具有集成功率傳感器的繼電器的製造方法
2023-10-11 14:51:49
具有集成功率傳感器的繼電器的製造方法
【專利摘要】本文公開了用於使用集成至繼電器的功率傳感組件的功率參數傳感的方法、系統和裝置。配電單元具有切換輸出，可提供或中斷通過多個繼電器提供給輸出的功率。多個繼電器可包括被配置為傳感一個或多個與被傳遞到各自的功率輸出的功率相關聯的功率參數的集成功率傳感器。功率相關信息報告系統可以與該繼電器連接並配置為向遠程系統報告來自功率傳感器的功率相關的信息。
【專利說明】具有集成功率傳感器的繼電器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年5月2日提交的美國臨時專利申請號為N0.61/641，785，標題為「具有集成功率傳感器的繼電器」的優先權，其全部公開內容通過引用方式被合併於此。
【技術領域】
[0003]本公開涉及電子元件中的電流檢測，更具體地，涉及具有集成功率傳感器的繼電器。
【背景技術】
[0004]常規的配電單元(PDU)是電源插座(也稱為插座)的集合，其從源接收電功率並分配電功率到一個或多個單獨的電器。每個這樣的單兀具有插入一個或多個插座的一根或多根電源線。PDU還具有可以是直接硬連接到電源的電源線，或可以使用一個傳統的插頭和插座的連接。PDU被用於許多應用和設置，例如，在電子設備機架上或裡面。一個或多個PDU通常位於設備機架(或其它機櫃)中，並且可以與其它連接到rou的裝置安裝在一起，例如環境監控器，溫度和溼度傳感器，保險絲模塊或通信模塊，其可以是PDU殼體外部的，也可以是包含在PDU殼體內的。可安裝在設備機架或機櫃的PDU有時被稱為機櫃rou，或簡稱 「CDU」。
[0005]PDU的一個常見的用途是給計算設施中的電氣設備提供工作電源，如數據中心或伺服器機群。這樣的計算設施可以包括電子設備機架、相關聯的通信電纜和相關聯的配電電纜，電子設備機架包括有時被稱為機櫃或機架和用於安裝設備的相關聯組件的矩形或箱形殼體。電子設備可以被安裝在這樣的機架上，使得各種電子裝置在機架上被垂直排列在另一個的上方。一個或多個PDU可以被用來給電子設備提供功率。多個機架可以被並排定向，其每一個都包含眾多的電子元件並且具有相當大量的相關聯元件，相關聯的元件在機架所佔用的區域及其之外的位置布線。這樣的機架通常支持用於企業計算網絡的設備，稱為企業網絡。
[0006]如上文提到的，許多設備機架可以位於數據中心或伺服器機群中，每個機架具有一個或多個相關聯的rou。一個或多個這樣的數據中心可以用作企業的數據通信樞紐。此夕卜，許多的PDU包括網絡連接，其提供用於PDU的遠程控制和/或監測。這樣的PDU可以包括可由遠程用戶來致動的功率控制繼電器以中斷到一個或多個rou的輸出的功率。此外，這樣的PDU可包括向遠離PDU的用戶或系統報告與PDU相關的信息的能力。例如，PDU可以被報告由PDU提供給功率管理系統的總功率，其可以監控這些信息並將這些信息提供給功率管理系統的一個或多個用戶，如網絡管理員。PDU可以監控與通過rou提供的功率相關的幾種不同參數中的一個或多個，如電流，電壓，和/或一些其它功率相關參數。將容易地認識到，設備機架內的空間對被期望的任何給定量的計算資源的最大化是很有價值的。
【發明內容】
[0007]本文公開了用於使用集成到繼電器的功率傳感元件進行功率參數傳感的方法，系統和裝置。配電單元可提供切換輸出，該切換輸出可提供或中斷通過多個繼電器提供給輸出的功率。多個繼電器可包括被配置為傳感與功率傳遞到相應的功率輸出相關聯的一個或多個功率參數的集成功率傳感器。
[0008]根據一些實施例，提供的功率控制繼電器裝置包括具有電源輸入，控制輸入，功率輸出，以及傳感輸出的殼體；和與電源輸入，控制輸入和功率輸出連接的開關，其響應於控制輸入中斷從功率輸入提供到功率輸出的功率；以及與電源輸入和功率輸出中的一個或多個以及傳感輸出連接的功率傳感器，並且其被配置為通過傳感輸出，輸出代表流過功率輸出的功率大小的信號。在一些實施例中，印刷電路板可以置於殼體中，並且其中所述開關和功率傳感器被安裝到印刷電路板。這樣的印刷電路板可包括多個通孔、功率輸入、控制輸入、功率輸出和被提供為接觸貫通所述通孔的感測輸出。功率傳感器可包括電流傳感變壓器，霍爾效應傳感器，基於MEMS的功率傳感器，和/或基於功率傳感器的電阻分壓器。
[0009]根據另一組實施例，提供的配電裝置包括具有功率輸入的殼體；位於殼體內的多個功率輸出，每個都電源可連接的與功率輸入和至少一個電器通信；以及至少一個功率控制繼電器，其與多個功率輸出的一個或多個連接，其包括具有開關元件和功率傳感器的繼電器外殼。配電設備還可以包括與至少一個功率控制繼電器連接的功率有關的信息報告系統，並配置為將從功率傳感器得到的功率相關的信息報告至遠程系統。在一些實施例中，顯示系統與功率相關信息報告系統相連接，顯示系統包括數字可視顯示器，其位於與多個功率輸出相鄰的殼體的面上，並被配置為顯示來自功率傳感器的功率相關信息的至少一個子集。功率輸入可以包括多相功率輸入，以及多個功率輸出的不同子集與來自多相功率輸入的不同相位的功率相連接，並且顯示系統可以被配置為同時顯示來自於兩個或更多個的不同相位的功率的功率相關信息的至少一個子集。
[0010]前述內容已相當廣泛地概述了根據本公開的實施例的特徵和技術優勢，以使下面的詳細描述可以更好地被理解。附加特徵和優點將在下文描述。所公開的概念和具體實施例可以容易地用作修改或設計其它結構的基礎以實施本發明的相同目的。此類等效結構不脫離所附權利要求的精神和範圍。當聯繫附圖一同考慮時，被認為是在此公開的概念特徵的特徵，既作為其結構和操作方法，連同相關聯的優點都將從下面的描述中被更好地理解。各圖都只是為了說明和描述的目的，而不是對權利要求的限制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]可參考以下附圖來實現對本發明的本質和優點的進一步理解。在附圖中，類似組件或特徵可具有相同參考標記。
[0012]圖1所示是根據各種實施例的配電單元的框圖；
[0013]圖2所示是根據各種實施例的配電單元的一個面的示意圖；
[0014]圖3所示是根據各種實施例的功率控制繼電器和功率傳感器的電路圖；
[0015]圖4所示是根據各種實施例的繼電器框圖；
[0016]圖5所示是根據各種實施例的功率控制繼電器和功率傳感器的立體圖；以及
[0017]圖6所示是根據各種實施例的被包含在一個相關聯殼體內的功率控制繼電器和功率傳感器的立體圖。具體實施例
[0018]本說明書提供了示例，並不旨在限制本發明實施例的範圍、適用性或配置。相反，隨後的描述將為本領域普通技術人員提供用於實現本發明實施例的實現說明。可以對元件的功能和布置進行各種改動。
[0019]因此，各種實施例可以省略、替代、或者添加各種適當的程序或部件。例如，相對於某些特定實施例描述的方面和元件可在各種其他實施例中結合。還應當認識到的是，以下系統、方法、設備和組件可以是一個更大的系統的單獨或共同的部件，其中其他程序可以更為優先或以其他方式修改它們的應用。
[0020]下面的專利和專利申請通過引用被整體併入於此:2006年5月9日公布的美國專利號 7，043，543,標題為「Vertical-Mount Electrical Power Distribut1n Plugstrip」;在2008年12月26日提交的美國專利申請號12/344，419，標題為「Distribut1n，Management, and Monitoring Systems」 ；以及在2010年3月4日提交的美國專利申請號12/717，879,標題為 「Monitoring Power-Related Parameters in a Power Distribut1nUnit」。
[0021]功率控制繼電器或其它開關型元件被在其中進行描述的系統和裝置可以包括集成電流傳感器。這樣的結構可以降低或消除對一個或多個單獨的電流傳感器組件的需求，從而以相比於具有離散的開關和傳感組件的組件而言減少的空間要求來提供開關和傳感性能。
[0022]現在參考圖1，實施例的示例性系統的框圖在此說明。rou 100提供功率給一個或多個相關聯的電器。rou 100可以具有一個殼體，使該PDU將以垂直或水平取向被安裝在設備機架上。此外，rou，如rou 100，可以接收和提供交流或直流電源，並且提供交流電源的實施例可以通過一個或多個功率輸入接收單相或多相功率。該rou loo在計算機網絡中是可用的，並且可以通過計算機網絡與網絡接口 105進行通信。本實施方式的rou loo包括一個或多個處理器模塊110，和存儲器115，其包括軟體120，其當由處理器模塊110執行時，使得處理器模塊110執行與該rou 100功能相關的的各種操作。功率輸入模塊125接收輸入功率並將功率分配到多個繼電器模塊130。各種實施例的繼電器模塊130包括傳感器135，其可傳感與通過繼電器模塊130提供的功率相關的一個或多個參數，如電流，電壓，和/或一些其它功率相關參數。插座140被連接到各自的繼電器模塊130，並將輸出功率提供給從rou 100接收功率的電器。儘管各種實施例描述PDU都在設備機架中使用，各種實施例可在其它應用程式和系統實現也將被理解。例如，具有集成傳感器的繼電器模塊可以使用在電動汽車充電站，或使用傳統繼電器以向功率輸出提供功率或中斷到功率輸出的功率的應用中。
[0023]與網絡和位於遠程的設備(如位於遠程的功率管理器應用)的通信是通過網絡接口 105進行的，該網絡接口可以包括通信模塊，如網絡接口卡(NIC)。網絡功率管理器可以位於用於工作站或用於數據中心的管理或企業管理的其他設備中，並通過網絡通信連接發布網絡命令至例如rou10，和一個或多個其它的rou。網絡接口 105可以包括應用固件和硬體，其允許rou loo與各種遠程系統或計算機進行通信。在一些實施例中，PDU loo包括多個電源插座140，其被設置在智能功率模塊(IPM)內，在該情況下，IPM可以包括處理器，其為相關聯的電源插座中執行一個或多個PDU的功能。繼電器模塊130控制功率從功率輸入模塊125到對應的電源插座140的應用，並通過繼電器控制線145與處理器模塊110進行通信。
[0024]處理器模塊110，在網絡功率管理器的指導下，可以控制中繼模塊130為一個或多個對應的電源插座140提供功率和功率循環的開-關。處理器模塊110通過一個或多個傳感線路150接收來自傳感器135的傳感信號。處理器模塊110也可以被連接到其它感測組件，例如輸入和/或輸出電壓傳感器裝置，輸入電流檢測裝置，環境傳感器(如溫度和溼度的裝置)等。處理器模塊可以使用該信息來確定通過插座供給的功率，由rou 100供給的總功率，一個或多個插座140的電流用量，功率輸入的電壓和/或一個或多個插座，和類似具有通過網絡接口 105提供至遠程網絡功率管理器的信息。rou 100，在一些實施例中，還可以包括顯示器，例如單位數或多位數的LED顯示器，以在PDU本地提供電壓，電流或其它功率度量的可視指示。在一些實施例中，輸入功率可以是多相輸入功率，並且輸入功率模塊125可以是多相模塊，如三相三角或星形配置輸入。在這樣的多相實施例中，不同組的插座140可以與不同功率相位相連接，並且可以包括一個顯示器，其通過顯示器的不同部分或通過與一個特定的功率相位相關聯的物理上獨立顯示來同時顯示兩相或更多相的功率度量。
[0025]圖2是rou 65的示意圖，其包括智能功率模塊200，以及提供通信功能的通信模塊66，環境監控埠 68，和與插頭72相關聯的輸入電源線70。根據本實施例的I3DU 65包括一殼體，其在設備機架中可被垂直地安裝，儘管可以理解的是，其他形式的要素也可以使用，例如可水平安裝的殼體。智能功率模塊200的每一個都包括八個插座202-216，其提供功率給可能被安裝到設備機架中的裝置。此類設備支架是公知的，並通常包括在數據中心的操作中使用的若干單獨的裝置。眾所周知地，數據中心可以包括許多設備支架，並且在各種實施例中，每個設備機架中的每個裝置可通過一個或更多相關聯的IPM200被監視功率用量。可視顯示器23(所示的顯示數字「57」)被布置在H)U 65中，雖然在其它實施例中，該顯示器可能是在TOU65的外部，可以顯示多個信息項，和/或可以包括多個單獨的顯示器。
[0026]在一個實施例中，電源插座模塊200包括被包含在一個殼體內的八個插座(202-216),NEMA5-20R的每一種類型。應當理解的是，在本實施例中，以及本文中描述的其它具有NEMA5-20R型插座的實施例，僅是示例性的，任何各種其它類型的插座都可以替代使用。例如，「插座」可以是其他的NEMA類型(例如，NEMA 5-15R, NEMA6-20R, NEMA6-30R或NEMA6-50R)或任意的各種IEC類型(例如是IEC C13或IEC C19)。也將被理解的是，在一個特定的電源插座模塊200，或在此描述的其他模塊插座的所有「插座」，不必是相同的或沿所述PDU均勻取向的。也將被理解的是，「插座」不限於三腳插座；可替換地，一個或多個「插座」可以被配置為與兩個或多於三個腳的公連接器配合。也將被理解的是，「插座」不限於具有母插腳插座。在任何「插座」中，一個或多個的「插腳插座」可以是公的，代替母連接元件，如條件或需求指示的。一般來說，如本文所使用的，母的和公的「插腳插座」被稱為「電連接元件」。此外，在本文中所描述的原理也可應用於可硬連接到插座模塊的裝置。而本實施例的插座模塊200包括八個插座，但應理解，這僅是一個示例，並且插座模塊可以包括不同數量的插座。
[0027]插座模塊的殼體可以是任何對這樣的裝置合適的殼體，這是本領域技術人員共知的，並且與PDU中的其它模塊組裝。這樣的殼體通常包括前部和後部，前部基本上是平面的，並且後部基本上是平面的並且平行於前部。所述殼體還包括縱向延伸的側部和橫向的端部。前部、後部、側部和端部一般是彼此正交的大致矩形或盒形結構。殼體可以由任何合適的，典型的剛性材料構成，包括，例如，硬質聚合物(「塑料」)。在至少某些實施例中，前部和後部是由電絕緣材料構成的，而在其它實施例中採用導電材料，以安全接地。側部和端部可以一體地成形，可選地連同前部或後部。此外，雖然在本實施例中所述插座模塊包括殼體，其他實施例可以包括不含殼體的插座模塊。例如，插座模塊可以包括沒有外部殼體的多個連接在一起的插座，其隨後可被安裝到另一臺設備上。每個插座202-216通過任何公知的連接方案，如鏟、耳、插頭連接器、螺紋連接器或其它合適的類型的連接器，互相連接到電源32。此外，在電源插座模塊包括殼體的實施例中，如果需要的話，這些電連接器中的一個或多個可以被置於殼體內部或殼體外部。
[0028]現在參考圖3，具有集成電流傳感器的繼電器模塊300的示意圖在此說明。在本實施例中，線路功率305通過功率傳感器310，如環形電流傳感器，被提供至繼電器開關315。線路功率305可以被切換至線路輸出320以及被切換為遠離線路輸出320，從而對與繼電器315連接的功率輸出進行通電和斷電。眾所周知的，繼電器開關通過繼電器控制325被控制。圖3示例中的環形電流傳感器310提供了可以被用來確定通過線路輸入305到開關元件315的流過電流的大小的傳感輸出330。雖然示出的是環形的電流傳感器310，容易理解的是，任何多種不同類型的電流傳感器可以在各種應用中被使用，如霍爾效應傳感器或基於微電子機械系統的傳感器。此外，其它類型的功率傳感器也可以被使用，例如電壓傳感器。
[0029]在一些實施例中，開關315和傳感組件310可被集成到一個繼電器殼體。例如，圖4示出繼電器400，包括繼電器殼體405，其包圍功率傳感器410和開關組件415。在本實施例中，傳感器410和開關415元素可被安裝到與殼體405連接的印刷電路板(PCB) 420上。線路功率輸入425、線路功率輸出430、傳感輸出435和繼電器控制440可以通過電連接到PCB 420上完成。在一些實施方案中，幾個這樣的殼體405可被結合到一個I3DU中，並且可以被安裝到，例如，與電源插座和一個或多個控制器相連接的印刷電路板上。
[0030]現在參考圖5-6，一些實施例的傳感繼電器500在此進行說明。如圖5所示，繼電器500包括被安裝到印刷電路板515上的電流傳感變壓器505和繼電器510。線路連接520通過電流傳感變壓器505運行，並和繼電器525的彈簧元件525相連接。彈簧元件525可以是一個可移動的彈簧，其被用於所述繼電器中以用來控制穿過繼電器510的電流的供給。線路連接520通過與印刷電路板515的連接而連接至線路功率。在一些實施例中，線連接520和彈簧元件525被焊接在一起，儘管通過傳感元件至繼電器的線路功率的供給的許多其它技術和配置可以被使用以及被本領域技術人員很容易地識別。引腳530可以被用來實現傳感繼電器500的組件和外部組件之間的電連接。在一些實施例中，印刷電路板515包括六個引腳530，其中兩個提供傳感繼電器500的線路功率輸入和輸出，兩個用於提供傳感輸出，還有兩個用於提供繼電器控制。圖6示出殼體535，其可與傳感繼電器500連接。
[0031]根據一些實施例,對於面積32mm*27mm的印刷電路板,傳感繼電器500具有大約17安培的最大電流能力。在一些實施例中，當繼電器510通電時，電流將流過線路連接器520和彈簧元件525，在電流傳感變壓器505產生磁場。在一個實施例中，電流傳感變壓器505具有2500: I的靈敏度比，並且17A的電流將產生來自電流傳感變壓器505的6.8毫安的輸出。繼電器510可以包括這類裝置典型的組件，如致動器、反向彈簧、磁軛、可動鐵、芯、線圈、框架，以及與可動彈簧525相關聯的固定彈簧。
[0032]本文描述的實施例提供了相對於單獨的繼電器和功率傳感元件的幾個好處。例如，實施例提供的功能可以用更少的組件來實現。更少的組件可能會帶來正如常用在rou中的線束或布線互連繫統的簡化。組裝時間和成本可以被降低，並且可靠性可以增加。此夕卜，實施例可以被用於生產相比使用分立元件佔用更小的內存的產物。
[0033]應當注意的是，上面所討論的系統和裝置的目的僅僅是舉例。必須強調的是，各種實施例可以進行適當的省略，替代或添加各種程序或組件。例如，應當理解的是，在替代實施例中，相對於所述的特定實施例的特徵可以在各種其它實施例中進行結合。實施例不同的方面和元件可以以類似的方式進行組合。此外，應當強調的是，技術在不斷發展，因此，許多元素是對發明本質的示例，並且不應被解釋為限制本發明的範圍。
[0034]說明中給出了具體細節以提供對實施例的全面理解。但是，本領域的普通技術人員應當理解可在沒有這些具體細節的情況下實施這些實施例。例如，公知的電路，結構和技術已被顯示，而不具有不必要的細節，以免模糊實施例。
[0035]已經描述了幾個實施例，本領域技術人員將會認識到，各種修改、替代構造和等同物在不偏離發明的精神下可以被使用。例如，以上元件可以僅僅是更大系統的組件，其中其它規則可以優先於本發明或者修改本發明的應用。而且，可以在考慮以上要素之前、期間或者之後採取多個步驟。因此，以上說明不應該被視為限制本發明的範圍。
【權利要求】
1.一種功率控制繼電器裝置，包括: 外殼，其具有功率輸入、控制輸入、功率輸出和傳感輸出； 與所述功率輸入、控制輸入、功率輸出相連接的開關，其響應於所述控制輸入的功率，中斷從所述功率輸入到所述功率輸出所提供的功率；以及 與一個或多個所述功率輸入、功率輸出和所述傳感輸出連接的功率傳感器，並且被配置為通過所述傳感輸出來輸出代表流過所述功率輸出的功率大小的信號。
2.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括: 位於所述外殼中的印刷電路板，並且其中所述開關元件和功率傳感器被安裝在所述印刷電路板上。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述印刷電路板包括多個通孔，所述功率輸入、控制輸入、功率輸出和傳感輸出被提供給穿過所述通孔的觸點。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述功率傳感器包括電流傳感變壓器。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中所述功率傳感器包括霍爾效應傳感器。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述功率傳感器包括基於微電子機械系統的功率傳感器。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中所述功率傳感器包括基於電阻分壓器的功率傳感器。
8.一種配電裝置，包括: 外殼，其具有功率輸入； 位於所述外殼中的多個功率輸出，每一個功率輸出電源可連接的與所述功率輸入以及至少一個電器通信；以及 至少一個功率控制繼電器，其與所述多個功率輸出的一個或多個連接，所述功率控制繼電器包括繼電器外殼，其包括開關元件和功率傳感器。
9.根據權利要求8所述的裝置，進一步包括: 功率相關信息報告系統，其與所述至少一個功率控制繼電器相連接並配置為向遠程系統報告來自所述功率傳感器的與功率相關的信息。
10.根據權利要求9所述的裝置，進一步包括: 與所述功率相關信息報告系統相連接的顯不系統，其包括位於所述外殼的面上相鄰於所述多個功率輸出的數字可視顯示器，並且其被配置為顯示來自所述功率傳感器的所述功率相關信息的至少一個子集。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述功率輸入包括多相功率輸入，所述多個功率輸出的不同子集被與來自所述多相功率輸入的不同相位的功率相連接，以及 其中所述顯示系統被配置為同時顯示來自兩個或多個的所述不同相位的功率的所述功率相關信息的至少一個子集。
12.根據權利要求8所述的裝置，其中所述功率傳感器包括電流傳感變壓器。
13.根據權利要求8所述的裝置，其中所述功率傳感器包括霍爾效應傳感器。
14.根據權利要求8所述的裝置，其中所述功率傳感器包括基於微電子機械系統的功率傳感器。
15.根據權利要求8所述的裝置，其中所述功率傳感器包括基於電阻分壓器的功率傳感器。
16.根據權利要求8所述的裝置，其中所述繼電器外殼進一步包括: 位於所述繼電器外殼中的印刷電路板，並且其中所述開關元件和功率傳感器被安裝在所述印刷電路板上。
17.根據權利要求16所述的裝置，其中所述印刷電路板包括多個通孔，所述功率輸入、控制輸入、功率輸出、和傳感輸出被提供給穿過所述通孔的觸點。
18.—種配電裝置，包括: 外殼，其具有功率輸入； 位於所述外殼中的多個功率輸出，每一個功率輸出電源可連接的與所述功率輸入以及至少一個電器通信；以及 多個功率控制繼電器，每個所述功率控制繼電器分別與所述多個功率輸出中的一個相連接，每個所述功率控制繼電器包括繼電器外殼，其包括一個開關元件和一個功率傳感器。
19.根據權利要求18所述的裝置，進一步包括: 功率相關信息報告系統，其與所述至少一個功率控制繼電器相連接並配置為向遠程系統報告來自所述功率傳感器的與功率相關的信息。
20.根據權利要求18所述的裝置，其中每個所述繼電器外殼都包括: 位於所述繼電器外殼中的印刷電路板，並且其中所述開關元件和功率傳感器被安裝在所述印刷電路板上。
【文檔編號】H01H45/02GK104303250SQ201380023123
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月1日 優先權日:2012年5月2日
【發明者】特拉維斯·艾恩斯 申請人:伺服器技術股份有限公司