СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ
POWER SUPPLY CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR POWER SUPPLY CONTROL

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к управлению множеством блоков питания и, в частности, к системе управления питанием и способу управления питанием.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В сервере или высокоскоростной вычислительной системе обычно используется источник питания системы, состоящий из более чем двух блоков питания (БП). Однако при реальной работе система не работает постоянно при высокой нагрузке, а полностью или частично находится в режиме ожидания. В этом случае каждый из блоков питания в источнике питания системы находится в состоянии низкой нагрузки, не в состоянии поддерживать нагрузки блоков питания в точке оптимальной эффективности работы.
[0003] Кроме того, слот на материнской плате, включая, помимо прочего, слот центрального процессорного блока, слот памяти, разъем для подключения жесткого диска и его переходную карту, а также слот PCI-E (Peripheral Component Interconnect Express), по-прежнему получает питание от блока питания системы даже в нерабочем состоянии. Иногда в данном источнике питания нет необходимости, а процессы передачи питания, выпрямления и преобразования энергии также вызывают дополнительные потери энергии, формируя ненужные отходы и снижая фактическую эффективность работы источника питания системы.
[0004] Следовательно, эффективное поддержание эффективности работы каждого из блоков питания в источнике питания системы и сокращение ненужных потерь питания стало серьезной технической проблемой.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Ввиду вышеизложенных проблем в настоящем изобретении предложены система управления питанием и способ управления питанием, которые могут решить проблему, заключающуюся в том, что эффективность работы блока питания не может быть оптимизирована в уровне техники.
[0006] В настоящем изобретении раскрыта система управления питанием, конфигурированная для подачи электропитания к множеству устройств потребления питания. Система управления питанием включает в себя множество интерфейсов подключения, источник питания системы и схему управления питанием.
[0007] Интерфейсы подключения конфигурированы для подключения соответственно к одному из устройств потребления питания для выполнения передачи сигнала и передачи питания. Источник питания системы включает в себя множество блоков питания (БП). Источник питания системы конфигурирован для подачи электропитания к каждому из интерфейсов подключения, чтобы подавать электропитание к устройствам потребления питания через интерфейсы подключения. Схема управления питанием подключена к каждому из устройств потребления питания через каждый из интерфейсов подключения.
[0008] Схема управления питанием выполнена с возможностью получения текущей полной нагрузки множества блоков питания, определения целевой нагрузки каждого из блоков питания и определения, подключен ли каждый из интерфейсов подключения к одному из устройств потребления питания. Схема управления питанием выполнена с возможностью отключения подачи питания к интерфейсу подключения, который не подключен к одному из устройств потребления питания, и определения разрешенного количества из множества блоков питания, подлежащих включению, в соответствии с текущей полной нагрузкой и целевой нагрузкой каждого из блоков питания, так что текущая нагрузка каждого из блоков питания, подлежащих включению, близка к целевой нагрузке.
[0009] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения схема управления питанием выполнена с возможностью определения, с помощью наличия или отсутствия сигнала состояния, возвращенного назначенным контактом в каждом из интерфейсов подключения, подключен ли каждый из интерфейсов подключения к одному из устройств потребления питания.
[0010] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения схема управления питанием выполнена с возможностью детектирования, с использованием схемы детектирования, подключен ли каждый из интерфейсов подключения к одному из множества устройств потребления питания. Схема детектирования имеет схему И, первый транзисторный ключ и второй транзисторный ключ. Схема И включает в себя входной терминал и выходной терминал. Входной терминал подключен к по меньшей мере одному свободному контакту интерфейса подключения и при обычных условиях поддерживается на высоком уровне, так что выходной терминал поддерживается на высоком уровне. Первый транзисторный ключ включает в себя первый затвор, первый сток и первый исток. Выходной терминал схемы И подключен к первому затвору. Первый сток подключен к первому источнику напряжения высокого уровня. Первый источник заземлен. Второй транзисторный ключ имеет второй затвор, второй сток и второй исток. Второй затвор подключен к первому стоку и первому источнику напряжения высокого уровня. Второй сток подключен к источнику питания системы. Второй исток подключен к входному контакту питания интерфейса подключения.
[0011] По меньшей мере, в одном варианте осуществления настоящего изобретения система управления питанием дополнительно включает в себя множество вычислительных узлов. Каждый из вычислительных узлов конфигурирован для снабжения соответственно устройствами потребления питания и по меньшей мере одним из блоков питания, и, соответственно, включает в себя набор вентиляторов узла. Каждый набор вентиляторов узла содержит множество вентиляторов системы. Схема управления питанием выполнена с возможностью детектирования, имеется ли центральный процессорный блок в каждом из устройств потребления питания каждого из вычислительных узлов. При отсутствии центрального процессорного блока схема управления питанием переключает каждый из вентиляторов системы в соответствующем наборе вентиляторов узла на первую частоту вращения, или выключает каждый из вентиляторов системы. Когда имеется центральный процессорный блок, схема управления питанием переключает каждый из вентиляторов системы в соответствующем наборе вентиляторов узла на вторую частоту вращения, при этом вторая частота вращения больше, чем первая частота вращения.
[0012] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения каждый из вычислительных узлов дополнительно включает в себя датчик температуры узла, конфигурированный для детектирования промежуточной температуры области, в которой расположен каждый из вычислительных узлов, и передачи промежуточной температуры в схему управления питанием. Когда центральный процессорный блок отсутствует, и соответствующая промежуточная температура превышает пороговое значение промежуточной температуры, схема управления питанием переключает каждый из вентиляторов системы в соответствующем наборе вентиляторов узла на третью частоту вращения, при этом третья частота вращения больше, чем первая частота вращения.
[0013] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения схема управления питанием выполнена с возможностью непрерывного детектирования текущей температуры каждого из устройств потребления питания, детектирования текущей температуры источника питания и текущей нагрузки каждого из блоков питания. Схема управления питанием выполнена с возможностью определения, являются ли текущие температуры устройства и каждая из текущих температур источника питания соответственно выше соответствующих пороговых значений. Когда каждая из текущих температур устройства, каждая из текущих температур источника питания и каждая из текущих нагрузок не превышают соответствующие пороговые значения, схема управления питанием определяет полную нагрузку множества вентиляторов системы, чтобы определить разрешенное количество и частоту вращения вентиляторов системы, подлежащих включению. Когда каждая из текущих температур устройства, каждая из текущих температур источника питания и каждая из текущих нагрузок превышает соответствующее пороговое значение, схема управления питанием включает все блоки питания и вентиляторы системы.
[0014] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения устройства потребления питания классифицируются схемой управления питанием на первую категорию и вторую категорию. Когда есть первая категория и нет второй категории, и каждая из текущих температур устройства в каждом из устройств потребления питания в первой категории не превышает соответствующее пороговое значение, схема управления питанием переключает полную нагрузку вентиляторов системы на первую нагрузку вентилятора. Когда есть и первая категория и вторая категория, и каждая из текущих температур устройства каждого из устройств потребления питания в первой и второй категории не превышает соответствующее пороговое значение, схема управления питанием переключает полную нагрузку вентиляторов системы на вторую нагрузку вентилятора, при этом вторая нагрузка вентилятора больше, чем первая нагрузка вентилятора.
[0015] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения схема управления питанием выполнена с возможностью установки множества интервалов температуры и множества интервалов нагрузки. Пересечение между каждым из интервалов температуры и одним из интервалов нагрузки имеет соответствующую нагрузку вентилятора. Когда текущая температура источника питания каждого из блоков питания находится в каждом из интервалов температуры, схема управления питанием получает соответствующую нагрузку вентилятора в соответствии с пересечением между интервалом температуры и интервалом нагрузки, в котором находится текущая нагрузка, для переключения вентилятора каждого блока питания.
[0016] Настоящее изобретение также относится к способу управления питанием, конфигурированному для переключения множества блоков питания (БП) между включением и выключением. Блоки питания конфигурированы для подачи электропитания к множеству интерфейсов подключения. Интерфейсы подключения конфигурированы для подключения соответственно к одному из множества устройств потребления питания. Способ включает в себя: получают текущую полную нагрузку блоков питания и определяют целевую нагрузку каждого из блоков питания; детектируют статус подключения каждого из интерфейсов подключения для определения, подключен ли каждый из интерфейсов подключения к одному из устройств потребления питания; отключают питание интерфейса подключения, не подключенного к одному из устройств потребления питания; определяют разрешенное количество из множества блоков питания, подлежащих включению, в соответствии с текущей полной нагрузкой и целевой нагрузкой каждого из блоков питания; включают или выключают каждый из блоков питания в соответствии с разрешенным количеством из множества блоков питания, подлежащих включению, так что текущая нагрузка каждого из блоков питания, подлежащих включению, близка к целевой нагрузке.
[0017] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения способ управления питанием дополнительно включает в себя: обеспечивают наличие множества вычислительных узлов, при этом каждый из вычислительных узлов конфигурирован для снабжения соответственно устройствами потребления питания, снабжен по меньшей мере одним из блоков питания и набором вентиляторов узла, при этом каждый набор вентиляторов узла содержит множество вентиляторов системы; и детектируют наличие центрального процессорного блока в устройствах потребления питания каждого из вычислительных узлов; при отсутствии центрального процессорного блока переключают каждый из вентиляторов системы в соответствующем наборе вентиляторов узла на первую частоту вращения, или выключают каждый из вентиляторов системы; и когда имеется центральный процессорный блок, переключают каждый из вентиляторов системы в соответствующем наборе вентиляторов узла на вторую частоту вращения, при этом вторая частота вращения больше, чем первая частота вращения.
[0018] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения способ управления питанием дополнительно включает в себя: детектируют промежуточную температуру в области, в которой расположен каждый из вычислительных узлов; и когда нет центрального процессорного блока, и соответствующая промежуточная температура превышает пороговое значение промежуточной температуры, переключают каждый из вентиляторов системы в соответствующем наборе вентиляторов узла на третью частоту вращения, при этом третья частота вращения больше, чем первая частота вращения.
[0019] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения способ управления питанием дополнительно включает в себя: детектируют текущую температуру устройства каждого из устройств потребления питания, и детектируют текущую температуру источника питания и текущую нагрузку каждого из блоков питания, и определяют, превышает ли соответственно каждая из текущих температур устройства и каждая из текущих температур источника питания соответствующие пороговые значения. Когда каждая из текущих температур устройства, каждая из текущих температур источника питания и каждая из текущих нагрузок не превышают соответствующие пороговые значения, определяют полную нагрузку множества вентиляторов системы, чтобы определить разрешенное количество и частоту вращения вентиляторов системы, подлежащих включению. Когда каждая из текущих температур устройства, каждая из текущих температур источника питания и каждая из текущих нагрузок превышают соответствующее пороговое значение, включают все блоки питания и вентиляторы системы.
[0020] По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает в себя: классифицируют устройства потребления питания на первую категорию и вторую категорию; когда есть первая категория и нет второй категории, и каждая из текущих температур устройства в каждом из устройств потребления питания в первой категории не превышает соответствующее пороговое значение, переключают полную нагрузку вентиляторов системы на первую нагрузку вентилятора; и когда есть и первая категория и вторая категория, и каждая из текущих температур устройства каждого из устройств потребления питания в первой и второй категории не превышает соответствующее пороговое значение, переключают полную нагрузку вентиляторов системы на вторую нагрузку вентилятора, при этом вторая нагрузка вентилятора больше, чем первая нагрузка вентилятора.
[0021] По меньшей мере в одном варианте осуществления данного изобретения способ управления питанием дополнительно включает в себя: устанавливают множество интервалов температуры и множество интервалов нагрузки; при этом пересечение между каждым из интервалов температуры и одним из интервалов нагрузки имеет соответствующую нагрузку вентилятора; и когда текущая температура источника питания каждого из блоков питания находится в каждом из интервалов температуры, получают соответствующую нагрузку вентилятора в соответствии с пересечением между интервалом температуры и интервалом нагрузки, в котором находится текущая нагрузка, для включения вентилятора каждого блока питания.
[0022] В настоящем изобретении система управления питанием определяет, подавать ли электропитание к интерфейсу подключения, в соответствии со статусом подключения интерфейса подключения. Отсутствие подачи питания на незанятый интерфейс подключения позволяет избежать не только прямой потери интерфейса подключения, но и потерь энергии, вызванных выпрямлением мощности и регулированием напряжения во время передачи питания от блока питания к интерфейсу подключения. Аналогично, после того, как вышеупомянутый процесс исключен, можно дополнительно избежать потребления питания, требуемого для охлаждения системы, так что общее потребление энергии может быть эффективным образом снижено. Кроме того, путем включения и выключения каждого из блоков питания блок питания может работать с целевой нагрузкой, повышая эффективность работы блоков питания и дополнительно снижая потребление питания системы. По меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения дополнительно регулируется полная нагрузка вентиляторов системы, дополнительно снижая ненужное потребление питания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] Настоящее изобретение станет более понятным из следующего ниже подробного описания, приведенного лишь для иллюстрации и, следовательно, не ограничивающего объем правовой охраны изобретения, причем:
[0024] фиг. 1 - блок-схема схема системы управления питанием согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
[0025] фиг. 2 - другая блок-схема системы управления питанием согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
[0026] фиг. 3 - блок-схема способа управления питанием согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
[0027] фиг. 4 - проиллюстрировано соответствие между текущей полной нагрузкой и разрешенным количеством блоков питания, подлежащих включению для сравнения между системой управления питанием из уровня техники и настоящим изобретением;
[0028] фиг. 5 - проиллюстрировано соответствие между текущей полной нагрузкой и эффективностью работы для сравнения между системой управления питанием из уровня техники и настоящим изобретением;
[0029] фиг. 6 - блок-схема схема системы управления питанием согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
[0030] фиг. 7 - примерная принципиальная схема схемы детектирования согласно одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения;
[0031] фиг. 8 и фиг. 9 - схематические диаграммы системы управления питанием, расположенной в компьютерной системе, согласно третьему варианту осуществления; и
[0032] фиг. 10, фиг. 11 и фиг. 12 - блок-схемы способа управления питанием согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] Фиг. 1 и фиг. 2 являются блок-схемами системы 100 управления питанием согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Система 100 управления питанием расположена в компьютерной системе для выполнения способа управления питанием. Система 100 управления питанием включает в себя множество интерфейсов 110 подключения, источник 120 питания системы и схему 130 управления питанием.
[0034] Как показано на фиг. 1, каждый из интерфейсов 110 подключения выполнен с возможностью подключения к устройству 140 потребления питания, тем самым выполняя передачу сигнала и передачу питания к устройству 140 потребления питания. Интерфейс 110 подключения может быть одним слотом и конфигурирован для одновременной передачи питания и сигнала. Интерфейс 110 подключения также может быть комбинацией множества электрических разъемов. Каждый из электрических разъемов передает сигналы и соответственно питание. Вышеупомянутое устройство 140 потребления питания может быть, но без ограничения, центральным процессорным блоком, памятью, устройством жесткого диска (HDD), устройством PCI-E или другими устройствами, которые могут управляться схемой 130 управления питанием и получать питание от источника 120 питания системы.
[0035] Как показано на фиг. 1, источник 120 питания системы включает в себя множество блоков 122 питания (БП 122). Схема 130 управления питанием устанавливает целевую нагрузку для каждого из БП 122. Как правило, выходная нагрузка блока 122 питания, близкая к оптимальной нагрузке, указывает эффективность работы (отношение подаваемого электропитания к входному питанию) блока 122 питания, более близкую к оптимальной эффективности работы. Следовательно, целевая нагрузка может быть оптимальной нагрузкой блока 122 питания, но не исключаются и другие значения. Взяв в качестве примера стандарт 80 PLUS, независимо от уровня блока 122 питания блок 122 питания имеет оптимальную эффективность работы при нагрузке, равной 50%. Однако, когда система частично или полностью находится в режиме ожидания, если все блоки питания 122 включены, нагрузка, назначенная каждому блоку 122 питания, может быть намного ниже 50%, что приводит к низкой эффективности работы. В это время целевая нагрузка может быть установлена на 50% от оптимальной нагрузки. Источник 120 питания системы конфигурирован для подачи электропитания к каждому из интерфейсов 110 подключения, чтобы подавать электропитание к соответствующим устройствам 140 потребления питания через интерфейсы 110 подключения. Очевидно, что термин «множество» означает два или более чем два.
[0036] Как показано на фиг. 1 и фиг. 6, схема 130 управления питанием может быть комбинацией управления 132 основной платой (УОП 132) и необходимых схем 136 с-136е детектирования. Схема 130 управления питанием подключена к каждому из устройств 140 потребления питания через интерфейс 110 подключения. Схема 130 управления питанием может передавать управляющие сигналы к каждому из устройств 140 потребления питания и может принимать ответы от каждого из устройств 140 потребления питания. Схема 130 управления питанием дополнительно электрически подключена к источнику 120 питания системы для получения информации о работе БП 122, включая, помимо прочего, допустимую максимальную нагрузку и текущую нагрузку каждого из БП 122. Схема 130 управления питанием конфигурирована для включения или выключения каждого из блоков 122 питания. Схема 130 управления питанием дополнительно получает оптимальную нагрузку блока 122 питания. Оптимальная нагрузка используется в качестве целевой нагрузки. На фиг.1 показаны пути передачи сигналов с использованием сплошных линий и пути передачи питания с использованием пунктирных линий. Передача сигнала является двусторонней передачей, включающей в себя: передачи, при которых схема 130 управления питанием выводит управляющий сигнал и принимает сигнал, возвращаемый блоком 122 питания и устройством 140 потребления питания. Передача питания обычно является односторонней передачей от источника 120 питания системы к схеме 130 управления питанием и каждому из интерфейсов 110 подключения.
[0037] Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, схема 130 управления питанием дополнительно конфигурирована для определения, подключен ли каждый из интерфейсов 110 подключения к устройству 140 потребления питания. Способ определения для схемы 130 управления питанием не ограничивается одним способом. В одном конкретном варианте осуществления схема 130 управления питанием определяет, посредством наличия или отсутствия сигнала состояния, возвращаемого назначенным контактом в интерфейсе 110 подключения, подключен ли интерфейс 110 подключения к устройству 140 потребления питания. Сигнал состояния включает в себя сигнал присутствия, сигнал разрешения или рабочий параметр (например, рабочие часы), которые периодически выдаются устройством или возвращаются для запроса схемой 130 управления питанием, или сигнал температуры, выдаваемый датчиком температуры устройства, встроенным в устройство через назначенный контакт. Как показано на фиг. 6 и 7, сигналом состояния может быть изменение уровня напряжения назначенного контакта. В другом конкретном варианте осуществления схема 130 управления питанием детектирует, с использованием схемы детектирования схем 136 с-136е детектирования, подключен ли свободный контакт интерфейса 110 подключения к соответствующему контакту устройства 140 потребления питания, тем самым детектируя, подключен ли каждый из интерфейсов 110 подключения к одному из устройств 140 потребления питания.
[0038] Как показано на фиг. 1, 2 и 3, процесс, в котором система 100 управления питанием выполняет способ управления питанием, описывается следующим образом.
[0039] После того, как система 100 управления питанием включается, схема 130 управления питанием выполняет детектирование нагрузки и получает текущую нагрузку каждого из БП 122, чтобы получить текущую полную нагрузку множества БП 122, как показано на этапе 110.
[0040] Затем схема 130 управления питанием детектирует состояние подключения каждого из интерфейсов 110 подключения, чтобы определить, подает ли источник 120 питания системы питание к интерфейсу 110 подключения, как показано на этапе 122. Схема 130 управления питанием затем включает или выключает питание интерфейса 110 подключения в соответствии со статусом подключения, как показано на этапе 124. Схема 130 управления питанием в основном отключает подачу питания к интерфейсу подключения, который не подключен к устройству 140 потребления питания.
[0041] На этапе 122 схема 130 управления питанием может напрямую управлять каждым из БП 122 и напрямую включать или выключать вывод определенного контакта вывода питания. Схема 130 управления питанием может дополнительно включать или отключать путь передачи питания между источником 120 питания системы и соответствующим интерфейсом 110 подключения посредством передачи между переключателями (например, транзисторным переключателем).
[0042] Схема 130 управления питанием определяет целевую нагрузку каждого из БП 122, как показано на этапе 126. Схема 130 управления питанием определяет разрешенное количество БП 122, подлежащих включению, в соответствии с текущей полной нагрузкой и целевой нагрузкой каждого из БП 122, как показано на этапе 128. Разрешенное количество блоков питания, подлежащих включению, используется для обеспечения включения текущей нагрузки каждого из блоков 122 питания, максимально приближенной к целевой нагрузке, так что эффективность работы каждого из блоков 122 питания близка к целевому значению. Например, блок 122 питания, соответствующий стандарту 80 PLUS, имеет оптимальную эффективность работы при нагрузке, равной 50%. Следовательно, разрешенное количество блоков питания, подлежащих включению, может быть установлено таким образом, чтобы поддерживать включение блоков 122 питания на уровне, близком к 50%, и подлежащие включению блоки 122 питания могут работать с оптимальной эффективностью работы.
[0043] Наконец, схема 130 управления питанием включает или выключает каждый из блоков 122 питания в соответствии с разрешенным количеством блоков питания, подлежащих включению, как показано на этапе 130. Схема 130 управления питанием возвращается к этапу 122 для детектирования. Схема 130 управления питанием постоянно детектирует статус подключения каждого из интерфейсов 110 подключения, чтобы постоянно переключать блоки 122 питания между включением и выключением.
[0044] Как показано на фиг.1, когда схема 130 управления питанием детектирует, что каждый из интерфейсов 110 подключения подключен к устройству 140 потребления питания, схема 130 управления питанием переключает подачу питания ко всем интерфейсам 110 подключения для включения. В это время, если два блока 122 питания одновременно подают электропитание, текущая нагрузка каждого из блоков 122 питания, подлежащих включению, становится близкой к целевой нагрузке. Затем схема 130 управления питанием поддерживает одновременное включение двух БП 122.
[0045] Как показано на фиг.2, когда схема 130 управления питанием детектирует, что некоторые из интерфейсов 110 подключения не подключены к устройству 140 потребления питания, схема 130 управления питанием переключает подачу питания к интерфейсам 110 подключения для выключения. В это время текущая полная нагрузка множества БП 122 уменьшается. Если один блок 122 питания может подавать электропитание, чтобы заставить текущую нагрузку каждого из блоков 122 питания включаться так, чтобы она была близка к целевой нагрузке, схема 130 управления питанием отключает один блок 122 питания, оставляя включенным только один блок питания 122.
[0046] Следует отметить, что чертежи с фиг. 1 и фиг. 2 представляют собой лишь упрощенные изображения и не ограничивают фактическое количество включенных блоков 122 питания и устройств 140 потребления питания. Кроме того, потребление питания каждого устройства 140 потребления питания также варьируется в зависимости от типа устройства. Блоки 122 питания также не обязательно ограничены одной и той же спецификацией. БП 122 также могут иметь различные спецификации и могут быть настроены на различные целевые нагрузки. Схема 130 управления питанием может определять, на основании коэффициента нагрузки, целевую нагрузку и текущую полную нагрузку блоков 122 питания, какой из блоков 122 питания должен быть включен, чтобы соответствующая текущая нагрузка подлежащих включению блоков 122 питания была близка к их целевой нагрузке.
[0047] На фиг.4 и фиг.5 показаны схематические сравнения между данным изобретением и системой управления питанием из уровня техники.
[0048] На фиг. 4 кривой L1 обозначено соответствие между текущей полной нагрузкой и разрешенным количеством подлежащих включению блоков 122 питания из уровня техники (при условии, что блоки 122 питания в данном решении и система управления питанием из уровня техники идентичны), и кривой L2 обозначено соответствие между текущей полной нагрузкой и разрешенным количеством блоков 122 питания согласно настоящему изобретению. На фиг. 5 кривой L3 обозначено соответствие между текущей полной нагрузкой и производительностью работы в уровне техники, а кривой L4 обозначено соответствие между текущей полной нагрузкой и производительностью работы согласно настоящему изобретению.
[0049] Как показано кривой L1 и кривой L3 на фиг.4 и 5, в уровне техники, независимо от текущей полной нагрузки источника 120 питания системы, все БП 122 находятся во включенном состоянии, и текущие нагрузки распределены вместе. Следовательно, когда текущая полная нагрузка источника 120 питания системы относительно мала, соответствующая текущая нагрузка каждого из БП 122 может быть намного ниже оптимальной нагрузки, что приводит к относительно низкой эффективности работы. Только после того, как текущая полная нагрузка источника 120 питания системы относительно увеличена, может быть достигнута относительно хорошая эффективность работы.
[0050] Как показано кривой L2 и кривой L4 на фиг. 4 и фиг. 5, в данном решении, когда текущая полная нагрузка источника 120 питания системы относительно мала, разрешенное количество блоков 122 питания, подлежащих включению, также регулируется в соответствии с целевой нагрузкой, так что соответствующая текущая нагрузка каждого из блоков 122 питания, подлежащих включению, может быть близка к оптимальной нагрузке, тем самым максимизируя эффективность работы и избегая чрезмерного ненужного потребления питания, возникающего, когда система полностью или частично находится в режиме ожидания.
[0051] На фиг.6 показана принципиальная блок-схема системы 100 управления питанием согласно второму варианту осуществления данного изобретения. Система 100 управления питанием конфигурирована для выполнения способа управления питанием. Система 100 управления питанием включает в себя множество интерфейсов 110а-110е подключения, источник 120 питания системы и схему управления питанием.
[0052] Как показано на фиг.6, интерфейсы 110а-110е подключения конфигурированы для подключения к устройствам потребления питания. Устройство 140 потребления питания включает в себя, помимо прочего, центральный процессорный блок 141, память 142, устройство 143 жесткого диска (HDD 143), устройство 144 PCI-E и вентилятор 162 системы. Только один из различных типов устройств потребления питания показан на фиг.6 в качестве примера. Фактически, каждый тип устройств потребления питания может включать в себя два или более устройств потребления питания. Интерфейсы 110а-110е подключения могут быть одним слотом или комбинацией множества разъемов для согласования устройств потребления питания.
[0053] Как показано на фиг.6, источник 120 питания системы такой же, как источник 120 питания системы из первого варианта осуществления, и включает в себя множество БП 122. Схема 130 управления питанием устанавливает целевую нагрузку для каждого из БП 122. Источник 120 питания системы подключен к схеме 130 управления питанием через плату 124 распределения мощности (ПРМ), так что схема 130 управления питанием может переключать каждый из БП 122 между включением и выключением через ПРМ 124. Источник 120 питания системы выводит питание к различным элементам через ПРМ 124 для подачи электропитания. Кроме того, как показано на фиг.6, источник 120 питания системы может напрямую выводить фиксированное напряжение (3 В, 5 В и 12 В) к каждому из интерфейсов 110 с-110е подключения. Фиксированное напряжение преобразуется в соответствующее напряжение через микросхему управления питанием на интерфейсах 110 с-110е подключения и затем подается на каждое соответствующее устройство 143, 144 и 162 потребления питания. Выходная мощность источника 120 питания системы также может регулироваться модулем 138 регулятора напряжения. Питание преобразуется в соответствующее напряжение и затем подается на соответствующие устройства 141, 142 потребления питания через интерфейсы 110а, 110b подключения. Как показано на фиг.6, питание, передаваемое на центральный процессорный блок 141 и память 142, сначала регулируется модулем 138 регулировки напряжения. Питание, передаваемое к устройству 143 жесткого диска, устройству 144 PCI-E и вентилятору 162 системы, преобразуется микросхемой управления питанием на соответствующих интерфейсах 110с-110е подключения и затем преобразуется схемой управления питанием устройства 143, 144, 162 потребления питания.
[0054] Как показано на фиг.6, схема 130 управления питанием включает в себя УОП 132, контроллер 134 пути и схемы 136 с-136е детектирования. Для различных устройств 141-144, 162 потребления питания УОП 132 выполняет подключение по-разному и по-разному детектирует, подключены ли устройства 141-144, 162 потребления питания к соответствующим интерфейсам 110а-110е подключения.
[0055] Центральный процессорный блок 141 (ЦПБ 141) и память 142 подключены к УОП 132 через контроллер 134 пути. Контроллер 134 пути может быть комбинацией южного моста и северного моста, концентратора управления платформой (КУП), концентратора контроллера памяти (ККП), концентратора управления в во до м-выводом (КУВВ), концентратора сетевого контроллера AMD и т.д. Когда центральный процессорный блок 141 и память 142 подключены к соответствующему интерфейсу 110а, 110b подключения, центральный процессорный блок 141 и память 142 могут возвращать разрешающий сигнал, сигнал присутствия, сигнал температуры или другие рабочие параметры через назначенные контакты в качестве сигналов статуса. Сигналы статуса передаются в УОП 132 через контроллер 134 пути, так что УОП 132 может определить, подключены ли центральный процессорный блок 141 и память 142 к соответствующим интерфейсам 110а, 110b подключения, тем самым определяя, подается ли питание к каждому из интерфейсов 110а, 110b подключения.
[0056] Для других устройств 140 потребления питания, таких как устройство 143 жесткого диска, устройство 144 PCI-E и вентилятор 162 системы, с помощью свободных контактов интерфейсов 110c-110е подключения через схемы 136с-136е детектирования детектируется, подключены ли свободные контакты к соответствующим контактам устройств 143, 144, 162 потребления питания, и определяется, посредством изменения уровня напряжения, имеются ли устройства 143, 144, 162 потребления питания на интерфейсах 110с-110е подключения соответственно.
[0057] На фиг. 7 представлен пример схем 136с-136е детектирования, которые конфигурированы для детектирования изменений уровней напряжения назначенных контактов (свободных контактов) интерфейсов 110с-110е подключения. Схемы 136с-136е детектирования имеют схему И 172, первый транзисторный переключатель 174 и второй транзисторный переключатель 176. Первый транзисторный переключатель 174 и второй транзисторный переключатель 176 могут быть МДП - транзисторами N-канального расширения.
[0058] Как показано на фиг.7, входной терминал схемы И 172 обычно подключается к свободным контактам интерфейсов 110с-110е подключения и поддерживается на высоком уровне, так что выходной терминал схемы И 172 поддерживается на высоком уровне. Выходной терминал схемы И 172 подключен к первому затвору G1 первого транзисторного ключа 174. Первый сток D1 первого транзисторного ключа 174 подключен к первому источнику Р1 напряжения высокого уровня. Первый исток S1 заземлен. Второй затвор G2 второго транзисторного ключа 176 подключен к первому стоку D1 и первому источнику Р1 напряжения высокого уровня. Второй сток D2 подключен к выходному терминалу РЗ источника 120 питания системы. Второй источник S2 прямо или косвенно подключен к входному контакту питания интерфейсов 110с-110е подключения.
[0059] Как показано на фиг.7, когда интерфейсы 110с-110е подключения не подключены к устройствам 143, 144, 162 потребления питания, свободные контакты интерфейсов 110с-110е подключения образуют мертвый контакт и поддерживаются на высоком уровне, и входной терминал схемы И 172 также поддерживается на высоком уровне, так что выходной терминал схемы И 172 также поддерживается на высоком уровне. В это время первый транзисторный ключ 174 включен, и первый источник Р1 напряжения высокого уровня заземлен через первый сток D1 и первый исток S1, так что второй затвор G2 поддерживается на низком уровне. Следовательно, второй транзисторный ключ 176 выключен, так что второй сток D2 и второй исток S2 отключены, а выходной терминал РЗ источника 120 питания системы не подает электропитание на входные контакты питания интерфейсов 110с-110е подключения.
[0060] Когда интерфейсы 110с-110е подключения подключены к устройствам 143, 144, 162 потребления питания, свободные контакты интерфейсов 110с-110е подключения подключаются к соответствующим контактам устройств 143, 144, 162 потребления питания, так что уровень напряжения снижается до низкого уровня. Свободные контакты интерфейсов 110с-110е подключения подключены к входному терминалу схемы И 172, так что входной терминал схемы И 172 также падает до низкого уровня. Следовательно, уровень напряжения первого затвора G1 уменьшается до низкого уровня. В это время первый транзисторный ключ 174 выключен, так что первый сток D1 и первый исток S1 отключены. Выход первого источника Р1 высокого напряжения больше не заземлен, так что второй затвор G2 повышается до высокого уровня. Второй сток D2 и второй исток S2 включаются, так что выходной терминал РЗ источника 120 питания системы выводит питание на входные контакты питания интерфейсов 110с-110е подключения.
[0061] Как показано на фиг. 7, первый затвор G1 первого транзисторного ключа 174 может быть дополнительно подключен к схеме 130 управления питанием. Когда устройства 143, 144, 162 потребления питания подключены к интерфейсам 110с-110е подключения, но устройства 143, 144, 162 потребления питания установлены в состоянии ожидания, схема 130 управления питанием может выводить сигнал уровня, чтобы вызвать подъем первого затвора G1 на высокий уровень. Таким образом, второй транзисторный ключ 176 поддерживается отключенным и не подает электропитание на входные контакты питания интерфейсов 110с-110е подключения.
[0062] Как показано на фиг.7, первый затвор G1 первого транзисторного переключателя 174 также может быть подключен ко второму источнику Р2 высокого напряжения через ручной переключатель 178. Точно так же, когда устройства 143, 144, 162 потребления питания подключены к интерфейсам 110с-110е подключения, но устройства 143, 144, 162 потребления питания установлены в состояние ожидания, ручной переключатель 178 может быть включен. Второй источник Р2 напряжения высокого уровня поддерживает первый затвор G1 на высоком уровне, так что второй транзисторный ключ 176 поддерживается отключенным и не подает электропитание на входные контакты питания интерфейсов 110с-110е подключения. Ручной переключатель 178 может быть перемычкой или тумблером.
[0063] На фиг. 8 и 9 показана система 100 управления питанием согласно третьему варианту осуществления данного изобретения. Система 100 управления питанием расположена в компьютерной системе и конфигурирована для выполнения способа управления питанием. Система 100 управления питанием включает в себя множество вычислительных узлов 100а, 100b, схему 130 управления питанием и источник 120 питания системы. Каждый из вычислительных узлов 100а, 100b соответственно конфигурирован для снабжения множеством устройств потребления питания в нем. Каждый из вычислительных узлов 100а, 100b включает в себя набор 160а, 160b вентиляторов узла и датчик 170а, 170b температуры узла. Источник 120 питания системы включает в себя множество блоков 122а, 122b питания. Каждый из вычислительных узлов 100а, 100b снабжен по меньшей мере одним блоком 122а, 122b питания.
[0064] Каждый из наборов 160а, 160b вентиляторов узла может включать в себя множество вентиляторов 162 системы. На фиг. 9 изображение интерфейса подключения опущено, но множество устройств потребления питания все еще подключено к схеме 130 управления питанием через интерфейс подключения. Датчики 170а, 170b температуры узлов детектируют промежуточные температуры областей, в которых соответственно расположены вычислительные узлы 100а, 100b, и соответственно передают промежуточные температуры в схему 130 управления питанием.
[0065] Устройство 140 потребления питания включает в себя, без ограничения, центральные процессорные блоки 141а, 141b, память 142а, 141b, устройства 143а, 143 с жестких дисков и устройства 144а, 144b PCI-E. Блоки 122 питания устройств потребления питания и источники 120а, 120b питания системы соответственно снабжены датчиками температуры устройства, чтобы передавать текущие температуры устройства и текущие температуры источника питания в схему 130 управления питанием.
[0066] Как показано на фиг. 8 и 9, схема 130 управления питанием может детектировать, с помощью интерфейса 110 подключения, есть ли центральный процессорный блок 141а в устройстве потребления питания вычислительного узла 100а и центральный процессорный блок 141b в устройстве потребления питания вычислительного узла 100b. Наличие центральных процессорных блоков 141а, 141b отображает, работают ли соответствующие вычислительные узлы 100а, 100b. Следовательно, когда нет центрального процессорного блока 141b (который показан слева на фиг.9), схема 130 управления питанием переключает все вентиляторы 162 системы в соответствующем наборе 160b вентиляторов узла на первую частоту вращения или выключает все вентиляторы системы. Когда имеется центральный процессорный блок 141а (который показан справа на фиг.9), схема 130 управления питанием переключает все вентиляторы 162 системы в соответствующем наборе 160а вентиляторов узла на вторую частоту вращения. Вторая частота вращения больше, чем первая частота вращения. Другими словами, когда имеется центральный процессорный блок 141а, все вентиляторы 162 системы в соответствующем наборе 160а вентиляторов узла работают с относительно высокой частотой вращения. Когда отсутствует центральный процессорный блок 141b, все вентиляторы 162 системы в соответствующем наборе 160b вентиляторов узла работают с относительно низкой частотой вращения или выключены, тем самым снижая потребление питания наборов 160а, 160b вентиляторов узла.
[0067] На фиг. 9, схема 130 управления питанием непрерывно принимает данные о промежуточных температурах, передаваемых датчиками 170а, 170b температуры узла. Когда нет центральных процессорных блоков 141а, 141b, и соответствующие промежуточные температуры превышают пороговое значение промежуточной температуры, схема 130 управления питанием переключает каждый из вентиляторов 162 системы в соответствующем наборе 160а вентиляторов узла на третью частоту вращения, чтобы уменьшить промежуточные температуры вычислительного узла 100а, 100b. Третья частота вращения больше, чем первая частота вращения.
[0068] В каждом из вычислительных узлов 100а, 100b схема 130 управления питанием непрерывно принимает температуру устройства и, соответственно, устанавливает разрешенные количества операций и частоту вращения вентиляторов 162 системы в наборах 160а, 160b вентиляторов узла и, соответственно, устанавливает разрешенное количество подлежащих включению блоков 122 питания.
[0069] Как показано на фиг. 10, 11 и 12, процесс, в котором система 100 управления питанием выполняет способ управления питанием, описывается следующим образом.
[0070] После того, как система 100 управления питанием включается, схема 130 управления питанием выполняет детектирование нагрузки, чтобы получить текущую нагрузку каждого из БП 122, как показано на этапе 210. Схема 130 управления питанием одновременно определяет текущий онлайн-статус БП 122, чтобы получить текущую полную нагрузку БП 122.
[0071] Схема 130 управления питанием одновременно и непрерывно детектирует текущие температуры устройства множества устройств 140 потребления питания и текущие температуры источника питания БП 122, как показано на этапе 220. Схема 130 управления питанием определяет, находится ли система 100 управления питанием в статусе ожидания, на основании текущих температур устройства и текущих температур источника питания и, соответственно, регулирует общее потребление питания и нагрузки БП 122.
[0072] Схема 130 управления питанием определяет, активирована ли система 100 управления питанием в режиме ограничения питания, как показано на этапе 230. Настройки режима ограничения питания могут быть сохранены в базовой системе ввода/вывода (BIOS). Схема 130 управления питанием может выполнять определение путем считывания флага из BIOS. Если флаг указывает отключение режима ограничения питания, схема 130 управления питанием включает все блоки 122 питания и переключает полную нагрузку вентиляторов 162 системы на максимальную полную нагрузку, как показано на этапе 300.
[0073] Если флаг указывает включение режима ограничения питания, схема 130 управления питанием начинает определять, превышает ли текущая температура устройства каждого из устройств 140 потребления питания, а также текущая температура источника питания и текущая нагрузка каждого из блоков 122 питания соответствующие пороговые значения, как показано на этапах 241 246. Устройство 140 потребления питания, показанное на этапах 241 245, является лишь примером, который не предназначен для ограничения типа устройств 140 потребления питания.
[0074] Если одна из текущей температуры устройства каждого из устройств 140 потребления питания и текущих температур источника питания и текущей нагрузки каждого из блоков 122 питания превышает соответствующее пороговое значение, схема 130 управления питанием включает все блоки 122 питания и вентиляторы 162 системы, как показано на этапе 300.
[0075] Если текущая температура устройства каждого из устройств 140 потребления питания, текущая температура источника питания и текущая нагрузка каждого из БП 122 не превышают соответствующее пороговое значение, схема 130 управления питанием также детектирует статус подключения каждого из интерфейсов 110 подключения, чтобы определить, подается ли питание от источника 120 питания системы к интерфейсам 110 подключения, для дальнейшего включения или выключения источника питания на интерфейсах 110 подключения в соответствии со статусом подключения, как показано на этапе 250.
[0076] Наконец, схема 130 управления питанием определяет целевую нагрузку каждого из БП 122. Схема 130 управления питанием определяет разрешенное количество подлежащих включению БП 122 в соответствии с текущей полной нагрузкой и целевой нагрузкой каждого из БП 122, чтобы включить или выключить каждый из БП 122, как показано на этапе 260.
[0077] Наконец, схема 130 управления питанием определяет полную нагрузку вентиляторов 162 системы согласно статусу детектирования устройства, чтобы определить разрешенное количество и частоту вращения вентиляторов 162 системы, подлежащих включению, как показано на этапе 270.
[0078] Полная нагрузка вентиляторов 162 системы зависит от типа устройства 140 потребления питания. В конкретном варианте осуществления устройства 140 потребления питания классифицируются схемой 130 управления питанием на первую категорию и вторую категорию. Первая категория включает в себя устройства 140 потребления питания, которые допускают относительно высокую рабочую температуру, такие как центральный процессорный блок, контроллер 134 пути, память, печатная плата жесткого диска и модуль 138 регулировки напряжения. Вторая категория включает в себя устройства 140 потребления питания, которые допускают относительно низкую рабочую температуру, такие как карта передачи устройства PCI-E, твердотельное запоминающее устройство (SSD) и универсальный графический процессор (GPGPU).
[0079] Таким образом, когда есть первая категория и нет второй категории, и текущая температура устройства в каждом из устройств 140 потребления питания в первой категории не превышает соответствующее пороговое значение, схема 130 управления питанием переключает полную нагрузку вентиляторов 162 системы на первую нагрузку вентилятора. Первая нагрузка вентилятора может составлять всего 1%, так что вентилятор 162 системы может поддерживаться на минимальной частоте вращения, а некоторые вентиляторы 162 системы даже могут быть выключены.
[0080] Когда есть как первая категория, так и вторая категория, и текущая температура устройства каждого из устройств 140 потребления питания в первой категории и во второй категории не превышают соответствующее пороговое значение, схема 130 управления питанием переключает полную нагрузку вентилятора 162 системы на вторую нагрузку вентилятора. Поскольку во второй категории имеется больше устройств 140 потребления питания, вторая нагрузка вентилятора должна быть больше первой нагрузки вентилятора, чтобы предотвратить превышение порогового значения текущей температурой устройств 140 потребления питания из второй категории. Вторая нагрузка вентилятора может быть установлена примерно на 30%, чтобы регулировать разрешенное количество вентиляторов 162 системы, подлежащих включению, и частоту вращения вентиляторов 162 системы. Следовательно, когда система находится в режиме ожидания, может поддерживаться относительно низкое потребление питания вентиляторов 162 системы, чтобы предотвратить ненужную непрерывную работу вентиляторов 162 системы при высокой нагрузке.
[0081] Как показано на фиг. 12, во время вышеупомянутого регулирования схема 130 управления питанием непрерывно отслеживает, являются ли какие-либо из значений температуры (текущая температура устройства и текущая температура источника питания) ненормальными, как показано на этапе 410. Если происходит сбой, немедленно выполняется триггер, и выполняется этап 300, чтобы включить все блоки 122 питания и переключить полную нагрузку вентиляторов 162 системы на максимальную полную нагрузку.
[0082] В следующей таблице 1 показано соотношение между текущей температурой источника питания, текущей нагрузкой и нагрузкой вентилятора. Таблица 1 является лишь примером и не предназначена для ограничения данного изобретения. Блок 122 питания обычно включает в себя вентилятор блока питания и датчик температуры. Схема 130 управления питанием может получать текущую температуру источника питания и текущую нагрузку в соответствии с датчиком температуры и устанавливать нагрузку вентилятора (частоту вращения) вентилятора источника питания. Схема 130 управления питанием может устанавливать текущую температуру источника питания для множества интервалов температуры и текущую нагрузку для множества интервалов нагрузки. На пересечении каждого интервала температуры и интервала нагрузки имеется соответствующая нагрузка вентилятора. Когда текущая температура источника питания находится в каждом из интервалов температуры, схема 130 управления питанием получает соответствующую нагрузку вентилятора в соответствии с пересечением между интервалом температуры и интервалом нагрузки текущей нагрузки и переключает нагрузку вентилятора источника питания.
[0083] Смежные интервалы температуры имеют разрыв, вместо того, чтобы быть последовательными. Когда текущая температура источника питания выходит за пределы текущего интервала температуры, но не находится в другом интервале температуры, система управления питанием временно не переключает нагрузку вентилятора, пока текущая температура источника питания не будет в другом интервале температуры, чтобы предотвратить постоянное переключение нагрузки вентилятора (частоту вращения) при переключении текущей температуры источника питания между смежными интервалами температуры. Например, текущий интервал температуры составляет 26°С-29°С. Когда текущая температура меньше 26°С, но больше или равна 24°С, система управления питанием не снижает нагрузку вентилятора, а поддерживает существующую нагрузку вентилятора. И наоборот, когда текущая температура выше 29°С, но еще не была в диапазоне 31-34°С, система управления питанием временно не увеличивает нагрузку вентилятора.
[0084] По меньшей мере в одном варианте осуществления данного изобретения система управления питанием определяет, подавать ли электропитание на интерфейсы подключения в соответствии со статусом подключения интерфейса подключения. Отсутствие подачи питания на свободный интерфейс подключения позволяет избежать не только прямой потери интерфейса подключения, но и потерь энергии, вызванных выпрямлением мощности и регулированием напряжения во время передачи питания от блока питания к интерфейсу подключения. Аналогично, после того, как вышеупомянутый процесс исключен, можно дополнительно избежать потребления питания, требуемого для охлаждения системы, так что общее потребление энергии может быть эффективным образом снижено. Кроме того, путем включения и выключения каждого из блоков питания блок питания может работать при целевой нагрузке, повышая эффективность работы блоков питания и дополнительно снижая потребление питания системы. По меньшей мере в одном варианте осуществления данного изобретения дополнительно регулируется полная нагрузка вентиляторов системы, дополнительно уменьшая ненужное потребление питания.