电源模块及电源系统的制作方法

本公开涉及电源领域，更具体地，涉及一种电源模块及电源系统。

背景技术：

大量电子设备，特别是计算机、通讯设备、空间站等的广泛应用，要求组建一个大容量、安全可靠、不中断供电的电源系统。显然单台电源供电已不能满足这些需求。并且，对于单电源模块供电系统而言，一旦这个电源模块发生故障，就会导致整个系统由于掉电而崩溃。于是采用多个并联电源模块来提供大功率输出是电源技术发展的必然趋势。

技术实现要素：

有鉴于此，本公开提供了一种电源模块及其系统。

本公开的一个方面提供了一种电源模块，该电源模块包括：直流变换单元，用于调节上述电源模块的输出电流；第一放大电路，用于对上述输出电流进行放大以得到上述电源模块的第一放大电流；第二放大电路，用于按预定比例对上述第一放大电流进行放大以得到上述电源模块的第二放大电流；负载均衡单元，用于比较第二放大电流对应的电压与总线电压以得到两者之间的电压差，其中，总线电压为插入同一电源系统的上述电源模块和其他电源模块中电压值最大的电源模块的电压；以及反馈单元，用于根据上述电压差产生电流调节信号以使上述直流变换单元调节上述输出电流，使得上述电源系统中的上述电源模块和上述其他电源模块实现按比例分流。

根据本公开的实施例，上述第二放大电路包括：

补偿单元，用于获取并根据第一容量信息和第二容量信息进行计算以得到上述预定比例，其中，上述第一容量信息为上述电源模块的输出功率的容量信息，上述第二容量信息为上述其他电源模块的输出功率的容量信息；以及

放大单元，用于按上述预定比例对上述第一放大电流进行放大以得到上述第二放大电流。

根据本公开的实施例，上述第二容量信息的获取方式包括：从上述电源系统的负载分流总线获取上述第二容量信息。

根据本公开的实施例，上述第二容量信息的获取方式包括：从上述电源系统的基板控制器获取上述第二容量信息。

根据本公开的实施例，上述第二容量信息的获取方式包括：从上述其他电源模块的负载均衡单元获取上述第二容量信息。

根据本公开的实施例，上述电源模块还包括过功率保护单元，与上述第一放大电路连接，用于对上述电源模块进行保护，以使上述电源模块的实际输出功率维持在上述电源模块的输出功率容量以内。

本公开的另一方面还提供了一种电源系统，该电源系统包括负载分流总线以及挂载在上述负载分流总线上的多个任一项上述的电源模块。

根据本公开的实施例，上述电源系统中不同的电源模块的输出功率容量相同或不同。

根据本公开的实施例，上述电源系统上的上述电源模块可热插拔。

根据本公开的实施例，上述电源系统包括第一电源模块和第二电源模块，上述电源系统还包括基板控制器，与上述过功率保护单元连接，用于在上述第一电源模块被热插拔时控制上述第二电源模块调节对应的输出功率。

通过本公开的实施例，可以至少部分地解决相关技术提供的方案要么无法实现电源系统的冗余特性，要么只能在电源系统的输出功率小于电源系统中任一电源模块的最大输出功率时才能实现电源系统的冗余特性的技术效果。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开的实施例的电源模块的示意图；

图2示意性示出了根据本公开的另一实施例的电源模块的示意图；

图3示意性示出了根据本公开的另一实施例的电源模块的示意图；

图4示意性示出了根据本公开的实施例的电源系统的示意图；

图5示意性示出了根据本公开的另一实施例的电源系统的示意图；以及

图6示意性示出了根据本公开的实施例的电源系统的框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了上述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。

因此，本公开的技术可以硬件和/或软件(包括固件、微代码等)的形式来实现。另外，本公开的技术可以采取存储有指令的计算机可读介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可供指令执行系统使用或者结合指令执行系统使用。在本公开的上下文中，计算机可读介质可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，计算机可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。计算机可读介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；和/或或有线/无线通信链路。

本公开的实施例提供了一种电源模块及其系统。该电源模块包括：直流变换单元，用于调节电源模块的输出电流；第一放大电路，用于对输出电流进行放大以得到电源模块的第一放大电流；第二放大电路，用于按预定比例对第一放大电流进行放大以得到电源模块的第二放大电流；负载均衡单元，用于比较第二放大电流对应的电压与总线电压以得到两者之间的电压差，其中，总线电压为插入同一电源系统的电源模块和其他电源模块中电压值最大的电源模块的电压；以及反馈单元，用于根据电压差产生电流调节信号以使直流变换单元调节输出电流，使得电源系统中的电源模块和其他电源模块实现按比例分流。该电源模块的电源系统可以实现冗余特性，即当电源系统中的一个电源不能供电时，其他电源可以立即供电，这样可以给大量电子设备，特别是计算机、通讯设备、空间站等提供大容量、安全可靠、不中断供电的电源系统。

本公开的实施例提供了一种电源模块。

图1示意性示出了根据本公开的实施例的电源模块的示意图。

如图1所示，该电源模块100可以包括：直流变换单元101，用于调节电源模块的输出电流；第一放大电路102，用于对输出电流进行放大以得到电源模块的第一放大电流；第二放大电路103，用于按预定比例对第一放大电流进行放大以得到电源模块的第二放大电流；负载均衡单元104，用于比较第二放大电流对应的电压与总线电压以得到两者之间的电压差，其中，总线电压为插入同一电源系统的电源模块和其他电源模块中电压值最大的电源模块的电压；以及反馈单元105，用于根据电压差产生电流调节信号以使直流变换单元101调节输出电流，使得电源系统中的电源模块和其他电源模块实现按比例分流。

需要说明的是，直流变换单元101(directcurrent-directcurrent变换单元，简称为dc-dc变换单元)用于保证小功率电源与大功率电源均能提供规格范围内的足够的功率；第一放大电路102，实现电流的检测，并将检测到的电流进行比例放大，形成第一放大电流(也称为本地电流)。根据本公开的实施例，第一放大电路102用于不同功率电源的输出电压稳定度是在同一个电压值误差范围内。

根据本公开的实施例，多个电源模块并联插入同一电源系统可能出现以下两种情况。

情况一：

因为受负载均衡电电路信号的牵制，经过直流变换单元输出的电流不能匹配，只能从系统端关掉功率小的电源，让功率较大的电源单独工作。

为了方便对本公开实施例的理解，以下将以同一电源系统中两个不同功率的电源为例，但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。

表1示出了不同功率电源的均流总线的比例关系，相关技术是根据该表来为大小不同功率的电源模块设计均流总线的。

例如，电源1和电源2并联供电，电源1和电源2的输出电压一致，是实现负载按比例分配的基本特征，其中，电源1的输出功率容量为500w，电源2的输出功率容量为1000w，如果系统输出功率容量为500w，则两个电源应该各承担250w左右功率。

表1

按照表1所示的均流总线设计方案，500w的电源在250w时(1/2载)均流总线电压为2.5v；1000w的电源在250w时(1/4载)，均流总线在1.0v左右(1.25v)。

而实际情况是，500w只能与500w电源的电流是匹配(同为约2.5v级别)，才能进行比较，实现均流；1000w只能与1000w电源的电流是匹配(同为约1v级)，才能进行比较，实现均流。

显然，2.5v(500w电源)和1.0v(1000w电源)，两个电压范围相差太远，不能匹配，没法进行信号比较，因而不能实现自动均流。此时，只能从系统端关掉功率小的电源，让功率较大的电源单独工作。

情况二：

即使多个并联电源可以实现负载均流，即每个电源的负载量相同，也仅能在电源系统的输出功率小于电源系统中任一电源模块的最大输出功率时才能实现电源系统的冗余特性。

表2

此时，负载条件由百分比改为实际的功率数，实现不同电源在相同输出功率下的负载均流总线相等，如表2所示。

换言之，相关技术中的电源模块并联供电方案要么无法实现电源系统的冗余特性，要么只能有条件的实现电源系统的冗余特性。在这种情况下，若使用上述电源模块100，其中设置的第二放大电路103可以将经过第一放大电路102放大的第一放大电流按预定比例进行放大输出第二放大电流，由负载均衡单元104对第二放大电流对应的电压与总线电压的电压差送入反馈单元105，使得直流变换单元101调节输出电流，使得第二放大电流对应的电压和总线电压的电压达到均衡，此时电源系统中的电源模块和其他电源模块实现负载按比例分配。需要说明的是，上述比例可以本电源模块和其他电源模块输出功率的容量比。特殊地，若本电源系统中的电源模块输出功率的容量相同，则该比值为1∶1，实现负载均流。

需要说明的是，本公开实施例提供的电源模块中的直流变换单元101、第一放大电路102、第一放大电路103、负载均衡单元104和反馈单元105可以以硬件和/或软件编程的形式来实现，在此不作限定。

与相关技术相比，本公开实施例提供的电源模块100由于第二放大电路103可以将第一放大电路102输出的第一放大电流按预定比例放大成第二放大电流，而第二放大电流对应的电压将去追逐总线上的电压，最终使二者达到均衡。换言之，第二放大电路103使得插入同一系统中的不同功率的电源模块的第二放大电流对应的电压最终与总线电压均衡，在多个电源并联供电的情况下，不同电源实现负载按比例分配。

图2示意性示出了根据本公开的另一实施例的电源模块的示意图。

作为一种可选的实施方式，如图2所示，上述第二放大电路103可以包括：补偿单元1031，用于获取并根据第一容量信息和第二容量信息进行计算以得到预定比例，其中，第二容量信息为其他电源模块的输出功率的容量信息；以及放大单元1032，用于按预定比例对第一放大电流进行放大以得到第二放大电流。

需要说明的是，补偿单元1031用于在电源开机时的初始化过程中，采集电源系统中不同电源模块的输出功率的容量值，并将采集到的各电源模块中的最大电流容量，以此认定此电流量所对应的电源为输出电流最大的电源模块，并结合本电源的容量信息(可以从设置在本电源模块的控制芯片中获取，也可以从单独设置在本电源模块的一个存储单元中获取)，得出本电源和最大输出功率的电源的差异信息，并将差异信息送入放大单元1032中，进行误差放大，并由均衡电路进行误差纠正，差异信息可以是本电源和最大输出功率电源的输出功率的容量比

初始化的过程中当插入系统中的所有电源都开机时，每一个电源都对自己的容量与从另一渠道得到的其他电源的容量进行比较，如果自己电源的容量不是最大值时，即强制使补偿电路把自身电流的补偿量放大，使反馈回路按比例减小本电源的电流输出。

这样，最大容量的电源将在初始化过程中承担最大电流，而最小容量的电源在初始化后将承担最小电流，而这两上电源所承担的电流量是按容量的比例关系分配的。

例如，1000w电源与500w电源并联供电，输出功率为750w时，1000w的电源在初始化时就分配给自己2/3电流，而500w电源分配给自己1/3电流。

1000w的电源在750w*2/3＝500w时的vbus(voltagebus，简称为总线供电电压)是5*1/2＝2.5v(见表1)。

500w的电源在750w*1/3＝250w，对于500w来说，vbus电压是2.5v(见表1)。

由最大检波法得出负载分流总线(也称为loadsharingbus)上的电流对应的电压是2.5v。

可以看出500w时的vbus(2.5v)与1000w的vbus电压2.5v相差不大(是有一定的误差的)，在一个数量级上，在负载均衡电路来看是实现了均流的。

需要说明的是，放大单元1032，用于在初始化的过程中，将补偿单元1031的计算差值执行放大纠正，从而与补偿单元1031的补偿量相适应。具体地，电源模块按照补偿单元1031获得的放大系数对电源进行模拟，并反馈给负载均衡单元104，使负载均衡单元104对放大后的电流信号进行负载均衡调节，使反馈单元105发出与模拟放大电流成比例的反馈信号，按补偿单元1031的补偿值来调节输出电流，即放大单元1032中的输出值即为两个不同容量电源之间的电流差，此电流差用来补齐补偿单元1031中的电流差值，使均衡电路以补偿后的电流米计算并实现电流均衡。

当电源由于某些意外因素(如输出电压波动)而使其承担的电流超出了按比例分配的原则时，放大单元1032根据补偿单元1031中提供的误差，进行线性放大纠正，使之回到按比例分配的工作电流值上来。

在本公开实施例中，第二放大电路103包括的补偿单元1031和放大单元1032，可以给第二放大电路103提供预定的电流放大比例，使得第二放大电路103能够合理的对第一放大电路102输出的第一放大电流进行放大，最终实现不同电源模块的输出电流按比例分配。也就是说实际的第一放大电路102输出的电流与第二放大电路103输出的电流就形成一个比例关系，此比例关系使得负载均衡电路“误以为”负载均衡了，而实际没有均衡，实现均衡的是一模拟信号(来自于电流比例放大的模拟单元)，而实际的电流没有实现均衡，而是与比例放大及模拟单元的信号形成一比例关系。也就是说，在形成名义上的负载均衡的前提下，实际电流与负载分流总线上的电流构成比例放大的关系。也就变成了两个电源模块中大功率电源与小功率电源实现负载的比例分配。

作为一种可选的实施方式，上述第二容量信息的获取方式可以包括：从电源系统的负载分流总线获取第二容量信息。

需要说明的是，上述补偿单元1031获取第二容量信息的方式也可以包括从电源系统的负载分流总线中获取第二容量信息。例如，通过负载分流总线的线上电压，对应于表1中的数据来判断另一电源的容量值即第二容量信息。

作为一种可选的实施方式，上述第二容量信息的获取方式可以包括：从电源系统的基板控制器获取第二容量信息。

需要说明的是，上述补偿单元1031获取第二容量信息的方式也可以包括从电源系统的基板控制器中获取。例如，通过pmbus(powermanagementbus，简称为电源管理总线)读数，由系统bmc(baseboardmanagementcontroller，简称为基板控制器)来读取各电源的输出功率的容量，并通过pmbbus指令提供给当前电源。

作为一种可选的实施方式，上述第二容量信息的获取方式可以包括：从其他电源模块的负载均衡单元获取第二容量信息。

需要说明的是，上述补偿单元1031获取第二容量信息的方式也可以包括从其他电源模块的负载均衡单元中获取。

需要说明的是，补偿单元1031获取第二容量信息方式还可以包括从存在于本电源内控制芯片中获取，也可以包括从单独存在于本电源存储单元中获取。例如，在各电源模块之间加一信号pin(personalidentificationnumber，简称为管脚)，当直接连接于各电源的存储单元中，每个电源的补偿单元过此管脚可以得到其他电源的容量值即第二容量信息。

在本公开实施例中，提供了多种方式来获取到其他电源模块的输出功率的容量信息即第二容量信息，实现方式灵活多样。

图3示意性示出了根据本公开的另一实施例的电源模块的示意图。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，上述电源模块100还包括过功率保护单元106，与第一放大电路102连接，用于对电源模块进行保护，以使电源模块的实际输出功率维持在电源模块的输出功率容量以内。

需要说明的是，过功率保护单元106，使得大功率电源模块发生故障时，小功率电源模块能立即发出输出电流过载的信号给系统端，使系统在小功率电源保护功能生效之前将系统负载降到小功率以下，以避免小功率电源过载保护，造成系统掉电而丢失数据的问题。例如，当多个电源插入系统时，进行初始化过程中，电源要把过功率保护而关机的功能关掉一定的时间，可以是若干毫秒，在此时间内，允许补偿单元1031计算出补偿量，并送入放大单元1032，使负载均衡电路起作用，或者出现有电源模块损坏时，当前电源有可能出现过功率，此时过功率保护要禁步过功率关机的功能关掉一定的时间，并且向系统bmc发出系统降载的请求信号，使系统负载量降低，以保护系统的供电系统使其不关机。

需要说明的是，本公开实施例提供的电源模块中的过功率保护单元106可以以硬件和/或软件编程的形式来实现，在此不作限定。

在本公开实施例中，可以在大功率电源模块故障时，避免小功率电源模块过载保护，可以提供安全可靠且不中断的供电系统。

本公开的实施例提供了一种电源系统。

图4示意性示出了根据本公开的实施例的电源系统的示意图。

作为一种可选的实施方式，如图4所示，电源系统可以包括：负载分流总线；以及挂载在负载分流总线上的多个上述任一项的电源模块。

多个上述任一项的电源模块分别连接二极管阳极，以“或门”的方式并联输出至负载分流总线上。可以让一个电源模块单独工作，也可以让多个电源模块同时工作。

一方面，当其中一个电源模块故障时，由于二极管的单向导通特性，不会影响负载分流总线的输出。

另一方面，由于二极管的单向导通特性，只有具备最大电流的电源模块对应的二极管才能导通，负载分流总线上的电压为插入同一电源系统的所述电源模块和其他电源模块中电压值最大的电源模块的电压。

在本公开实施例中，多个如上所述的电源模块挂载在负载分流总线上，修改成本很低，电源种类的减少可以大规模降低成本。

作为一种可选的实施方式，上述电源系统中不同的电源模块的输出功率容量相同或不同。

一方面，电源系统中的不同电源模块输出功率相同时，很容易可以实现负载按比例分配。

另一方面，电源系统中的不同电源模块输出功率不同时，由于设置在电源模块中的第二放大电路103，同样能实现负载按比例分配。

而在相关技术中，电源系统中的不同电源模块输出功率不同时，只能有条件的实现负载均流的分配结果。例如，只能在电源系统输出功率小于电源系统中较小功率的输出功率时才可以实现负载均流。

在本公开实施例中，由于设置了第二放大电路103，使得不同输出功率的电源能够实现负载按比例分配，一方面，供电电源不同模块之间的兼容性大大增加；另一方面，两个不同功率的电源可实现一定负载下按比例分负载，使不同功率电源的冗余特性得以拓宽，同时现有电源系统中面临的两个不同功率电源混插的一系列问题也得到有效解决。

作为一种可选的实施方式，电源系统上的电源模块可热插拔。

需要说明的是，上述电源系统中的电源模块，可以同时供电，也可以一个电源模块单独供电，且在一个电源模块发生故障时，另外的电源模块可以立即投入使用，不中断设备的正常运行，实现电源的热插拔。

在本公开实施例中，可实现不同功率的电源热插拔，提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等。

图5示意性示出了根据本公开的另一实施例的电源系统的示意图。

作为一种可选的实施方式，如图5所示，上述电源系统包括第一电源模块100和第二电源模块200，电源系统还包括基板控制器107，与过功率保护单元106连接，用于在第一电源模块100被热插拔时控制第二电源模块200调节对应的输出功率。

需要说明的是，当电源系统中的一个电源损坏时，如果正常工作的电源的容量比系统功率小时，基板控制器107可以接收电源发出的降低功率的请求，并实施降功耗，实现电源系统的冗余特性。

而现有相关技术中，需要系统bmc介入到哪一个电源应该开机的工作中米，设计难度增大。

在本公开实施例中，不需要系统bmc介入电源开机动作，两个电源通过有效的自动按比例分配系统负载，两个不同电源模块可以带动更大的系统容量。

作为一种可选的实施方式，上述基板控制器107还用于获取电源系统中各电源模块的输出功率容量信息，以供各电源模块按比例分流时计算对应的分流比例。

一方面，基板控制器107用于读取电源模块的第二容量信息，并通过pmbus发送给其他各电源模块，需要说明的是，此功能可以有其他三种方法替代，例如，对第二电源模块200来说，可以从电源系统的负载分流总线中获取，还可以从第一电源模块100的负载均衡单元104中获取。

另一方面，基于第二容量信息和本电源模块的容量信息，可以得到本电源模块和其他电源模块按比例分流时的分流比例，例如，电源模块1的输出功率的容量为500w，基板控制器107读取电源模块2的输出功率的容量为1000w，则可以得到电源模块1和电源模块2的分流比例为1∶2，若系统输出功率的容量为750w，按照计算得到的分流比例，电源模块1承担250w，而电源模块2承担500w。

在本公开实施例中，基板控制器可以作为备用设备获取电源系统中个电源模块的输出功率容量信息，因而可以提供多重保险以确保能够准确获得分流比例。

图6示意性示出了根据本公开的实施例的电源系统的框图。

如图6所示，电源系统600包括处理器610和计算机可读存储介质620。

具体地，处理器610例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))，等等。处理器610还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器610可以是用于执行根据本公开实施例的相关计算机程序。此处，相关计算机程序可以包括但不限于电源模块中以软件编程形式来实现的功能模块/单元等。

计算机可读存储介质620，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(hdd)；光存储装置，如光盘(cd-rom)；存储器，如随机存取存储器(ram)或闪存；和/或有线/无线通信链路。

计算机可读存储介质620可以包括计算机程序621，该计算机程序621可以包括代码/计算机可执行指令。

计算机程序621可被配置为具有例如包括计算机程序模块的计算机程序代码。例如，在示例实施例中，计算机程序621中的代码可以包括一个或多个程序模块，例如包括621a、模块621b、……。应当注意，模块的划分方式和个数并不是固定的，本领域技术人员可以根据实际情况使用合适的程序模块或程序模块组合。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。