。如圖6所示，並參考附圖3，其中，在關閉電源模塊的過程中，包括步驟401，處於IDLE狀態，或者因為其他各種原因使電子設備的負載功耗降低，進而需要減少處於供電狀態的電源模塊。步驟402，當前的電源模塊的電流均衡單元203進行輸出電流均衡調節，如果沒有除當前的電源模塊之外的其他電源模塊，則該步驟可以省略。相對於後一級電源模塊而言，當前的電源模塊則是前一級電源模塊。步驟403，對當前的電源模塊的輸出電流進行檢測，獲取電流檢測值It。步驟404，將電流檢測值It與設定的閾值Il進行比較，如果電流檢測值It低於 Il時，轉步驟405，否則轉步驟408。步驟405，判斷當前的電源模塊是否是所有處於供電狀態的模塊中最末端的電源模塊，如果是則向前一級電源模塊發出關機請求信號並轉步驟406 ；否則轉步驟407。步驟406，前一級電源模塊向當前的電源模塊發出關機信號，當前模塊關機，轉步驟 402。步驟407，延時，並轉步驟402。步驟408，結束。例外存在於，當電子設備需要用電子設備的開關對所有電源模塊關機時，此時電子設備向第一個電源模塊發關機信號，第一個電源模塊向後一級電源模塊發關機信號。如此，則關機信號一級一級傳遞到最後一個電源模塊，以關閉所有的電源模塊。其中，第一個電源模塊並不等同於第一電源模塊。根據附圖5以及上述步驟所描述的工作原理，在一個工作場景中，假設電子設備內有四個甚至更多的電源模塊，前三個電源模塊處於供電狀態，第四個以及以後的電源模塊均處於關閉狀態。現由於電子設備處於IDLE狀態，需求負載量減小，有三個電源模塊工作，且這三個電源模塊的電流檢測單元202均檢測出其輸出電流小於閾值II。第四電源模塊由於關閉狀態，因此其輸出的電壓檢測值為VS = 0，並送入到第三電源模塊，第三電源模塊據此確認第四電源模塊處於關閉狀態，並以此確認自身為所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊；此時第三電源模塊處於供電狀態，其電壓檢測單元 205檢測出輸出電壓VS並送入第二電源模塊，第二電源模塊的開關機單元201確認第三電源模塊處於供電狀態，第二模塊以此確認自身不是所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊；同樣，第一電源模塊確認第二電源模塊處於供電狀態，不是所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊。第三電源模塊進行邏輯比較，包括確認屬於所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊-第四個電源模塊處於關閉狀態，同時確認電流檢測值小於閾值II，因此向第二電源模塊發出可以關閉的請求信號；此時儘管第二電源模塊同樣檢測出的電流小於II，因為第三電源模塊尚處於供電狀態，因此第二電源模塊不是所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊，不能向第一電源模塊發出關機請求。第二電源模塊向第三電源模塊發出關機信號。第二電源模塊與第一電源模塊進行電流均衡調節，再判斷是否需要向第一模塊發出關機請求。依此類推。應用所提供的技術方案，能自動判斷是否需要開啟新的模塊，當電子設備的負載功耗需求大時，自動增加一個或多個模塊，自動調節電源模塊的供電功率，整個過程完全自動進行，不需要人工幹預，所有檢測、判斷、供電效率控制電路都在電源模塊內實現，使得電源分配板得到很大簡化，甚至可以用導線連接各個電源模塊，不須配置分配板，節省了成本。本發明的實施例具有以下有益效果，各個電池模塊之間採用級聯開關機方式連接，開機信號/關機信號不再由電源分配板統一向各電源模塊發出，而是由一個電源模塊向後一級電源模塊發開機信號/關機信號。電源模塊能夠判斷自已是否是級聯冗餘系統中所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊，當最末端模塊判斷自身的電流已經接近其最大值時，會觸發一個開機信號輸出給下一級電源模塊，使其開機，所有已經開啟的新舊電源模塊一起重新進行輸出電流的平均分配，因此前級電源模塊的電流會自動降下來。電子設備系統負載需求變小時，所有處於供電狀態的模塊中最末端的模塊檢測電流，判斷其實際輸出的負載量遠遠低於其額定負載量時，即向前一級電源模塊(即倒數第二個處於供電狀態的電源模塊)發出關機請求，得到前一級電源模塊發出關機信號後關機；餘下的所有處於供電狀態的模塊中的模塊重新進行電流均衡分配；倒數第二電源模塊做同樣的檢測並判斷是否需要自身關掉；依次類推。採用本方案之後，處於供電狀態的電源模塊能自動判斷是否需要開啟新的電源模塊，或者需要自我關閉，實現自動調節冗餘電源模塊的配置，包括負載功耗需求小時，自動關閉一個或多個電源模塊，以達到提高效率、節省電能的效果；當負載功耗需求大時，自動增加一個或多個電源模塊。各個電源模塊的開啟是由前級往後級逐級打開的；關機時是由後級向前級逐級關機。整個過程完全自動進行，不需要人工幹預。所有檢測、判斷、控制電路都在模塊內，電源分配板得到很大簡化。甚至可以用導線連接各個電源模塊，不須修改分配板。應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，所有的參數取值可以根據實際情況調整，且在該權利保護範圍內。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種電源模塊，其特徵在於，所述電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第二電源模塊，所述第一電源模塊與所述第二電源模塊級聯，所述第一電源模塊處於供電狀態，所述第二電源模塊處於關閉狀態，所述第一電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，與負載檢測單元連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示需要開啟所述第二電源模塊時，發送開機信號 PSON給所述第二電源模塊；其中，所述第二電源模塊響應所述開機信號實現開啟。
2.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於，還包括所述負載檢測單元為電流檢測單元，用於檢測電源模塊自身的輸出電流並生成電流檢測值作為所述負載檢測值。
3.根據權利要求2所述的電源模塊，其特徵在於，還包括所述判斷單元，用於在所述電流檢測值大於第一電流閾值時判定自身負載超出額定值，需要開啟所述第二電源模塊。
4.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於，還包括電壓檢測單元，用於檢測自身的輸出電壓並轉化為電壓檢測值輸出；當所述電壓檢測值大於工作電壓閾值時判定自身處於供電狀態。
5.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於，還包括電流均衡單元，用於根據預先設定的功率平衡規則，對第一電源模塊和第二電源模塊的輸出電流進行調整，使每一個電源模塊的所述輸出電流實現均衡。
6.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於，還包括應急模塊，用於當第一電源模塊自身損壞時，向所述第二電源模塊發送應急指令，該應急指令指示第二電源模塊切換到供電狀態，並使第二電源模塊替代第一電源模塊的位置及功能。
7.一種電源模塊，其特徵在於，所述電源模塊作為第四電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第三電源模塊，所述第三電源模塊與所述第四電源模塊級聯，所述第三電源模塊和所述第四電源均處於供電狀態，所述第四電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算機系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否關閉所述第四電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示關閉所述第四電源模塊時，向所述第三電源模塊發出一請求信息，所述請求信息指示所述第三電源模塊向所述第四電源模塊發送關機信號，所述第四電源模塊根據所述關機信號實現關閉。
8.根據權利要求7所述的電源模塊，其特徵在於，還包括所述負載檢測單元為電流檢測單元，用於檢測自身的輸出電流並生成電流檢測值作為所述負載檢測值；所述判斷單元，用於在所述電流檢測值小於第二電流閾值時，判定需要關閉電源模塊自身；電壓檢測單元，用於檢測自身的輸出電壓並轉化為電壓檢測值輸出；當所述電壓檢測值大於工作電壓閾值時判定自身處於供電狀態。
9.一種電源系統，包括至少兩個電源模塊和電源分配板，其特徵在於，所述電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中，所述計算系統還包括第二電源模塊，所述第一電源模塊與所述第二電源模塊級聯方式開關機； 其中，所述第一電源模塊處於供電狀態，所述第二電源模塊處於關閉狀態，所述第一電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取所述計算系統的負載，產生一個負載檢測值； 判斷單元，與負載檢測單元連接，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示需要開啟所述第二電源模塊時，發送開機信號 PSON給所述第二電源模塊；其中，所述第二電源模塊響應所述開機信號實現開啟； 或者，所述第一電源模塊和所述第二電源均處於供電狀態，所述第二電源模塊包括 負載檢測單元，用於獲取所述計算機系統的負載，產生一個負載檢測值； 判斷單元，用於根據所述負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否關閉所述第二電源模塊；開關機單元，用於當所述判斷信息表示關閉所述第二電源模塊時，向所述第一電源模塊發出一請求信息，所述請求信息指示所述第一電源模塊向所述第二電源模塊發送關機信號，所述第二電源模塊根據該關機信號實現關閉。
10.根據權利要求9所述的電源系統，其特徵在於，還包括信號支持模塊，用於通過分立電路傳輸或者通過軟體協議支持實現如下信號 作為第一電源模塊，向第二電源模塊發出的開機信號/關機信號； 作為第二電源模塊，接收到的來自第一電源模塊的開機信號/關機信號； 作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的電壓檢測值； 作為第二電源模塊，向第一電源模塊發出的自身的關機請求； 作為第一電源模塊，接收到的來自第二電源模塊的關機請求。
全文摘要
本發明提供一種電源模塊和電源系統，其中電源模塊作為第一電源模塊應用於計算系統中，計算系統還包括第二電源模塊，第一電源模塊與第二電源模塊級聯，第一電源模塊處於供電狀態，第二電源模塊處於關閉狀態，第一電源模塊包括負載檢測單元，用於獲取計算系統的負載，產生一個負載檢測值；判斷單元，與負載檢測單元連接，用於根據負載檢測值產生一判斷信息，以判斷是否需要開啟第二電源模塊；開關機單元，用於當判斷信息表示需要開啟第二電源模塊時，發送開機信號PSON給第二電源模塊；其中，第二電源模塊響應開機信號實現開啟。本發明的技術方案，簡化了原有的電源分配板，甚至不須配置分配板而用導線連接各個電源模塊，節省了成本。
文檔編號H02J9/06GK102347633SQ201010244469
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月3日 優先權日2010年8月3日
發明者周建軍 申請人:聯想(北京)有限公司