用于功率母线槽的自动转换开关的制作方法

本申请是于2013年3月15日提交的、标题为“LOAD BALANCING FORPARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美国专利申请No.61/798,155的非临时申请并要求其优先权，且也是于2013年2月26日提交的、标题为“PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美国专利申请No.61/769,688的非临时申请并要求其优先权。另外，本申请是于2011年8月11日提交的、标题为“PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美国专利申请No.13/208,333(“‘333申请”)的部分继续申请(美国专利申请公开No.US-2012/0181869A1)，其是于2010年8月11日提交的，标题为“HIGHLY PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION METHODS”的美国临时专利申请No.61/372,752的非临时申请，且来自于2010年8月11日提交的、标题为“REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的共同未决美国临时专利申请No.61/372,756。该’333申请是于2009年9月29日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWITCH MODULE”的美国专利申请No.12/569,733(现在发布为美国专利No.8,004,115)的部分继续申请，该美国专利申请No.12/569,733又是于2009年9月14日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWTICH”的美国专利No.12/531,212的部分继续申请，该美国专利No.12/531,212是于2008年3月14日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWTICH MODULE”的PCT申请US2008/57140的美国国家阶段，其要求于2007年3月14日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWTICH MODULE”美国临时申请No.60/894,842的优先权。本申请是于2011年5月16日提交的、标题为“POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODOLOGY”的美国专利申请序号No.13/108,824的部分继续申请(美国专利公开No.US-2012/0092811-A1)，美国专利申请序号No.13/108,824是于2010年9月27日提交的、标题为“Power Distribution Methodology”的12/891,500的继续申请，12/891,500是于2009年3月26日提交的、标题为“POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODOLOGY”的国际专利申请No.PCT/US2009/038427的部分继续申请，要求于2008年3月26日提交给、标题为“POWER DISTRIBUTION METHODOLOGY”的美国临时申请No.61/039,716的优先权。将所有上述申请的内容通过引用包括于此，就好像完全在这里提出的一样，并以美国法律所允许的完全程度要求这些申请的优先权。

技术领域

本发明涉及功率(power)分配(distribution)系统的设计和操作，且具体来说，涉及包括对比如在医学场景或者数据中心环境中的关键性设备的功率分配的并行冗余功率分配。

背景技术：

数据中心具有它们必须面对的关于功率供应和管理的特定的一组问题。该领域的传统技术从在当典型的数据中心保存非常小数目的大型计算机且变化速率低时的先前工业电气实践发展而来。现在，数据中心通常包括具有高的改变速率和成长速率的数万个电子数据处理(EDP)装置。数据中心还经历例如由中央处理单元(CPU)功耗驱动的迅速增长的功率容量需要，中央处理单元(CPU)功耗当前以大约每年1.2的速率增加。传统的技术不适于应对这些变化速率，且因此数据中心在满足那些需要的规模上具有大的困难。

例如，在典型的数据中心功率分配网络中，分支分配电路是导致通常出现导致对电源插座(receptacle)的功率损失的最多事件的区域。实际上，这是人们趋向于在类型和负载量上做出改变的地方。那么，电气故障的可能的最普遍的原因是由于人将超过电路容量的负载插上电源而使分支断路器跳闸。

在数据中心环境下，该问题在存在数千的分支电路的情况中很复杂。同时，数据中心趋向于将每一分支电路的负载维持在或低于其容量的大约75％，以解决当所有连接的EDP设备同时上电(例如，可能包括加快风扇、盘驱动器的旋转等)时，在冷启动期间可能出现的“涌入负载(inrush loads)”。这通常被认为是最高负载方案；且，如果不解决，其可能在发生时使分支断路器跳闸。对该问题另外起作用的因素是许多信息技术(IT)或者数据中心工作人员不总是指导他们安装的设备的功率需要，特别是考虑到安装设备的确切配置可能显著地改变它形成的功率。

用于解决该问题的一个传统的技术是功率监视。功率监视装置(例如，经由具有电流量计或者功率分配单元(PDU)的插头，包括连接到功率设备架在数据中心地板上的功率鞭(power whip)的分配式断路器的墙壁安装或者自立的单元)可以用于确定当前功率消耗(power draw)。但是，至少对于早先讨论的原因，功率消耗的突然改变可能导致突然的问题，这将不容易由这种装置补救。例如，数据中心员工或者用户可以在他们安装新设备时使断路器跳闸，可能导致服务中断，这可能不能使用功率监视装置及时地检测以防止该问题。

对功率分配问题起作用的另一因素是EDP设备的许多型号仅具有一个电源，且因此仅具有一个电源线。这倾向于对在关键性任务或者生命安全角色中通常采用的医用设备及其他类型的设备更典型。但是，因为它们仅具有一个功率输入，它们可能对由于电源故障导致的停机时间是脆弱的。此外，仅具有单个电源线和/或电源可能使功率系统可能定期要求的维修复杂化。事实上，当装置一次仅可以插入一个功率源时，即使多个独立功率源可用也是这样。

用于解决该问题的一个传统的技术是安装自动切换功率插头。但是，那些插头通常是笨重的和昂贵的。另外，用于数据中心的类型通常在数据设备机架上水平地安装。该配置可能占据有价值的机架空间，且倾向于以其连接到两个不同功率源的两个输入插塞(plug)占据更多的机架空间。

技术实现要素：

本发明涉及改进的在数据中心环境中包括的各种场景下功率的并行分配。具体来说，本发明涉及提供用于在两个或更多功率源(例如，由于比如停机或者功率质量问题之类的电源故障)之间切换的改进的自动转换开关(ATS)，以及关联的功率分配架构、组件和处理。本发明的一些目标包括以下：

提供与设备机架结合的高开关密度比，以使得开关的任何故障将影响少数(例如，一个或者仅几个)设备。

提供高度冗余的、容错的、可扩展的、模块化的并联开关设计方法，其允许对于数据中心及其他环境中的各种自动需要切换构造形式因数需要的自动转换开关族；

提供低开关总开销，以使得最小化仅由开关占据，而不可用于设备的有价值的机架空间；

为了最小化数据中心设备机架(2柱(post))和/或机箱(4柱)中的电源缆线路由和气流问题(通过参考为设备机架或者“机架”在这里包含其两者)；

为了允许在电源线的一端或者两端并入锁定电源线技术以用于更安全的功率输送，例如，在包括位于比如加利福尼亚的地震活跃地理区域中的那些的数据中心中；

为了提供替代方法以最大化数据中心地面空间的使用效率和允许最大数目的设备机架的部署；

提供紧凑的开关和由这种紧凑的开关使能的机架/数据中心架构；

并入各种功率输送、功率插座和或电源线出口管理，如在标题为“Power Distribution Methodology”的美国专利申请No.12/891,500描述的监控和安全性。这允许包括自动切换作为功率分配方法的集成特征的智能自动开关功率分配方法的创建。这可以在使用和不使用以水平或者垂直形式因素在自动开关外部的机架内插头的情况下做出。

提供用于增强包括在紧凑的开关设计中的开关性能的各种电路；

为了允许使用更窄和更浅的机架由此允许数据中心地面空间和数据中心空间容积的更有效使用；和

提供对于多相功率输送或者其他原因希望的多个(两个或更多)开关的协调控制。

根据本发明通过提供用于改进功率分配的各种系统、组件和处理而解决这些和其它目标。如以下讨论的本发明的许多方面可应用于各种场景。但是，本发明具有与数据中心应用结合的特定的优点。在这点上，本发明在最大化数据中心环境的功率分配效率上提供可观的灵活性。本发明在对比如由Google或者Amazon或者云计算提供商使用的服务器农场设计功率分配上是有益的。

根据本发明的一个方面，提供方法和设备(“设施”)来使能在设备机架的高开关密度而不将实质的机架空间专用于开关单元。需要高开关密度以使得单个开关的故障不影响大量EDP。另一方面，通过每个开关可能占据1u的机架空间的传统的开关单元的扩散的方式实现高开关密度涉及就机架空间的有效使用而言实质的折衷。如在这里描述的自动转换开关(ATS)的各种示例可以不使用或者使用很少每个开关的专用机架空间实现，因此使能高开关密度而没有对机架空间的任何过度负担。

因此，注意到的设施涉及具有用于接收设备的多个端口的设备机架，例如，其中每一端口可以具有1u的高度，将认可某些设备可能占据多个端口。设备机架系统包括安装在机架的至少一些端口上的数目N的EDP和数目S的独立地操作ATS。每一ATS配置为从第一和第二外部电源接收输入功率，以检测与第一外部源有关的电源故障(例如，停电或者不可接受的功率质量)，和当检测到与第一外部源有关的电源故障时自动地切换其输出功率馈送以耦合到第二外部源。

注意到的设备机架系统具有定义为S/N的开关密度比。另外，设备机架系统具有定义为仅由ATS占据的端口的数目与由ATS和EDP集合地占据的端口的数目的比率的开关总开销比，小于S/(N+1)。

例如，开关密度比可以是至少1/4(且更优选地至少1/2)，且开关总开销比可以小于1/5(和更优选地，小于1/8)。在数据中心环境下，通常希望使用高的机架以使得有效地使用数据中心的地面空间。例如，机架可以具有多于30u’s和甚至在某些情况下多于50u’s的高度。此外，为了同样的理由，通常不希望留下许多未占据的机架空间。因此，从实用目的，期望数据中心通常将配置为使得EDP占据机架的至少20个端口。在此情况下，本发明在以ATS占据不多于2个端口的同时使能高切换密度。例如，多个ATS(例如，12个或更多ATS)可以设置在仅集合地占据机架的1或者2u’s的一个或多个外壳中。从以下将要描述的某些实现中，更多空间的机架端口专用于切换单元且每一设备可以具有它自己的ATS(即，开关密度比是1且开关总开销比是0)。

根据本发明的另一方面，提供用于向电子数据处理系统供应冗余并行功率的设施。该设施涉及在尺寸为适配在单个标准设备机架空间内的外壳内设置的多个自动转换开关。每一ATS配置为从设置在外壳之外的主要功率源接收第一功率馈送，从设置在外壳之外的次级功率源接收第二并行功率馈送，检测关于第一并行功率馈送的电源故障，和当检测到第一并行功率馈送中的电源故障时将输出功率馈送从与第一并行功率馈送电气地耦合自动地切换为与第二并行功率馈送电气地耦合。以该方式，可以在单个机架空间中设置多个ATS。

优选地，该外壳具有不大于大约1.5u的高度且可以具有1u的高度，即，不大于大约1.75英寸。此外，每一ATS优选地具有每10立方英寸至少大约2千瓦的功率密度。以该方式，可以在标准机架的一个或两个u’s的空间包络内提供显著的切换容量。在某些实施例中，多个ATS可以设置在可以占据机架空间的小于两个u，例如，一个u的单个壳体中。例如，每个具有2千瓦的功率密度的12个或更多ATS可以包括在1.5u’s或者更小的机架空间中。这种实施例允许消除机架中沿着侧设备的插头，因此，允许更窄的机架和数据中心地面空间的更有效使用。

根据本发明的另一方面，以各种需要的容量和形式因数的并行ATS单元族可以通过使用模块化构造方法来构造，该模块化构造方法是节省成本的，以实现并提供向这样构造的ATS单元添加增大的可靠性的能力。这样创建的ATS容量也可以并入各种设备中，例如在标题为“Power Distribution Methodology”的美国专利申请No.12/881,500中描述的。这允许包括自动切换作为功率分配方法的集成特征的自动开关功率分配方法的创建。

附图说明

结合附图描述本公开：

图1示出了功率分配拓扑的实例；

图2示出了典型数据中心的功率分配设计；

图3示出了对于用于数据中心中的两倍转换UPS单元功率效率怎样随负载而变化；

图4示出了近年来使用大量服务器的大数据中心的增加的说明；

图5示出了根据本发明的开关的说明；

图6示出了九头蛇线(hydra cord)的实例；

图7示出了根据各种实施例的说明性的微ATS的系统图；

图8A示出了在用于微ATS的某些实施例的说明性的“A”和“B”功率切换子系统的场景中的说明性的电源子系统的电路图；

图8B示出了通过一组电阻器由HV正常地供应的15伏特电源的说明性的细节；

图9示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的“A”功率电压范围检测子系统的电路图；

图10示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的“A”功率损耗检测子系统的电路图；

图11示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的“B”功率同步检测子系统的电路图；

图12示出了在用于微ATS的某些实施例的“B”功率同步检测子系统和“A”功率损耗检测子系统的场景中的说明性的“A”/”B”同步积分器子系统的电路图；

图13示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的定时控制子系统的电路图；

图14示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的“A”和“B”功率切换子系统的电路图；

图15示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的断路开关子系统的电路图；

图16示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的输出电流检测子系统的电路图；

图17示出了用于微ATS的某些实施例的说明性的压电器件驱动器子系统的电路图；

图18A示出了具有在拓扑的根节点中设置的ATS的功率分配拓扑；

图18B示出了在拓扑的分配节点中具有在更下游设置的ATS的另一说明性的功率分配拓扑；

图18C示出了在拓扑的叶节点中具有在甚至更远的下游设置的ATS的又一说明性的功率分配拓扑；

图18D示出了具有在拓扑的端叶节点中在EDP设备的进一步下游设置的ATS的又一说明性的功率分配拓扑；

图19示出了根据某些现有技术实施例的说明性的传统的功率分配拓扑；

图20图示用于典型的双倍转换UPS单元的效率对负载曲线；

图21示出了根据各种实施例的说明性的功率分配拓扑；

图22A和图22B示出了根据各种实施例的说明性的并行微ATS模块；

图23示出了根据各种实施例的包括机架安装的并行微ATS模块的说明性的功率分配拓扑：

图24示出了根据各种实施例的具有示范模块化ATS概念的其子组件的说明性的功率模块：

图25示出了根据各种实施例的示范模块化ATS概念的说明性的一组组装的功率模块；

图26示出了根据各种实施例的示范模块化ATS概念的以多个形式因数组合以实现各种电流量容量的说明性的一组功率模块；

图27示出了根据各种实施例的并入模块化ATS概念的说明性的一对实例ATS设计；

图27B示出了根据各种实施例的由母线槽(busway)功率分配系统供电的一对ATS单元的实例示例；

图27C示出了根据各种实施例的由母线槽功率分配系统供电的具有相关联的替代功率源的单个ATS单元的实例示例；

图27D示出了根据各种实施例的使用根据本发明的插件(plug-in)功率分配的数据中心功率分配拓扑的实例示例；

图27E示出了根据各种实施例的使用根据本发明的插件功率分配的数据中心功率分配拓扑的另一实例示例；

图28示出了根据各种实施例的示范模块化ATS概念的说明性的控制逻辑；

图29示出了根据各种实施例的添加示范模块化ATS概念的故障检测和管理特征的说明性的控制逻辑；

图30示出了根据各种实施例的添加故障检测和管理特征和示范模块化ATS概念的控制逻辑冗余的说明性的控制逻辑；

图31示出了根据各种实施例的、可用于以模块化ATS概念提供高能量效率方法以保证继电器功能、可靠性和服务寿命的说明性的并行继电器负载平衡方法、和使用大量并行继电器以切换远大于每个单独的继电器的功率容量的功率容量的任何其他装置；

图32-图32k示出了根据各种实施例的、处理继电器变形(skew)和/或改进和控制继电器触点致动时间(relay contact actuation times)的方法的可能示例的各种细节和操作模式；和

图33示出了根据本发明的数据中心配置的实例；

图34示出了根据本发明的另一数据中心配置的实例。

在所附的图中，类似的组件和/或特征可以具有相同的附图标记。另外，相同类型的各种组件可以由在附图标记之后跟随的在类似的组件当中区分的第二标记来区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，描述可应用于具有相同第一附图标记的任何一个类似组件而与第二附图标记无关。

具体实施方式

以下描述在结构上分为两个部分，部分1讨论数据中心功率分配中涉及的问题和对那些问题的本发明的解决方案，且部分2讨论可用于构造具有建造在机架/数据中心架构中描述并与机架/数据中心架构关联的本发明的解决方案需要的特性的自动转换开关的具体方法。应当注意，描述的具体方法也可以用于构造自动转换开关之外的其他目的。

I.背景-功率分配可靠性和维护问题

分支分配电路是其中导致对插座的功率损失的最多事件出现的区域。原因很简单，这是人们趋向于在类型和负载量上做出改变的地方。电气故障的最普遍的原因是由将超过电路容量的负载插上电源的人使分支断路器跳闸。近来的功率可靠性研究显示UPS单元故障也是数据中心中电源故障的重要原因。应当注意某些UPS故障模式将影响UPS传递任何电流的能力。

在数据中心环境中，由于可能存在数千分支电路的事实，该问题是复杂的。在数据中心中，每个分支电路还必须通常仅加载到其容量的75％，以当所有连接的电子数据处理(EDP)设备同时上电，加快风扇、盘驱动器的旋转等时，解决在冷启动期间发生的“涌入负载”。这是最高负载方案；且，如果不解决，其将在发生时使分支断路器跳闸。对该问题起作用的因素是大多数IT或者数据中心员工不总是知道它们安装的设备的功率需要是什么，特别是可能改变设备显著地形成的功率的设备具有的确切配置。

通常使用功率监视装置(例如，经由具有电流量计或者功率分配单元(PDU)的插头，包括连接到电源设备架在数据中心地板上的功率鞭的分配式断路器的墙壁安装或者自立的单元)可以用于确定当前功率消耗。但是，因为早先讨论的原因，数据中心员工或者用户在他们安装新设备时可能频繁地使断路器跳闸，可能地导致服务中断。

注意：为了方便起见，我们将使用术语“设备机架”来描述通常用于2柱相对4柱机架的术语"设备机架"和“设备机箱”两者。

一种增加功率可靠性的方法是在功率分配拓扑中的各种点使用自动转换开关(ATS)以提供从主要功率源到备用功率源的自动故障转移。这通常在功率分配拓扑中的三个点之一做出，其中分支电路起源的在墙壁上的配电板，功率馈送到插头的在机架中分支电路的结束或者在插头和供电的EDP设备之间。

在功率分配拓扑中在哪里放置自动切换的选择具有多个要考虑的问题。

1.故障域-这是如果ATS不能适当地工作将影响的电源插座的数目。用于数据中心的全部功率分配拓扑从数学上说可以考虑为有根树图形。

ATS的位置越接近树的根，将由该ATS的动作影响的电源插座的数目越高。这如图1所示，图1示出了实例功率分配拓扑。对于该讨论的目的，功率分配拓扑的一个或多个图的一个或多个根是核心功率基础设施的“下游”。一个或多个根起始于UPS单元或者配电盘。在该模型中，配电盘是根或者分配层节点。分支电路起源于配电盘且结束于设备机架。在机架，经由插头分配功率(插头也被混淆地称为功率分配单元(“PDU”)，其是通常应用于配电板的术语)。插头在它们中也可能具有断路器。但是，为了该讨论的目的，我们将使用术语配电板(panelboard)和插头(plugstrip)。也应注意在后面的描述中，ATS单元也可以代替配电板或者与配电板一起，与母线槽一起使用。母线槽基本上是线性配电板。它们通常用于比如生产线的工业环境且它们已经用于数据中心。母线槽是正常地安装的总开销且并行于设备机架的行。它们的功能类似代替光的跟踪发光体，你插入分接头盒(tap box)，该分接头盒是机械地和电气地连接到母线槽并具有出口电源插座、出口引管或者作为硬线的出口线路的盒子。出口盒通常包括断路器以限制分接头盒的一个或多个输出。

应当注意，大数据中心通常具有许多发电机和UPS单元，因为存在你可以购买的容量大小的限制，且如果你超过该限制，你不得不放置多个UPS单元并且并行地运行它们。该情形中的每个UPS将是功率分配拓扑中的根。类似地，你通常将使用多个配电盘，因为它们仅在功率容量上和断路器站的数目上变得这样大。此外，定位你的配电板从而最小化平均功率鞭长度是更高效，这样你倾向于使用实际上尽可能多的来实现此。配电板通常位于墙壁上，但是在某些数据中心中，特别是非常大的数据中心中，它们可以是位于地板上的自立的单元。

ATS开关可以与配电板一起使用，且当主要功率源故障时将给定配电板中的每个分支电路切换到次级功率源。但是，该方法的主要设计问题是如果在配电板的ATS故障，则许多EDP装置将丧失功率。典型的配电板具有225KVA，和84或者96断路器(breaker)站的容量。这可以经由28-96个分支电路对大约多达40个机架供电(取决于分支电路的类型和数目以及每个机架使用的平均瓦特数)。在数据中心中由于ATS故障40个机架停止是可能具有很严重的服务影响的主要打击。该类型的故障在许多数据中心中发生。

2.功率分配效率-这是通过将自动转换开关插入到功率分配系统中而“损失”的功率的量。没有自动转换开关是100％有效的，它们全部具有损耗因数。存在两个主要类型的自动转换开关，基于继电器和基于固态的。它们具有关于功率损耗和转换时间的不同特性。在功率源之间的转移时间是重要的，因为用于现代EDP设备中的电源可能仅容忍非常短的电源中断。用于电源设计的计算机和商业设备制造商协会(CBEMA)指南推荐20毫秒或者更小的最大停机。最近发布的电源可能要求甚至更快的切换速度。

a.基于机械继电器的ATS

这些开关使用一个或多个继电器以在它们的输入功率源之间切换。A继电器具有两个主要损耗因数，继电器的触点面积和是否继电器要求功率以将其保持在其中其导通电流的“打开”状态。小心地选择和工程化触点的形状和材料，以最小化触点两端的电阻，也最小化或者防止当触点切换时在触点两端的电弧。此外，因为某些电弧可能在某些情形下发生，所以必须设计触点以最小化非常不受欢迎的电弧“焊接”触点关闭的可能性。

另一设计问题是继电器的转换时间。安装触点(通常在衔铁(armature)上)以使得它们可以被移动以实现它们的切换功能。用于移动衔铁的触点质量、形状、运动范围、机械杠杆作用和力全部都是继电器设计问题。由触点之间需要的间隙指示运动范围以最小化在最大设计电流水平的电弧。随着最大设计电流增加，间隙也必须增加。触点的质量必须由施加到衔铁的力加速，该力具有实际极限。这些因数对可以通过一对触点发送且仍然保持EDP设备的可接受的转换时间的电流量施加限制。EDP设备CBEMA指南推荐用于现代开关电源的持续操作的最大大约20毫秒的停电。如果衔铁的质量和触点间隙也很大，继电器转换时间超过该时间限制。

在与2013年3月15日提交的题为“ACCELERATED MOTION RELAY”(美国序号61/792,738)、“HYBRID RELAY”(美国序号61/798,593)和“SOLID STATE RELAY”(美国序号61/792,576)的美国临时申请中描述了减小继电器转换时间的新颖的方法，将所有这些通过引用包括于此，该新颖的方法总的来说可以并入自动转换开关中，且具体来说在使用或者可以使用将受益于减小的继电器转换时间的继电器的该提交(filing)及其他装置中描述和并入的自动转换开关中。这种方法的使用也可以允许用于必须在给定时间段中转换的特定应用的各种继电器的使用，实例将是通常不能足够快地转换以被使用的大容量继电器(电流量容量和/或电压容量)的使用。

基于良好设计的继电器的自动转换开关具有大约0.5％或者更小的损耗因数。它们也具有电源以对它们的内部逻辑供电，它们的内部逻辑通常在操作中在12-20瓦特的范围内使用。

基于良好设计的继电器的自动转换开关具有大约0.5％或者更小的损耗因数。它们也具有电源以对它们的内部逻辑供电，它们的内部逻辑通常在操作中在12-20瓦特的范围内使用。

b.固态ATS

这些开关使用固态半导体以实现它们的输入功率源和它们的输出负载之间的切换。它们可以比基于继电器的开关更快地切换，因为它们使用基于半导体的切换而不是机械继电器。但是，半导体具有损耗因数，且该类型的开关的效率小于基于继电器的开关的效率，通常大约1％。此外，它们通常较不可靠，除非它们建造有冗余的内部故障转移性能，这使得它们贵得多。再次，它们也具有电源以对它们的内部逻辑供电，取决于转换开关的尺寸和由开关提供的冗余级别，它们的内部逻辑通常在操作中在12-200瓦特或更多的范围内使用。

3.机架空间使用

数据中心中的机架空间是昂贵的。发电机、UPS单元、功率分配、上升地面、计算机机房冷却等的数据中心基本设施是非常大的资本投资且具有大的进行中运行费用。标准42U设备机箱的机架空间的1U是在该机架中可用的空间的2.5％。在设备机架中大量地放置安装在机架上的自动转换开关使用大量的机架空间，这表示可以用于EDP设备的空间的损失。这是很不受欢迎的，这是不这样做的一个原因。

应当注意在UPS单元的上游的一个或多个转换开关是核心功率基本设施而不是功率分配的一部分。在核心基本设施做出自动转换切换以保证到有效功率源，比如公用电源网格馈送或者发电机的连接的连续性。可以处理核心基本设施中需要的功率容量的基于继电器的开关的转换时间也很慢以避免由连接的EDP设备由于早先描述的原因而关闭(由CBEMA指南对于EDP设备推荐20毫秒或者更小的时间)。这是为什么该类型的转换开关放置在UPS单元的上游，在那里这些开关关于转换创建的简短断电由UPS单元覆盖。我们作为本公开的一部分描述的模块化、可扩展、并行ATS开关的族可以被缩放到需要的容量且拥有充分快的转换时间，以使得它们可以用于功率分配拓扑中的任意点，包括核心基本设施，这是重要的优点。它们可以包括可以显著地增加它们的可靠性的容错设计特征，这使得它们更适于用于在ATS表示单个故障点的各点的拓扑。这使能现在未使用的功率分配拓扑的使用，这可能具有用于数据中心的优点。例如，移动位于UPS的核心基本设施下游中的ATS单元可以保证如果UPS单元故障，功率输送也继续，这是重要的优点。

大的固态转换开关可以用于核心基本设施，且它们足够快以在20毫秒CBEMA指南下切换。但是，它们非常昂贵且可以表示单个故障点。再次地，它们具有与流过半导体器件的功率相关联的不利的损耗。相比基于继电器的转换开关，它们也对突发故障更脆弱得多，这是重要的缺点。

我们之后将讨论怎样可以通过并行组合许多较小的Zonit微自动转换开关来构造大容量的、快速的高效和相对低成本的自动转换开关。这可以以各种方法进行。某些方法按照需要使用集成的控制逻辑。模块化的、可扩展的并行ATS概念是可用于构造这种开关的方法，且可以包括Zonit微自动转换开关的技术和创新。

II.发明概述-高度并行的自动开关功率分配和适当的ATS设计，包括高度冗余的、可扩展的、模块化的ATS设计

A.高度并行的自动开关功率分配

我们发明的解决方案是新颖的，且提供相当多的益处。它们包括使用我们做出以创建自动转换开关(ATS)的发明的多个功率分配方法。我们使用自动转换开关作为描述的实例，Zonit微自动转换开关(μATS^TM)包括在PCT申请No.PCT/US2008/057140，美国临时专利申请No.60/897,842和美国专利申请No.12/569,733中描述的本发明，将其通过引用完全包括于此。

当前自动转换开关具有防止使用高度并行的自动开关功率分配方法的某些实现的特定限制。它们也是无效率的，消耗太多的机架空间，且成本过高。

ZonitμATS^TM是非常小的(4.25”×1.6”×1”<10cu英寸)，非常高效(<2V@最大负载损耗)且不需要机架空间，因为由于它非常小的形式因数，它可以被自安装在每个EDP装置的后部或者并入用于安装EDP设备的机架容积外部的机架结构中，或者在安装在机架上的插头或者在机架中或者机架附近的功率分配单元中。应当注意μATSTM足够小，它也可以集成到EDP设备中。

该小的形式因数也帮助使能24”外部-到-外部宽度EDP设备机箱的使用，其具有两个关键优点，它们确切地适配在2’×2’上升地面砖上，这使得放置有孔的地面砖以引导空气流容易，因为机架对准在地面砖网格上，且它们节省宝贵的数据中心地面空间。因为NEMA设备机架不对于总机架宽度标准化，就是这样，且机架越窄，越多机架可以适配在给定行长度中。例如24”机架将在非常普通的27”宽度机架上节省3”，且表示在行中对于每8个设备机架的一个额外的机架。现在这对于现代EDP设备是实用的，因为现在几乎所有模型使用前面到后面的空气流冷却。曾经普遍的侧到侧冷却现在几乎已经完全地消失。警告是在用于辅助设备，比如垂直插头、自动转换开关等的24”机架一侧上有少得多的空间，所以那些组件必须是与实际一样小的形式因数，以使得它们可以适配在机架中。

μATS^TM允许使用高效、成本有效和每个装置或者每个装置附近的机架空间节省(1μATS^TM到1EDP设备或者1μATS^TM到低整数数目的EDP装置的比率)的高度并行和高效率的自动开关功率分配方法。应该指出可以选择μATS^TM单元对EDP设备的比率以优化几个相互关连的设计约束条件，数据中心中EDP设备的可靠性、成本和容易移动。1对1比率最大化每个装置的功率可靠性和在保持装置上电的同时装置的容易移动。注意：这可以通过做出“热行走(hot walk)”以装置级ATS做出，特别是类似μATS^TM的，在"热行走"，你通过首先拔下一个ATS电源线，将插塞(plug)移动到新位置，拔下第二ATS电源线等来移动装置。长的延长电线使得“热行走”更容易。以太网线缆可以被拔下和重新插入，而不将现代的操作系统关闭，且当这样做时TCP/IP连接将恢复。所以，可以且已经这样做了。明显地，可以通过使用对于μATS^TM单元对EDP装置的1对1之外的其他比率来减小成本。在该情况下的限制因素通常是μATS^TM功率容量和什么将提升数据中心管理者愿意承担的风险级别，因为连接到任何ATS的装置越多，如果它未能适当地工作影响越大。

传统的功率分配方法

典型的数据中心使用如图2所示的功率分配设计。

它们使用双倍转换不间断电源(UPS)单元或者更近来的飞轮UPS装置。用于数据中心的最好的双倍转换UPS单元具有随着它们的负载改变而变化的功率效率，如图3所示。它们通常在典型负载级别平均85-90％的效率，飞轮(flywheel)UPS单元平均～94％效率。当功率成本稳定、相对低且基于碳的燃料的气候影响未被完全地认可时，该效率级别是可接受的。功率现在快速地从廉价的商品改变为昂贵的购买，其具有实质的经济和环境成本和对于国家经济和国家安全的关键隐含意思。传统的UPS供电的数据中心更通常具有在88-92％范围的效率，因为没有数据中心管理者想要以100％容量运行他的UPS单元，这是因为没有对于任何需要设备添加、移动或者改变的余量。此外，如典型的，UPS单元之间的负载通常被划分以使得每个具有数据中心的总负载的大约1/2。在该情况下，因为UPS是冗余的，没有UPS负载50％以上，或者如果其他UPS故障，UPS必须能够承担满负载。这推动UPS效率甚至更低，因为每个单元通常将不加载到超过40-45％，以使得数据中心管理者具有某些可用的UPS功率容量以用于数据中心中EDP设备的添加、移动和改变。

图4图示重要的点。装有极高数目的服务器的非常大的数据中心的数目在过去五年或更多年内已经不断增长。服务器部署数目巨大。存在今天采用超过一百万台服务器的多个商业组织。对于该规模的设施和增加的功率的长期成本，在最大化功率使用效率上做出投资在经济上、环境上和就国家安全而言很有意义。这个问题当我们讨论如何最好地将数据中心中的功率分配到它们的服务器及其他EPD设备时将进一步讨论，其是需要比如我们呈现的创新解决方案的重要的点。

当前服务器当以“比萨盒”形式因数购买时是最成本有效的。当前在这些数据中心中采用的巨大数目的服务器几乎都是Intel X86架构兼容的CPU的"商品"。这是什么对运行大的网站的大服务器农场、运行VMWare或者其他虚拟化解决方案的云计算和高性能计算(HPC)环境中的大部分供电。它是最有竞争力和商品化的服务器市场部分，且提供最好的服务器“性价比”。这是为什么它被选为用于这些角色。

商品服务器具有对成本竞争力的大的压力，特别是关于它们的初始的购买价格。这又影响制造商产品管理者选择最低成本的电源解决方案，可能以最好的功率效率为代价，这是具有将在下面进一步讨论的影响的问题。

数据中心大小和服务器计数

存在将多个(两个或者N+1是最普通的配置)电源放置到EDP设备中的几个原因。首先是通过冗余消除单个故障点。但是，现代电源对于大约100,000小时＝11.2年的平均故障间隔时间(MTBF)值是非常可靠的，这很好地超出EDP设备的典型服务寿命。使用多个电源的第二个原因是允许连接到多于一个分支电路。如早先讨论的，这是最普遍的功率分配的故障点。此外，具有两个功率连接通过允许关闭一个功率源而不影响终端用户EDP设备，而使得功率系统维护更容易。

但是，在EDP设备中放置多个电源具有成本。附加的一个或多个电源花费购买的钱财。它们几乎总是对设备的每一代是特定的，且因此必须在每个新一代设备中替换，在某些组织中这对于服务器可能短至三年。

电源还具有损耗因数，它们不是100％高效，且做出电源的最便宜的方式是设计它在典型的最优期望负载的+-20％的给定负载范围最有效地运行。电源具有与UPS单元类似的效率曲线，比如图2所示的。这呈现另一问题。服务器制造商的产品管理者可能销售以两个配置的服务器，具有一个或两个电源。在该情况下，他可能选择仅指定一个电源型号，因为库存、销售和服务两个型号比一个型号的电源更昂贵。这交易资本费用(服务器制造商可以在更低的初始价格点销售服务器)对于操作费用。这是由于对于两个AC到DC电源，在通常最多用于大规模部署的商品服务器的类中，DC输出总线将几乎总是共同共享的无源总线。添加切换到该类服务器的功率源以获得反向效率(一次仅一个电源承受负载)通常对于正在服务的市场过于昂贵。它还添加另一可能的故障点，如果需要较大的可靠性，做出冗余需要成本。

典型的现代EDP电源几乎都是自动调节范围(接受110-240V输入)和全部切换的(仅仅短时间段内利用交流电[AC]输入功率且然后将该能量转换为直流电[DC]，然后重复)。该类型的电源更耐受功率质量问题，因为它们仅需要不连续地一次“喝”一口。如果在已知范围内控制输入AC功率电压范围，它们将非常可靠地工作。它们不要求完美的输入AC波形来良好地工作。所有需要的是它们在每一“口”中接收足够的能量和输入功率在它们的电压范围容差的限制内。这使得可以以非常合理的资本费用使用比完全UPS电源系统更加有效的数据中心功率分配系统。

使用高度并行自动转换开关的非常高效功率分配

传统的数据中心功率系统的主要损耗源是一个或多个UPS单元。转换损耗是我们早先讨论的可能出故障的地方。可以通过使用滤波的公用线功率避免这些损失，但是这拿来对于以下讨论的要实践的该方法需要解决的一组问题。这种设计在以下图5中示出。通过瞬时电压浪涌抑制(TVSS)单元进行功率过滤，这是非常高效(99.9％+)和成熟的技术。

a.输入电压范围控制

现代的电源可以容忍各种的功率质量缺陷，但是它们不能幸免的一件事是过长的输入功率过电压。TVSS单元将过滤瞬时浪涌和尖峰，但是它不补偿长时间的输入功率过电压，这些通过。为了防止该可能性，如果公用线功率电压超过范围，我们正在讨论的数据中心功率系统必须通过切换到有条件的UPS功率而处理范围外电压(因为现代电源不由欠电压损伤而是关闭)。我们将要讨论这样做的两种方式。电压感应和自动切换可以被置于数据中心功率系统中的其他点，但是对于早先讨论的理由，我们呈现的选项是最可行的。过电压保护可能实现的第一个地方在设施降压变压器。该类型的自动调范围的变压器是可用的，且可以从设施公司订购。它们在它们的输出线圈上具有一组分接头，且当需要将它们的输出电压控制到特定范围时在它们之间自动地切换。因为成本原因设施公司通常不采用该类型的降压变压器，而是如果需要指定和改进它们。可能实现过电压保护的数据中心功率系统中的第二个地方是在功率分配拓扑中的ATS。这可以在配电板的ATS或者在分支电路的端部的ATS进行，或者在装置级的ATS进行。最后是我们为了之后讨论的原因选择的。应当注意，可以在UPS的上游使用基于半导体的ATS，但是这是非常昂贵的且ATS的故障的结果可能是灾难性的，如果ATS单元未能切换，则所有供电的EDP单元可能具有它们的电源损伤或者破坏。这是偶然的大的负面效应。

b.全部单一电源(或者线)EDP装置的自动切换

如果公用线电源故障，全部单一电源EDP装置必须切换到可靠的替代功率源，比如UPS。在CBEMA 20毫秒指南内这必须快速地进行。将所有这些装置直接插入UPS中解决可靠的功率问题，但是由于在公用电源关闭的时间期间仅使用UPS使提升功率分配效率的目标失效。这在大的服务器农场中是特别重要的，其中成本约束使得用于大数目的服务器的单一电源配置对于成本和效率原因是极优选的，且服务不会由于单个或者几个服务器的损失而中断很多或者完全中断。

c.EDP装置中全部双(或者N+1)电源的自动切换

几乎所有EDP装置在装置中的所有可用电源当中共享负载。可以建造在电源之间切换负载的EDP装置，以使得仅一个或多个电源是活动电源，且其它的是空闲的，但是如早先描述的，这对于成本和可靠性两者的原因很少这样做。为了保证多电源EDP装置仅利用过滤的公用线功率(如果其可用)和切换到UPS(如果其不可用)，每一次级电源单元需要在公用线和一个或多个UPS单元之间自动切换。否则，UPS单元将承载数据中心负载的一部分，降低功率分配的总效率。

d.谐波增强功率负载浪涌的避免

如果公用线电源故障，全部EDP装置必须利用UPS单元直到发电机开始并稳定为止。用于数据中心的现代发电机具有控制它们的引擎“油门”的非常复杂的电子设备。发电机的控制逻辑设计用于产生最大的稳定性和最佳效率。但是，需要一定量的时间响应于改变的电负载且然后稳定在新负载。如果置于发电机上的负载以重复振荡模式过快地改变，通过废除它的控制逻辑和迫使它尝试匹配功率需要的振荡，可能使发电机不稳定。这可能损伤发电机或者迫使它关闭以保护自身。在任意情况下数据中心可能变为离线，这是非常不受欢迎的结果。存在可能潜在地导致该问题的几个可能的情况。

f.间断的公用线故障

公用线功率在数据中心操作者的控制之外。它可能受到天气、设备故障、人为错误及其他情况的影响。它可能间歇地故障，这对核心数据中心功率基本设施造成潜在危害。如果公用电源间歇地开启和关闭，且开关周期的定时在某个范围内，则公用线源和发电机之间的自动切换(即使由UPS单元过滤)可能导致施加于发电机的谐波增强功率负载浪涌。这可能如下发生：

i.公用线电源故障

ii.功率切换到UPS

iii.发生超时且发电机自动启动

iv.发电机稳定化且切换到系统，馈送UPS

v.公用线功率返回，然后再次进行

vi.发电机将不会关闭，但是核心ATS开关现在可能在发电机和公用线源之间切换。

终端用户设备ATS单元当其背向时将返回到线功率。该返回的定时是决定性的问题。如果它对于发电机适当地响应过快地发生，公用线电源以振荡方式故障，然后发电机可能如早先描述的不稳定化。

g.负载/电压振荡

当负载切换到发电机上时，特别是大的负载，其输出电压短暂地下降。它然后通过增加油门容积且随后增加引擎扭矩来补偿，这增加输出电流和电压。存在将输出电压保持在所需范围的机制，但是它们可能由恰好在谐频的正确范围之内和之外切换的负载废除。如果经由我们将在之后讨论的机制保护功率分配系统免受内置于其的过电压，则这可能发生。最终结果可能是施加于发电机的谐波增强的功率负载浪涌。这可能如下发生：

i.公用线电源故障

ii.功率切换到UPS

iii.发生超时且发电机自动启动

iv.发电机稳定化且切换到系统，馈送系统的公用线功率侧。注意：这优先于通过UPS馈送进行，以维持到机架w/EDP设备的冗余馈送。

v.发电机在突然置于其上的大的负载的情况下下沉(sag)。然后它通过增加其油门设置来响应于负载。

vi.发电机过冲高度并行ATS单元的高电压截止值，且它们切换回到UPS，从发电机除去负载。

vii.发电机然后减速且其输出电压返回到正常电平。

viii.高度并行ATS单元切换回到发电机，使得其再次下沉。

步骤vi-viii重复且可以使得谐波增强的功率负载浪涌堵塞并使发电机不稳定。

我们现在认识到必须解决以能够安全地、可靠地和经济地使用过滤的公用线功率的四个问题。

1.输入线功率电压范围控制

2.单一电源线EDP装置的自动切换

3.双或者N+1电源EDP装置的自动切换

4.谐波增强的负载浪涌的防止

我们选择用于这些问题的一个解决方案是在功率分配拓扑中的装置或者接近装置级自动切换。该解决方案相对将讨论的自动切换的其它方法具有多个益处，但是要求自动转换开关具有特定特性。所选的自动开关需要具有以下性质。

●当主要功率源可用且具有足够性质时必须优选和选择主要功率源。这是需要的。对于我们讨论的功率分配系统，如果公用线功率可用且具有足够性质，为了最大效率，你想要将全部负载置于其上。

●如果主要功率源在范围外，则必须保护免于主要功率源上的范围外电压和切换到次级功率源。还希望，而不是要求如果主要功率源具有其他性质问题，则ATS作为预防措施切换到次级(UPS)功率源。如前所述，这不是要求的，现代的电源对除了输入电压范围之外的任何功率性质问题相对免疫，但是保证安全没有坏处。

●必须在两个方向上在CBEMA 20毫秒限制内转换主要功率源到备用功率源和备用功率源到主要功率源。

●在B到A切换中(除了如果B功率源故障)之外必须包括延迟因数以防止谐波增强的负载浪涌。选择的延迟因数必须足以允许现代的发电机稳定它们的油门设置而非振荡。

●应该最大化数据中心地面空间的使用的空间效率。存在看待该问题的两个方式，最大化设备机架的维度的效率和/或最大化机架提供用于安装EDP设备的空间容积的使用效率。这涉及几个因素的考虑。

a.EDP设备机架维度

标准NEMA机架仅在一个维度上标准化，即如在机架中使用的垂直安装法兰的间隔(和在那些垂直安装法兰中的紧固件孔的间隔)中反映的安装在机架上的设备的宽度。它们不对于总的总宽度、高度或者深度标准化。

高度通常由稳定性问题限制，具有接近实际极限的大约50U(1U＝1.75")，而没有防止机架翻倒的特定固定。深度通常限于安装的EDP设备的凸出的最大深度是什么。大部分EDP设备的当前最大深度是大约36"，有些例外。机架的总宽度取决于机架设计者想要在机架的侧部上，在由安装在机架中的EPD设备占据的容积外部支撑安装什么种类的线缆，功率分配装置和有时冷却装置。最通常使用的NEMA标准设备宽度是19"。

用于19"设备的大部分NEMA标准机架是大约27"宽，以允许在机架的侧部安装各种垂直插头的足够空间。这些插头(plugstrips)(有时也称为功率分配单元)不具有工业标准化维度，所以对于设备机架制造商难以对于所有可用的垂直插头优化它们的机架维度。因此，机架的总的宽度和深度确定它的占地面积使用。通过消除在机架的侧部向下延伸除了电源线和网络线的任何东西的需要(或者可选地在机架的背部向下)，有可能指定更窄的机架，低至大约21"的宽度。这是更空间高效。例如，如果相对27"机架使用24"机架(其很好地对准到在大部分升高地面中使用的2'x2'地面砖上，则在8机架的行中可以采用一个附加的24"机架。这是数据中心地面空间利用上的重要的增益。

应该指出使用该方法，数据中心设计者必须选择具有适当的维度的机架，所以这在初始扩建期间或者当正在执行大范围的改型时是最容易做到的。

b.机架内设备安装容积的使用。

另一方法是不使用可以用于EDP设备的任何机架容积。这意味着ATS应该以零U方式安装，或者否则集成到机架中或者在机架附近集成，而不使用可用于安装EDP设备的机架空间。它可以直接集成到EDP设备中。它也可以集成到插头中或者机架中或者机架附近的功率分配单元中，比如Zonit功率分配单元(ZPDU)，这相对在机架对控制到机架中的插头的功率的断路器的接入而牺牲少量的机架空间使用。在该情况下，ATS功能必须集成到ZPDU的每个子分支输出中，以使得每一个被自动切换。这对某些数据中心管理者是可能有价值的折衷。如早先讨论的，机架空间非常昂贵。对于装置级ATS单元使用它不是成本有效的。

c.必须非常，非常高效。当在装置级采用ATS单元时，将有大量的ATS单元。所以，它们必须非常高效或者它们将消耗比它们值得实现的更多的功率。这导致最后的需要的特性。

d.它们必须相对便宜地购买。这具有两个方面，每一个的成本是多少，和它将维持多长时间。两者确定ATS选择的成本效率。

e.必须高度可靠。这是需要的，或者功率分配设计的实现将是不可行的。

ZonitμATS^TM具有所有需要的性质。它的设计是对该组要求特定的，且包括实现那些要求中的每一个的已申请专利的方式。

●优选的主要源

μATS^TM设计用于如果主要功率源可用且具有足够性质则总是使用主要功率源

●输入电压范围控制

μATS^TM监控主要输入上的电压且如果该电压在范围外则切换到次级源。当它返回到可接受的范围且稳定时，它切换回到主要源。

●CBEMA 20毫秒指南(guideline)内功率源之间的切换

μATS^TM在14-16毫秒内从A切换到B。可以实现更快的切换时间，但是所选的时间最大化可能启动转换的假条件的拒绝。一旦启动，B到A的转换时间是大约5毫秒。因为大部分B到A转换在A功率返回之后发生，这是可能的，且因此μATS^TM可以挑选进行转换的时间，功率源启动和运行两者。

应当注意，μATS^TM将负载“扩展”到正在转换的源上。这通过设计。μATS^TM单元的总数在它们的从B源到A源的转换定时将具有小的变化程度，这实时地不多但是在电气事件时间上是显著的。该变化“扩展”从功率源，例如发电机或者UPS单元来看正在转换的负载。这是由于负载表现为在到功率源的时间窗中的大量μATS^TM转换。这有益于发电机和UPS单元，因为它在时间段上分配大量较小的负载，因此减小即时流入。这是我们的功率分配方法的另一个优点。

●防止谐波增强的负载浪涌。

μATS^TM等待当在转换回到A功率之前在B功率上时恒定的指定时间(除非B功率故障，则它立即转换到A功率)。选择该时间在大部分典型发电机的正常响应时间特性以外。这防止谐波增强的负载浪涌，因为发电机具有适于负载改变的时间并稳定它的输出。

●不必使用可能由EDP设备使用的任何机架空间

μATS^TM是非常小的形式因数。它可以实现为适配到1U EDP装置上的自安装装置，如美国专利申请序号12/569,733所示，将其通过引用完全包括于此。它可以被采用为真“零U”解决方案。

●必须非常，非常高效

μATS^TM极其高效，当在正常操作模式下在主要功率源上时使用小于100毫瓦。

●必须便宜和经久耐用

μATS^TM非常便宜地制造。它的设计使得它的期望有效寿命是20年或更多，且这可以通过使用具有更长寿命的组件而容易地扩展至35年以上，使用具有更长寿命的组件将略微提升成本但是可能是有价值的折衷。

μATS^TM从采用的EDP设备的每一代移动到采用的下一代，且将在其期望的服务寿命上返回非常低的每年已摊销成本。

●必须高度可靠

μATS^TM非常可靠。这是设计用于非常长的服务寿命的装置的要求且也是结果。

我们现在可以讨论在装置级或者装置级附近的自动切换相对在功率分配拓扑中的其他点的自动切换的优点。如注意的，μATS^TM在装置级或者装置级附近进行切换，这是可能的和期望的。以下描述和详述优点。

●可靠性

这容易理解。在装置级的高度可靠的ATS单元的总数产生比传统的ATS每个装置高得多的功率可靠级别，传统的ATS可能由于涉及的统计而切换分支电路或者整个配电板。相对在约接近功率分配拓扑的根的ATS故障的机会，所有的μATS^TM单元同时故障且因此影响所有自动切换的EDP装置的机会无限小。考虑以下实例。

1具有200,000小时的MTBF的配电板ATS

1/200000＝5.0e-06任何给定小时内的故障机会

注意：这将是非常昂贵的单元w/该MTBF#。

200μATS^TM单元每一单元具有200,000小时的MTBF

1/200000＝0.005％任何给定小时中每个单位的故障的机会和200单元同时故障的机会

＝200,000升到第200次幂除以1

＝6.223015277861141707e-1061。

这基本上是同时故障的零机会，且比具有200,000小时MTBF的单个ATS好1000个数量级。对于单个ATS实现比得上大规模并行μATS^TM解决方案的可靠性数目，它将必须是比200,000小时MTBF可靠得多的装置。

这是我们描述的数据中心功率分配方法的关键优点。可靠性对数据中心操作者非常重要，特别是对于以每小时几百或者几千或者几百万美金测量它们的停工期的公司。很难过分强调该点。

●效率

用于数据中心功率分配，特别是用于大的服务器农场的任何方法必须是高效。上升的成本和重要的功率结果保证此。高度并行的装置或者装置级附近的自动切换的功率分配方法将是成本有效地实现的最高效方法。对于此有几个原因。

●累积接触面积

如前所述，基于机械继电器的自动转换开关比基于固态的自动转换开关更高效且在给定的成本水平，更可靠。也如早先讨论的，它们的最高损耗点通常是接触电阻。这可以以好的继电器触点设计实践最小化，且增加触点的尺寸有帮助，但是存在对可以实现什么的限制。早先讨论的另一限制是继电器转换时间。这限制可以使用且仍然停留在20毫秒CBEMA指南内的继电器的容量。

相对越接近功率分配的根的ATS开关，在装置级或者装置级附近并行使用许多ATS单元有助于解决这些限制和增加功率分配效率。这是由于并行工作的许多ATS单元具有累积的继电器接触面积，这比置于基于大容量继电器的ATS单元中可行的大得多，而无论单元放置在功率分配拓扑中的哪里。并行的ATS单元也可以容易地具有足够快的转换时间，因为它们使用具有更快的转换时间的更小的继电器触点。模块化、可扩展、并行的ATS设计方法也可以具有足够快的转换时间。

●ZonitμATS^TM效率

设计的更大效率的另一原因是ZonitμATS^TM的特征。在美国专利No.8,004,115和要求其优先权的申请中完全地描述该低功耗特征。这对能够实现描述的功率分配方法是决定性的。μATS^TM比相同功率处理性能的传统的ATS单元以10或更多的因数更高效。这是使得高度并行的自动开关功率分配实用所需的特性。否则，最后结果将是消耗更多功率而不是更少，无论使用的开关单元的资本费用如何。模块化、可扩展、并行ATS设计方法也具有相对于传统的ATS单元具有非常高的功率系数的能力。

●成本-有效性

任何数据中心功率分配设计必须在它被广泛地使用和接受前具有经济效益。传统的接受的方法必须在它们被替换前被改进。μATS^TM的低制造成本(相对于相同性能的当前ATS单元)和非常长的服务寿命使得建立高度并行的自动开关功率分配系统是经济上可行的。模块化、可扩展的并行ATS设计方法以可能更低成本有效的方式实现并行使用许多μATS^TM单元的益处。

●机架空间使用

数据中心设备机架或者机箱中的空间是非常昂贵的，这是我们早先提到的一点。μATS^TM不消耗任何机架空间且足够小以被集成到安装EDP设备的机架容积之外的机架结构中。作为示例考虑以下方案。数据中心中大的服务器农场通常由机架中的许多“比萨-盒”服务器构成，可能具有网络开关。每一服务器可以使用120V功率的～3-6瓦。这意味着15A ATS仅能够应对2-4个服务器。如果ATS单元是1U机架安装的装置，则每个15A ATS使用3个服务器的中值，将由ATS装置消耗专用于服务器的25％的机架空间！这也是要实用的昂贵的机架空间的无效率的使用。

a)优化的机架维度

早先讨论的数据中心地面空间的有效使用的替代方法是最小化机架本身的维度。这可以以下列方式做出。在高级别，该方法采取Zonit自动切换技术，并使用不同机械封装方法采用它，与该文档和包括的文档中描述的方法相比，这具有几个设计益处和一些设计折衷。本发明的目标包括以下：

●为了最小化电源缆线计数和路由问题，由此改进数据中心设备机架(2-柱)和/或机箱(4-柱)中的空气流效率[以下两者将在文本中作为设备机架参考]。

●为了允许在电源线的一端或者两端并入锁定电源线技术以用于更安全的动力输送，例如，在位于比如加利福尼亚的地震活跃地理区域中的数据中心中。

●为了提供最大化数据中心地面空间的使用效率和允许最大数目的设备机架的部署的替代方法。

根据本发明通过提供用于改进功率分配的各种系统、组件和处理而解决这些和其它目标。如以下讨论的本发明的许多方面可应用于各种场景。但是，本发明具有与数据中心应用结合的特定的优点。在这点上，本发明在最大化数据中心环境的功率分配效率上提供可观的灵活性。本发明在对比如由Google或者Amazon或者云计算提供商等公司使用的服务器农场设计功率分配上是有益的。

根据本发明的一个方面，提供用于经由如图5所示的插座(或者硬线输出线)分配功率的方法和设备。该设备具有两个功率输入，一个来自“A”源，另一个来自“B”源。可以选择“A”和“B”功率源的电流量以匹配自动开关输出插座的数目和它们的预期平均和/或最大功率消耗。该设备从“A”和“B”源取得输入功率，并将其分配到设备的外壳中包括的多个Zonit微自动转换开关模块(或者分开地采用的模块或者组合到一个或多个印刷电路板上的模块)。“A”和“B”功率源可以是单相、分相或者三相的，但是在优选示例中，两者将是相同的。每一Zonit微自动转换开关模块馈送位于设备的外壳表面上的输出插座(或者硬线电源线)。可以提供可选地具有可视功率状态指示器的两个或更多断路器，以允许从馈送它的分支电路电气地断开单元。也可以包括附加的“虚拟断路器”控制开关和指示器，以提供从单独的Zonit自动转换开关模块断开终端用户设备的装置。该设备可以安装在机架内或者在机架顶部或者其侧部上。由于Zonit微自动转换开关的非常小的形式因数，可以最小化外壳的尺寸。它可以包括在外壳内的许多Zonit微自动转换开关(“ZonitμATS^TM”)模块，在高度上不大于两个NEMA标准机架单元(1U＝1.75”)。例如，每个具有每10立方英寸2千瓦的功率密度的12个或更多ATS可以设置在机架的1.5u’s内。ZonitμATS^TM模块可以被构造为单独的或者组合的电路板以优化容易制造和制造成本。虽然外壳占据机架空间，通过消除通常在机架中垂直地安装的机架插头的需要，可以如下优化数据中心地面空间。最通常使用的NEMA标准设备宽度是19”。

用于19”装备的大部分NEMA标准机架是大约27”宽，以允许在机架的侧部安装各种垂直插头的足够空间。这些插头(有时也称为功率分配单元)不具有工业标准化的维度，所以设备机架制造商难以为了所有可用的垂直插头优化它们的机架维度。因此，机架的总的宽度和深度确定它的占地面积使用。通过消除在机架的侧部向下延伸除了电源线和网络线之外的任何东西的需要(或者可选地机架的背部向下)，可以指定更窄的机架，低至大约21”的宽度。这是更空间高效。例如，如果相对27”机架使用24”机架(其很好地定位到在大部分升高地面中使用的2'x2'地面砖上)，则8个机架的行中可以采用一个附加的24”机架。这是数据中心地面空间利用的重要的增益。

根据本发明的另一方面，可以提供多头电源线“九头蛇线”。该线可以硬接线到图5所示的设备中或者可以提供插座。实例如图6所示。九头蛇线上的输出头的数目可以改变，以匹配到每个连接的终端用户装置的期望的平均功率输出(或者到所选的一组终端用户装置的总和功率输出)。九头蛇电源线的长度和规格(主馈送部分和到每个“九头蛇头”的单独馈送两者)可以通过优化将功率供应到设备机架中的特定的一组设备位置的每个九头蛇线的线长度而被优化以最小化电传输损失和电源线缠结。一组适当大小的九头蛇线缆可以用于在无论什么期望的间隔，比如1.75垂直英寸的一个均匀设备安装空间“1U”，馈送机架中的每个设备位置。九头蛇线从其头部馈送机架中哪个“U”位置的图案也可以被改变，以控制哪个功率相和源馈送每个“U”位置，为了无论什么期望的原因，例如平衡功率相使用。这是美国专利6,628,009中描述的技术的实例使用，将其内容并入于此，就好像完全在此提出的。

根据本发明的另一方面，锁定电源线技术可用于改进功率输送的安全性。例如，该设备可以装备有用于120V服务的标准NEMA L5-15锁定插座或者用于200V+服务的NEMA L6-15插座。可以使用其他锁定插座类型。输出线上的“九头蛇线头”可以装备有使用PCT申请PCT/US2008/057149和PCT/US2010/050548和PCT/US2012/054518中描述的技术的IEC锁定技术(IEC C13和C19将是最通常用于IT设备的类型)，将其内容并入于此，就好像完全在此提出的。

根据本发明的另一方面，描述的设备可以包括美国专利6,628,009和PCT申请PCT/US2008/057140和PCT/US2010/050550中描述的技术，将其内容并入于此，就好像完全在此提出的。该设备包括在Zonit功率分配系统的示例中的并行自动切换功能性，其新颖的实现在美国专利No.6,628,009中示出。对于自动开关多相功率源，优选示例将采用以下规则：“如果多相功率源的单相故障，所有相切换到替代的功率源”。为这样做，每一单相自动转换开关的逻辑将被修改以实现该功能性。

附加的可能的细化将是使用两个(或更多)uATS模块以监控多相功率源的每一相。两个(或更多)模块将作为主要和备份逻辑，其用于确定何时将继电器(这里通常多相功率源的每个功率相将仅有一组继电器)从A功率源切换到B功率源和从B功率源切换回到A功率源。另一可能性是使用多于两个模块和使用多数方法来决定何时将继电器(这里通常多相功率源的每个功率相将仅有一组继电器)从A功率源切换到B功率源和从B功率源切换回到A功率源。实例将是使用三个模块和设置逻辑，以使得在可以做出切换之前三个中的至少两个同意切换功率源。该“多uATS”方法的优点在于其消除多相切换设备中的单个故障点。

根据本发明的一个方面，公开了用于以各种形式因数有效地实现模块化、可扩展、可选地容错的并行ATS单元的族的方法。本发明的该方面描述如何实现期望的ATS功能性和已经讨论的高度并行功率分配方法的一个可能的示例。根据该方法构建的ATS单元可以跨越各种各样的功率容量且用于数据中心的功率分配拓扑中需要的任意点。如果是设计要求，则它们全部可以拥有要与EDP设备兼容的充分快的转换时间。以该方法设计的模块化并行ATS的另一重要的特征在于它可以是高度容错的且包括可以在故障的事件中替换的热可交换的子组件。(这是非常重要的特征，因为它将并行ATS的平均修复时间降低到功能上为零，因为它从不需要为了子配件故障的修复而离开服务。这匹配现代的数据中心需要的7×24×365服务级可用性的需要而没有停工期)。

转到图25，显示根据本发明构造的电源模块的说明性的实例。PCB板2500包括多个继电器2501和可变电阻2502。没有示出用于流入控制的在该文档中之后讨论的热敏电阻，而是可以集成在板上。注意到，选择的继电器的数目和规格可以被改变以符合期望的设计目标。对于120V和240V操作两者示出了两个可能的继电器选择。限制因素是在最大设计极限以下以实现期望的功能的继电器的传输时间(例如14毫秒)。板具有用于继电器的控制和提供用于由可选的变流器2503或者位于板上的其他测量电路或装置测量的功率特性的报告的电气控制连接器和功率导体连接器2504两者。将板装配到具有壳体2506的基本继电器模块2505中。然后经由功率导体配件2507将多个基本继电器模块(在本实例中5个)装配到另一子配件2508中，该另一子配件2508经由模块继电器驱动器和缺陷扫描板2509的添加而完成，该缺陷扫描板2509经由它的电气控制连接器连接到每一单独的电源模块且然后具有它自己的一组电气控制连接器以经由边缘连接器2511连接到ATS基板2510。子配件2508的功率连接器然后经由功率导体配件2507加入连接器2513以附于ATS基板2510。完成的子配件位于壳体2515中。子配件然后被置于ATS基板2510上，该ATS基板2510具有用于功率2513和控制/监视2511的匹配连接器。ATS基板可以设计具有如早先讨论的在缺陷的情况下允许每个子配件被热交换的功率和控制/监视连接器。应当注意，如果ATS包括热交换特征，则用于允许此的方法基本上是N+1方法(虽然取决于流入电流标称值相对期望的稳态电流标称值，可以指定N+2、N+3、...、N+Y方法)，其中总是存在冗余的且当另一子配件故障且需要停止使用且然后替换时可以使用的一个或多个子配件。这也允许ATS设计有益地容忍在启动时较高的流入电流，这是数据中心功率分配典型的。它可以在流入启动期间使用冗余模块，且然后一旦建立稳态电流则使它们不工作。也应注意，可以在不同ATS级别实现容错。每个基本继电器模块可以包括在单独的继电器故障的时间点可用于替换欠缺的(或者规格之外的)继电器的冗余备用继电器。故障的继电器可以被标记为缺陷/无服务，且基本继电器模块中的冗余继电器可以替代它。该容错形式的优点在于它可以较长的平均修复时间功能性，这是许多操作环境中的优点。也应注意，冗余继电器可以以与早先对于冗余子配件描述的类似的方式使用，以提供用于如在冷启动方案或者其他情形期间可能发生的附加的流入电流容量。

ATS基板2510具有用于可以包括容错扫描选项的ATS控制逻辑模块2516的连接器2517。缺陷扫描选项监视每个单独的基本继电器模块(包括每个单个继电器)、每个子配件和总体上系统的功能和健康。如果找到缺陷，则包括该缺陷的子配件可以停止使用，且其功能由冗余的子配件接管。经由通信模块报告该缺陷，且故障部件然后可以被替换而不使ATS不工作。控制逻辑模块功能也可以冗余地实现，监视功能性和健康和使得可热交换的模块。控制模块也可以添加用于以下讨论的改进的ATS可靠性的附加的控制冗余特征。控制模块也可以包括用于远程命令、ATS单元的控制和监视的通信接口。图24图示模块化ATS的每个子单元的功率容量和它们怎样从8A-240V的基本建造块逐步地全程地组合为2000A-240V模块化ATS单元。可以依照要求和需要使用模块化并行ATS方法建造大的多的容量。

其他封装方法可用于提供在其他成本点以其他形式因数设计模块化ATS单元的附加的灵活性，可以具有或者不具有如早先讨论的电流监视和缺陷监视和冗余特征。这在图24中示出。在该实例中，基本继电器模块2401经由控制连接器板2402和电源母线连接器2403装配到子配件中。基本继电器模块和电源连接器可以是与在图24中的实例ATS中使用的相同的组件，这导致跨越生产线族的成本效率。子配件2404使用电源接入连接器2405以将电源母线连接器连接到ATS单元的线束。控制模块2406包括在具有用于继电器控制和可选的监视/容错功能的电连接器2407的壳体中。控制模块然后经由适当的线缆2408连接到电源子配件。如果需要，它可以通过使用装在单独的外壳中的冗余控制模块(该变型没有在图上示出，但是注意总是存在用于第二控制器模块插上的可用的连接器2409)或者通过在同一壳体中并入冗余的控制模块而冗余地实现。可以选择设计选择以满足每个特定产品的期望的成本，功能性和可靠性目标。图26示出了多个子配件怎样以不同几何排列组合以实现适于不同形状和大小的外壳的增加容量的模块化ATS单元。它们也示范设计用于与多相功率输入一起工作的模块化ATS可以怎样容易地由相同建筑块构造，唯一的差别在于需要处理以下讨论的每个功率相的控制逻辑同步。例如，A-B多相输入(源A-相X,Y,Z和源B相X,Y,Z)每个可以适当地连线到用于构造图26所示的模块化ATS单元2602和2604的六个基本配件2601单元。

模块化并行ATS的封装的灵活性可用于各种情形中大的优点。作为示例，子配件单元2508可以被重新设计以连接到一结构中，该结构与现代的配电板非常类似且可以使用用于做出现有的配电板的相同或者类似的建筑块，比如母线、断流器面板、外壳等，且具有大量生产和已经由符合组织(例如，担保人实验室)证明符合规程要求(例如国家电气规程)的大的优点。子配件单元可以使用电流断路器在配电板中使用的确切相同类型的母线联结耳套。它们因此可以容易地保持可热交换的能力。它们可用于创建具有可调整的电流容量的模块化并行ATS，仅仅添加增长ATS的容量需要的子配件模块！这可以用作降低具有增加容量的能力的模块化并行ATS的基本型号的价格的方法。该特征可以被并入具有热交换选项的任何适当型号的模块化并行ATS族。控制连接器和控制逻辑板可以适于适配在标准尺寸的配电板外壳中。比如用于配电板和相关商品的现有的批准的电气组件的使用可以使得各种模块化并行ATS的生产对市场更成本有效和更快速。当前由另一卖方提供的任何其他监视和管理性能可以在单独的逻辑器件上而共同位于外壳中，且容易地接口连接到模块化并行ATS控制逻辑单元，且向产品供应提供增强的功能性。

应当注意，模块化并行ATS技术提供将成本有效的单元设计到期望的平均故障间隔时间(MTBF)平均维修时间(MTTR)目标值的能力。这是由于可以在几个点按照需要调整设计中的冗余程度。

●在基本继电器模块级-每个基本继电器模块上冗余继电器的数目可以按照需要改变以提供需要的冗余。

●在子配件级-可热交换子配件单元的数目可以按照需要改变以提供需要的冗余。

●在控制模块级-可热交换控制模块的数目可以按照需要改变以提供需要的冗余(具有自我健康报告，两个模块应该足够，但是如果期望可以添加更多)。

该对需要的MTBF和MTTR级别的成本有效的设计的能力允许考虑其他功率分配拓扑选项。此外，模块化并行ATS单元的故障模式不同于传统的ATS单元。在可能故障的单元中确实没有单个组件，且拆卸整个ATS。这是重要的差别，且与故障模式中的差异结合的设计可靠性和修复目标的能力使得能够以许多方式使用模块化并行ATS，而不具有传统的ATS单元的缺点。

如前所述，具有200,000小时的MTBF的单个传统的ATS单元比在功率分配拓扑的下级(分支、叶，对于这些定义参见图1)的一组ATS单元不可靠得多。但是，如果期望和有用，则具有充分地高的MTBF和MTTR值的模块化并行ATS装置可以使用在这里描述的方法构造，以用于在功率分配拓扑的较高级(根和核心基本设施，对于这些定义参见图1)切换。MTBF和MTTR目标将需要相当高，但是模块化并行ATS可用于符合它们。该模块化并行ATS的使用是创新的，因为它基本上消除了由于ATS切换怎样处理子组件故障导致的使用ATS切换的负面效应。且因为它提供降低成本，用于EDP设备的充分地高的切换时间和比当前用于该角色的固态ATS单元更大的效率的益处。

模块化并行ATS方法提供的灵活性非常有用。它允许以在数据中心功率分配中非常有用的形式因数和容量的ATS单元的结构。在图27中示出两个实例。两者都是可以经由插座或者插座馈送九头蛇线或者硬布线到ATS单元(未示出)中的九头蛇线连接到终端用户设备的单元。后一选项是用于建造机架中或者机架附近功率分配系统的成本有效的方法，该功率分配系统是自动切换的，且具有优化而以最小量的功率布线将功率馈送到机架的每个1U(或者其他模数)的九头蛇线的每个元件的长度和规格。这通过最小化多余功率线缆而促进高效冷却空气流。它对大规模计算环境(Google、Ebay等)特别有用，在大规模计算环境中，位于机架的EDP设备的配置是预先设计和已知的，且具有EDP设备的机架作为单元在服务中且在它的服务寿命的结束作为单元替换。另一有用的形式因数是与其供电的EDP设备结合地设计用于位于机架中以最小化它的机架空间的使用的模块化ATS。实例将是以N+1配置具有四个电源的EDP终端用户装置。这种装置不能冗余地连接到两个A-B功率源，因为它要求三个电源运行以工作。解决方案是将A-B功率源自动切换到每个电源。这种装置通常相当地大，且占据机架中的多个1U空间。优化以与这种单元一起工作的自动开关可以最优地使用外壳，该外壳允许自动开关通过位于EDP单元之后而与EDP单元共同定位，都是在机架中相同的一组1U空间中。在该情况下，ATS外壳将被成型以与EDP设备最好地工作和提供需要的空气流路径，以使得EDP设备可以正常地冷却自身。模块化ATS也可以集成到EDP设备自身的外壳中。模块化ATS方法使得更容易适用于这种形式因数要求。也应注意，这种ATS的使用是新颖的，它允许很少的电源的使用(且每个电源具有最小的损耗因数，所以使用更小的电源是更高效)，如果可用于EDP制造商的电源是这种尺寸和容量，则EDP单元需要在奇数(而不是偶数)数目的电源(排除1)上运行。在该情况下，EDP单元可以通过包括功率源的自动开关而设计为在A-B电源上是冗余的。

图27B-27D示范模块化ATS发明的灵活性。在该示例中，模块化ATS已经并入从插件母线槽2610消耗其功率的插件母线槽分接盒(tap box)外壳(enclosure)2600中。插件母线槽是允许沿着总线结构添加负载的具有电气控制的一种类型的馈送机母线槽。其他母线槽类型适合本发明，但是插件母线槽通常用于数据中心功率分配，其中模块化ATS可能非常有用。两个插件母线槽2610和2620可以连接到工厂中的两个不同功率源。外壳2600中ATS的替代功率源可以由如图27B所示的另一模块化ATS 2601或者如图27C所示的母线槽分接盒(2703)或者如最好地适合工厂及其功率分配系统和拓扑的特性的其他源(未示出)，比如功率鞭或者导管提供。替代功率源跳线2606将模块化ATS单元2600、2601连接在一起，以使得当任一母线槽2610、2620丢失其功率源时，两个ATS单元仍然从剩余的有效母线槽连接到有效的功率源。类似地，图27C中的ATS单元2700从母线槽2710消耗其第一功率源并从经由替代功率源跳线2706连接到母线槽2720的分接盒2701消耗其第二功率源，或者它可以从功率鞭、导管或者其他功率分配方法(未示出)消耗其第二功率源。

应当注意，该由母线槽供电的ATS单位的组合本身是新颖的。它可以使用模块化ATS方法，或者使用其他ATS设计例示。应该进一步注意到，ATS单元可以是安装在工厂和/或校园中的该组模块化ATS单元的一部分(其可以在由各种方法供电的各种外壳中和以各种形式因数，比如功率管道、功率鞭、母线槽、其他功率分配方法等)，且如在这里注意的，一个或多个组ATS单元可以通信并由如在这里描述的统一控制逻辑控制。

该示例在数据中心及其他环境中具有几个优点，特别地当使用模块化并行ATS方法时(虽然当与其他ATS设计一起用于时确实应用一些优点)。1)在母线槽中期望的任何地方安装一个或多个ATS单元(和之后按照需要移动它们)的能力是非常有益的。2)使用母线槽的大电流量容量以平衡模块化ATS方法的能力允许模块化并行ATS单元提供的每开关安培成本的高度优化。大部分插件母线槽具有关于插件分接盒的电流量容量限制。此外，插件母线槽可以传递单相、分相或者三相电源，但是在数据中心功率分配中，三相分配是最普遍采用的类型。这意味着通过将一个或多个模块化ATS单元的容量和配置匹配插件分接盒容量和它们的使用三相功率输入的能力，每开关安培成本可以被优化。作为示例，许多插件母线槽分接盒可以传递100A三相功率输入。这将允许100A三相容量的模块化ATS单元使用415/230V三相输入来传递69,000瓦开关功率容量。这足以对在正常功率部署密度的多个机架供电。3)采用合理数目的插件ATS单元减小电源故障的可能的域，且增加功率输送的可靠性(因为在给定时间间隔中故障的功率分配系统中的所有ATS单元的几率随着单元的数目增加而下降)。图27D示出了一个可能的实例的电气拓扑。注意到，图27D中的每个EDP设备装置由自动切换功率供应且如图所示(具有交织的插头)，没有单个故障点(除了单个电源EDP装置之外)，因为每个机架中的两个插头每个由单独的插件ATS单元馈送。4)来自一对A-B插件母线的每个输出的插件ATS单元的一致使用提供附加益处；任一母线可以为了任何期望用途而不激励，而不对由母线供电的机架中的任何终端用户EDP设备损失功率。这允许数据中心或者工厂管理者执行比如母线的维护、重新配置的任务(添加、除去或者移动任何类型的插件分接盒)，或者母线的修改/更新，而不调度昂贵的和破坏性的停工期。图27E示出了又一个可能的示例。

图28示出了根据本发明构造的模块化ATS的控制逻辑的实例功能框图。示出的控制布置用于单相功率，但是可以容易地适于多相功率，如以下将要描述的。图29示出了添加可选的通信控制器和可选的容错模块的控制逻辑的实例功能框图。容错模块监视基本继电器模块和如早先描述的包括它们的子配件的状态和状况。它还控制任何故障的子配件的禁止和冗余的子配件在它们的位置的替换。图30示出了添加可选的控制冗余特征的控制逻辑的实例功能框图。在该变型中，将控制逻辑复制到三个不同子部分中，且比较每个子部分的输出，以使得如果一个输出具有错误，其结果由其他两个的结果替换。该类型的逻辑控制被称作“多数表决”或者“告诉我三次”，且在设计用于阿波罗计划的舱底水井航天计算机中最著名地创立。由于它对由在地球大气外发现的伽马及其他辐射类型所引起的计算错误的抵抗力，它仍然普遍地用于宇宙飞船的控制逻辑。模块化ATS可能希望使用该类型逻辑的理由是它的极端高的MTBF标称值和对假逻辑输出的抵抗力。以该类型逻辑建造的ATS几乎不具有逻辑故障。ATS中最通常的故障点是继电器、逻辑和逻辑电源。描述的模块化并行ATS设计使得所有这些是冗余的、容错的、可监控的和可热交换的。最后结果是ATS将可能以给予适当维护的几乎无限的可用时间运行，满足现代的数据中心需要。

呈现的实例控制逻辑设计可以实现为模拟的、数字的或者混合的(混合的模拟与数字设计)。数字逻辑可以以离散的数字化方法或者其他方法，比如PAL、FPGA等实现。该方法的选择将由可用组件、成本限制及其他设计标准指示，比如做出难以反向工程和复制的实现。

图31显示根据本发明构造的电流共享设计的说明性的实例。在其中电流设计容量是单独的继电器的容量之和的继电器的并行阵列或者租中，(一组具有一个或多个继电器)，必须解决的关键设计问题是如何适当地管理流过所有继电器的电流以保证它们中没有一个提前地失败。这在电流流入期间和当发生切换时是特别重要的，因为不是每个继电器将具有确切相同的电阻和转换时间。

考虑当许多组继电器以阵列并联连接时，在那些继电器当中共享的电流应该保持为使得没有一个继电器或者继电器的组合不平衡。否则，一个或多个继电器可能经受多于它的额定容量。这可能导致继电器故障和/或缩短它的正常的操作寿命。如果电流共享不充分地均匀，携带过载电流的继电器将可能故障，导致故障的级联。为防止此，应该使用一些方法来保证电流共享。该部分描述当它们应用于模块化并行ATS时处理这个问题的设计方案。

存在跨越各组并行继电器必须平衡电流的两个状态。状态是：1)恒定电流流动；2)当各组并行继电器打开或者关闭时，如当并行ATS切换时发生的。

在这两个状态中保证平衡电流流动的问题是相关的，但是每一个具有某些不同考虑。在恒定电流状态中，主要问题是跨越各组并行继电器管理电阻，以保证不超过每一单独的继电器的容量限制，且优化并行ATS的总的效率和可靠性。跨越各组并行继电器的电阻的变化由生产继电器的操作特性的小的变化所引起，这通常在正常的批量生产容差内考虑。还可能是在并行ATS的制造和生产时的生产容差变化的结果。

当各组并行继电器打开或者关闭时，由于在正常批量生产容差内的生产继电器的操作特性的小的变化，继电器将不以确切相同的定时打开或者关闭。这被称为继电器不齐。也可能作为并行ATS的制造和生产中的生产容差的结果导致继电器不齐。存在在并行ATS的设计中处理继电器不齐的问题的多个方式。

1.继电器预生产选择-该方法预先测试各批继电器以保证它们全部足够接近指定的一组操作容差以在并行ATS应用中工作。

2.继电器定时补偿-该方法改变发送以致动每一继电器的控制信号的定时，以使得补偿每一继电器的致动时间的变化且各组并行继电器以减小到期望值的继电器不齐操作。每一继电器(和/或各组继电器)的致动时间可以作为并行ATS的生产过程的一部分被测量和存储为数字值，且可以每次并行ATS切换时实时测量和更新，这提供在继电器的寿命上调整控制信号定时和监视继电器的健康并当继电器(或者作为一部分的模块)应该停止使用和/或被替换时通知的能力。

3.电流限制/转向-如果选择它们具有充分紧密的操作容差，则各组并行继电器将在相对短的时间间隔中全部打开或者关闭。但是，无论相对于彼此怎样接近地匹配继电器定时，将存在区分每一继电器的某些时间段。这意味着防止对各组并行继电器的损坏的另一方法是限制(或者延迟)在某些临界时间段(例如当一个或多个继电器刚刚打开时(或者当它们它们刚刚关闭时)且可能由具有超过它们的应用的额定容量的电流损坏时)施加到它们的电流。这可以通过三个方法之一做出。

a.电阻-如果可以在临界时间段期间施加足够的路径内电阻，则可以限制电流且各组并行继电器不会被损伤。电阻可以经由多个方法，例如电阻器、负温度系数(NTC)电源热敏电阻，等施加在并行ATS的功率路径中的任一输入、输出或者所选的点上。

b.电感-电感器可用在短时间段内限制瞬时电能的变化率，限制在临界时间期间在各组并行继电器两端的电流值。

c.转向-快速动作的半导体开关(例如双向三极管开关)可用于在需要时，例如在关闭的同时的临界时间段期间在各组并行继电器周围转向电流路径。该技术还具有以下优点：并行继电器组(且因此并行ATS)的转换时间变得可编程，其中下限是以子微秒测量的半导体开关器件的切换时间。

模块化并行ATS的变型可以以任何组合使用任何或者所有这些技术，以产生对电流负载平衡(包括继电器不齐)问题的有效解决方案。以下更加详细地描述解决方案的某些优选示例。

1)恒定电流负载共享

在传统的并行继电器中或任何类型的开关中，小的电阻置于每一继电器级的输出中，这将帮助平衡阵列当中的负载。这是通常的实践。如果小的功率损失可接受则其工作。这是工作的方法，但是不是模块化并行ATS的最优解决方案，因为它浪费功率。

在模块化并行ATS中，负载共享伴随有包括作为功率输送路径的一部分的小的电阻。简而言之，继电器触点的电阻加上用于将单独的继电器附于输入和输出总线的引线提供平衡计划用于生产单元的高容量、高一致性继电器的足够电阻。如在制造的所有情况下，存在将落入容差的期望变化的“正常”范围之外的某个数目的单元。这些装置将不可避免地具有传递它们的小单元的过多负载(低于标称电阻)或者不传递它们的电流共享(高于期望电阻)的特性。在这些情况的任何一个情况下，可以通过在阵列中供应冗余备用继电器的百分比来应对缺陷继电器的电流，和简单地不开启缺陷继电器来解决该问题。这要求存在在阵列中全部继电器的监视。我们可以以作为模块化阵列的一部分的每个小单元上的电流感应变压器来这样做。故障的继电器在确定其不再可使用之后退役，且由控制器设置警报以指示故障的模块应该被替换。模块化系统的设计允许“热交换”，或者如早先讨论的在阵列的其余工作的同时改变故障的组件。

2)在单独的继电器的关闭或者打开时的电流共享

当继电器的阵列(或者各组继电器)并联连接时，由于机械变化，某些触点将在其它的之前或者之后连接或者断开。时间的分配是机械组件中固有的。即使制作得非常好的机械组件也具有不同的事件持续时间。这些变化可以以仅几微秒的量级，或者大约一毫秒那么多。在任何情况下，在某些时间级别，整个阵列当中的一个继电器将首先做出接触，且一个将首先断开接触。然后另一，然后再一个等，直到全部做出变换为止。只要考虑电，从第一个到第二个继电器变换的时间是功能上不相关的。做出接触的第一继电器将携带直到另一继电器在那里以共享电流为止可用的全部电流。在源和负载侧连接到非常低阻抗的大规模并行阵列上，电流将得到足够高以破坏单独的继电器，即使电流仅存在几微秒。如果破坏不是即时的，它可能是累积的。在任何情况下，必须采用控制过度电流不破坏单独的继电器的装置以实现期望的可靠性和服务寿命目标。

这伴随着添加流入控制的创新形式，不同于它怎样目前通常实践的。流入控制的基本概念良好地建立且具有精确地用于该用途而设计和生产的特定电子组件。该组件被称为负温度系数(NTC)电阻器。它们有时被称为热敏电阻，或者流入限制器，但是全都具有一个公共的特性，随着温度上升，电阻下降。因为当它们是“冷的”(通常室温)时在这些装置中电阻相对高，它们提供重要的平衡电阻，和当它们第一次导通时电路中的总的电流限制。在高电压微ATS的实例中，它在240VAC上操作。继电器在于作为可以用于模块化并行ATS的基本电源模块中的相同继电器的装置能够在至少两个或三个AC周期(32到48ms)内无退化地应对多达50amps。因此，如果电流限于该量，在以上时间段内，继电器将维持无损伤。因此，如果NTC电阻器与继电器触点串行放置，且电阻器具有(例如)5ohms的“冷”电阻，则当施加功率时，对于最大48安培，最大的可能电流是240V/5ohms(欧姆定律)。这是直到并行阵列中的其他继电器可以结束关闭和共享负载为止触点可以应对的电流水平，然后继电器中的电流减小到对于触点可接受的连续负载。因为在阵列中的所有继电器将具有最大的总变化，则仅需要在那时限制NTC电阻器。所有剩余时间它将正常地耗散功率。在功率施加到NTC装置之后，与通过它的电流结合的它的内电阻使得它自发热。因为电阻随温度下降，当电阻器的温度增加时，电阻下降，且在某些点它达到电流和电压下降的均衡。在用于并行模块化ATS的zATS和模块化基本功率阵列的情况下，这点在大约.03ohms。但是即使在该点，NTC电阻器必须保持自发热，且因此，将在用于给定继电器的10安培的最大负载消耗大约3瓦的耗散。这不多，但是当乘以与大的4000安培矩阵相关联的400个继电器时，将合计1200W的热耗散。这接近于设计地非常好的固态开关或者所谓的静态开关的损失。

Zonit阵列的关键点是功率系数，所以我们设计一种方式来限制该损耗因数。仅几个毫秒是NTC电阻器需要有效的时间段。所以，我们添加并行地附于NTC电阻器的附加继电器。它由要在转换事件期间打开且当连续操作中时关闭的模块化并行ATS控制器中的电路控制。以这种方式，NTC电阻器由辅助继电器中非常低阻抗的一组触点“旁路”，因此几乎消除传统的装置中的热耗散损失。

应当注意，由于当热敏电阻不被旁路且携带电流时的短时间段，可以使用较便宜的电阻器代替热敏电阻。也应注意，图25中示出的可变电阻2502用于防止由功率性质事件导致的电压尖峰对单独的继电器的损坏。可变电阻保护功能可以集成到如图所示的每一基本继电器模块中，或者可以作为单独的一组组件集成到在模块化并行ATS和功率源之间安装的同一外壳的内部或者它外部的每一子配件2508中(在图25中未示出，或者设计为单独的子模块(该方法利用市场上已经可获得的现有的组件)。

现在转到图31，以图的顶部的大矩阵的五个继电器模块的示意性表示概括上述的三个配置。在左边是经受触点退化的标准并行继电器配置。中间的图示出了NTC限流电阻器的添加，如将用于触点负载共享和流入控制的传统的解决方案中的。在右边是如上所述的具有与NTC电阻器并行的附加的一组继电器触点的Zonit修改版本。在绘制子集1到8中，对于两个情况描述与控制主继电器和旁路继电器相关联的步骤，该两个情况是向后通过短时间刚好在关闭之前的时段，和刚好在继电器的打开之前，到当整个处理可以重来时的时间。

用于开关闭合的事件序列：

1.继电器打开，刚好在关闭之前，没有电流流动。

2.初级继电器关闭，NTC电阻器旁路继电器打开。电流开始在源和负载之间流动。假定这是在阵列中的第一继电器关闭，所有可用电流向着低阻抗负载流动。假定负载能够是描述的继电器的电流量标称值的很多倍。此时，刚好在电流开始流动以后，NTC电阻器旁路继电器打开，且电流通过NTC电阻器。其是冷的且处于5欧姆。即使负载接近零欧姆，通过该一个初级继电器的电流限于大约48安培。

3.在从步骤2到步骤3的时间帧期间，并行阵列中的所有继电器关闭。实际上，这通常全部在大约1毫秒内发生，但是尽管如此，在12到15毫秒内完全的阵列打开且所有小单元并行。NTC被加热但是仍然不完全热。可能此刻降至3或者4欧姆的电阻，但是在完全热的过程中。负载在阵列中的继电器之间共享，且在NTC电阻器中电阻仍然相当高。电阻器的大部分必须被加热，取决于选择的装置，这占用几百毫秒，甚至几秒。只要选择的装置可以满足第一次17毫秒的需要，不要求附加容量。最后的事件在17毫秒发生。

4.T+17毫秒。且旁路继电器关闭，将NTC电阻器短路。继电器的接触电阻是大约.002欧姆，所以现在它携带大多数的电流。但是另外，为了添加的耐久性，精确地在电流通过零的时刻做出旁路继电器的关闭，如在从B到A的转换期间在uATS和模块化ATS控制器中做出的。因此，在继电器关闭和跳跃时段时，即使在满负载阵列中也出现最小电流。功率路径保护该状态直到断开位置，且在继电器阵列中所有触点两端，总功率耗散减小到小于一半瓦特。这是比最好的固态开关，或者“静态开关”更好的数量级。

用于开关导通的事件序列:

1.在图31中面板的下部行，在面板5到8中描述用于打开模块化并行ATS的操作的序列。继电器的断开在继电器的阵列两端具有相同的定时分配，就像继电器系列的关闭时间那样。因此，也必须考虑直到最后继电器断开为止的顺序建造的电流的保存。面板5示出了与方格4相同的状态，刚好在断开事件之前的连续运行状态。

2.帧6示出了刚好在电流的零交叉之前，且旁路继电器被打开的时间。在理想世界中，这将与初级继电器的打开一致，但是NTC电阻器旁路继电器具有与所有其他继电器相同的定时分配，所以它必须刚好在初级继电器的打开之前被打开，以保证矩阵中的所有旁路继电器在甚至打开第一初级继电器之前被打开。因为在接近零交叉这样做，发生NTC电阻器的很少的加热，因为此时很少电流流动。

3.帧7示出了当初级继电器刚刚打开时的状态。假定所有其他继电器这时也打开，打开的最后继电器携带最大负载，但是由NTC电阻器限于小于50安培，且小于6ms。

4.帧8示出了NTC电阻器的冷却时间。因为基于uATS的模块化并行ATS控制器在A侧电源的返回和在其稳定之后到A侧的连接之间具有最小3秒的延迟，对NTC电阻器保证冷却到“复位”状态需要的时间。

基于模块化并行ATS的灵活的电源拓扑和操作模式

模块化并行ATS中多个并行功率路径的可用性提供了它可以怎样用于其中需要快速切换ATS性能的数据中心及其他环境的唯一的灵活性。对于传统的自动转换开关通常存在两个输入和一个(“Y”拓扑ATS)或者两个(“H”拓扑ATS)输出。模块化并行ATS可以以同一统一和节省空间的形式因数用作多个离散的ATS单元(“Y”或者“H”类型ATS拓扑)，其全部由可编程的统一控制逻辑控制。对本领域技术人员显然，因为模块化并行ATS可以用作全部由统一控制逻辑控制的一组多个离散的ATS单元，所以分开的位置(例如，遍布数据中心、工厂或者校园)的一个或多个模块化并行ATS单元也可以通信和由统一控制逻辑控制。该组一个或多个并行ATS单元可以具有单个并行模块化ATS单元具有的相同性能，封装关键差异：按照需要在数据中心中放置该组模块化ATS单元以最好地路由功率管道的方便的能力。这有助于最小化功率管道成本且当改型或者升级具有现有的功率管道和功率分配外壳和它们不希望干扰的组件的现有的数据中心时特别地有用。统一控制逻辑可以是集中式和/或分配式的，且包括命令/控制功能且按照需要向集中式管理控制台和/或其他设施/环境管理软件系统报告。模块化并行ATS单元之间使用的通信方法可以按照需要变化，例如比如有线以太网、串行(USB、RS-232、RS-449，等等)、X-10、专有的、许多其它的或者无线(蓝牙、802.11、专有的，等等)的方法全部可以单独地使用，或者组合以使系统能够最好地用在给定工厂或者校园中。也可以使用以下中描述的方法在功率布线上做出：作为美国专利申请No.13/757,156的部分继续申请的美国临时专利No.XXX，“COMMUNICATIONS PROTOCOL FOR INTELLIGENT OUTLETS”，该美国专利申请No.13/757,156是在2009年9月29日提交的标题为“SMART ELECTRICAL OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的美国专利申请序号12/569,377(现在是美国专利No.8,374,729，其是于2010年2月16日提交的题为“SMART ELECTICAL OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的美国专利申请序号12/531,226的继续申请)的继续申请，该美国专利申请序号12/531,226是于2008年3月14日提交的标题为“SMART NEMA OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的PCT/US2008/057150的美国国家阶段，该PCT/US2008/057150又要求于2007年3月14日提交的标题为“SMART NEMA OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的美国临时申请No.60/894,846的优先权。以上全部记录的申请被通过引用并入于此，就好像完全提出的那样。如果需要，通信方法可以被加密和/或使用授权、验证及其他数字安全性技术以保证较高安全性级别。也可以包括比如在PCT申请No.PCT/US2009/038,472(其要求美国临时专利申请序号61/039,716的优先权)(两者都通过引用并入于此)中描述的物理安全性装置，其允许工厂管理者允许、限制或者封锁模块化并行ATS单元的远程控制性能。模块化并行ATS可以具有多个并行输入((A1，B1)、(A2，B2)、…)和多个并行输出(C1、C2、…或者C1、D1、C2、D2…)(取决于ATS配置为“Y”或者“H”ATS拓扑)。并行模块化ATS的唯一方面是它可以按照需要和期望连接到这多个输入和输出，只要考虑并行功率路径的功率应对容量。例如，可以配置模块化并行ATS以输出到多个分开的输出分支电路。例如每一输出可以馈送分开的面板或者母线。可以控制模块化并行ATS以设置每一输出分支电路由A或者B哪个源馈送和/或A或者B哪个源优选地作为源。也可以控制以在“Y”拓扑(两个输入，一个输出)或者“H”拓扑(两个输入，两个输出)中切换。图33和图34示出了示范并行模块化ATS的灵活性的两个实例配置。图33示出的拓扑可以使用公用网格(utility grid)1805作为到ATS 1840a的A1。UPS 1835可以是B1输入且UPS 1836可以是B2输入。输出可以是到主配电板，1835、1836。图34示出的实例示出了由多个UPS单元馈送且馈送功率到多个插件功率分配母线的模块化并行ATS的另一可能的示例，该插件功率分配母线又馈送在机架中的插头。

模块化并行ATS的性能允许数据中心管理者选择决定何时和怎样做出可能对操作和维修设施有用的一个或多个转换(哪个源用于每一分开的输出，对于某些或者所有输入和/或输出触发转换的条件(负载、功率性质等)，等等)的状况和偏爱。例如，可以控制每一A-B源对上的总负载的百分比。另一可能性是可编程智能负载放弃。代替刚好在输入源之间切换它，并行模块化ATS可以断开所选的输出。这意味着可以选择性地和可靠地断开每一单独的输出，这是有价值的特征。期望在数据中心中的功率分配路径中放置尽可能少的故障点。在高度可靠的ATS中断开以及转换的能力是有用的。它向数据中心管理者提供更富有的一组功率分配选项：多个拓扑、控制选项和可能性。传统的ATS单元不能提供该容量范围。

经由UPS负载移位增加传统功率分配的效率

如早先讨论的，当两个A-B UPS单元作为功率源用于数据中心时通常实践共享负载。由于具有双电源的终端用户设备或多或少相等地将负载分配到A和B电源输入两者的特性，这是通常的。此外，如早先描述的，这减小UPS效率，因为它们必须不加载到50％以上以在冗余功率配置中工作。使用大量μATS^TM开关可以如下提升这种功率分配系统的效率。用于数据中心中EDP设备的所有电负载可以经由μATS^TM单元“负载移位”到两个UPS单元之一上，这增加UPS的效率，如图3所示的UPS效率曲线所示。其他UPS单元处于空闲，且将如果主要单元故障才使用。UPS单元必须被设计以处理立即置于它们上的该类型负载，但是几乎所有的现代UPS单元可以这样做。结果是增加数据中心的效率～3-5％，这是有用的改进。应当注意虽然这里讨论仅一对UPS单元，方法缩放到为了冗余而成对地采用许多UPS单元的更大的数据中心。

实现此的方法是简单的，且可以对于每一件EDP设备递增地采用，减小服务影响。每个单电源(或者连线的)EDP装置将经由μATS^TM连接到A和B UPS单元。每个双或者N+1电源EDP装置将具有经由正常功率线连接到A UPS的一个电源，第二或者所有其他N+1电源将经由μATS^TM单元连接到A和B UPS单元。

这保证当A UPS单元可用时它承担所有负载，且当它不承担所有负载时B UPS携带负载。考虑μATS^TM功率容量限制，μATS^TM单元可以以一对一每个装置比率，或者低整数比率采用。

几乎所有EDP装置在装置中的所有可用电源当中共享负载。可以建造在电源之间切换负载的EDP装置，以使得仅一个或多个电源是活动电源，且其它的是空闲的，但是如早先描述的，这对于成本和可靠性两者的原因很少这样做。为了保证多电源EDP装置仅利用过滤的公用线功率(如果其可用)和切换到UPS(如果其不可用)，每一次级电源单元需要在公用线和一个或多个UPS单元之间自动切换。否则，UPS单元将承载数据中心负载的一部分，降低功率分配的总效率，这是不受欢迎的。

具有用于高度并行功率分配的适当特性的ATS设计

传统的ATS倾向于具有防止它们在高度并行、自动切换的功率分配架构的实现中的有效使用的限制。例如，这些传统的ATS通常可能太无效率，消耗过多机架空间且成本很高。在这里描述的微ATS的实施例解决某些或者全部这些问题。

根据一个实施例，微ATS(例如，ZonitμATS^TM)非常小(例如，4.25-英寸x 1.6-英寸x 1-英寸，或者小于10立方英寸)且非常高效(例如，在最大负载损耗小于0.2伏特)。某些实现不使用机架空间，因为它们自安装在每一EDP装置后部，并入用于安装EDP设备的机架体积外部的机架结构中，并入机架安装的插头中，或者并入机架中或者机架附近功率分配单元中(即，由于微ATS的小的形式因数，任意一个是可能的)。在其他实现中，微ATS足够小以直接集成到EDP设备本身中。

在这里描述微ATS的各种实施例，包括它们的各种组件。为了清楚和上下文的缘故，微ATS实施例被描述为在两个分开的功率源，“A”和“B”之间切换。从某些实现中，A和B功率源是单相源。在其他实现中，连接多相功率源。在连接多相功率源的地方，使用微ATS的多相实施例。在这里参考单相实现描述的实质上相同的组件(例如，电路)可应用于多相实现。

例如，多相实施例可以实现为并行动作的多个单相微ATS单元，具有提供用于同步一些控制电路的附加功能性，以使得它们跨越多个ATS单元一起动作以处理切换，并从一个多源返回到其他多相源和相反。多相微ATS的各种实施例也可以具有切换功率源的不同状况。例如，具有X、Y和Z“热”引线的给定三相功率，三个中的任意一个上的缺陷可以考虑是从A到B多相源的切换的原因。为了返回到A多相源，可能期望首先保证所有三个热引线存在、稳定且具有关于A源的足够功率性质。

现在将描述各种ATS实现和关联的系统架构。

首先转到图7，根据各种实施例示出了说明性的微ATS 700的系统图。如图所示，微ATS 700连接到“A”功率源760和“B”功率源765，并使用它的各种组件以将输出功率770提供到一个或多个装置或者分配拓扑(例如，到在数据中心的分支电路中的一个或多个EDP装置)。微ATS 700包括功率子系统705、“A”功率电压范围检测子系统710、“A”功率损耗检测子系统715、“B”功率同步检测子系统720、“A”/”B”同步积分器子系统725、定时控制子系统730、“A”和“B”功率切换子系统735、输出电流检测子系统740、断路开关子系统745和压电器件驱动器子系统750。

功率子系统705的实施例包括微ATS 700的功率控制电路的创新方式。“A”功率电压范围检测子系统710的实施例确定供应到微ATS 700的功率是否在期望的(例如，预定的)电压范围。“A”功率损耗检测子系统715的实施例使用期望的区分特性确定何时供应到微ATS 700的"A"功率已经丢失。“B”功率同步检测子系统720的实施例测量“B”功率的交流电波形的定时。“A”/”B”同步积分器子系统725的实施例提供在零电压交叉时间“B”到“A”转换的同步和“A”到“B”积分功能性。定时控制子系统730的实施例控制何时切换所选的功率源到微ATS 700，或者从“A”源到“B”源或者从“B”源到“A”源，且可以处理过电流状况切换和继电器排序。“A”和“B”功率切换子系统735的实施例控制在任一方向上“A”和“B”功率源之间的实际的切换以改变哪个电源作为到微ATS 700的输入功率源。

输出电流检测子系统740的实施例检测和测量来自微ATS 700的输出电流的存在和各种特性，且在一些实施例中，可以模仿熔丝的特性以使得微ATS 700可以保护自身而没有烧断实际的物理熔丝(即，物理熔丝必须被替换)断路开关子系统745的实施例当它不在使用中时从电源断开次级功率源。压电器件驱动器子系统750的实施例实现用于驱动压电器件或者其他器件的创新技术。

每一组件以下描述为在微ATS 700的上下文中执行特定的功能性。将认可其他配置是可能的，其中类似的或者相同的功能性可以使用其他组件、组件的组合等实现。另外，在某些情况下，对于比如电阻器和电容器等的组件给出值，且对于电流、电压和/或其他功率特性给出范围。这些值和范围以在增加说明的实例的清楚，且不应该被看作限制实施例的范围。

图8A示出了在用于微ATS 700的某些实施例的说明性的“A”和“B”功率切换子系统735的上下文中的说明性的电源子系统705a的电路图800。如上所述，微ATS 700连接到“A”功率源760和“B”功率源765。电源子系统705a执行多个功能，包括功率调节(例如，限流和功率净化)。

从RY3H(“热”)和RY1N(“中性”)的中心分接头获取用于电源子系统705a的源功率。因此，ATS电源的功率源当微ATS 700的输出在“A”侧上时来自于“A”侧，且当转换到“B”侧时在“B”侧上。“A”和“B”功率切换子系统735的组件用作用于微ATS 700电源子系统705a的自动转换开关。可从输出功率获得的电流由R3限制。ZD10将桥接器BR4的全波整流输出限于150V峰值。ZD10保证C1不超过它的额定电压。C1存储足够电荷以允许在“A”功率源760和“B”功率源765之间的变换期间继电器的HV(“高压”)操作。

在过电流缺陷期间，“A”功率源760和“B”功率源765在输出功率770节点都不可用，但是RY2和所有其余的微ATS 700电路仍然可能需要供电。这伴随着节点A2 775，且当RY2激活时表明经由C16和BR6在RY2的NO端子的“A”功率760。C16限制在缺陷期间可用的电流。

桥接器BR6通常阻挡A2，如以下将更全面地讨论的。当发生缺陷时，GC On将几乎被拉低到Common(公共的)，且正功率将经由ZD11在U5LED可用。这导通U5晶体管。U5晶体管和Q3形成将桥接器BR6短路的达林顿对，允许A2通过二极管D9驱动HV。A2也通过二极管D10驱动LV(“低压”)。C20提供LV的过滤和存储。

在一些实施例中，如图8B所示，15伏电源通常通过R63、R64和R65由HV供给。这三个电阻器降低齐纳二极管ZD2的电压并限制其电流。ZD2调节控制板上的比较器及其他电子设备的电压。C17进一步过滤出15伏信号。在故障情况期间，A2通过LV提供用于15V供应的功率。由于早先提到的限流电容器C16，在该情况下，HV被拉低到45V。

电源子系统705的实施例，比如参考图8A和图8B图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征是电源子系统705的某些实施例用作更少变压器的非常高效率的电源。例如，如以上图示，电路从多个AC输入生成低压和高压DC功率，其适于对低压控制电路和高功率继电器两者供电。它非常有效地和以最小的昂贵的模拟部分这样做。

另一这种特征是电源子系统705的某些实施例提供用于非常低功率使用的电容器电流限制。如以上图示的，通过使用电容器限制电源子系统705的功耗。这可以将电源容量有效地限于期望值，由此提供最高效率和低功耗。

又一个这种特征是电源子系统705的某些实施例提供光隔离以减小或者甚至消除交叉电流。如以下将更全面地讨论的，控制和同步子系统的实施例(例如，“B”功率同步检测子系统720、“A”/”B”同步积分器子系统725、定时控制子系统730，等等)在输入功率源之间光学地隔离，实际上消除在它们之间的交叉电流。

再一个这种特征是电源子系统705的某些实施例提供功率控制继电器(例如，图示为RY1、RY2和RY3)以将源功率引导到微ATS 700的输出，以及提供用于对微ATS 700电源子系统705供电的内部源选择(转换开关功能)。

且另一这种特征是电源子系统705的某些实施例使用光学地隔离的断开电路以防止当微ATS 700处于过电流缺陷模式时的交叉源电流。在该模式中，没有功率被传送到输出，且因此，功率必须仍然被传送到微ATS 700控制和继电器驱动电路。如以上图示的，这可以经由A2 775功率路径实现，且由BR6和光隔离控制U5控制。

图9示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的“A”功率电压范围检测子系统710a的电路图。“A”功率电压范围检测子系统710a的实施例接收“A”功率760节点AH和AN。“A”功率760由桥接器BR2全波整流。C3用于限制在此和“A”功率损耗检测子系统715中可用的电流，如以下将要描述的。在正常操作中，“A”功率电压范围检测子系统710a可以生成A(ON)、A(COM)和CQ18信号到“A”功率损耗检测子系统715。

图示的“A”功率电压范围检测子系统710a包括过电压检测和欠电压检测功能性。根据过电压检测功能性，D18半波整流“A”功率760并驱动由R14和R27组成的阶梯，该阶梯对C4充电。当在“A”功率760上发生过电压时，ZD6和Q36将开始通过电阻器R7、R74、R6、R5和R1传导消耗电流。这将导通Q34，其将通过R17拉高C4上的电压。这将Q35、Q36和Q34闩锁在导通状态。这也将通过R8消耗电流，由此开启过电压指示器LED2。C2将被充电且ZD5将导通。Q32和Q31将导通，断开Q37和Q38。这关闭A(ON)。在图示的实施例中，这将倾向于在AH在大约135VAC发生，虽然可以按照期望设置其他过电压阈值。

欠电压功能性检测何时“A”功率760低于期望的低压阈值。如图所示，增加二极管D18将经由由R16和R30形成的阶梯对电容器C5充电。当C5上的电荷达到预定电平(图示为100VAC，但是可以按照期望设置其他电平)时，ZD8开始通过R31和R58导通。Q1和Q2将开始导通，通过R10、D12和R9消耗电流。这导通施加功率到A(ON)的Q37和Q38。这又通过R35和D11驱动电流，其坚固地导通Q1和Q2，并向C5上的电压添加滞后。如果“A”功率760处于正常电压并减小，则“A”电压将不得不下降到大约88VAC(或者任何其他期望值)以关闭A(ON)。这是因为当存在A(ON)时通过充电C5的R35和D11的附加电流。

当“A”功率损耗检测子系统715开启时，信号CQ18将是低。ZD9和D1将降低Q1的发射极上的电压。Q1和Q2将坚固地导通，用于改进欠电压电路的滞后。C6和R2用于平滑A(ON)信号。C6提供存储以使得整流的AC信号的零交叉不将A检测电路关闭。当在“A”功率760侧功率丢失时，R2控制C6的放电的衰减时间。

“A”功率电压范围检测子系统710的实施例，比如参考图9图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征是“A”功率电压范围检测子系统710的某些实施例提供非常高的效率。如图所示，作为用于启动和保存电压故障情况的技术，使用高阻抗组件和断开到“A”功率损耗检测子系统715的功率输送是非常高效且消耗最小的功率量。另外，“A”功率电压范围检测子系统710还将所有功率提供到“A”功率损耗检测子系统715，且具有由C3提供的电流限制。用于限流的电容器的使用通过将在每一半周期上未使用的电流返回到源，代替作为热浪费它(如在传统的电阻器限制技术中)来最小化功耗。

另一这种特征是“A”功率电压范围检测子系统710的某些实施例提供容易地编程的过电压检测延迟。如图所示，过电压检测功能性使用单个电容器值(C4)以确定用于检测过电压状况的延迟。另一这种特征是“A”功率电压范围检测子系统710的某些实施例提供容易地编程的“A”电压OK延迟。“A”功率电压范围检测子系统710a确定来自“A”功率760的电压是否“OK”。该功能性使用单个电容器值(C5)以确定用于接受用于微ATS 700的启动的A输入电压的延迟，且可以对于各种要求容易地调整。

又一个这种特征是“A”功率电压范围检测子系统710的某些实施例提供用于“A”欠电压检测、“A”电压OK和“A”过电压检测的容易地编程的阈值。欠电压假定电压在一点可接受，且现在它低于期望的。如图所示，单个电阻器值(R35)控制可接受值和低电压停工点之间的差异。类似地，“A”电压OK阈值可以被经由单个电阻器值改变(R16)编程，且“A”过电压阈值可以经由单个电阻器值改变(R14)编程。

图10A示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的“A”功率损耗检测子系统715a的电路图。“A”功率损耗检测子系统715的实施例处理微ATS 700的主要功率(“A”功率760)检测和延迟部分的基本操作。

示出了“A”侧功率感应和延迟电路的简化概述。还包括可控硅整流器的基本描述以帮助理解功率检测和保存功能的原理。

uATS中该电路的基本功能是检测“A”侧上AC功率的存在，和保持到之后描述的继电器部分中的功率源的连接。该电路还具有在大约5秒内防止返回到在转换之后的功率的延迟控制。如果“A”侧功率源是间断的，这防止不必要的转换。另外，该电路还拒绝功率的许多情况，比如比4毫秒短的停机，瞬时下沉等，否则这将导致假转换。

通过经由限流.22uf电容器整流AC功率来实现核心功能性。在C6中柔和地过滤整流功率，但是C6的主要功能是控制在AC线的零交叉处在AC停机期间呈现的保持过电流的量。否则，uATS将在每个AC交叉从“A”侧断开，一秒120次。

该电容器还主要负责释放在控制“A”侧连接的闩锁之前确定最小停机的时间，和转换到替代功率源，(“B”侧)。

一对晶体管Q17(PNP)和Q18(NPN)用作SCR连接对。遵循SCR的说明，该对Q17和Q18(图5)示范该配置。

闸流晶体管是四层三端子的半导体器件，每一层由交替的N型或者P型材料构成，例如P-N-P-N。标记阳极和阴极的主端子跨越全部四层，且被称为门的控制端子附于阴极附近的P型材料。(被称为SCS—硅受控开关—的变型使得全部四层在端子外。)可以就布置为导致自闩锁动作的一对紧密地耦合的双极结晶体管而言理解闸流晶体管的操作：

参考图5，当电流连续地流过Q17、Q18对时，它将保持闩锁(latched)“on”。如果电流中断，闩锁将丢失，且它将不再次导通直到重新启动为止。在该电路中，经由C8经由R20的充电实现导通或者“门控”，且结果是电流最后传导通过齐纳二极管ZD1。该子电路具有大约5秒的时间常数，且提供如果源功率间断则防止快速转换所需的在起动时的延迟功能。使用该双晶体管SCR仿真的独特特征是接入Q17的集电极通过允许补充电流被呈现给Q15的基极而允许“SCR”对的次级功能。在“SCR”对的成功闩锁时，定时电容器C8由Q15的导通几乎复位到零电压。这准备定时电路的下一个关闭-开启周期。该电路的另一特征是接入到Q17的基极允许插入瞬变抑制滤波器和由电阻器R13、R26和C7确定的编程电流释放点。因为“SCR”对的释放点必须低于光隔离器和后续放大器电路的开启阈值，这是需要的。换句话说，重要的是由“SCR”未闩锁而不是光耦合器和放大器的增益确定释放点。

附加组件包括以已知速率耗尽C6的R19，保证在初始启动C8的完全放电的R21，和LED 5(绿色)，用于用户界面示出A电源开启且选择用于传输到uATS的输出的源的指示器。

该设计的另一独特特征是其极低的功耗。因为当主要功率(“A”侧)正被传送到负载时该电路必须总是操作，功耗的极小化具有很高的重要性。不要求外部电源，且通过LED 5的功率，和光隔离器LED主要由限流器.22uf电容器(C3)和56K传递电阻器R2确定。可以选择其他电阻值和电容值以进一步减小正常功能功耗，但是在本申请中选择这些值用于最大抗噪声度和最低功耗。

图5示范在功率施加到该电路之后非常短的初始电气活动。

AC功率(Teal)施加到桥接器，转换为整流DC并对C6和C8充电。C8缓慢地向着ZD1的导通阈值充电。在电路的任何其他部分中不发生动作。这是“A”侧的启动周期的初始延迟部分。如果uATS在“A”侧的先前故障之后将功率从“B”侧返回到“A”侧，该延迟将提供大约5秒以确定“A”侧稳定。

图6表示刚好在ZD1的导通阈值的状况。此时，Q18的基极现在具有相对于发射极施加到它的电压。

Q18还未导通，因为在导通开始之前必须出现大约0.6V，但是即将设置闩锁。

此时，C8被充电到大约13V，D19导通且ZD1导通。随着C8继续充电，最终基极电流开始流入

Q18，在“SCR”对Q18和Q17中启动“雪崩”状况。

图7示出了在基极电流开始流动，且电流开始流过LED5、光耦合器LED、R13和Q17的基极之后几微秒的电流流动的状况。

电流流入Q17的基极，因此使得它导通且添加电流到Q18的基极，进一步导通Q18，添加电流到Q17的基极，如此这样直到该对被“闩锁”为导通为止。该组事件非常快速地发生，且光隔离器的LED非常快速地开启。同时，Q15的基极具有施加到它的电压，且后续电流使得Q15导通，将C8放电。C8的放电速率由基极电流限制器电阻器R24限制。

图8示出了在C8的放电周期期间，且刚好在uATS的正常功能操作之前的电路的最终状态之前的该电路的该状态，其是将“A”侧功率传送到输出的状态。

在该阶段，C8已经放电到低于ZD1的导通阈值，且因此Q18仅经由系统限流电阻器R25从Q17的集电极得到它的基极电流。

图9示出了当在“A”侧功率源，即主要功率源上时uATS的正常操作状态。大多数的uATS操作定时应该以该模式。

图10示出了在“A”侧功率损失之后不久的uATS。电路通过从C6提取剩余电荷而在短时段内继续操作。

当C6中的可用功率耗尽时，R26和R13的电阻分压器达到一点，在该点，Q17开始不通过它的基极运送导通，因此减小它的集电极中的电流。

这是快速级联以释放“SCR”对Q17和Q18的开始。图11图示该瞬态状况。

图12示出了在"SCR"对Q17和Q18已经释放，且不再导通，且因此LED5和光隔离器二极管也不再导通之后的状况。此时，由定时和同步电路控制的事件启动转换到A/B继电器切换电路中继电器的“B”侧。

最终电气活动是从Q18的基极除去剩余电流。此外，C6和C8中的残留电荷分别经由电阻器R19和R21耗尽。因此，电路准备好当其发生时“A”功率的返回。

图11示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的“B”功率同步检测子系统720a的电路图。“B”功率765作为BH和BN接收，且由桥接器BR5全波整流。电流由R57限制。桥接器BR5的输出驱动光电晶体管U1中的二极管。如图所示，当桥接器BR5的输出小于预设阈值(图示为大约6伏，虽然如果期望可以设置其他值)时U1上的晶体管将关断。这导出“B”功率765的零电压交叉，这之后可以用于零电压同步。

“B”功率同步检测子系统720的实施例，比如参考图11图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征是“B”功率同步检测子系统720的某些实施例提供作为功率可用性的直接功能的损耗检测。如图所示，“B”功率同步检测子系统720由它检测的源供电。如果电源故障，则电路通知检测该源，且它不能经由“B”功率同步检测子系统720向定时控制子系统730提供光学地隔离的控制。这提供故障安全设计，在于如果“A”功率760故障，其余的微ATS 700电路默认地转换到“B”功率765。

另一这种特征是“B”功率同步检测子系统720的某些实施例提供噪声和假触发免疫性。如图所示，电路具有功率包络检测方法。C6由引入功率连续地充电且由损耗检测电路和光隔离器U2中的LED连续地放电。因此，对于要检测的有效功率损耗，电容器C6必须放电其能量以允许转换。一个结果是它在每一半周期期间存储能量，允许容易地编程电源故障的时间和转换的启动实际上发生的时间之间的延迟定时。另一结果是过滤不想要的假信号，否则它们将导致假转换。又一个结果是提供欠频检测而没有附加的组件。如果“A”功率760侧的输入频率在给定时间内低于总包络电荷，电容器C6从一个周期到另一周期将不能存储足够电荷，且锁存器(由Q17和Q18形成)将释放并允许负载转换到“B”功率765侧。

图12示出了用于微ATS 700的某些实施例的在“B”功率同步检测子系统720和“A”功率损耗检测子系统715的上下文中的说明性的“A”/“B”同步积分器子系统725a的电路图1200。“A”/“B”同步积分器子系统725a的实施例提供在零电压交叉时间的“B”到“A”转换的同步和“A”到“B”积分功能。为了清楚的缘故，将在启动期间、从“B”功率765到“A”功率760的转换期间和从“A”功率760到“B”功率765的转换期间描述功能性。

首先转到启动期间的功能性，“A”功率760开启。因此，将在输出存在“A”功率760，因为“A”功率760使用继电器的NC(不连接)触点。在某些延迟之后(图示为大约4秒)，“A”功率损耗检测子系统715将点亮它的指示器LED(LED 5)并提供用于U2中的二极管的电流。U2中的晶体管将导通并提供用于R15和R11的电流路径以导通Q33。Q33然后将提供通过R28和D23的电流路径以充电积分电容器C9。Q33也将Q19导通，且将由D16的阴极变为正帮助，提供通过D14和R62的正偏置。当Q19导通时，Q20将关闭禁止“B”功率同步检测子系统720。因此，U1中的光电晶体管将不对积分器的充电具有影响。电流继续经由R28和D23从Q33的集电极流到C9以对C9充电。这是要发送到定时控制子系统730以用于在那里的阈值检测的初始充电积分信号。当电荷建造时，它最终达到比较器(U3a和U3b)检测到交叉的点。这是建立继电器切换事件之间的定时空间的基础。从B到A的转换的继电器间转换时间基本上由R28控制。

转到从“B”功率765到“A”功率760的转换期间的功能性，大部分功能性基本上与上面参考启动功能性描述的相同。在“A”功率760返回之后大约4秒，指示器LED(LED 5)将点亮(即，这类似于如上所述当“A”功率760最初启动时)。电流将到达U2并将U2导通。Q33将导通，开始充电U9。此时，Q20和U1导通，且Q19关断且不能导通，直到当U1关断时“B”功率765的下一零交叉为止。这允许D22的阳极变为高，将Q19导通，将Q20关断，且减慢积分器通过R28的充电。这导致微ATS 700切换到“A”功率760。

转到从“A”功率760到“B”功率765的转换期间的功能性，如果“A”功率760应该故障，则U2将关断，使得Q33关断。这将Q19关断和将Q20导通。因为U1中的光电晶体管几乎总是导通，Q20和U1中的光电晶体管将在任何时间通过D24和R70将积分器短路，除了精确地在“B”功率765侧的下一零交叉处之外。当C9快速地放电时，到定时控制子系统730的积分器输出将交叉比较器U3a和U3b的阈值。第一事件将是经由U3a设置RY On。因为U3b目前被偏置以在继电器RY2和RY3的接合提供旁路，高流入电流将流入RY2，使得它从负载断开“A”功率760。当积分器电压继续下降时，经过第二比较器阈值，且U3b释放GC On。这去激励看门人继电器(RY3)和中性继电器(RY1)旁路。然后，此后非常短地，看门人继电器(RY3)和中性继电器(RY1)将负载连接到“B”功率765AC源。仅然后电流开始从“B”功率765AC电源流到负载。

“A”/“B”同步积分器子系统725的实施例，比如参考图12图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征是“A”/“B”同步积分器子系统725的某些实施例提供非常高的效率，例如，由于它们使用高阻抗组件以减小尺寸和最小化功耗。另一这种特征是“A”/“B”同步积分器子系统725的某些实施例用作多功能电路以最小化组件计数。如图所示，实施例组合同步从“B”功率765到“A”功率760的返回的功能，和用于在将“B”功率765连接到输出之前断开“A”功率760之间的间隙的定时控制。通过组合这些功能，可以最小化部分计数，且可以减小最终产品的总尺寸。又一个这种特征是“A”/“B”同步积分器子系统725的某些实施例提供在从“B”功率765到“A”功率760的转换期间的电源关闭延迟定时。转换时间电源关闭延迟经由容易编程的电容器值(C9)实现。C9是向U1，即定时比较器供应阈值斜坡信号的积分存储电容器。C9的调整改变A断开继电器(RY2)之间的延迟，并改变看门人(RY3)和中性(RY1)继电器的状态。

图13示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的定时控制子系统730a的电路图。定时控制子系统730的实施例中的比较器控制继电器的切换功能和警告指示器和蜂鸣器的激活。由R45、R46和R47形成的阶梯限定电压V1和V2。积分器(C9)是“A”/“B”同步积分器子系统725的输出，且当微ATS 700正在使用“A”功率760时是高，且当微ATS 700正在使用“B”功率765时是低。从“A”功率760到“B”功率765和从“B”功率765到“A”功率760的转换的斜率分别由C9和R70，以及由C9和R28控制。讨论C9、R70和R28作为“A”/“B”同步积分器子系统725的一部分。

比较器U3a的管脚2是继电器开(低)信号并驱动Q29的发射极。管脚2随后将施加HV功率到A继电器RY2(RY On：RY开)。比较器U3b的管脚1是GC Shunt Drive(GC旁路驱动)(低)，并驱动Q14的发射极。管脚1随后当声明时将A继电器(RY2)的另一侧接地。这在A继电器(RY2)两端施加全HV功率(150伏)，这可以保证A继电器(RY2)的快速操作。时间T1和T2由V1和V2，以及由积分器(C9)的上升和下降斜率控制。

定时控制子系统730的实施例根据以下技术参与“A”功率760到“B”功率765转换。当“A”功率760故障时，积分器(C9)将开始倾斜降至V1。HV功率然后将施加到RY2。地已经在RY2线圈的另一侧上。RY2然后将从“A”功率760侧断开。当积分器(C9)进一步下降到A2时(时间T1的结束)，信号GC Shunt Drive将变为高，从RY2释放地，并允许电流流过RY2到RY1和RY3。这将“B”功率765和Neutral Out(中性输出)连接到输出功率770节点。时间T1保证在连接“B”功率765之前释放“A”功率760。

定时控制子系统730的实施例根据以下技术参与“B”功率765到“A”功率760的转换。在T2的开始，RY2接地，从RY1和RY3继电器除去功率。这将Neutral Out(NO)连接到“A”侧中性(AN)，并将Hot Out(热输出)连接到RY2继电器，RY2继电器在此时开启。在T2的结束，从RY2继电器除去HV功率，因此将“A”侧功率连接到Hot Out(HO)。HV和“公共2”是HV电源的输出。在正常操作期间，公共和公共2由达林顿晶体管Q22连接在一起。

定时控制子系统730的实施例根据以下技术参与过电流控制。当输出电流接近预定义的警告点(例如，在12和13安培之间)时，照亮指示器以警告用户这是连续电流的最大合理限制。此时，V3和V4由如上所述的阶梯电阻器R34和R36以及二极管D7限定。在输出电流检测子系统740中检测输出电流，且模拟电压在那里生成并被发送到定时控制子系统730。“负载电流感应信号”(LCSS)的斜率是施加到附加的负载和时间的函数。V4设置为等于在微ATS 700的输出上的大约12安培负载(或者另一期望值)。当LCSS超过V4时，比较器U3d的管脚13将变低。这将导致通过ZD7的导通的丢失，保证当U3d管脚13变低时Q22将关断，这又将激励指示器LED(LED4)。R37和D13将使得V4下降，略微地增加V4和LCSS之间的间隔。C25也用于平滑V4和LCSS之间的差值。

如果然后LCSS下降到低于V4，LED4将关闭。但是，如果LCSS继续增加到V3，则U3c的管脚14将变低。这可能导致发生三个事件。因为D26和D27连接到U3a管脚2和U3b管脚1，一个事件发生。当U3c管脚14变低时，管脚2和1也被拉低。这激活RY2，经由D26从输出断开功率，且经由D27从激活封锁旁路驱动。另一事件是压电器件驱动器子系统750将经由负压电源路径导通。另一事件是Q23将由R41导通。Q23将LCSS拉到15伏，将故障信号闩锁到低。进一步参考压电器件驱动器子系统750讨论Q23。

根据某些实施例，当微ATS 700输出电流超过预定义限制(例如，实质上类似14.5-安培快速熔断丝)时，照亮指示器，指示微ATS 700从源断开负载，且蜂鸣器响起以警告用户微ATS 700已经断开负载。这提供微ATS 700的“虚拟断路器”(VCB)功能。

此时，V3和V4由如上所述的阶梯电阻器R34和R36以及二极管D7限定。如果发生过电流状况，则将由定时和控制比较器U3C和U3D检测LCSS。如果它表示在10秒内大于15A的电流，将生成“故障(低)”信号，闩锁Q23并充电C12。这将保护熔丝F1和F2。如果除去过载且按下开关SW1，C12上的电荷将传送到C13。Q23将被关断，且将恢复输出功率。但是，如果还未除去过载，则C15仍然被充电，以使得将重新生成“故障低”，且Q23将回到导通。重复地按压复位开关(SW1)将从C12充电C13且没有别的发生。这防止当按压SW1时已经热的F1或者F2被重复冲击。因此，虚拟熔丝保护内部的真实熔丝。

定时控制子系统730的实施例，比如参考图13图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征是定时控制子系统730的某些实施例提供非常高的效率。实施例使用极低功率组件和高阻抗电路以最小化功耗。另一这种特征是定时控制子系统730的某些实施例提供高电压控制。低压、低功率控制部分到高压继电器-功率控制部分的连接经由使用接地基极配置的变型的创新耦合经由，其中Q14和Q29的基极参考到+15伏电源。那些晶体管的发射极连接到U3的集电极开路输出。因为这些输出仅是到公共电源的电流信宿，且它们也不能暴露于大于正电源的电压，这些电压放大器晶体管(Q14和Q29)提供以尽可能少的组件的电压放大。

又一个这种特征是定时控制子系统730的某些实施例提供指示器LED(LED4和LED1)的LED照度的节能。效率的改进不到当照亮LED时节能的程度，因为这是存在故障或者不期望的状况时的时间，且不是微ATS 700的主要操作状况。但是，对这些LED供电的创新方式消除对附加电源的需要，和与这种添加相关联的伴随损耗的事实是效率的改进。这些LED都通过使用的其余电路由电流供电，无论LED的状况如何。电流正在从使用的电流通过LED 4以操作定时控制子系统730。当不需要(不照亮)时，通过短路晶体管Q22关闭LED 4。当必须指示故障(例如，通过LED 1)时的唯一状况是当A继电器(RY2)有效，且看门人和中性继电器(RY3，RY1)旁路为关闭状况时，因此断开从源到输出的功率。在该连续状况下，对A继电器(RY2)供电所需的电流通过LED1。该电流路径是对继电器供电所需的，因此它可用于对LED供电而没有附加的电源电路。该设计特征减小功耗，并简化总设计。

图14示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的“A”和“B”功率切换子系统735的电路图。“A”和“B”功率切换子系统735控制何时将所选的功率源切换到微ATS 700，或者从“A”功率760到“B”功率765或者从“B”功率765到“A”功率760。实施例也使用RY1、RY2和RY3控制过电流调节切换和继电器排序，以控制从“A”功率760和“B”功率765输入到输出功率770节点的功率流。“A”功率760和“B”功率765两者可以分别由熔丝F1和F2保护。

值得讨论的“A”和“B”功率切换子系统735的一个状况是在转换间时间期间(例如，可以实质上与在故障状况下的“A”和“B”功率切换子系统735的状况类似或者相同)。当如参考定时控制子系统730讨论的，GC On 825变低时(U3管脚1)，R52将提供导通Q14的偏置。Q14的集电极中的电流将偏置Q16的基极，且又经由R55导通Q16。这是从U3的15伏限定输出到到Q16和Q4的150伏偏移的电压放大器。Q16的发射极中的电流通过Q4的基极并到RY2和RY3的线圈，由此将它们接地(如以上更全面地讨论的)。此时，仅激励A继电器(RY2)。将在以下参考断路开关子系统745讨论Q4的功能。根据图示的实施例，从“A”功率760到“B”功率765和从“B”功率765到“A”功率760的转换可以占用大约2毫秒。它也是故障状况(例如，检测到过电流的状况)期间微ATS 700的状态。值得注意在该状况下没有从“A”功率760或者“B”功率765到输出功率770节点的AC Hot(AC热)路径。

值得讨论的“A”和“B”功率切换子系统735的另一状况是何时功率转换到“B”功率765源。当如参考定时控制子系统730讨论的，“Relay Power(继电器功率)(低)”变低(U3管脚2)时，R66将提供导通Q29的偏置。这是从U3的15伏限定输出到到Q30的150伏偏移的电压放大器。Q29的集电极中的电流将经由R67导通Q30。这将150伏“HV”功率提供到串行连线的继电器串(RY1、RY2和RY3)的48伏线圈。

图15示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的断路开关子系统745a的电路图。该开关用于当不需要时从电源子系统705断开替代功率源(经由节点A2 775)。根据某些实施例，仅在一个状况下发生替代功率源的应用。当微ATS 700呈现故障状况(例如，过电流)时，“A”和“B”功率切换子系统735的继电器配置有处于断开(即，激励)位置的A继电器(RY2)和处于禁止(即，非激励)位置的看门人(gatekeeper)继电器(RY3)和中性继电器(RY1)。因此，在H或者N节点输出电压不可用，且微ATS 700将不具有到电源子系统705的功率输入。在该情况下，A继电器(RY2)的常开触点在其上存在功率，其被经由A2 775导向电源子系统705以维持在该状况下到电源子系统705的功率。

在微ATS 700的所有其他状态期间，可以不期望具有该连接。当A继电器(RY2)被激励(energized)时的A2 775信号和用于电源子系统705的“B”功率765之间的电压差值将导致在AC热功率源和它们的各个中性返回路径之间不均匀地分配瞬时电流。这可以导致由接地故障电路断流器(GFCI)插座或者断路器服务的源功率电路的可能的中断。为防止该状况，断路开关子系统745仅允许当出现故障状况时经由A2 775节点激活替代功率。

根据图示的实施例，在故障状况期间，Q4的基极经由信号GC On 825由定时控制子系统730和电压放大器的输出拉到负。通过Q4的基极到发射极的电流因此通过看门人继电器(RY3)和中性继电器(RY1)夹掉电流。同时，RY Power On(上电)820有效以经由GC On 825激励Q4的发射极和基极，其被拉到圆。在该状态下，A继电器(RY2)开启(即，激励)，且看门人继电器(RY3)和中性继电器(RY1)保持关闭。值得注意在该状况下，没有对输出功率770节点可用的功率源。这是在“故障”状况(例如，过电流状态)期间继电器的状态。

在故障状况的情况下，在(上面描述的)定时控制子系统730中，指示器LED(LED 4)开启，且Q22不导通。另外，指示器LED(LED 1)由到Q4的基极中的电流开启。从指示器LED(LED 4)的阴极到HV Common(HV公共)815的电压的总和超过ZD11的阈值。通过ZD11的电流(绿)因此照亮U5中的LED，提供电流到Q3的基极。Q3然后导通，且“短路”通过BR6的两个传导路径，允许AC功率从C16传递到A2 775。A2 775然后仅在故障状况期间向电源子系统705供应AC源功率。C16限制到电源的总的AC电流，因为在该一个状况期间，A继电器(RY2)是被激励的唯一继电器。

应当注意，可以连接定时控制子系统中的复位开关SW1以具有附加功能性。在该模式下，使用两个开关，其中之一是现有的“复位”按钮，其在故障状况之后重新启动到输出的功率连接，且另一个是附加的开关和关联的闭锁电路，用于如果闭锁电路处于“关闭”模式清除闭锁电路并将其转回到开启。因此“断开”开关将基本上通过启动清除状态(即，“断开”)状况使虚拟断路器“跳闸”，而不弄响压电蜂鸣器。通过将断开开关控制的锁存连接到当前故障检测电路和继电器控制电路之间的控制节点来这样做。该连接模式通常被称为“有线OR(有线或)”。

断路开关子系统745的实施例，比如参考图15图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征是断路开关子系统745的某些实施例提供非常高的效率。如图所示，每个额定48伏的三个继电器的串行使用可以允许直接整流的AC主电压到继电器的应用。这消除了附加的功率转换电路，因此减小部分计数以及增加效率。另一这种特征在于断路开关子系统745的某些实施例仅当连续地激活A继电器(RY2)时使用限流电容器(C16)，这允许该继电器的否则未使用的“常开”触点的使用，且进一步减小部分计数。

又一个这种特征在于断路开关子系统745的某些实施例当所有三个继电器同时释放以防止电弧时提供继电器排序。如图所示，RY2上的回扫描抑制二极管D48到返回路径的耦合而不是直接跨越继电器提供在A继电器(RY2)损失功率和看门人继电器(RY3)和中性继电器(RY1)之间轻微的触点定时延迟。这伴随着D48的阳极连接到公共的机架，代替更多到继电器线圈的传统的连接。在该配置中，A继电器(RY2)具有用于回扫描电流沉入的高阻抗，因为吸收电流也经过RY1和RY3。高阻抗导致继电器衔铁能够比其他两个继电器的衔铁更不快速地移动。结果是当从继电器链断开功率时，RY2将总是以延迟略微地将“A”功率760从“B”功率765连接到看门人(RY3)的断开定时。这帮助保证“A”功率760从不变为当继电器触点仍然在一起时同时连接到“B”功率765。即使存在足够电流以迫使小的电弧，继电器触点在电弧开始之前已经断开，因此防止触点将它们自己“焊接”就位以及使得“A”功率760和“B”功率765不可控制地流动。结果是在“A”功率760和“B”功率765的多相应用中将导致熔断丝。

图16示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的输出电流检测子系统740a的电路图。输出电流检测子系统740a的实施例检测并测量来自自动转换开关的输出电流的存在和各种特性。该电路也倾向于模仿熔丝的特性，但是仅略微地在15安培快速烧断物理熔丝的阈值以下，该15安培快速烧断物理熔丝可以用于到微ATS 700的“A”功率760和“B”功率765输入。这允许微ATS 700保护自身而不烧断必须被替换的实际的物理熔丝。

如图所示，微ATS 700的中性输出在其上已经电流感应变压器。该变压器具有由D28、D29、D30和D31形成的二极管桥接器，其全波整流“负载电流感应信号”(上面参考定时控制子系统730描述的LCSS)。C22和R48过滤出AC电流的较高频，且提供电流变压器的适当的阻抗负载。R11和热敏电阻RT1提供热补偿，所以微ATS 700可以在很宽的温度范围内保持精确可以配置和选择C14、R50、D32、D3、C15、R51和R75以有效地模拟14.5安培快速熔断丝的时间对电流开启阈值，其中曲线的时间部分前进到打开比等效的15安培快速熔断丝快大约33％。

输出电流检测子系统740的实施例，比如参考图16图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征在于输出电流检测子系统740的某些实施例采用导致快速熔断丝的特性的模拟表示的电容器和电阻器的组合。熔丝的主要定时性能如下：它可以在短时间段内携带显著的过电流；和不久之后，熔丝将在熔丝的额定电流处或者附近“烧断”。这主要由熔丝材料本身的热特性，和多少质量正由施加的电流加热到熔点来控制。为了模拟熔丝的特性，通过这些组件形成伪双极滤波器以模拟期望的特性。电路通过允许来自第一极的电流对第二极充电而不反向来使两极的两个半部分彼此互动，从而将部分计数减小到最小。第二极通过R32由受控的放电路径放电。该单个放电点由此可以用于偏置滤波器的两个极和改变该电路的响应时间的总体曲线，而不显著地改变曲线的形状。这对于通过简单的一个组件改变，特别是R32调整“熔丝的标称值”很有用。通过改变R32的值，电子的或者虚拟的熔丝(断路器)的最大电流标称值的编程阈值可以被简单地调整，和关于电路的流入电流处理特性具有最小的效应。

另一这种特征在于输出电流检测子系统740的某些实施例提供温度稳定性。许多变量被引入影响有关温度的稳定性的虚拟断路器设计(例如，如参考以上的输出电流检测子系统740和定时控制子系统730讨论的)。在真实熔丝中的全部热变量的补偿以及模拟热效果伴随有RT1和R11。RT1是具有负温度系数的热敏电阻。随着温度升高，电阻以可预测的方式下降。通过将这两个组件跨越电流感应变压器串行放置，呈现给该变压器的负载阻抗由温度影响。热敏电阻RT1和R11的值的选择导致虚拟断路器的总性能有效地模拟它的电子-机械等效物。

图17示出了用于微ATS 700的某些实施例的说明性的压电器件驱动器子系统750a的电路图。压电器件驱动器子系统750a的实施例包括用于驱动压电蜂鸣器(或者类似装置)的功率驱动器的创新实现。当“NOT FAULT(无故障)”为低时，它提供用于由Q25、Q27、R40、R42、R44、R39、C10和C11形成的振荡器的接地路径。

当施加功率时，Q25或者Q27将导通。如果Q25导通，则C10的两侧上的电压将下降，由此提供低到Q27的基极并关断Q27。然后C10将经由R44充电。当在Q27的基极的电压达到大约0.6伏时，Q27将导通。C11的两侧将下降。Q25将关断，等等，如此往复。Q21和Q26是发射极跟随器。在当Q25关断时Q25的集电极充电时，Q23发射极将跟随驱动压电蜂鸣器的它的基极。当Q25导通时，它将通过D2从压力下沉连接，且类似地对于Q26、D4和Q27。

压电器件驱动器子系统750的实施例，比如参考图17图示和描述的实施例提供多个创新特征。一个这种特征在于电路以低部分计数提供高效率。如图所示，通过组合驱动到功率振荡器中的压力所需的振荡器和放大器来实现高效率，且该组合也倾向于最小化部分计数。在该配置中，在用于振荡器功能和功率放大器功能两者的电路中耗费的几乎所有电流施加到压电晶体用于转换为声能。

上面描述的各种电路及其他实施例形成微ATS 700的新颖的实施例并提供多个特征。一个这种特征是超低功耗。更少变压器的电源的使用减小从120VAC主电压转换为内部电路需要的DC电压的总损耗。另一这种特征在于在非连接侧上(例如，当负载连接到“A”功率760时在“B”功率765侧上)实际上不消耗功率。又一个这种特征在于电源中光隔离的使用实际上消除了“A”功率760和“B”功率765输入之间的交叉电流。又一个这种特征在于通过在呈现给那些触点的电流的零交叉处定时继电器触点的断开，而在影响的继电器的触点上“B”功率765侧的断开处提供电弧抑制。

通过某些电路组件和/或拓扑的选择实现附加特征。一个这种特征在于可以通过使用AC输入上的电容器限流来实现超低功耗。所选的电容器(0.22uf)限制到48伏负载中的60Hz到大约10毫安。在50Hz，限制是8毫安，两者都在所连接的继电器的工作范围内。另一这种特征在于在“A”功率损耗检测子系统715中电流的相同路径的使用用于照亮“on A”指示器，激活到同步电路的光隔离器链路，和保持闩锁，最小化在“A”功率760侧上的正常操作状态消耗。

另一这种特征在于从“A”功率760侧到负载的功率输送，其是关于时间的大多数使用的功率的主要路径，经由路由继电器的常闭位置。这消除激活继电器所需的电流。另一这种特征在于通过当激活时继电器的安排使得AC主电压直接到DC的转换而不使用变压器或者能量转换以最小化功耗是可能的。三个继电器当激活时串联连接以将负载转换到“B”功率765侧。该动作允许使用高电压(直接整流到150VDC的AC主电压)。该设计方法允许实现更少变压器的电源。

另一这种特征来自在故障状况期间作为AC主转移路径的A断开继电器(RY2)的常开触点和替代功率源的使用。在该状况下，仅激活A继电器。描述的替代路径允许AC主上的第二整流器和电容器限流，所以单个激活继电器(RY2)的线圈的电流额定值在8-10毫安的工作范围内。另一这种特征在于低电压定时控制子系统730上总电路通过电流的使用激励指示接近过电流状况的指示器LED(LED 4)，和当不使用时旁路LED到关闭状况，这消除了用于该装置的辅助电源的需要。这增加了微ATS 700中功率利用的效率，并降低静态耗散。另一这种特征在于当处于过载状况时使用继电器通过电流以激活指示器LED(LED 1)，这也消除当需要时辅助电源对LED供电的需要。这改善了效率并减小了正常工作状况功率耗散。

另一这种特征通过执行多个功能的半导体布置的创新使用而出现在“A”功率损耗检测的环境中。Q17和Q18的布置类似于可控硅整流器(SCR)。该配置的主要工作特性在于SCR比喻要求非常小的电流以导致闩锁为导通状态。该闩锁的状态将继续直到通过该对的通过电流停止为止。当它停止时，闩锁将断开而不允许电流流动直到重新启动为止。另外，否则不可访问的SCR比喻的第二PN结是可访问的，因此允许此时的动作也在有益的序列中的某个点影响Q15。Q15是用于延迟从“A”损耗状态返回到“A”功率760的计时器复位。这必须每次SCR比喻变为导通都复位。通过在Q17的集电极(Q18结的基极)，即传统的SCR中通常不可访问的结分接SCR比喻，在那时的SCR比喻的雪崩激活可以用于经由Q18迫使定时电容C8的复位。

另一这种特征在“B”功率765的零交点处从“B”功率765返回到“A”功率760的同步的环境下出现以减小B继电器触点的电弧。来自“B”功率765源的光学地耦合的同步脉冲和电平用于两个功能：在“B”功率765的零交点同步从“B”功率765到“A”功率760的转换；和提供指示“B”功率765的损失的信号源且因此迫使到“A”功率760的连接，而无论通常将影响到“B”功率765侧的转换的其他电路的状态如何。首先，光学地耦合的同步信号将指示“A”功率760准备好被转换的来自光耦合器的信号保持关闭，直到同步脉冲出现为止(经由Q19、Q20和U1光电耦合器晶体管)。在同步脉冲在U1光电耦合器出现之后，来自Q33的信号上保持的解除允许电路启动用于比较器的积分功能，U3使用以完成转换。同时，保持功能的解除然后闩锁出同步脉冲，这样没有附加脉冲经由在Q19的基极上的偏压出现。另外，如果在“B”功率765侧上不存在AC功率，则同步电路的输出从不呈现跨越U1中的晶体管的集电极/发射极的低阻抗，且因此没有用于放电C9，即积分电容器的电流同步路径。因此，R33总是保持积分电容器完全充电，且到由C9呈现的比较器的输入将总是迫使“A”功率760侧的选择，而无论在U2输出的“A”功率损耗检测子系统715的状态如何。该如果“B”功率765“B”功率765不存在则在“A”功率760上提供同步和保持输出的唯一方法使用最小数目的部分，每个部分以高阻抗模式操作。这减小功耗到最小，且仍然是低生产成本的。

另一这种特征从唯一的压电器件驱动器子系统750出现。该Q21、Q26、Q25和Q27的布置形成晶体管对振荡器。Q25和Q27形成以R39、R40、R42、R44、C10和C11形成确定振荡的组件的不稳定的振荡器的基础。D2、D4、Q21和Q26的创新添加将振荡器转为能够双向地驱动压力组件的功率振荡器(例如，压力的一侧处于+15，而另一侧处于Common；然后它切换，且变为相反的)。这最大化对于给定电源电压到Piezo(压力)的输出，以最小的部分计数和最小的功率耗散。该同一功率振荡器可以用于其他应用，比如驱动小型化的开关电源，或者用于小测试器中的信号源。对于小型、低功率、非常低成本的功率振荡器存在许多应用。

可以做出在这里描述的技术的各种改变、替代和变更而不脱离如所附权利要求所定义的教导的本技术。此外，本公开和权利要求的范围不限于上面描述的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法和动作的特定方面。可以使用当前存在或者之后要开发的、与在这里描述的相应的方面执行实质上相同功能或者实现实质上相同结果的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法或者动作。此外，如在此使用的，包括在权利要求中，“或者”如用于由“...的至少一个”开始的项的列表指示分离性的列表，以使得例如，“A、B或者C的至少一个”的列表指的是A或B或C或者AB或者AC或者BC或者ABC(即，A和B和C)。另外，术语“示例性的”不意味着描述的实例是优选的或者比其他实例更好。因此，所附权利要求在它们的范围内范围这种处理、机器、产品、物质成分、装置、方法或者动作。

极高效数据中心功率分配

描述以如早先描述的1μATS^TM对1EDP装置或者1μATS^TM对低整数的EDP装置的比率，使用高度并行的自动切换功率实现极高效数据中心功率分配的方法。该方法也比使用用于功率分配的ATS装置的其他方法可靠得多。

极高效机架空间使用

如果用于实现高度并行的自动切换数据中心功率分配的ATS技术具有充分小的形式因数，可以通过将ATS单元置于如下的各种位置而实现该方法而不使用否则可能用于安装EDP设备的任何机架空间：

安装在和适配在1U内或者正被供电的EDP设备附近

集成到机架的结构中

安装在机架附近，例如在它的顶部

集成到EDP设备中。

集成到机架中或者机架附近PDU，比如ZPDU中。ZPDU的每个子分支输出通常将在该情况下被自动切换。

描述的实例μATS^TM充分地小以被置于这些位置。

增加效率的数据中心功率分配

使用自动切换的功率增加传统的数据中心功率分配的效率的方法如早先描述。通过使用μATS^TM装置以将数据中心中的电负载“移位”到一对UPS单元之一上，以使得全部负载仅由UPS单元之一占据而这样做。这通过保证UPS单元之一以较大效率运行而另一个以或者接近零负载运行而增加了UPS单元的效率，这样另一个将消耗非常少的能量。

在下面描述中，提出许多的特定细节以提供本发明的全面了解。但是，本领域技术人员应该认识到可以实践本发明而没有这些特定细节。在有些情况下，电路、结构和技术并未详细示出以避免模糊本发明。相对于用于数据中心环境中的各种系统、组件和处理描述实施例，虽然将认可本发明的各种方面可应用于其他环境中。例如，实施例可能在设计用于服务器农场，比如那些由大的信息服务或者云计算提供商使用的服务器农场的功率分配上是有益的。此外，为了参考的方便，各种系统、组件和方法由在Zonit商标下提供的商品和/或服务标识，Zonit商标由Zonit Structured Solutions，LLC拥有，其是本申请的受让人。

实施例提供用于使用多个自动转换开关(ATS)和/或并行模块化ATS传递自动切换的功率，并切换到安装在数据中心机架中的终端用户设备。从某些实现中，该设计和结构由九头蛇线的可选使用促进，其用于在机架中创建功率分配系统，允许优化机架的维度以最大化数据中心地面空间的使用效率。因此，可以通过最小化需要的电源线缆的数目和它们在机架中的路由来在设备机架中优化空气流。某些实施例另外包括联合自动切换性能与功率相负载平衡的其他功率分配。

典型的现代数据中心可以具有包括数千分支分配电路的功率分配网络。精确负载和/或各种电子数据处理(EDP)设备的要求通常是数据中心工作人员不知道的。因此，对这些电路的负载的改变可能导致电气故障，例如，当由工作人员将超过电路容量的负载插上电源而使分支断路器跳闸时。另外，维持每个分支电路的负载等于或低于它的容量的大约75％以解决在冷启动期间可能发生的“涌入负载”可能是重要的，该"涌入负载"可能是最高负载场景且否则可能当它发生时使分支断路器跳闸。

数据中心中EDP设备的停工期或者故障可能为了多个原因是不受欢迎的。一个原因在于这些EDP装置可以支持任务关键性或者生命安全目标，对于其即使功能性的短的中断可能是灾难性的。另一原因在于现代的IT基本设施和它们的应用的互相关性相当复数且可能不总是能完全地理解。单个EDP装置可以提供与该装置相关联的无人实现的下层服务，且功率损耗可能导致取决于影响的服务的大的商业功能被不利地和昂贵地影响。

数据中心中EDP设备的停工期或者故障可能是不受欢迎的又一个原因在于从冷起动或者中间状态重新启动IT基本设施和在它上成功地运行的应用可能是非常位置特定的和不可预测的。大部分企业位置从不测试它们的信息系统的该方面。通常适当的起动过程依赖于网络、系统和应用服务的特定序列和定时。在任何复杂的企业环境中，如果你同时对每个东西供电，通常地不能正常地恢复所有服务。类似地，如果你断电和上电特定的子组件则可能出现问题。恢复功能性的适当的功能可能涉及大范围的人的干预，包括手动重新启动或者服务停止/启动。另外，EDP设备停工期可能是重要的，可能难以判断和修理，且在有些情况下可能导致服务配置或者数据的损坏。

许多类型的EDP设备可能是对在分支电路的电气故障特别脆弱的。例如，许多型号的EDP设备仅具有一个电源，且因此仅一条电源线。因此，到电源线的输入功率的故障中断到设备的电源的功率。用于改进EDP设备的功率分配可靠性的一个技术是提供具有多个电源的配置。但是，即使在具有多个独立的电源的设备中，当装置一次技能插入一个功率源时输入功率的中断也可能导致设备的故障(或者停工期)。

具有多个电源的实现可能具有附加限制。一个限制在于附加电源提升装置的成本且可能与关联于运行那些附加的电源的最小附加功率损耗量相关联。另一限制在于电源，特别是通常用于EDP设备的类型，在它们的输出负载比率的相对窄的频带中最有效地工作(例如，70-85％)。如果以单个和双电源配置提供EDP装置，则产品管理者可以不希望库存具有不同负载范围优化的两个不同型号的电源，因为这可能表示对制造商的附加费用。这通常意味着产品管理者将选择库存单个电源优化配置，其可能是对于70％负载优化的。当在双电源配置中指定该电源时，它然后将以其最优负载的大约50％运行，由此可观地降低它的效率。

解决功率分配可靠性的问题的不同方法是以自动切换功率插头实现EDP设备。通常，那些插头是笨重的和昂贵的，且它们通常地在数据设备机架中水平地安装，可能占据有价值的机架空间(它们倾向于以连接到两个不同功率源的两个输入电源插头占据更多的机架空间)。仍然，使能到即使仅具有单个电源的EDP设备的自动切换的A-B功率输送，也可能可观地增加这种装备的运行时间(虽然通常不到双电源配置的级别)。在多数情况下，该可靠性的增益可以足以满足用于EDP设备支持的应用的服务级别可用性目标。

因此，单个电源线装置可以实现当连接到两个独立功率源时运行时间可靠性的显著增益。这些源可以被指定为得到最优成本益处对可靠性增益比率。例如，实现包括具有均匀、容易的A-B功率分配的数据中心，比如由Zonit功率分配系统供应的。

多个数据中心配置是可能的。一个说明性的配置包括两个独立的不间断电源(UPS)。这通常考虑是最高可靠性的方案，且是普通的数据中心配置。

另一说明性的数据中心配置包括一个线功率源和一个UPS。该类型的配置可以用作当数据中心中的总功率使用超过UPS容量时的节省成本的措施，或者实现高功率使用效率，因为UPS单元具有用于它们供应的功率的损耗因数。数据中心中的EDP设备可以连接到线功率的流出，且仅所选的任务关键性设备连接到作为备用功率源的UPS。大多数设备仅是以功率调节器模块供电的线路以停止输入浪涌。例如，如果该位置将工业电源传输从480V逐级降低到更标准的208V，则变压器已经在线，且任何进一步的功率调节可能是不需要的。

值得注意，UPS单元调节通过它们的功率，且如果功率丢失，则使用电池以传输后备功率。它们的容量因此是两倍的：它们可以调节的维持的电流量；和它们在设置的负载百分比，通常地为了额定目的是100％可以传输多少分钟的功率。电流量容量是UPS的设计的功能。电池容量是电流量容量和连接到UPS的电池的数目的组合。可以使用外部电池组改变电池容量，这样UPS的电池运行时间增加到期望的目标级别。

又一说明性的数据中心配置包括来自两个不同功率网格的两个独立线功率源。在该配置中，仅使用线功率源，但是它们在不同分配腿上传送。这可以通过保证两个功率分支分配电路必须在到设备的功率丢失之前使它们的断路器跳闸，来减小危险。

在两个独立功率源之间到EDP设备的功率分配的自动切换的有效地使用涉及可以检测功率损耗(例如，输入功率信号的一个或多个相的部分或者完全故障)和将到所连接的EDP设备的输入功率自动地切换到其他功率源的装置。为此，在这里描述的某些实施例提供用于该类型的EDP设备部署方案的高效、可靠的和成本有效的自动转换开关(ATS)。至少为了上面讨论的理由，ATS(例如，对于单个电源线装置)可以节能并减小功率成本，同时避免供应功率到所连接的EDP设备的中断。

在这里描述的各种实施例提供附加特征。某些实施例提供数据中心机架配置中节省空间的并行ATS部署。这些实施例可以提供最大化数据中心地面空间的使用效率和允许在数据中心环境中最大数目的设备机架的部署的替代技术。其他实施例提供最小化数据中心设备机架(例如“2-柱”和/或机箱(“4-柱”)设备机架)中的电源缆线路由和/或空气流问题的ATS和/或电源线的配置。仍然其他的实施例包括为了更安全的功率输送的在电源线的一端或者两端的闩锁电源线技术，例如在位于地震活跃的地理位置(例如，加利福尼亚)的数据中心中。

具体来说，实施例组合与集成控制逻辑并行的多个小的ATS(例如，在这里被称为“微-ATS”)以构造大容量的、快速的、高效和相对低成本的ATS。微ATS的某些实施例包括在PCT申请No.PCT/US2008/057140，美国临时专利申请No.60/897,842和美国专利申请No.12/569,733中描述的功能性，为了所有目的将其全部通过引用完全包括于此。微ATS的实施例将在以下讨论，后面是用于采用微ATS以提供冗余功率分配的实施例。

微ATS实施例

传统的ATS倾向于具有防止它们在高度并行、自动切换的功率分配架构的实现中的有效使用的限制。例如，这些传统的ATS通常可能太无效率，消耗过多机架空间且成本很高。在这里描述的微ATS的实施例解决某些或者全部这些问题。

根据一个实施例，微ATS(例如，ZonitμATS^TM)非常小(例如，4.25-英寸x 1.6-英寸x 1-英寸，或者小于10立方英寸)且非常高效(例如，在最大负载损耗小于0.2伏特)。某些实现不使用机架空间，因为它们自安装在每一EDP装置后部，并入用于安装EDP设备的机架体积外部的机架结构中，并入机架安装的插头中，或者并入机架中或者机架附近功率分配单元中(即，由于微ATS的小的形式因数，任意一个是可能的)。在其他实现中，微ATS足够小以直接集成到EDP设备本身中。

在这里描述微ATS的各种实施例，包括它们的各种组件。为了清楚和上下文的缘故，微ATS实施例被描述为在两个分开的功率源，“A”和“B”之间切换。从某些实现中，A和B功率源是单相源。在其他实现中，连接多相功率源。在连接多相功率源的地方，使用微ATS的多相实施例。在这里参考单相实现描述的实质上相同的组件(例如，电路)可应用于多相实现。

例如，多相实施例可以实现为并行动作的多个单相微ATS单元，具有提供用于同步一些控制电路的附加功能性，以使得它们跨越多个ATS单元一起动作以处理切换，并从一个多源返回到其他多相源和相反。多相微ATS的各种实施例也可以具有切换功率源的不同状况。例如，具有X、Y和Z“热”引线的给定三相功率，三个中的任意一个上的缺陷可以考虑是从A到B多相源的切换的原因。为了返回到A多相源，可能期望首先保证所有三个热引线存在、稳定且具有关于A源的足够功率性质。

继电器关闭的双向三极管开关增加

以下说明是早先描述的电流转移技术的一个优选示例。虽然它在处理并行模块化ATS中的继电器不齐的问题的上下文中描述，应当注意它可以用于在这里描述的Zonit微自动转换开关的实现，为了建造可以使用该特征的可编程切换时间Zonit微自动转换开关的目的。在该实例中，继电器不齐可能不是问题，但是比机械继电器可以传递的快的可编程切换时间的增益可能是期望的。

在本申请中标识固态半导体开关，优选地用于交流开关器件的三极管(双向三极管开关)的使用，这是为了改进机械继电器可以从非导通状态作用AC功率的导通的速度。双向三极管开关与机械继电器(继电器)的触点并联连接，以使得装置、继电器或者双向三极管开关如果被激励以传导电流则传导电流。在该情况下，机械继电器的它在已经被激励之后占用一些时间(以很多毫秒的量级)来开始传导电流的特性可以被通过使用双向三极管开关的同时传导而临时绕过。当希望启动经由继电器/双向三极管开关组合传送到某些负载的AC功率时，电流可以在启动信号的非常短时间内开始传导，以微秒的量级。在双向三极管开关不再导通完成传导路径的继电器机械触点(关闭)时，按照原样有效地短路。与短暂地通过双向三极管开关的功率相反，现在通过继电器的功率以几乎没有电量损耗有效地传递。在双向三极管开关的导通状态期间，由于导致不得不在导通端子两端具有电压降以允许固态物理学作用的半导体特性，它丢失施加到它的某些功率。这通常被称为“导通电压”，其是装置在它的导通端子之间可能经历且仍然具有维持接通状况的足够能量的低电压。在该状态下，通过装置的电流乘以用于总功率耗散的通态电压。考虑该功率耗散是浪费的功率，因为它不施加到开关传递功率到的负载。在双向三极管开关中，该损耗可能以施加的总功率的1％到2％的量级。因此，使用双向三极管开关本身本质上是无效率的。通过仅期望双向三极管开关在它对于机械继电器操作而占用的短时间期间携带期间，在最小化从启动到导通的时间的同时最小化功率损耗。

与电流共享传递电阻器或者高功率负温度系数(NTC)电阻器(在这里也称为流入限制器)结合的并行的许多这些这样配置的混合双向三极管开关/机械继电器的同时应用是具有许多益处的唯一组合。终端功率控制系统具有传统的机械继电器的高效率特性，且具有半导体器件，例如双向三极管开关的导通速度优点。应当注意，比如双极结晶体管(BJT)或者金属氧化物半导电场效应晶体管(MOSFET)的其他半导体器件，或者其他快速操作装置可以在该配置的可应用变型中替代双向三极管开关。

传统的机械继电器和双向三极管开关的组合如图32所示。继电器线圈由具有在1微秒和10微秒之间的快速上升时间的输入信号激励。激励继电器将导致在主触点闭合之前的几毫秒延迟。在电流施加到线圈的同时，作为输入信号的快速上升时间的结果，通过电容器到脉冲变压器生成脉冲。产生的脉冲触发双向三极管开关栅极，且双向三极管开关变为导通。它将停留在该状态，直到通过双向三极管开关的电流处于或者非常接近零，且不存在栅极电流为止。此时，双向三极管开关携带从机械继电器的输入到继电器的输出的电流，并旁路继电器的触点。在某个时间段之后，继电器的机械组件将移动，且机械触点将做出电连接。触点现在将代替双向三极管开关携带电流。选通信号的脉冲设计用于此刻以几毫秒及时重叠。当触点跳动时这样做，因为它们将在任何机械继电器中这样做，一旦机械触点打开将通过双向三极管开关恢复传导路径，但是这是短暂的。这将消除流过配件的电流的电中断。在某个附加时间段之后，机械触点停止跳跃且不再需要双向三极管开关。此时，来自脉冲变压器的栅极电流已经期满，且双向三极管开关断开。当继电器触点接下来打开时，电连接将立即中断。因此，设计双向三极管开关增加，且其意在增加仅与机械触点的闭合有关的激励相期间继电器的性能。没有打算经由传统的方式在机械继电器的打开期间作用。

当继电器打开时，出现次级问题。

用于并行继电器配置的双向三极管开关增加的继电器闭合应用中的Dv/dt控制

必须维持继电器之间的电流共享，使得没有一个继电器承受过度的电流。每个继电器必须携带小于或等于它的额定功率，且不能再多。当在描述的并联布置中连接多个继电器时，将如在这里描述的实现电流共享。通过任何一个继电器允许继电器的变换时段限制总电流的该方法也允许另一问题的解决，即虚假地触发双向三极管开关触点增加的电压上升速率的封锁。简单地陈述被称为dv/dt限制的该问题。如果呈现给双向三极管开关的主端子的电压的上升速率超过某个电压/时间阈值，即使不存在栅极电流，双向三极管开关也将在半周期内自触发。为克服该问题，一个方法是将电子滤波器置于功率路径中以限制上升速率。但是，该组件是笨重的且添加显著的成本到最终产品的制造。由于安装限流“流入限制器”，例如负温度系数的热敏电阻以解决变换电流共享问题的必要性，可以结合dv/dt控制网络中的附加组件使用该相同组件以减小网络的体积和成本。该组件的组合是唯一的。

操作的细节。

图32a是包括双向三极管开关增加的继电器触点和电流共享及抗扭斜(de-skew)继电器组合的一个交流电[AC]功率控制继电器组合的示意性表示。它主要包括在电流路径中的继电器1(1)和继电器2(2)，其中双向三极管开关(8)旁路继电器1(1)触点。在该图中，功率不从AC输入(3)传导到AC输出(4)，其处于“关闭”状况。没有电流存在于继电器线圈(1)(2)且不激励继电器。

图32b表示关闭从AC输入(3)到AC输出(4)的功率路径的初始阶段。外部逻辑已经确定需要关闭功率路径且已经经由输入继电器驱动(7)和继电器驱动+(6)施加电压到继电器1(1)线圈(2)。施加的电压的上升时间基本上是方波边缘，例如快速上升时间，以10到100微秒的量级。与施加到线圈(2)的电流同时地，快速上升时间使得电流流过电容器C1(12)，通过二极管D1(13)、电阻器R1(14)到脉冲变压器1(10)的初级绕组中，和经由继电器驱动-(7)回到输入。该脉冲变压器(10)两端的电压的快速改变使得在脉冲变压器的次级绕组生成脉冲，且表现为在双向三极管开关(8)的栅极(5)的正向变化的脉冲。在脉冲的最初几纳秒中，双向三极管开关(8)开始导通，但是到此为止，因为继电器(1)还未改变状态，没有电流从AC输入(3)流到AC输出(4)。事实上，由于在线圈(2)中建立场和机械组件移动、衔铁(18)加速和穿过断开位置和导通[on]位置之间的空间需要的时间，继电器(1)将占用显著的时间量来闭合连接。该时间将以5到20毫秒的量级。该时刻是电压施加到继电器控制输入(6)(7)的时刻，在这里被称为“T”时刻，且从该位置开始的时间将被描述为T+[以微秒或者毫秒的时间]。此时，T+0微秒，继电器2(2)也没有施加到它的线圈(1)的电流。因此继电器触点不导通，且通过继电器触点的唯一可用的电流路径将经由负热系数电阻器[或者“涌入限制器”]NTC1。

图32c表示在T+5毫秒AC电流从AC输入(3)到AC输出(4)的初始传导。该时间取决于继电器的机械特性，且对于许多普通的继电器类型可以从3到18毫秒，但是不限于任何特定值。但是，由于任何机械继电器的机械性质，该时间将以毫秒的量级。双向三极管开关(8)已经变得完全导通，且传递电流通过继电器1(1)的触点，且事实上从大约T+1微秒左右开始已经这样做了。继电器1(1)的衔铁(18)示为从“关闭”状态变换到“打开”状态，且被称为是“在运行中”。仍然没有电流正在通过继电器1(1)的触点，而是通过双向三极管开关1(8)，通过NTC1(17)和到AC输出(4)。有效地，双向三极管开关(8)在继电器衔铁(18)的“运行”时间期间携带到AC输出(4)的电流。施加到AC输出(4)的电流由NTC 1(17)限制，且最初，在几百纳秒左右刚好在双向三极管开关(8)开始导通之后，由扼流器1(9)限制。该扼流器的需要将在之后变得明显，但是此时具有很小的效果。NTC 1以对流动的某些阻抗开始，以大约2欧姆的量级，但是因为现在通过它的电流，它变热且电阻降低。但是因为在当NTC 1冷时之前的时刻电阻较高，电流限于安全值，而无论负载的阻抗如何。也就是，如果负载处于或者接近零欧姆，则施加的电压导致由欧姆定律限制最大电流到不破坏双向三极管开关(8)，或者当它最终传导时不破坏继电器1(1)的可管理电流。即使在几百微秒或者几毫秒内输出被有效地短路，NTC 1(17)将吸收由正在施加的电压生成的功率。这是并行抗扭斜多个继电器的关键，且将在之后解释。

图32d表示在大约T+10毫秒的电流路径的状况，再次取决于继电器的机械特性。但是图2示出了刚好在继电器1(1)的衔铁(18)已经与载流触点接触以后且继电器触点现在处于导通的状况。注意到，仍然没有电流已经施加到继电器2(2)的线圈(19)。此刻，继电器1(1)触点闭合，所有电流通过它们而不是通过双向三极管开关(8)。双向三极管开关(8)已经“关断”，且现在不导通。还注意到没有电流流过C1(12)、D1(13)、R1(14)且因此流过脉冲变压器1(10)。这是由于电容器1(12)两端的电压已经完全充电，且因此通过它的电流停止。电容器1(12)的一侧，继电器1驱动+(6)侧处于输入电压，且电容器的另一侧相对于继电器1驱动+(6)侧被负地充电。流过脉冲变压器(10)的电流的缺乏导致没有电压施加到双向三极管开关(8)的栅极(5)。因为不存在栅极电流，且没有电流流入双向三极管开关，它现在将不导通，而无论继电器1(1)触点的状态如何。在实际的设计实践中，脉冲的时间长度的轻微重叠存在于双向三极管开关的栅极，且其中设计继电器的触点变为闭合。该重叠允许双向三极管开关在继电器触点“跳动”的时间期间“导通”，该"跳动"是机械触点的不可避免的产物。该时间段在大约100微秒到毫秒左右的量级。但是可以做出电容器1(12)值的选择以在刚好足够覆盖衔铁(18)的“运行时间”和小量增量的时间内提供电流到双向三极管开关(8)的栅极(5)。这是该设计的另一正面“特征”。

图32e表示在最终确定从AC输入(3)到AC输出(4)的电流路径时的下一逻辑阶段。该阶段是旁路NTC 1(17)所需的，因为它现在携带电流，且作为结果耗散功率。旁路该装置和附加继电器(2)几乎消除了NTC 1(17)中的功率损耗，因此使得开关更高效。抗扭斜继电器1驱动+(16)和抗扭斜继电器1驱动(15)现在具有施加的电压，且电流通过继电器2(2)的线圈(1)。但是，再次由于继电器的机械性质，衔铁(19)示出为“运行”，且电流仍然流过NTC 1(17)。

图32f表示“导通”状态中的总配件的最终状况，当配件处于该状态时不再发生改变。线圈电流施加到继电器线圈(2)、(1)两者，且继电器衔铁(18)(19)两者是完全导通的。功率被从传送来的该AC输入(3)到该交流电输出(4)具有最小限度的损耗和功率耗散。

图32g表示断开序列的启动，其中断开从AC输入(3)到AC输出(4)的功率路径。该序列由经由抗扭斜继电器1驱动+(16)除去到继电器2(2)线圈(1)的功率和除去抗扭斜继电器1驱动(15)电压而开始。在除去功率之后的短时间，衔铁(19)或者继电器2(2)断开通过继电器的功率路径。电流现在立即必须穿过现在冷、且以其最大阻抗的NTC 1。该动作现在限制可以从AC输入(3)传递到AC输出(4)的总电流。NTC 1以对流动的某些阻抗开始，以大约2欧姆的量级，但是因为现在通过它的电流，它变热且电阻降低。但是因为在当NTC 1冷时之前的时刻电阻较高，电流限于安全值，而无论负载的阻抗如何。也就是，如果负载处于或者接近零欧姆，则施加的电压导致由欧姆定律限制最大电流到不破坏双向三极管开关(8)，或者当它最终传导时不破坏继电器1(1)的可管理电流。即使在几百微秒或者几毫秒内输出被有效地短路，NTC 1(17)将吸收由正在施加的电压生成的功率。这是并行抗扭斜多个继电器的关键，且将在之后解释。它也提供对在断开序列的该阶段中的后续动作关键性的受限电流路径。

图32h表示断开序列的最终阶段的开始。到继电器1(1)线圈(2)的功率已经由施加到继电器1驱动+(6)的电压除去，且继电器1驱动-(7)正被除去且变为零。电流仍然经由衔铁(18)通过继电器1(1)的触点，因为惯性还没有允许它断开。此时，线圈(2)中的磁场刚刚开始消失，且不久(几乎立即地)来自该线圈的电动力将开始跨越继电器1驱动+(6)和继电器1驱动-(7)施加负电压。但是在此刻，当在继电器1驱动+(6)和继电器1驱动-(7)的电压变为零时，在电容器C1(12)中存储的电荷开始经由电阻器R2(31)和二极管D2(20)放电到继电器1驱动-(7)。因为放电变为负，电流不通过二极管D1(13)、电阻器R1(14)传导，且因此在脉冲变压器1(10)中不形成脉冲。双向三极管开关(8)保持“关断”。该放电路径是当希望再次“导通”从AC输入(3)到AC输出(4)的路径的下一事件发生时，准备用于接下来的导通序列的双向三极管开关选通电路所需的。现在，为了最小化断开功率路径的时间，双向三极管开关(8)必须保持不导通。

图32i表示断开从AC输入(3)到AC输出(4)的功率的时刻。继电器1(1)的衔铁(18)现在“在运行中”。它可能占用几毫秒来完成，但是触点现在是分开的，且通过双向三极管开关(8)处于关断状态，继电器1(1)的触点两端的电压非常快地上升，取决于断开发生的AC周期中的点。必须假定这与AC周期的峰值一致。通过如果这是并行的多个继电器的最后继电器断开，AC输出(4)的负载阻抗非常低，可能几乎零欧姆，跨越双向三极管开关(8)的主端子的电压上升如果不受控制可能非常快。这是对于本申请的意图决定性的序列中的点。组件，电容器2(11)、扼流器1(9)和NTC 1(17)一起工作以减慢双向三极管开关(8)的主端子两端的电压的上升速率。因为如上所述，电压施加的高速率将虚假地触发双向三极管开关，需要该动作。在双向三极管开关的传统的应用中，代替扼流器(9)和电容器C2(11)由相对大的扼流器和相对大的电容构成的所谓的“缓冲器”电路将需要来管理可能的极端电流。但是，因为NTC 1电阻器现在在AC功率路径中，限制电流，且这两个组件，扼流器1(9)和电容器c2(11)可能显著地更小，呈现重要的空间和成本节省。当在扼流器1(9)和NTC 1(17)的接合处电压开始上升时，对于最初几微秒可以这样做，在电容器2(11)和扼流器1(9)的接合处具有很小的效果。这是因为扼流器1(9)的电感。因为电压可以在它两端快速地改变而没有电流改变，限制到C2(11)中的电流。因此，C2(11)缓慢地充电，因此限制双向三极管开关(8)的主端子两端的上升速率。但是，组件的组合的时间常数将不得不对于所选的双向三极管开关的最坏情况设计要求扩展。如果不存在NTC 1，则电容器C2(11)和扼流器1(9)的值将不得不大得多。但是因为NTC 1(17)仍然是冷的，且其电阻仍然相对高，即使在较小值的扼流器已经饱和且电流通过它之后，电容器C2(11)两端的电压的上升速率也继续被限制。通过C2(11)、NTC 1和双向三极管开关(8)的值的适当的选择，甚至可以消除扼流器(9)。否则在没有包括抗扭斜继电器，继电器2(2)，NTC 1(17)和传统的双向三极管开关的组件的唯一组合的情况下，这将是不可能的。继电器1(1)的双向三极管开关增加的机械继电器和其相关联的组件，具有抗扭斜电流控制继电器和NTC电阻器的唯一组合允许最小化组件值、成本和可能消除一个传统地要求的部分。

图32j示出了再次处于从AC输入(3)到AC输出(4)的非传导的静态的子配件。电容器C1(12)完全放电。

图32k表示先前描述的一组三个基本继电器配件。该阵列可以是从2到N的许多继电器配件，其中N是实现期望的总功率处理性能所需的继电器的数目。如果单独的继电器模块是50安培模块，例如，4000安培性能配件将要求如图所示并行地一起连接80个单独的继电器模块。应当注意，可以以并行组控制单独的继电器线圈，如在来自单个驱动器的抗扭斜继电器驱动继电器2、4和6(2)(4)(6)上所示，或者单独的继电器线圈如在继电器1、继电器3和继电器5(1)(3)(5)上所示地被独立地配置。当并联连接时，驱动电路更简单且更易于使得高度可靠。当独立地连接到单独的驱动器时，继电器可以已经动态地控制输入定时，允许致动时间和释放时间的调整的精细精确性。这种添加复杂度的优点是递归地调整继电器的致动和去致动以同步触点实际着陆的能力，和为了最小化任何一个继电器应该比并行组的平均电流或多或少地占用的持续时间的目的主功率路径的断开。

在该图中，NTC 1是限流器，用于无论哪个继电器倾向于首先闭合和最后打开。这两个状况是继电器及其他功率路径组件的极端负载情况。NTC 1组件具有2欧姆值，在任何一个给定路径中的电流对于240V开关限于120安培。可以指定每一组件在足够的继电器子配件变为并行连接或者断开所需的持续时间内耐受120安培，无论哪个事件发生。因此，使用电阻器，或者子模块的每一输出中的NTC电阻器(17)(35)(55)的必要性，它使得能够在用于双向三极管开关的缓冲器网络中使用很少的和/或低成本的组件，且设置在优化双向三极管开关的尺寸和功率处理容量上是有益的。

使用用于冗余功率分配的微ATS的实施例

可以在功率分配拓扑中的各种点采用ATS，以通常在功率分配拓扑中的三个点之一提供从主要功率源到备用功率源的自动故障转移：分支电路起源的在墙壁上的配电板；功率馈送到插头的机架中分支电路的结束；或者在插头和正在供电的EDP设备之间。在功率分配拓扑中的哪里放置自动切换功能性的选择可能涉及多个问题的考虑。

当确定在功率分配拓扑中的哪里放置自动切换功能性时考虑的一个问题是故障的可能的域，如果ATS未能适当地工作将影响的功率插座的数目。用于数据中心的功率分配拓扑可以被考虑为有根树图形(即，数学上地说)，以使得ATS的位置越接近树的根，将由该ATS的动作影响的功率插座的数目越高。例如，图18A-18D示出了说明性的功率分配拓扑。

转到图18A，示出了具有在拓扑的根节点1830设置的ATS 1840a的功率分配拓扑1800a。为了清楚的缘故，功率分配拓扑1800a包括核心基本设施1810、根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。根节点1830被认为是核心基本设施1810的“下游”。功率分配拓扑1800a的每个部分包括功率分配组件。

如图所示，公用网格1805馈送核心基本设施1810中的位置变压器(site transformer)1815(例如，降压变压器)。核心基本设施1810也包括本地发生器1820。位置变压器1815和本地发生器1820作为功率分配拓扑1800a的两个独立的功率源。在其他实施例中，可能使用其他独立源，比如独立公用网格，和/或多于两个独立源。从某些实现中，主开关柜(switch gear)1825可以允许整个核心基本设施1810切换到替代功率(例如，从位置变压器1815到本地发生器1820)。

功率从核心基本设施1810提供到功率分配拓扑1800a的根节点1830。在图18A的说明性的功率分配拓扑1800a中，根节点1830包括一个或多个不间断电源(UPS)1835。应当注意，大数据中心通常具有许多发电机和UPS 1835，因为存在你可以购买的容量大小的限制，且如果你超过该限制，你不得不安装多个UPS 1835并且并行地运行它们。每个UPS 1835可以被认为是功率分配拓扑1800a中的根节点1830。

来自主开关柜1825和一个或多个UPS 1835的功率路径路由到作为根节点1830设置的ATS 1840a。ATS 1840a配置为在来自核心基本设施1810的核心功率和来自一个或多个UPS 1835的功率(例如，在核心基本设施1810中的完全或者局部功率故障的情况下)之间自动地切换。以这种方式，ATS1840a提供可靠的恒定功率到下游组件。

如图所示，功率从根节点1830传送到分配节点1850。具体来说，来自ATS 1840a的输出功率被传送到一个或多个配电板(panel board)1855。从某些实现中，使用多个配电板1855，因为仅它们在功率容量和断路器站的数目上这样大。此外，定位配电板1855从而最小化平均功率鞭长度可能更高效，且尽可能多实际的可以用于实现该目的。应当注意，在这里描述的功率分配拓扑中可以与配电板一起或者代替配电板使用母线槽。

通常，分配节点1850被认为是在主配电板1855起源并终止于设备机架1875(例如，叶节点1870)。在说明性的实施例中，经由插头1880在设备机架1875分配功率。插头在它们中也可以具有断路器。值得注意，本领域技术人员混淆地将配电板1855和插头1880两者称为功率分配单元(PDU)。因此，为了清楚的缘故，在这里使用术语配电板和插头。

设备机架1875包括EDP设备1885。许多类型的EDP设备1885是可能的，且可以机架安装在设备机架1875中。每件EDP设备1885可以插入一个或者两个插头1880中。例如，具有多个内部电源的EDP设备1885可以插入多个插头1880中。

在图示的配置中，采用ATS 1840a作为功率分配拓扑1800a的根节点1830，分配节点1850和叶节点1870的上游。该上游放置可以向ATS功能性提供仅单个(或者相对少的)ATS。值得注意，考虑何时确定在功率分配拓扑中的哪里放置自动切换功能性的一个重要因素是功率分配效率通过将ATSs插入到功率分配系统中而“损失”的功率的量。没有ATS是100％高效(即，它们全部具有损耗因数)。通常，将两个类型的ATS分类为基于继电器的和基于固态的是有帮助的。每个具有关于功率损耗和转换时间的不同特性。在许多应用中，功率源之间的转换时间是重要的，因为用于现代的EDP设备的电源可能通常仅容忍非常短的电源中断。例如，用于电源设计的计算机和商业设备制造商协会(CBEMA)指南推荐20毫秒或者更小的最大停机。

基于机械继电器的ATS使用一个或多个机械继电器以在它们的输入功率源之间切换。一般而言，继电器具有两个主要损耗因数，继电器的接触面积和继电器可以需要将其维持在“开启”状态(即，其中它传导电流)需要的任何功率。小心地选择和工程化触点的形状和材料，以最小化触点两端的电阻，也最小化或者防止当触点切换时在触点两端的电弧。此外，因为某些电弧可能在某些情形下发生，所以必须设计触点以最小化可能高度不受欢迎的电弧“焊接”触点关闭的可能性。

另一设计问题是继电器的转换时间。安装触点(例如，在衔铁上)以使得它们可以被移动以实现它们的切换功能。用于移动衔铁的触点质量、运动范围、机械杠杆作用和力全部但是继电器设计问题。由触点之间需要的间隙指示运动范围以最小化在最大设计电流水平的电弧。随着最大设计电流增加，间隙也倾向于增加。触点的质量必须由施加到衔铁的力加速，该力具有实际极限。

这些因数对可以通过一对触点发送且仍然保持EDP设备的可接受的转换时间的电流量施加限制。例如，如果衔铁的质量和触点间隙也很大，则继电器转换时间可能超过阈值时间限制(例如，CBEMA推荐最大大约20毫秒的电源中断以用于现代的开关电源的连续操作)。设计得很好的基于继电器的ATS通常表明大约0.5％或者更小的损耗因数。它们也具有电源以对它们的内部逻辑供电，它们的内部逻辑通常在操作中在12-20瓦特的范围内使用。

在基于固态的ATS的情况下，开关使用固态半导体以实现它们的输入功率源和它们的输出负载之间的切换。它们可能通常比可比较的基于继电器的开关更快地切换，因为它们使用基于半导体的切换而不是机械继电器。但是，半导体也具有损耗因数，且该类型的开关的效率通常小于基于继电器的开关的效率(例如，大约1％)。此外，它们通常较不可靠，除非它们建造有冗余的内部故障转移性能，这使得它们可观地更昂贵。如同它们的基于继电器的对应物一样，基于固态的ATS通常具有电源以对它们的内部逻辑供电，取决于转换开关的尺寸和由开关提供的冗余程度，它们的内部逻辑在操作中在12 200瓦特或更多的范围内使用。

应当注意，在UPS单元上游的ATS考虑为“核心功率”基本设施而不是“功率分配”基本设施的一部分。在核心基本设施1810中可以做出自动转换切换以保证到有效功率源，比如公用电源网格馈送或者发电机的连接的连续性。可以处理核心基本设施1810中需要的功率容量的基于继电器的开关的转换时间通常过慢，以避免因为早先描述的原因而通过所连接的EDP设备1885关闭(例如，根据CBEMA指南)。因此，该类型的ATS倾向于放置在UPS单元的上游，在哪里这些开关关于转换创建的短的断电可以由UPS单元覆盖。

实际上，大状态的转换开关可以用于核心基本设施，因为它们足够快以在典型的(例如，CBEMA)指南内切换。但是，该类型的ATS非常昂贵且可以表示单个故障点。另外，它们倾向于具有与流过半导体器件的功率相关联的不利的损耗。

如图所示，当主要功率源故障时，单个ATS 1840a将在给定配电板1855中的每个分支电路切换到次级功率源。至少为了以上原因，ATS 1840a在功率分配拓扑1800a中的该类型的上游放置可以缓和当必须遍布功率分配拓扑1800a使用许多ATS时可能恶化的某些问题(例如，功率损耗、转换时间等)。但是，在该配置中，配电板1855上游的单个ATS 1840a的故障可能导致许多下游EDP装置丧失功率。例如，典型的配电板具有225KVA，和84或者96断路器站的容量。这可以经由28-96个分支电路对大约多达40个机架供电(例如，取决于分支电路的类型和数目以及每个机架使用的平均瓦特数)。在数据中心中由于单个ATS故障而40个机架丧失功率是可能具有很严重的服务影响的主要打击。注意：在这里描述的模块化并行ATS可以用于该位置1840a。其并行故障容忍的架构允许它传递足够可靠性而以该角色很好地工作。对于在下面的功率拓扑的低级别的自动切换描述的较高对应级别可能更可靠，但是并行模块化ATS具有可以期望的其他益处。

图18b示出了在拓扑的分配节点1850中具有在更下游设置的ATS 1840b的另一说明性的功率分配拓扑1800b。为了清楚的缘故，功率分配拓扑1800b图示为具有与图18A所示的相同的核心基本设施1810和类似的根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。与图18A中不同，在分配节点1850中实现ATS 1840b。代替在拓扑的根节点1830中的主开关柜1825和馈送ATS的一个或多个UPS 1835，替代功率路径馈送分配节点1850。

如图所示，分配节点1850包括一个或多个主配电板1855a和一个或多个区域配电板1855b。某些或者全部区域配电板1855b包括集成的ATS 1840b(或者多个集成的ATS 1840b)。替代功率源(例如，来自主开关柜1825和一个或多个UPS 1835)馈送集成的一个或多个ATS 1840b。区域配电板1855b然后可以供应功率到在它们的各个区域中的设备机架1875。

在说明性的功率分配拓扑1800b中，仍然存在相对少的ATS，其仍然可以减小与ATS无效率等相关联的问题。但是，在更下游放置ATS 1840b允许ATS 1840b仅对于大的数据中心中的设备机架1875的子集(即，特定区域)处理功率转换。因此，ATS 1840b的故障将使得更有限数目的下游EDP装置丧失功率。这可以比从更上游的ATS的类似故障对数据中心具有较无灾难性的影响。在这里描述的模块化并行ATS可以用于该位置1840b。其并行故障容忍的架构允许它传递足够可靠性而以该角色很好地工作。对于在下面的功率拓扑的低级别的自动切换描述的较高对应级别可能更可靠，但是并行模块化ATS具有可以期望的其他益处。

图18C示出了在拓扑的叶节点1870中具有在甚至更远的下游设置的ATS 1840c的又一说明性的功率分配拓扑1800c。为了清楚的缘故，功率分配拓扑1800c图示为具有与图18A和图18B所示的相同的核心基本设施1810和类似的根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。与图7中不同，ATS1840c实现在叶节点1870中的设备机架1875或其附近。

如图所示，主开关柜1825和一个或多个UPS 1835馈送分配节点1850(例如，主配电板和/或区域配电板1855)。分配节点1850又馈送叶节点1870。例如，配电板1855供应功率到设备机架1875。在说明性的功率分配拓扑1800c中，ATS 1840c设置在每个设备机架1875或者一组设备机架1875处或者其附近。在一个实施例中，ATS 1840c配置为适配在机架空间内，如以下更全面地讨论的。在其他实施例中，ATS 1840c放置在设备机架1875的顶部，紧挨着设备机架1875，或者在任何其他有用的位置。

从某些实现中，主功率路径从配电板1855分配到设备机架1875的第一插头1880a。设备机架1875的第二插头1880b由ATS 1840c馈送，该ATS 1840c配置为按照需要在主要功率源和次级功率源之间切换。例如，仅具有单个插塞的EDP设备1885可以被插入第二插头1880b中且如果具有足够性质则由主要功率源供电，或者否则由次级功率源供电。从某些实现中，其他EDP设备1885(例如，具有多个内部电源、两个插塞等)被插入两个插头1880中。

在该配置中，单个ATS故障将仅影响依赖于ATS的切换性能的该EDP设备1885(即，可能是仅一个或者少数机架值得的EDP设备1885)。但是，值得注意可能比在图18A或者图18B图示的配置中使用多得多的ATS。另外，在设备机架1875的ATS的部署可能影响有价值的机架空间。在这里描述的模块化并行ATS可以用于该位置1840c。其并行故障容忍的架构允许它传递足够可靠性而以该角色很好地工作。对于在下面的功率拓扑的低级别的自动切换描述的较高对应级别可能更可靠，但是并行模块化ATS具有可以期望的其他益处。

数据中心中的机架空间可能是非常昂贵的。发电机、UPS单元、功率分配、上升地板、计算机机房冷却、多个上升地板等的数据中心基本设施通常是非常大的资本投资和大的运行中操作费用。标准四十二单元(“42U”)设备机箱中机架空间的一个标准机架单元(“1U”)等于该机架中可用空间的2.5％。在设备机架中大量的这样安装的机架安装的ATS使用大量机架空间，这表示可以用于EDP设备的空间的损失且因此将是不受欢迎的。因此，在该配置中通常不采用ATS，特别是如果其他选项可用。

图18D示出了在拓扑的最后叶节点1870中具有在EDP设备1885的更远的下游设置的ATS 1840d的再一个说明性的功率分配拓扑1800d。为了清楚的缘故，功率分配拓扑1800d图示为具有与图18A图18C所示的相同的核心基本设施1810 18c类似的根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。

如在图18C中，主开关柜1825和一个或多个UPS 1835馈送分配节点1850(例如，主配电板和/或区域配电板1855)，该分配节点1850馈送叶节点1870。例如，配电板1855供应功率到设备机架1875。在说明性的功率分配拓扑1800d中，ATS 1840d设置在每件EDP设备1885中，每件EDP设备1885处或者其附属物(或者至少期望其ATS功能性的那些EDP设备1885)。在一个实施例中，ATS 1840d配置为使得多个ATS 1840d可以被组合以适配在机架空间中和对于多个连接的EDP设备1885并行运行，如以下更全面地讨论的。例如，ATS 1840d可以是上面描述的微ATS 700，且可以与集成的控制逻辑并行采用，以构造用于提供EDP设备1885的冗余功率分配的大容量的、快速的、高效和相对低成本的ATS。在其他实施例中，ATS 1840d集成到电源线中，到EDP设备1885中，或者以任何其他有用的方式设置。

在该配置中，单个ATS故障将仅影响它服务的EDP设备1885(即，可能是仅一个EDP装置)。但是，该配置可能涉及比在图18A图18C中图示的任意一个其他配置多得多的ATS的部署。每个ATS可能在功率分配(例如，功率损耗)、空间使用(例如，通过占据有价值的机架空间)等中添加无效率。

如上所述，实施例包括可以在其中考虑尺寸和效率的配置中采用的微ATS 700(例如，作为ATS 1840b-ATS 1840d中的任意一个)。例如，ZonitμATS^TM非常小(例如，4.25-英寸×1.6-英寸×1-英寸，或者小于10立方英寸)且非常高效(例如，在最大负载损耗小于0.2伏特)。某些实现不使用机架空间，因为它们自安装在每一EDP装置1885后部，并入用于安装EDP设备1885的设备机架1875的体积外部的设备机架1875的结构中，并入机架安装的插头1880中，或者并入机架中或者机架附近的配电板1855中(即，由于微ATS的小的形式因数，任意一个是可能的)。在其他实现中，微ATS700足够小以直接集成到EDP设备1885本身中。

微ATS 700的小的形式因数可以使能24英寸外部到外部宽度EDP设备机架1875的使用。该类型的设备机架1875可以提供某些优点。例如，机箱确切地适配在两英尺乘以两英尺的上升地面砖上，这使得放在有孔的地面砖中容易地引导空气流，因为机架对准在地面砖网格上。另外，设备机架1875可以节省宝贵的数据中心地面空间。NEMA设备机架1875通常不对于总机架宽度标准化，且机架越窄，越多机架可以适配在给定行长度中。例如，24英寸设备机架1875将在非常普遍的27英寸宽度设备机架1875上节省三英寸，由此对于行中的每八个设备机架1875允许一个附加的设备机架1875(即，九个24英寸设备机架1875可以适配到八个27英寸设备机架1875的地面空间中)。更窄的设备机架1875对于现代EDP设备1885变得更实际，例如，因为几乎所有型号现在使用前后空气流冷却(即，与曾经很普遍、但是现在几乎完全消失的侧面到侧面冷却相反)。但是，值得注意，24英寸设备机架1875在用于比如垂直插头1880、ATS等的辅助设备的侧面具有可观地更小的空间，以使得那些组件必须具有与实际适配到设备机架1875中的一样小的形式因数。

微ATS 700允许每个装置或者每个装置附近高效、成本有效和机架空间节省(每一个(或者低整数的)EDP设备1885一个微ATS 700的比率)，并允许使用高度并行和高效率的自动切换功率分配方法。应该指出，可以选择微ATS 700单元对EDP设备1885的比率以优化几个相互关连的设计约束条件，数据中心中EDP设备1885的可靠性、成本和容易移动。该一对一比率最大化每个装置的功率可靠性和在保持装置上电的同时容易移动装置。例如，这可以通过进行“热行走”，使用装置级的ATS，类似微ATS 700执行，在"热行走"中，通过首先拔掉一个ATS电源线、移动插塞到新位置、拔掉第二ATS电源线等来移动装置。长的延长线使得"热行走"更容易。以太网线缆可以被拔下和重新插入，而不将现代操作系统关闭，且当这样做时TCP/IP连接将恢复。从某些实现中，可以通过使用除了微ATS 700单元对EDP设备1885的一对一之外的比率来减小成本。限制因素可能是微ATS 700功率容量和什么将提升数据中心管理者愿意承担的风险级别，因为连接到任何ATS的装置越多，如果它未能适当地工作影响越大。

转到图19，根据某些现有技术实施例示出了说明性的传统的功率分配拓扑。如图所示，该拓扑包括使用UPS单元(例如，1835)的“双倍转换”技术，其在某些近来的实现中包括飞轮UPS装置。甚至用于数据中心的某些最好的双倍转换UPS具有随着它们的负载变化而改变的功率效率。

例如，图20图示用于典型的双倍转换UPS单元的效率对负载曲线。例如，标准UPS单元可以通常是平均85-90％效率，且飞轮UPS单元可以在典型的负载级别是平均大约94％效率。该有效程度可能在许多实例中不可接受，例如当功率成本稳定且相对低时，和当认可基于碳的燃料的气候影响时。最近，功率快速地从廉价的商品改变为昂贵的购买，其具有实质的经济和环境成本和对于国家经济和国家安全的关键隐含意思。传统的UPS供电的数据中心更通常具有在88-92％范围的效率，例如，因为数据中心管理者倾向于以小于100％容量运行UPS单元，以解决任何需要的设备添加、移动或者改变。此外，通常UPS单元之间的负载被划分以使得每个具有数据中心的总负载的大约1/2。在该情况下，因为UPS是冗余的，没有UPS负载50％以上，或者如果其他UPS故障，UPS必须能够承担满负载。这推动UPS效率甚至更低，因为每个单元通常将不加载到超过40-45％，以使得数据中心管理者具有某些可用的UPS功率容量以用于数据中心中EDP设备的添加、移动，或者改变。

值得注意，装有极高数目的服务器的非常大的数据中心的数目已经增加，以使得服务器部署数目极高。存在今天采用超过一百万台服务器的多个商业组织。对于该规模的设施和增加的功率的长期成本，在最大化功率使用效率上做出投资在经济上、环境上和就国家安全而言很有意义。

如上所述，存在将多个(例如，两个或者N+1是最普遍的配置)电源放入EDP设备1885中的几个原因。一个原因是通过冗余消除单个故障点。但是，现代电源非常可靠，具有典型的大约100,000小时(即，11.2年)的平均故障间时间(MTBF)值，这可能很好地超出大部分EDP设备1885的服务寿命。使用多个电源的另一个原因是允许连接到多于一个分支电路。如上所述，分支电路倾向于是功率分配的最普遍的故障点。又一个原因在于具有两个功率连接使得功率系统维护更容易，例如，通过允许关闭一个功率源而不影响终端用户EDP设备1885。

但是，将多个电源放在EDP设备1885中可能具有各种成本。一个成本来自于一个或多个附加电源的购买。例如，电源对设备的每一代通常是特定的，且因此必须在每个新一代设备中替换，在某些组织中这对于典型的服务器可以短至三年。

另外，当前服务器当以“比萨盒”形式因数购买时是最成本有效的。例如，在大的数据中心中采用的服务器通常全部是“商品”Intel X86架构兼容中央处理单元(CPU)。这些服务器用于支持运行大的网站的大的服务器农场、运行VMWare或者其他虚拟化解决方案的云计算、高性能计算(HPC)环境等中的大部分。商品服务器具有大的压力是有成本竞争力的，特别是关于它们的初始购买价格。这又可能影响制造者的产品管理者选择最低成本的电源解决方案，可能以产生最好的功率效率为代价。

附加电源的另一成本在于每个电源具有关联的损耗因数。例如，电源不是100％高效且可以通过设计电源以在给定负载范围(例如，通常最优期望负载的+/-20％)最有效地运行来减小成本。许多电源具有类似图20中示出的效率曲线。值得注意，服务器制造商的产品管理者可能希望以具有一个或两个电源的两个配置销售服务器，且可以优选地仅库存单个电源型号以避免由于库存、销售和服务两个型号的电源导致的附加成本。这交易资本费用(服务器制造商可以在更低的初始价格点销售服务器)用于操作费用。例如，对于两个AC到DC电源，在通常最多用于大规模部署的商品服务器的类中，DC输出总线将通常是共同共享的无源总线。添加功率源切换到该类服务器以增益反向效率(例如，当一次仅一个电源承担负载时)也可能对于服务的市场是昂贵的，且可能添加另一可能的故障点，对于其添加用于更大可靠性的冗余可能招致附加成本。

另外，典型的现代EDP电源是几乎全部自动调范围(即，它们接受110-240V输入)且全部切换(即，它们仅在短时间段内消耗AC输入功率，转换该能量为DC，然后重复)。该类型的电源可以更耐受功率质量问题，因为它们仅需要不连续地一次“喝”一口。如果在已知范围内控制输入AC功率电压范围，它们将通常非常可靠地工作。虽然该电源可能要求在每一“口”足够的能量和输入功率在它们的电压范围容差的限制内，它们可以不要求完美的输入AC波形以良好地工作。这使得可以以非常合理的资本费用使用比完全UPS电源系统更加有效的数据中心功率分配系统。

实施例使用高度并行的自动转换开关解决高效功率分配(例如，在数据中心中)。如上所述，传统的数据中心功率系统中损耗的主要来源是一个或多个UPS单元(例如，由于转换损耗)。用于避免这些损耗的一个技术是使用滤波的公用线功率，虽然这可能带来在该方法论可以实践之前需要解决的一组问题。

图21示出了根据各种实施例的说明性的功率分配拓扑2100。如上所述，功率分配拓扑2100可以被认为具有核心基本设施，可以包括位置变压器1815(例如，由公用网格1805馈送的降压变压器)、本地发生器1820和主开关柜1825。位置变压器1815和本地发生器1820作为功率分配拓扑2100的两个独立的功率源。从某些实现中，主开关柜1825可以允许整个核心基本设施1810切换到替代功率(例如，从位置变压器1815到本地发生器1820)。

功率从核心基本设施1810提供到功率分配拓扑2100的根节点。如图所示，核心功率从主开关柜1825传送到一个或多个UPS 1835和瞬时电压浪涌抑制(TVSS)单元2110。TVSS用作用于滤波到拓扑的分配节点的输入功率的非常高效(例如，通常在99.9％以上)和成熟的技术。相对地，UPS 1835可以通常在85％和94％效率之间(或者更小)。

在该配置中，功率分配拓扑2100的根节点有效地传递高效主要(“A”)功率源760和较无效率的次级(“B”)功率源765。这些功率源中的每一个然后路由通过功率分配拓扑2100的分配节点。例如，一个或多个配电板1855(例如，主配电板和/或区域配电板1855)用于将“A”功率760和“B”功率765分配到在功率分配拓扑2100的叶节点的设备机架1875。

从某些实现中，配电板1855传递功率到插座2125(例如，标准120伏NEMA插座)。每一设备机架1875至少包括具有配置为插入供应“A”功率760的插座2125的插塞2120的第一插头1880a，和具有配置为插入供应“B”功率765的插座2125的插塞2120的第二插头1880b。因此，“A”功率760和“B”功率765两者由功率分配拓扑2100全程地传递到其中安装EDP设备1885的设备机架1875。

对于其期望ATS功能性的每一件EDP设备1885可以通过利用微ATS 700功能性经由插头1880提供有冗余功率(即，“A”功率760和“B”功率765两者)。如图所示，微ATS 700与“A”功率760和“B”功率765电气地耦合(例如，插入)(例如，分别经由第一和第二插头1880)，且与EDP设备1885的一件或者多件(例如，通常一个或者少数)电气地耦合。根据典型的操作档案，微ATS 700配置为在“A”功率760具有足够形状的情况下将“A”功率760传递到EDP设备1885，和当在“A”功率760上检测到部分或者完全功率故障时转换到“B”功率765。

可以通过以高度并行方式采用多个微ATS 700作为模块来实现某些附加特征。图22A和图22B示出了根据各种实施例的说明性的并行微ATS模块2200。根据某些实现，并行微ATS模块2200配置为适配在单个机架空间(“1U”)内。机架可安装的外壳2205包括配置为以并行方式操作的两个或更多微ATS 700(例如，十二个)。

如图所示，并行微ATS模块2200连接到“A”功率760和“B”功率765(例如，分别经由“A”电源线2210a且“B”电源线2210b)。可以选择“A”和“B”功率源的电流量以匹配自动切换的输出插座的数目(以下将要描述)和它们的预期平均和/或最大功率消耗。并行微ATS模块2200从“A”功率760和“B”功率765得到输入功率，并分配到它的组件微ATS 700。“A”和“B”功率源可以是单相、分相或者三相的，虽然它们可以通常实质上相同。

每一组件微ATS 700馈送输出插座(图22A的ATS插座2225)或者硬线电源线(图22B的输出线2235)。在一些实施例中，ATS插座2225或者输出线2235是可经由外壳2205的表面(例如，背面)接入的，其用于与设备机架1875中的EDP设备1885连接。某些实施例也包括一个或多个ATS指示器2230，其例如可以指示是否特定的微ATS 700适当地工作，哪个功率源当前正在供应等。在一些实施例中，并行微ATS模块2200包括断路器2215，可选地具有可视功率状态指示器2220，以允许从馈送它的分支电路电气地断开并行微ATS模块2200(即，从“A”功率760和/或从“B”功率765)。

如图所示，某些实施例还包括控制模块2250以提供用于并行微ATS模块2200中的组件微ATS 700的改进的并行操作的控制功能性。根据某些实施例，控制模块2250帮助并行化多个组件微ATS 700的操作。在其他实施例中，控制模块2250卸载组件微ATS 700的某些功能性。例如，从某些实现中，并行微ATS模块2200设计用于在检测到相同状况(例如，功率性质的特定的阈值减低)时切换所有它的微ATS 700。在这些类型的配置中，某些实现将检测组件的功能性(例如，“A”功率电压范围检测子系统710、“A”功率损耗检测子系统715、输出电流检测子系统740等中的一个或多个)移动到控制模块2250。当控制模块2250检测到“A”功率760源中的功率故障时，例如，它可以迫使并行微ATS模块2200中的所有组件微ATS 700将它们的输出切换到“B”功率765。

并行微ATS模块2200的实施例配置为使得外壳2205可以安装在设备机架1875内，在设备机架1875的顶部，或者设备机架1875的侧面。由于组件微ATS 700的非常小的形式因数，可以最小化外壳2205的尺寸。外壳2205的某些实现配置为具有一个NEMA标准机架单元(例如，在高度上1.75-英寸)内的维度。例如，微ATS 700的实施例具有4.25英寸深乘以1.6英寸高乘以一英寸宽的维度，以使得十二个或更多微ATS 700可以与任何线缆、控制电路、总线、冷却等一起，容易地适配在并行微ATS模块2200中。

图23示出了根据各种实施例的包括机架安装的并行微ATS模块2200的说明性的功率分配拓扑。虽然未示出，假定核心基本设施用于提供至少两个独立的功率源。功率源可以通过一个或多个根节点传递到一个或多个分配节点。如图所示，功率分配拓扑2300的根节点有效地通过一个或多个配电板1855传递主要(“A”)功率源760和次级(“B”)功率源765。

从某些实现中，配电板1855传递功率到插座2125(例如，标准120伏NEMA插座)。每一设备机架1875包括可以使用输入功率线2210(例如，经由配置为插入各个插座2125中的各个插塞2120)与“A”功率760和“B”功率765源连接的并行微ATS模块2200。因此，“A”功率760和“B”功率765两者由功率分配拓扑2300经由并行微ATS模块2200全程地传递到其中安装EDP设备1885的设备机架1875。

对于其期望ATS功能性的每一EDP设备1885可以通过连接到并行微ATS模块2200的组件微ATS 700而提供有冗余功率(即，“A”功率760和“B”功率765两者)。例如，如上所述，可以使用插座(例如，图22A的ATS插座2225)或者输出功率线(例如，图22B的输出线2235)实现到并行微ATS模块2200的连接。图示的实施例示出了将并行微ATS模块2200与每一EDP设备1885连接的线2305。

根据各种实施例，包括“九头蛇”电源线。例如，线2305可以组合为单个九头蛇线以进一步允许优化设备机架1875的维度，以最有效地使用数据中心地面空间和允许在地面空间的给定面积中采用最大数目的机架。九头蛇线可以被优化以增加功率系数传递、线路由、消除线缠结，和包括锁定电源线功能性。在一些实施例中，九头蛇电源线经由标准插座连接到并行自动开关模块，锁定或者不锁定或者经由硬线直接附加。在预先设计设备机架的内容的环境下，九头蛇线可以用作用于“编程的部署”的线束。

九头蛇线上的头的数目可以被改变以匹配到每一连接的终端用户装置的期望的平均功率输出。九头蛇电源线的长度和规格(主馈送部分和到每个“九头蛇头”的单独馈送两者)可以通过优化将功率供应到设备机架1875中的特定的一组设备位置的每个九头蛇线的线长度而被优化以最小化电传输损失和电源线缠结。一组适当的尺寸的九头蛇线可用于以无论什么期望的间隔，比如一个NEMA标准设备安装间距，来馈送机架中的每一设备位置。在拓扑中各个点(例如，在并行微ATS模块2200的插塞或者插座，在九头蛇线头，等等)，锁定电源线技术可用于改进功率输送的安全性。例如，可以使用用于120V服务的标准NEMA L5-15锁定插座或者用于200V+服务的NEMA L6-15插座。输出线上的“九头蛇线头”可以使用各种技术装备有IEC锁定插座(C13和C19)。

值得注意，虽然外壳2205占据机架空间，它也可以消除机架插头1880的需要，该机架插头1880通常垂直地安装在设备机架1875中。因此，可以通过减小每一设备机架1875的宽度而优化数据中心地面空间。例如，设备机架1875通常是大约27”宽，以允许安装不具有工业标准化维度的各种垂直插头1880的足够空间。最通常使用的NEMA标准设备宽度是19英寸。因此机架的总宽度和深度确定它的占地面积使用。通过消除除了电源线和网络线在机架的侧部向下延伸任何东西的需要，可以指定较窄的机架，低至大约21英寸的宽度。为了说明的缘故，假定代替27英寸宽机架使用24英寸宽机架(将对准在大多数上升地面中使用的标准两英尺乘以两英尺地面砖上)。在先前仅容纳八个27英寸机架的相同地面空间中可以采用九个24英寸机架。

进一步值得注意，如果ATS故障(例如，如在如图18C所示的配置的实施例中)，典型的机架可安装的ATS可能导致机架中的整组EDP设备1885故障。但是，在这里描述的高度并行实现可以将故障的域最小化到由并行微ATS模块2200中的每一单独的微ATS 700供电的仅一个(或者小子集的)终端用户装置。这可以可观地改进可靠性、服务等。

类似如图21和图23所示的功率分配拓扑提供多个特征。一个这种特征涉及输入电压范围控制。现代的电源可以容忍各种各样的功率性质缺陷，但是它们通常不能幸免于长的输入功率过电压状况。TVSS单元2110可以过滤瞬时的浪涌和尖峰，但是它不补偿长时间段的输入功率过电压(即，这传递到根节点)。为了保护这些状况，实施例通过如果公用线功率电压超出范围则切换到有条件的UPS功率，而解决范围外电压(例如，现代的电源通常不由欠压状况损坏，但是仍然将关闭)。

多个技术可以用于实现该切换。例如，可以在数据中心功率系统中的不同位置实现电压感应和自动切换。但是，至少对于上面讨论的理由，许多这些技术具有重要的限制。因此，实施例通常使用以下技术之一。

某些实施例实现在公用降压变压器(例如，位置变压器2110)的过电压保护。该类型的自动调范围的变压器是可用的，且可以从公用事业公司订购。配置在它们的输出线圈上具有一组分接头，且当按照需要将它们的输出电压控制到特定范围时在它们之间自动地切换。该类型的降压变压器通常不由公用事业公司采用(例如，由于成本)，但是如果请求，它们通常被指定和改型用于功率分配拓扑。

其他实施例在功率分配拓扑中的ATS实现过电压保护。如上参考图18A 图18D、图21和图23所述的，ATS可以被置于遍及该拓扑的多个位置，例如，包括在配电板，在分支电路的结束，在装置级等。图21和图23示出的功率分配拓扑图示通过在装置级放置微ATS 700而实现切换。应当注意，可以在UPS的上游使用基于半导体的ATS，但是这是相对非常昂贵的且ATS的故障可能导致灾难性的效果，如果ATS单元未能切换，则所有供电的EDP单元可能使得它们的电源损伤或者破坏。

使用微ATS 700的功率分配拓扑的另一特征是所有单个电源(或者电源线)EDP装置的自动切换的可用性。如果公用线电源故障，期望对于所有单个电源EDP装置切换到可靠的替代功率源，比如经由UPS供应的功率。EDP设备1885可以要求在预定的最大时间(例如，CBEMA 20毫秒指南)内实现切换。值得注意，虽然将所有装置直接插入UPS将提供高度可靠的功率，它还将在当公用电源下降时的时间期间仅使用UPS的任何实现上可观地减小功率分配效率。这在类似大的服务器农场的环境中可能具有重要的作用，在类似环境中成本约束使得用于大数目的服务器的单一电源配置对于成本和效率原因是极优选的，且服务不会由于单个或者几个服务器的损失而中断很多或者完全中断。

使用微ATS 700的功率分配拓扑的又一个特征是EDP装置中所有双(或者N+1)电源的自动切换。以多个电源实现的EDP设备1885通常在它们的可用电源当中共享负载。可以建造在电源之间切换负载的EDP装置，以使得仅一个或多个电源是活动电源，且其它的是空闲的，但是如早先描述的，这对于成本和可靠性两者的原因很少这样做。实施例保证多电源EDP设备1885如果可用(且具有足够性质)则仅利用滤波的公用线功率，和仅如果它不可用则切换到UPS。为此，实施例在公用线和UPS功率之间自动切换每一次级电源单元。否则，UPS单元将承载数据中心负载的一部分，其可能降低功率分配的总效率。

使用微ATS 700的功率分配拓扑的又一特征是谐波增强功率负载浪涌的避免。如果公用线电源故障，全部EDP装置必须利用UPS单元直到发电机开始并稳定为止。用于数据中心的现代发电机具有控制它们的引擎“油门”的非常复杂的电子设备。发电机的控制逻辑设计用于产生最大的稳定性和最佳效率。但是，需要一定量的时间响应于改变的电负载且然后稳定在新负载。如果置于发电机上的负载以重复振荡模式过快地改变，通过废除它的控制逻辑和迫使它尝试匹配功率需要的振荡，可能使发电机不稳定。这可能损伤发电机或者迫使它关闭以保护自身。在任意情况下数据中心可能变为离线，这可能是非常不受欢迎的结果。存在可能潜在地导致该问题的几个可能的情况。

一个这种情况是当存在间断的公用线故障时。公用线功率在数据中心操作者的控制之外。它可能受到天气、设备故障、人为错误及其他状况的影响。它可能间歇地故障，这对核心数据中心功率基本设施造成潜在危害。如果公用电源间歇地开启和关闭，且开关周期的定时在某个范围内，则公用线源和发电机之间的自动切换(即使由UPS单元过滤)可能导致施加于发电机的谐波增强功率负载浪涌。

例如，假定来自位置变压器1815的公用线功率故障。依照要求，功率切换到UPS 1835功率。最终，发生超时，导致本地发生器1820自动启动。当本地发生器1820稳定化时，它可以通过主开关柜1825切换到系统，由此馈送UPS 1835。在某个点，公用线功率返回且然后再次出发。本地发生器1820将不关闭，但是主开关柜1825现在可能在本地发生器1820和位置变压器1815功率源之间切换。任何设备级的ATS(例如，在EDP设备1885的微ATS 700)当它转向时将返回到线功率。但是，值得注意，该返回的定时可能是关键性的：如果它对于本地发生器1820适当地响应过快地发生，且公用线电源以振荡方式故障，则如上所述，本地发生器1820可能变得不稳定。

另一这种情况在存在负载/电压振荡时发生。当负载，特别是大的负载切换到本地发生器1820上时，它的输出电压可能短暂地下沉。本地发生器1820然后可以通过增加油门体积和后续的引擎扭矩补偿，这增加了输出电流和电压。存在将输出电压保持在期望范围中的机制，但是它们可能由刚好在谐频的正确范围之内和之外切换的负载废除。例如，如果功率分配系统具有经由机制(例如，如以下将要描述的)对内置于它的过电压的保护，则这可能发生。再次，结果可能是谐波增强功率负载浪涌施加到本地发生器1820上。

例如，再次假定来自位置变压器1815的公用线功率故障。依照要求，功率切换到UPS 1835功率，超时发生，并且本地发生器1820自动启动。当本地发生器1820稳定时，它可以通过主开关柜1825切换到系统(例如，优先于馈送通过UPS，本地发生器1820切换到系统以馈送系统的公用线功率侧，以保持到机架w/EDP设备的冗余馈送)。本地发生器1820在突然置于其上的大的负载下下沉，且可以通过增加它的油门设置来响应。本地发生器1820过冲微ATS 700单元的高电压截止值，使得它们切换回到UPS功率，由此从本地发生器1820除去负载。本地发生器1820然后减速且其输出电压返回到正常电平。微ATS 700单元切换回到回到发电机，使得它再次下沉。本地发生器1820油门的下沉和返回可以重复，使得谐波增强功率负载浪涌建立并使本地发生器1820不稳定。

如上所述，使用微ATS 700(例如，单独地或者作为并行微ATS模块2200的一部分)的功率分配拓扑的实现涉及多个特征，特别是当实现包括滤波的公用线功率的安全、可靠的和经济的使用时。这些特征包括输入线功率电压范围控制、单一电源线EDP装置的自动切换、双(或者N+1)电源EDP装置的自动切换，谐波增强的负载浪涌的防止。这些特征可以通过在功率分配拓扑中在装置处或者装置级附近自动切换来实现。但是，为实现这些特征，使用的微ATS 700的实施例具有多个特性。将认可上面描述的微ATS 700实施例通过它们的作为单个微ATS 700的设计或者当组合为高度并行的ATS实施例(例如，作为并行微ATS模块2200的一部分)时表明这些特性。

微ATS 700的实施例当它可用且具有足够性质时优选和选择主要功率源(例如，“A”功率760)。例如，可以通过保证如果公用线功率可用且具有足够性质，则它用于对所有负载供电来实现最大效率。

微ATS 700的实施例还保护免于主要功率源上的范围外电压状况，且如果主要功率源在范围外则切换到次级功率源(和当它返回到可接受范围并稳定时切换回到主电源)。还期望作为当检测到其他主要功率源问题时的预防措施，微ATS 700切换到次级功率源。某些实施例可以不表明该特性，因为它们可以利用现代电源对除了输入电压范围之外的功率性质问题免疫的事实。

另外，微ATS 700的实施例在两个方向上(即，从主要到次级功率和从次级到主要功率)在CBEMA 20毫秒限制内转换。事实上，某些实施例在14-16毫秒内从“A”功率760切换到“B”功率765。虽然上面描述的电路实施例可以配置为实现甚至更快的切换时间，还选择切换时间以最大化可能启动转换的虚假状况的拒绝。在一些实施例中，“B”功率765和“A”功率760之间的转换时间一旦启动是大约5毫秒(例如，在以下将要描述的延迟之后)。例如，因为大部分“B”功率765到“A”功率760转换在“A”功率760已经返回到操作状况之后发生，可以实现该转换时间，以使得微ATS 700可以选择时间以当两个功率源都启动并运行时做出转换。

微ATS 700的实施例还包括在次级到主要功率切换中的延迟因数(除了如果次级功率源故障之外)。延迟因数选择足以允许现代发电机稳定它们的油门设置而不振荡。例如，选择时间在最典型的发电机的正常响应时间特性之外，以通过允许发电机时间适于负载变化和稳定它的输出来防止谐波增强的负载浪涌。

此外，微ATS 700的实施例配置为使用最小或者不使用可以用于EDP设备1885的有价值的机架空间。例如，实施例以“零-U”方式安装，或者否则集成到机架中或者机架附近而不使用机架空间。某些实施例直接集成到EDP设备1885中。其他实施例集成到插头1880或者机架中或者机架附近的功率分配单元中，比如Zonit功率分配单元(ZPDU)。这些实施例可以相对于在机架到控制到机架中的插头1880的功率的断路器的接入牺牲最小量的机架空间使用。根据这些实施例中的某些，ATS功能集成到本地功率分配单元的每个子分支输出中，以使得每一个被自动切换。这可以是对某些数据中心管理者的值得做的折衷。

更进一步地，微ATS 700的实施例(例如，当作为并行微ATS模块2200采用时)还“扩散”正在传输的源上的负载。实际上，每一微ATS 700在其相对于其他微ATS 700从“B”功率765到“A”功率760的转换的定时上具有小的可变度(例如，作为制造处理的人为现象)。该可变性实时上并不大，但是在电气事件时间上是显著的。当作为并行微ATS模块2200的组件运行微ATS 700时，该变化从功率源，例如，发电机或者UPS单元来看“扩展”正在传输的负载。例如，负载对功率源看来是在时间窗之上传输的大量微ATS 700。这可能有益于发电机和UPS单元，因为它在时间段上分配大量的较小负载，由此减小即时流入。

微ATS 700的实施例也是高效率的、可靠的和便宜的。当在装置级采用微ATS 700单元时，将存在大量的微ATS 700单元，且因此它们必须足够高效以补偿它们的购买成本。实施例当在正常操作模式中关于主要功率源时使用小于100毫瓦。在有关观念中，它们必须高度可靠且否则便宜地购买。

如上所述，微ATS 700的特征允许可靠的、高效、成本有效的和对机架空间使用最小影响的装置级ATS功能性的部署。对于上面讨论的原因，在装置级的高度可靠的ATS单元的群体可以产生比切换分支电路的ATS或者整个配电板可以产生的高得多的每装置功率可靠性程度。例如，所有微ATS 700同时故障且影响所有它们的连接的、自动切换的EDP装置的机会与更接近功率分配拓扑的根采用的单个ATS故障的机会相比是无限小的。

另外，期望数据中心功率分配的技术是高度高效。装置或者装置级附近的自动切换功率分配的高度并行实现可以提供高度高效方法，其也是成本有效的，因为几个原因而实现。如上所述，基于机械继电器的ATS倾向于比基于固态的ATS更高效和更可靠(在给定的成本水平)，但是由于接触电阻和相对高的继电器转换时间，它们也可能展现相对高的损失。但是，在装置或者装置级附近并行使用许多小的ATS单元(例如，作为并行微ATS模块2200)产生被置于基于较大容量继电器的ATS单元中可行的大得多的有效累积继电器触点区域，而无论单元被置于功率分配拓扑中哪里。另外，并行采用微ATS 700单元，微ATS模块2200也允许相对快的转换时间，因为每一组件ATS具有较小的继电器触点和较快的转换时间。将另外认可上面描述的电路实施例允许微ATS 700比许多相同功率处理容量的传统的ATS单元设计要以10或更多的因数更高效。值得注意，以高度并行配置的传统的ATS设计的使用可以至少对于该原因是不实际的，作为最后结果将可能耗费更多功率而不是更少功率，而无论使用的开关单元的资本费用如何。

将认可如果数据中心功率分配技术要被广泛地使用和接受，则它们应该是成本有效的。如上所述，微ATS 700实施例是高度成本有效的，例如，因为相对低的制造成本、相对长的服务寿命等。

有关的考虑可以只要可能就保存机架空间。如上所述，数据中心设备机架或者机箱中的空间可能是非常昂贵的，且可以采用微ATS 700的实施例以几乎不消耗或者不消耗机架空间(例如，通过集成到其中安装EDP设备的机架中的容积之外的机架结构中)。为了说明的缘故，假定数据中心中的大的服务器农场在具有网络开关的机架中具有许多“比萨-盒”服务器。每一服务器可以使用120伏功率的大约3-6瓦特，以使得15安培ATS可以处理2-4个服务器。如果ATS单元是1U机架安装的装置，对于每3个服务器使用一个ATS将仍然耗费25％的机架空间。这也可能通常是要实用的昂贵的机架空间的无效率的使用。但是，并行微ATS模块2200的使用将消耗少得多的机架空间(例如，即使机架安装的实现通常使用单个机架空间)。

值得注意微ATS 700的使用(例如，作为并行微ATS模块2200的一部分)也可以经由UPS负载移位增加传统的功率分配效率。如上所述，当在数据中心中使用双倍转换UPS单元作为功率源时共享负载是普遍的(例如，如图19所示)。由于具有双电源的终端用户设备或多或少相等地将负载分配到“A”和“B”电源输入两者的特性，这是通常的。此外，如上所述，这可以减小UPS效率，因为它们通常在50％以下加载以提供完全冗余的功率。

使用大量的微ATS 700可以提升这种功率分配系统的效率。数据中心中EDP设备1885的全部电负载可以经由微ATS 700单元“负载移位”到两个UPS单元之一上，增加UPS单元的效率(例如，如图20所示的UPS效率曲线所示)。其他UPS单元处于空闲，且将如果主要单元故障才使用。UPS单元必须被设计以处理立即置于它们上的该类型负载，但是几乎所有的现代UPS单元可以这样做。该结果倾向于将数据中心的效率增加大约3-5％。

可以对于每一EDP设备1885递增地采用实现，这可以减小服务影响。在一些实施例中，每个电源(或者连线的)EDP装置将经由微ATS 700连接到“A”和“B”UPS单元。每个双或者N+1电源EDP装置将具有一个电源经由普通功率线连接到“A”UPS，且第二或者所有其他N+1电源将经由微ATS 700单元连接到“A”和“B”UPS单元。因此，当“A”UPS单元可用时，它承担全部负载；且当它不可用时，“B”UPS携带负载。如上所述，可以在每装置比率，或者在一个微ATS 700对低整数EDP装置的比率(例如，考虑微ATS 700功率容量限制)采用微ATS 700单元。

应当注意虽然这里讨论仅一对UPS单元，方法缩放到为了冗余而成对地采用许多UPS单元的更大的数据中心。类似地，在这里讨论的说明性实施例为了清楚的缘故示出了限制的配置选择。将认可实施例可以适于许多设备机架、EDP设备、ATS、配电板、插头等。

可以做出对在这里描述的技术的各种改变、替换和变更而不脱离如所附权利要求所定义的本教导的技术。此外，本公开和权利要求的范围不限于上面描述的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法和动作的特定的方面。可以使用当前存在或者之后要开发的、与在这里描述的相应的方面执行实质上相同功能或者实现实质上相同结果的处理、机器、产品、物质成分、装置、方法或者动作。此外，如在此使用的，包括在权利要求中，“或者”如用于由“...的至少一个”开始的项的列表指示分离性的列表，以使得例如，“A、B或者C的至少一个”的列表指的是A或B或C或者AB或者AC或者BC或者ABC(即，A和B和C)。另外，术语“示例性的”不意味着描述的实例是优选的或者比其他实例更好。因此，所附权利要求在它们的范围内包括这种处理、机器、产品、物质成分、装置、方法或者动作。