TW201537341A - 電源分配系統 - Google Patents

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Abstract

一種電源分配系統，其包括至少一伺服器以及耦接此至少一伺服器的電源分配單元。電源分配單元包括電源分配控制器以及耦接至電源分配控制器的電源輸入單元、電池和電源切換器。電源分配控制器會偵測電源輸入單元從電源所接收之交流電源的電壓，其中倘若此電壓大於第一臨界值且小於第二臨界值時，則電源分配控制器會切換電源切換器以耦接至電源輸入單元，並將交流電源提供給至少一伺服器；反之，則切換電源切換器以耦接至電池，並將直流電源提供給至少一伺服器。基此，本電源分配系統有效地減少電源供應時功率的消耗與浪費。

Description

電源分配系統
本發明是有關於一種電源管理技術，且特別是有關於一種能夠動態地切換供電來源以提供電源至伺服器系統的電源分配系統。
隨著網際網路與科技的快速發展、軟體與硬體的技術提升，許多企業對於資訊技術(Information Technology，IT)服務的需求越來越高，因此透過網際網路結合大量的伺服器以形成高速運算與具備大量儲存能力的整合式電腦廣為各企業所使用，然而由於資訊技術的電子元件的功能強、速度高且規模大，所以需要大量且穩定的電源來維護資料中心之伺服器系統的正常運作。
圖1是繪示利用不斷電系統(Uninterruptible Power Supply，UPS)供應資料中心穩定電源之電源分配系統的架構圖。
請參照圖1，一般而言，傳統的電源分配系統是透過UPS來在電壓發生異常(如，停電、欠壓或干擾)的情況下不間斷地為資料中心之伺服器系統提供後備交流電源，以維持資訊技術服務的正常運作。由於UPS的供電原理是當市電正常時，將市電的 交流電(AC)轉換為直流電(DC)，並對UPS內的電池充電。一旦UPS偵測到市電電壓出現異常或是斷電時，再將儲存於電池中的直流電轉換為交流電，供給負載繼續使用，以達到不斷電的功能。因此，透過UPS之電流的轉換再將電源傳送至電源分配單元(Power Distribution Unit，PDU)的過程中，供電效率會降低且增加功率的消耗。據此，如何解決因轉換效率降低而造成額外功耗增加的問題，已成為現今本領域技術人員所致力的重要課題。
本發明提供一種電源分配系統，其能夠當偵測到供電電源斷電或異常時，透過配置有電池的電源分配單元，將欲提供至伺服器的供應電源切換為電池的電源，以有效地減少供電時所需消耗的功率。
本發明提出一種電源分配系統，此系統包括至少一伺服器以及耦接至此至少一伺服器的電源分配單元。此電源分配單元包括電源分配控制器以及耦接至此電源分配單元的電源輸入單元、電池與電源切換器。其中電源輸入單元用以從一電源接收交流電源，電池用以提供直流電源，以及電源分配控制器用以偵測電源輸入單元所接收之交流電源的電壓。倘若此電壓大於第一臨界值且小於一第二臨界值時，則電源分配控制器會切換電切換器以耦接至電源輸入單元，並將此交流電源提供至至少一伺服器；反之，倘若此電壓小於第一臨界值或大於第二臨界值時，則此電 源分配控制器會切換電源切換器以耦接至電池，並將直流電源提供至至少一伺服器。其中第二臨界值大於第一臨界值。
在本發明的一實施例中，上述的至少一伺服器包括至少一電源供應單元，其中此電源供應單元用以將交流電源或直流電源轉換為一低電壓的直流電源。
在本發明的一實施例中，上述的電源分配單元更包括充電器，此充電器耦接至電源輸入單元且用以對電池進行充電。
在本發明的一實施例中，上述的電源分配系統更包括：機架管理單元，其用以透過網路介面與電源分配單元通訊，特別是，機架管理單元更用以透過電源分配單元監測上述的至少一伺服器。
在本發明的一實施例中，上述的網路介面包括乙太網路、內部整合電路(Inter-Integrated Circuit，i2C)及RS485傳輸介面的其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的電源分配控制器更用以取得電池的狀態並且根據此狀態來對電池進行活化。
基於上述，本發明實施例之電源分配單元能夠動態地選擇供應電源以分配交流或直流之電源至伺服器，並且透過此具有電池的電源分配單元取代傳統的不斷電系統，以有效地解決傳統因採用不斷電系統所產生之額外功率消耗的問題。如此一來，藉由本發明之電源分配系統的架構與運作，可使資料中心的伺服器皆能正常運作，並充分發揮整體系統的運作效能。另一方面，透 過本發明實施例之電源分配系統的配置方式可達到節能並且能有效降低設備成本。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧電源分配單元
110‧‧‧電源輸入單元
120‧‧‧充電器
130‧‧‧電池
140‧‧‧電源切換器
150‧‧‧電源分配控制器
300‧‧‧電源分配系統
310‧‧‧伺服器
312a‧‧‧第一電源供應單元
312b‧‧‧第二電源供應單元
320‧‧‧伺服器設備
330‧‧‧機架管理單元
340‧‧‧控制單元
342‧‧‧對內網路介面
344‧‧‧對外網路介面
350‧‧‧交換器
351‧‧‧網路連接埠
352‧‧‧網路連接埠
n‧‧‧網路連接埠
400‧‧‧輸入電壓
400a‧‧‧第一臨界值
400b‧‧‧第二臨界值
410‧‧‧輸出電壓
T0、T1、T2‧‧‧時間點
S501、S503、S505、S507、S509‧‧‧電源分配系統的運作流程圖
圖1是繪示利用不斷電系統(Uninterruptible Power Supply，UPS)供應資料中心穩定電源之電源分配系統的架構圖。
圖2是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配系統的架構示意圖。
圖3是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配系統的概要方塊圖。
圖4是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配控制器所偵測之輸入電壓與輸出電壓的波形圖。
圖5是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配系統的運作流程圖。
為了能夠提升資料中心與資訊技術服務之伺服器系統的電源供應效率，本發明透過配置有電池的電源分配單元來動態的切換供應電源以取代傳統的不斷電系統，由此可減少額外的功率 消耗。基此，供電的效率能夠得以提升。
圖2是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配系統的架構示意圖。
請參照圖2，圖2所示之電源分配系統是透過一配置有電池的電源分配單元將由發電機所接收的電源分配至資料中心的各個伺服器。相較於圖1所示之電源分配系統，藉由配置有電池的電源分配單元取代圖1所示之不斷電系統，可避免不斷電系統所造成之多餘的功率消耗與效率降低的問題。
圖3是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配系統的概要方塊圖。
請參照圖3，電源分配系統300包括電源分配單元100、伺服器310以及機架管理單元330。必須瞭解的是，儘管在本範例中是以一個伺服器為例進行說明，但本發明並不限於此。例如，電源分配單元100亦可耦接多個伺服器，並且將電源分配至多個伺服器。更進一步地說，電源分配系統300可包括多個電源分配單元，且每一電源分配單元可耦接至少一個伺服器。
電源分配單元100包括電源輸入單元110、充電器120、電池130、電源切換器140以及電源分配控制器150。
電源輸入單元110用以從外部電源(例如，市電)接收交流電源。
充電器120耦接電源輸入單元110，其用以透過電源輸入單元110所接收的交流電源對電池130進行充電，以及電池130 則用以提供直流電源。
值得一提的是，在本發明的一範例實施例中，配置有電池130的電源分配單元100是以zero U安裝(zero U installation)方式安裝於機架兩側，以節省機架內的空間。
電源分配控制器150耦接至電源輸入單元110、電池130、電源切換器140，並且用以偵測由電源輸入單元110所接收之交流電源的電壓。特別是，當所偵測之電壓大於第一臨界值且小於第二臨界值時，電源分配控制器150會切換電源切換器140以耦接至電源輸入單元110，並將交流電源提供至伺服器310。亦即，在電源分配控制器150所偵測之由電源輸入單元110所提供之交流電源的電壓為正常時，會使用電源輸入單元110所提供的交流電源為供應電源。反之，倘若所偵測之電壓小於第一臨界值或大於第二臨界值時，則電源分配控制器150會切換電源切換器140以耦接至電池130，並將直流電源提供至伺服器310。在此，第二臨界值是大於第一臨界值。
舉例而言，由於發電機一般所提供之電壓為220伏特(Volt，V)的交流電源，因此在本發明一範例實施例中，電源分配控制器150會初始地將第一臨界值設為220V之交流電源的80%(即，176V的交流電源)，來作為判斷由電源輸入單元110所接收之交流電源的電壓是否發生異常的下限值。類似地，電源分配控制器150會初始地將第二臨界值設為220V之交流電源的180%(即，324V的交流電源)，來作為之後判斷由電源輸入單元110 所接收之交流電源的電壓是否發生異常的上限值。然而，本發明不限於此，第一臨界值與第二臨界值亦可以根據電源分配單元100的整體運作來調整與設定。
圖4是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配控制器所偵測之輸入電壓與輸出電壓的波形圖。
請參照圖4，輸入電壓400表示為由電源輸入單元110所接收之交流電源的電壓變化，輸出電壓410則表示為電源分配單元100輸出至伺服器310之電源的電壓變化。具體而言，電源分配控制器150會偵測由電源輸入單元110所接收之交流電源的電壓，並且在時間點T0以前判斷所偵測之輸入電壓400大於第一臨界值400a且小於第二臨界值400b，因此電源分配控制器150會切換電源切換器140耦接至電源輸入單元110，並將交流電源(即，時間點T0以前的輸出電壓410)提供至伺服器310。倘若在時間點T0時，電源分配控制器150判斷所偵測之輸入電壓400小於第一臨界值400a並且判斷此異常狀況已持續一段時間(時間點T0~時間點T1)，則切換電源切換器140耦接至電池130，並且將直流電源(即，時間點T2以後的輸出電壓410)提供至伺服器310。其中時間點T1~時間點T2為電源切換器140的切換時間。
特別是，上述電源分配控制器150所執行之可動態地根據輸入電壓來切換直流電源與交流電源的機制中，直流電源與交流電源是使用相同的電源線從電源分配單元100傳送至伺服器310。由此，可降低設備的成本。
請再參照圖3，伺服器310包括第一電源供應單元312a與第二電源供應單元312b。當伺服器310接收到電源分配單元100所提供之交流電源或直流電源時，會透過第一電源供應單元312a或第二電源供應單元312b將所接收的電源轉換為一低電壓(例如，12V)的直流電源，並提供給伺服器設備320，以維持伺服器310的正常運作。例如，伺服器設備320包括主機、儲存器、交換器、主機板與備用電源供應單元等。值得一提的是，配置兩個電源供應單元(第一電源供應單元312a與第二電源供應單元312b)於伺服器310內，是為了當其中一個電源供應單元發生故障或無法再使用時，由另一個電源供應單元繼續供應伺服器電源，以維持正常的運作。然而，本發明不限於此，在本範例實施例中，亦可僅配置一個或配置兩個以上的電源供應單元。
機架管理單元330包括控制單元340與交換器350。控制單元340包括對內網路介面342與對外網路介面344，由此，控制單元340可透過對內網路介面342與交換器350內的網路控制器(未繪示)耦接，並可透過此網路控制器所提供的網路介面，經由網路連接埠351連線至電源分配單元100，以與電源分配單元100通訊。例如，網路介面可以是乙太網路、內部整合電路(Inter-Integrated Circuit，i2C)或RS485傳輸介面。特別是，透過此連線，機架管理單元330可對電源分配單元100發出控制信號、進行環境資訊參數的傳遞，或是根據所接收的環境資訊參數來對伺服器的周邊設備(未繪示)做調整，其中環境資訊參數例如為伺服 器的電流、電壓、溫度、硬體狀態…等即時資訊與環境參數。舉例來說，周邊設備例如是風扇、水冷設備…等環境冷卻裝置，因此，機架管理單元330可根據由電源分配單元100所接收的環境資訊參數來調整周邊設備的使用。也就是說，機架管理單元330在初始化完畢後，會檢測電源分配單元100是否存在，亦即，會檢測電源分配單元100是否耦接至對應的網路連接埠351，接著，便可透過電源分配單元100來監測伺服器310。
此外，機架管理單元330的控制單元340亦可透過對外網路介面344與外部網路進行通訊，以得知伺服器310的運作情況。例如，對外網路介面344可連線至伺服器310所在的另一台交換器。
值得一提的是，在本發明的一範例實施例中，電源分配控制器150會取得電池130的狀態，並且根據此狀態來對電池130進行活化，以使得電池130維持在最佳狀態並且延長其使用壽命。
圖5是根據本發明一範例實施例所繪示之電源分配系統的運作流程圖。
請參照圖5，首先，在步驟S501中，電源分配控制器150會初始地設定第一臨界值與第二臨界值。
接著，在步驟S503中，電源分配控制器150會偵測由電源輸入單元110所接收之交流電源的電壓。
在步驟S505中，電源分配控制器150會判斷此電壓是否大於第一臨界值且小於第二臨界值，倘若此電壓值大於第一臨界 值且小於第二臨界值時，則進入步驟S507。
在步驟S507中，電源分配控制器150會切換電源切換器140以耦接至電源輸入單元110，並且將交流電源提供至伺服器310。
倘若在步驟S505中，電源分配控制器150判斷電壓並未大於第一臨界值且也未小於第二臨界值，亦即，當電壓小於第一臨界值或大於第二臨界值時，則在步驟S509中，電源分配控制器150會切換電源切換器140以耦接至電池130，並且將直流電源提供至伺服器310。
綜上所述，本發明的電源分配系統會當偵測到供電電源斷電或異常時，透過配置有電池的電源分配單元來切換供應電源以分配電源分配單元中的電池所提供之直流電源至伺服器，進而有效地解決傳統因採用不斷電系統所產生之額外功率消耗的問題並且使得供電的效能得以提升。此外，本發明的電源分配系統藉由配置直流電源與交流電源共享的電源線以及透過活化電池的機制可有效地降低設備成本。再者，本發明的電源分配系統更進一步的透過診斷與檢測伺服器的狀態，來維持伺服器周邊設備的運作。
100‧‧‧電源分配單元
110‧‧‧電源輸入單元
120‧‧‧充電器
130‧‧‧電池
140‧‧‧電源切換器
150‧‧‧電源分配控制器
300‧‧‧電源分配系統
310‧‧‧伺服器
312a‧‧‧第一電源供應單元
312b‧‧‧第二電源供應單元
320‧‧‧伺服器設備
330‧‧‧機架管理單元
340‧‧‧控制單元
342‧‧‧對內網路介面
344‧‧‧對外網路介面
350‧‧‧交換器
351‧‧‧網路連接埠
352‧‧‧網路連接埠
n‧‧‧網路連接埠

Claims (6)

  1. 一種電源分配系統，包括：至少一伺服器，以及一電源分配單元，耦接至該至少一伺服器，其中該電源分配單元包括：一電源輸入單元，用以從一電源接收一交流電源，一電池，用以提供一直流電源，一電源分配控制器，耦接該電源輸入單元與該電池，用以偵測該交流電源的一電壓，以及一電源切換器，耦接該電源分配控制器，其中倘若該電壓大於一第一臨界值且小於一第二臨界值時，則該電源分配控制器更用以切換該電源切換器以耦接至該電源輸入單元，並將該交流電源提供至該至少一伺服器，其中倘若該電壓小於該第一臨界值或大於該第二臨界值時，則該電源分配控制器更用以切換該電源切換器以耦接至該電池，並將該直流電源提供至該至少一伺服器，其中該第二臨界值大於該第一臨界值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配系統，其中該至少一伺服器包括至少一電源供應單元，其中該電源供應單元用以將該交流電源或該直流電源轉換為一低電壓的直流電源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配系統，其中該電源 分配單元更包括：一充電器，耦接該電源輸入單元，用以對該電池進行充電。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配系統，更包括：一機架管理單元，用以透過一網路介面與該電源分配單元通訊，其中該機架管理單元更用以透過該電源分配單元監測該至少一伺服器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源分配系統，其中該網路介面包括乙太網路、內部整合電路(Inter-Integrated Circuit，i2C)及RS485傳輸介面的其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電源分配系統，其中該電源分配控制器更用以取得該電池的狀態並且根據該狀態來對該電池進行活化。
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