專利名稱：一種用于向電子設(shè)備供電的供電系統(tǒng)以及機架電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及供電電源領(lǐng)域，尤其涉及ー種用于電子設(shè)備的供電電源技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心服務(wù)器一般采用UPS系統(tǒng)供電，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器一般為IU或2U結(jié)構(gòu)，每臺服務(wù)器配置交流220V或直流48V輸入的電源模塊，電源模塊可以按N、N+1或2N配置。與服務(wù)器電源輸入相對應(yīng)，服務(wù)器前端配置UPS電源設(shè)備或48V高頻開關(guān)電源設(shè)備。近幾年，為了提高服務(wù)器供電系統(tǒng)的可靠性及電源轉(zhuǎn)換效率，國內(nèi)出現(xiàn)了用高壓直流電源(如DC240V)取代UPS或48V直流電源的高壓直流供電系統(tǒng)；國外出現(xiàn)了取消UPS電源或48V直流電源，同時將蓄電池安裝到服務(wù)器端的新型分散供電系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器現(xiàn)有供電系統(tǒng)架構(gòu)主要可以分成如下四種(I)在線式UPS供電系統(tǒng)；該系統(tǒng)在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心內(nèi)應(yīng)用最廣，它的核心設(shè)備是雙變換在線式UPS電源，為了降低成本，UPS系統(tǒng)通常采用集中供電方式，其特點包括①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)UPS電源由整流器、逆變器、控制電路和旁路電路組成，蓄電池接在整流器與逆變器間的直流母線上。為了提高單機的可靠性，UPS通常組成N+1并聯(lián)冗余方式。②運行方式正常時交流市電經(jīng)整流及逆變后為負載供電，市電停電后由蓄電池經(jīng)逆變器供電，逆變器故障后由市電經(jīng)旁路供電。③優(yōu)缺點該系統(tǒng)的優(yōu)點是可以濾除市電的尖峰脈沖、過電壓等問題，同時可以確保市電與電池供電的切換時間為零；由于UPS結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時電源經(jīng)過2次變換，因此它的缺點是可靠性低，損耗大(一般在8% -25%之間)。(2)在線式48V直流供電系統(tǒng)；在線式48V直流供電模式早已成熟應(yīng)用在通信行業(yè)，由于數(shù)據(jù)設(shè)備用電量比傳統(tǒng)通信設(shè)備大得多，因此在數(shù)據(jù)中心一般采用分散供電方式。該系統(tǒng)的特點包括①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與UPS相比，它取消了逆變器，蓄電池直接掛在整流器輸出端，為提高可靠性，整流模塊通常采用并聯(lián)方式；服務(wù)器采用48V直流輸入電源。②運行方式正常時交流市電經(jīng)直流電源整流后為負載提供直流電源，市電停電后由蓄電池供電。③優(yōu)缺點它的優(yōu)點是系統(tǒng)成熟可靠；其缺點是系統(tǒng)電壓較低，傳輸距離有限，傳輸損耗較大。(3)在線式高壓直流(如DC240V)供電系統(tǒng)；該系統(tǒng)目前還處在試驗階段，沒有在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模應(yīng)用，其特點包括①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)供電電源結(jié)構(gòu)同集中在線式高壓直流供電設(shè)備；服務(wù)器采用傳統(tǒng)交流220V輸入電源，可以兼容電壓在一定范圍內(nèi)的直流輸入。②運行方式正常時交流市電經(jīng)整流為負載提供直流電源，市電停電后由蓄電池供電。③優(yōu)缺點它的優(yōu)點是比UPS系統(tǒng)可靠性及效率都有提高；其缺點比后備式低壓直流供電系統(tǒng)的損耗大，電源設(shè)備配置容量大。(4)后備式低壓直流(DC48V或DC12V)供電系統(tǒng)。 該系統(tǒng)目前主要包括Google公司所用的供電方案和Facebook公司所用的供電方案采用，其中Google的供電方案采用DC12V電壓(簡稱“ DC12V方案”)，F(xiàn)acebook方案采用DC48V電壓(簡稱“ DC48V方案”)。該系統(tǒng)的特點包括①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)將電源設(shè)備分散到數(shù)據(jù)機房，其中DC12V方案將12V電池配置到每臺服務(wù)器，前端不再設(shè)置其他電源設(shè)備；DC48V方案中，每臺服務(wù)器電源有兩個輸入，ー是交流市電輸入，ニ是直流48V輸入,服務(wù)器前端設(shè)蓄電池機架,一個蓄電池機架(含充電整流器)為6個服務(wù)器機架做后備電源。②運行方式正常時交流市電直接進入IT設(shè)備電源，市電停電后，切換至12V或48V蓄電池供電。③優(yōu)缺點它的優(yōu)點系統(tǒng)運行效率高；其缺點是蓄電池組分散到機房，提高了機房環(huán)境要求。目前，大部分數(shù)據(jù)中心服務(wù)器采用在線式UPS系統(tǒng)供電，市電經(jīng)過整流、逆變兩次變換，損失一般達到10% -15%，另外，受結(jié)構(gòu)限制，UPS系統(tǒng)的供電可靠性較低，提高冗余(如2N)雖然能提高可靠性，但同時也増加了電源設(shè)備投資和損耗。近幾年，業(yè)內(nèi)開始試用在線式高壓直流供電，這種系統(tǒng)減少了逆變環(huán)節(jié)，可以減少損耗約5%，同時也大大提高了供電可靠性。國外采用分散后備式低壓直流供電的方案，其突出優(yōu)點是大大提高了系統(tǒng)整體效率。這種系統(tǒng)將電源設(shè)備及電池均分散安裝到數(shù)據(jù)機房，主要的問題是蓄電池和服務(wù)器對環(huán)境的要求不同，特別是鉛酸蓄電池受環(huán)境的影響較大，在服務(wù)器正在向高溫化發(fā)展的背景下，鉛酸電池與服務(wù)器同機房安裝又限制了這種發(fā)展趨勢，因此這種方案比較適合對環(huán)境溫度要求較低但是費用較高的鋰電池。綜上所述，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的現(xiàn)有供電架構(gòu)中，UPS供電方案可靠性低、損耗大；48V直流供電方案傳輸距離短、傳輸損耗大；高壓直流方案可靠性及損耗均適中；后備式低壓直流供電方案在現(xiàn)有方案中效率最高，但是對機房環(huán)境的要求較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高效、可靠用于電子設(shè)備的供電系統(tǒng)以及相應(yīng)的機架電源。根據(jù)本實用新型的ー個方面，提供了一種用于電子設(shè)備供電的系統(tǒng)，包括后備式高壓直流電源，以及機架電源，其特征在于所述后備式高壓直流電源的輸入端為高壓交流電，包括整流設(shè)備，用于將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)換為高壓直流電輸出，其輸出端與蓄電池組的高壓直流輸出并聯(lián)在一起；所述機架電源包括將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流電輸出的第一模塊；[0035]將來自后備式高壓直流電源的高壓直流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流電輸出的第二模塊，所述第一、第二模塊的輸出端并聯(lián)在一起，通過ー個低壓直流母線輸出，用以為多臺電子設(shè)備供電；控制切換裝置，用于控制切換所述第一、第二模塊，確保所述高壓交流電正常吋，所述多臺電子設(shè)備由所述第一類模塊供電，所述高壓交流電中斷后，由所述第二模塊供電。根據(jù)本實用新型的另一方面，還提供了一種向多臺電子設(shè)備供電的機架電源，其特征在于，包括將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第一模塊；將高壓直流輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第二模塊，所述第一、第二模塊的輸出端并聯(lián)在一起，通過ー個低壓直流母線輸出，用以為多臺電子設(shè)備供電；控制切換裝置，用于控制切換所述第一、第二模塊，確保交流市電正常時，所述多臺電子設(shè)備由所述第一模塊供電，交流市電中斷后，由所述第二模塊供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有效率高、可靠性高和投資小的有益效果。本實用新型優(yōu)點在干①高壓直流電源容量僅需蓄電池組充電，與高壓直流作為主用的系統(tǒng)相比，節(jié)省了設(shè)備費用，同時降低了此部分損耗；②直流電壓的提高，使得供電距離增加，蓄電池組可以集中布置在單獨的蓄電池室內(nèi)，單獨進行空氣調(diào)節(jié)，可以節(jié)省數(shù)據(jù)中心整體空調(diào)能耗；③與電池分散配置到每臺服務(wù)器的方案相比，原方案由于服務(wù)器與蓄電池的壽命各不相同，因此提高了維護的復(fù)雜性并造成設(shè)備浪費，而本方案將蓄電池組集中布置，便于設(shè)備維護并提高設(shè)備的利用率，降低了設(shè)備采購費用。

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖I示出根據(jù)本實用新型ー個方面的用于為電子設(shè)備供電的系統(tǒng)示意圖。圖2示出根據(jù)本實用新型ー個具體實例的用于為多臺服務(wù)器供電的系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進ー步詳細描述。圖I示出根據(jù)本實用新型ー個方面的一種高效、可靠的數(shù)據(jù)中心電子設(shè)備供電系統(tǒng)架構(gòu)。如圖I所示，高壓直流電源I和蓄電池組4集中放置于電カ電池室內(nèi)，機架電源模塊5以及多臺電子設(shè)備集中放置于機房內(nèi)。其中，機架電源模塊5為多臺電子設(shè)備9(E1，E2，...)進行供電，交流高壓電正常時由交流高壓電直接供電，交流高壓電中斷后改由蓄電池組4備用供電。其中電子設(shè)備包括但不限于服務(wù)器、計算機、路由器、筆記本電腦等。本實用新型優(yōu)選的實施例采用共享電源的方案，其同時吸收了現(xiàn)有的集中式和后備式電源的優(yōu)點。其中蓄電池組集中布置在電池室，而多臺電子設(shè)備集中放置于數(shù)據(jù)機房中，由于蓄電池組和電子設(shè)備對環(huán)境的要求不同，因此將電子設(shè)備與蓄電池組分開放置，降低了維護的復(fù)雜性并節(jié)約了成本。[0051]具體地，如圖I所示，供電系統(tǒng)可分為兩部分位于電子設(shè)備前端的后備式高壓直流電源1，以及用于為電子設(shè)備提供電源的機架電源5。其中，多臺電子設(shè)備9前端有高壓交流電源和高壓直流電源，其中高壓直流電源可以多種方式來實現(xiàn)，包括但不限干I)以蓄電池組4的形式提供，或；2)將高壓交流電經(jīng)整流轉(zhuǎn)化為高壓直流的形成提供。機架電源5用于為多個電子設(shè)備9 (E1,E2,...)供電,其包括分為高壓交流輸入和高壓直流輸入兩類模塊，每臺電子設(shè)備9共享機架電源的低壓直流輸出。后備式高壓直流電源I的輸入端為高壓交流電輸入，輸出端為高壓直流輸出，其 包括整流設(shè)備2，用于將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)換為高壓直流電輸出，其輸出端與蓄電池組4的高壓直流輸出并聯(lián)在一起；機架電源5包括用于將高壓交流輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第一模塊6 ;將來自后備式高壓直流電源I的高壓直流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第二模塊7，其中，所述第ー模塊6、第二模塊7的輸出端并聯(lián)在一起，通過ー個低壓直流母線輸出，用以為多臺電子設(shè)備9供電；機架電源5還包括控制切換裝置8，用于控制切換所述第一模塊6、第二模塊7，確保所述高壓交流電正常時，所述多臺電子設(shè)備9由所述第一模塊6供電，所述高壓交流電中斷后，由所述第二模塊7供電。在一個優(yōu)選實施例中，整流設(shè)備2還用于為蓄電池組充電，當(dāng)高壓交流電正常吋，所述整流模塊2僅為所述蓄電池組進行浮充電；當(dāng)高壓交流電停電后，蓄電池組通過所述第二模塊7為所述多臺電子設(shè)備9供電；高壓交流電來電后，所述控制切換裝置8對第一模塊6與第二模塊7進行切換，切換為由所第一模塊6供電，所述多臺電子設(shè)備9改由所述第ー模塊6供電，而所述整流設(shè)備2為蓄電池組4進行均衡充電，充滿后轉(zhuǎn)至浮充狀態(tài)。在此“浮充電”指一種連續(xù)、長時間的恒電壓充電方法，系統(tǒng)可以提供略高于蓄電池端電壓的恒定電壓，足以補償蓄電池自放電損失井能夠在蓄電池放電后較快地使蓄電池恢復(fù)到接近完全充電狀態(tài)?！熬獬潆姟笔侵冈谛铍姵氐氖褂眠^程中，因為蓄電池的個體差異、溫度差異等原因造成電池端電壓不平衡，為了避免這種不平衡趨勢的惡化，從而提高蓄電池組的充電電壓，對蓄電池進行活化充電。在另ー個優(yōu)選的實施例中，所述機架電源5中，所述控制切換裝置8可以與第一模塊6直接相連，也可以與第二模塊7直接相連。所述第一模塊6或第二模塊7經(jīng)由所述控制切換裝置8輸出，與相應(yīng)的另ー模塊的輸出端并聯(lián)在一起，通過ー個低壓直流母線輸出，同時為多臺電子設(shè)備9供電。在另ー個優(yōu)選的實施例中，所述后備式高壓直流電源I還包括監(jiān)控模塊3，用于電池管理及絕緣監(jiān)測，主要完成測量、告警、通信、電池管理等功能。在另ー個優(yōu)選的實施例中，所述整流模塊2可以采用模塊化熱插拔方式，其容量只需滿足蓄電池組4充電。在另ー個優(yōu)選的實施例中，所述機架電源5安裝在數(shù)據(jù)機房內(nèi)，而蓄電池組集中安裝在電池室內(nèi)。在另ー個優(yōu)選的實施例中，高壓交流的范圍包括但不限于AC110V-AC400V，高壓直流的范圍包括但不限于DC110V-DC400V，低壓直流的范圍包括但不限于DC12V-DC110V。圖2示出了根據(jù)本方面的另ー個具體實施例。該實施為向多臺服務(wù)器9(1，2，...N)供電的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)可分為兩部分位于服務(wù)器前端的后備式高壓直流電源1，以及用于為多個服務(wù)器9(1，2，...N)提供電源的機架電源5。其中，多臺服務(wù)器9(1，2,... N)的前端有高壓交流電AC220V輸入和高壓直流電輸入，其中高壓直流電以蓄電池組的形式提供和/或以將高壓交流電AC380V經(jīng)整流模塊2轉(zhuǎn)化為高壓直流電的形成提供。多臺服務(wù)器自身由機架電源5供電，可以分為高壓交流輸入和高壓直流輸入兩類模塊，各個服務(wù)器共享機架級電源的12V低壓直流輸出。機架電源可以安裝 在數(shù)據(jù)機房內(nèi)，而蓄電池組可以集中安裝在電池室內(nèi)。具體地，所述后備式高壓直流電源的輸入端為高壓交流電AC380V輸入，輸出端為高壓直流輸出，其包括整流設(shè)備2，用于將高壓交流電AC380V輸入轉(zhuǎn)換為高壓直流電輸出，其輸出端與蓄電池組的高壓直流輸出并聯(lián)在一起；機架電源包括用于將高壓交流AC220V輸入轉(zhuǎn)化為12V低壓直流輸出的A類模塊6 ;將來自后備式高壓直流電源的高壓直流電輸入轉(zhuǎn)化為12V低壓直流輸出的B類模塊7，所述A類模塊6、B類模塊7的輸出端并聯(lián)在一起，通過12V低壓直流母線輸出，用以為多臺服務(wù)器9 (I, 2, ... N)供電；機架電源5還包括控制切換模塊8，用于控制切換所述A類模塊6和B類模塊7?？刂魄袚Q模塊8可以具體為ー個ニ極管，其與B類電源模塊7連接，當(dāng)高壓交流電AC220V正常時，ニ極管與B類電源模塊7導(dǎo)通截止，此時由A類電源模塊6為多臺服務(wù)器9(1，2，... N)供電；當(dāng)高壓交流電AC220V中斷后，ニ極管與B類電源模塊7導(dǎo)通，此時由B類模塊7為多臺服務(wù)器9(1，2，... N)供電。在另ー個優(yōu)選的實施例中，整流模塊2還用于為蓄電池組4充電，當(dāng)高壓交流電AC380V正常吋，整流模塊2僅為蓄電池組4進行浮充電；當(dāng)高壓交流電AC380V停電后，蓄電池組4通過B類模塊7為多臺服務(wù)器9 (I，2，... N)供電；高壓交流電來電后，控制切換模塊切換A類模塊6和B類模塊7，多臺服務(wù)器9 (1，2，... N)改由A類模塊6供電，整流模塊2為蓄電池組4進行均衡充電,充滿后轉(zhuǎn)至浮充狀態(tài)。在另ー個優(yōu)選的實施例中，后備式高壓直流電源I還可以包括監(jiān)控模塊3，用于電池管理及絕緣監(jiān)測，主要完成測量、告警、通信、電池管理等功能。在另ー個優(yōu)選的實施例中，整流模塊2還可以采用模塊化熱插拔方式，其容量只需滿足蓄電池組充電。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此g在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本實用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”ー詞不排除其他単元或步驟，単數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由ー個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。 第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
權(quán)利要求1.一種用于向電子設(shè)備供電的供電系統(tǒng)，包括后備式高壓直流電源，以及機架電源，其中 所述后備式高壓直流電源的輸入端為高壓交流電，包括 整流設(shè)備，用于將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)換為高壓直流電輸出，其輸出端與蓄電池組的高壓直流輸出并聯(lián)在一起； 所述機架電源包括 將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流電輸出的第一模塊； 將來自后備式高壓直流電源的高壓直流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流電輸出的第二模塊，所述第一、第二模塊的輸出端并聯(lián)在一起，通過ー個低壓直流母線輸出，其中，用以為多臺電子設(shè)備供電； 控制切換裝置，用于控制切換所述第一、第二模塊，確保所述高壓交流電正常時，所述多個電子設(shè)備由所述第一類模塊供電，所述高壓交流電中斷后，由所述第二模塊供電。
2.如權(quán)利要求I所述供電系統(tǒng)，其中，所述整流設(shè)備還用于為蓄電池組充電，當(dāng)高壓交流電正常時，所述整流設(shè)備僅為所述蓄電池組進行浮充電；高壓交流電停電后，蓄電池組通過所述第二模塊為所述多個電子設(shè)備供電；高壓交流電來電后，所述控制切換裝置切換所述第一、第二模塊，所述多個電子設(shè)備改由所述第一模塊供電，并且所述整流設(shè)備為蓄電池組進行均衡充電，充滿后轉(zhuǎn)至浮充狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求I或2所述供電系統(tǒng)，其中，所述后備式高壓直流電源還包括監(jiān)控模塊，用于電池管理及絕緣監(jiān)測。
4.如權(quán)利要求I或2所述供電系統(tǒng)，其中，所述整流設(shè)備采用模塊化熱插拔方式，其容量滿足蓄電池組充電。
5.如權(quán)利要求I所述供電系統(tǒng)，其中，所述機架電源安裝在數(shù)據(jù)機房內(nèi)，所述蓄電池組集中安裝在電池室內(nèi)。
6.如權(quán)利要求I所述供電系統(tǒng)，其中，所述高壓交流為AC110V-AC400V，所述高壓直流為 DC110V-DC400V，所述低壓直流為 DC12V-DC110V。
7.一種用于向電子設(shè)備供電的機架電源，其中，包括 將高壓交流電輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第一模塊； 將高壓直流輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第二模塊，所述第一、第二模塊的輸出端并聯(lián)在一起，通過ー個低壓直流母線輸出，用以向多臺電子設(shè)備供電； 控制切換裝置，用于控制切換所述第一、第二模塊，確保高壓交流電正常時，所述多臺電子設(shè)備由所述第一模塊供電，交流市電中斷后，由所述第二模塊供電。
8.如權(quán)利要求7所述機架電源，其中，所述機架電源安裝在數(shù)據(jù)機房內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述機架電源，其中，所述高壓交流為AC110V-AC400V，所述高壓直流為 DC110V-DC400V，所述低壓直流為 DC12V-DC110V。
專利摘要本實用新型的目的是提供一種用于電子設(shè)備的供電系統(tǒng)以及相應(yīng)的機架電源。其中，所述供電系統(tǒng)包括后備式高壓直流電源以及機架電源，所述后備式高壓直流電源的輸入端為高壓交流電輸入，輸出端為蓄電池組的高壓直流輸出，其包括整流設(shè)備，用于為蓄電池充電。所述機架電源包括將高壓交流輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第一模塊；將高壓直流輸入轉(zhuǎn)化為低壓直流輸出的第二模塊，所述第一、第二模塊的輸出端并聯(lián)在一起，通過一個低壓直流母線輸出，用以為多臺電子設(shè)備供電；控制切換裝置，用于控制切換所述第一、第二模塊，確保高壓交流電正常時，所述多臺電子設(shè)備由所述第一類模塊供電，高壓交流電中斷后，由所述第二模塊供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型效率高、可靠性高、投資小。
文檔編號H02J7/02GK202455149SQ20112037515
公開日2012年9月26日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者張炳華, 李孝眾 申請人:百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(北京)有限公司