具有本地能量存储的并行升压电源的制作方法
【专利说明】具有本地能量存储的并行升压电源
[0001]背景
[0002]多个计算设备之间的通信吞吐量持续增长。现代联网硬件使得物理上分开的计算设备能够比先前各代联网硬件快几个量级地彼此通信。此外，高速网络通信能力对更大数量的人可用，在人们工作的位置和他们的家中两者。结果，增加的数据量和服务可经由这样的网络通信被有意义地提供。
[0003]具体而言，在与初始生成数据的位置以及将消费经处理的数据远离的位置处执行数字数据处理已变得更加实际。例如，用户可以将数字照片上传到服务器并随后使得服务器处理该数字照片，从而改变其颜色并对它应用其他视觉编辑。在这样的示例中，诸如图片等的数字处理由用户远程的设备来执行。对于需要比他们在本地方便地提供的处理能力更大的处理能力的用户而言，以及对于需要总是可用的处理能力的用户而言，这样的远程数字处理可以比本地处理更有利。
[0004]为了从集中的位置经由网络通信提供这样的数据和处理能力，集中的位置一般包括通常安装在竖直取向的机架中的数以百计或数以千计的计算设备。这样的计算设备的集合和必需用以支持这种计算设备的相关联的硬件以及安装计算设备及相关联硬件的物理结构在传统上被称作“数据中心”。随着高速网络通信能力的可用性的增加，以及由此而来的来自集中位置的数据和服务的供应的增加，连同数据中心的传统利用(诸如先进计算服务和大量计算处理能力的供应)数据中心的尺寸和数量持续增加。
[0005]另外，数据中心(尤其是计算设备自身)常常消耗大量电功率。为了能够提供不中断的处理能力，数据中心通常包括在主功率源(如来自公用电网的电功率)变得临时不可用时，可整体地向数据中心提供功率的一个或多个备用功率源。通常，这样的备用功率源包括发电机，如由柴油或天然气来提供动力的那些发电机。因而，在主功率源变得不可用时，向各单独服务器计算设备供电的电源临时从电源外部的小型备用电池备用来操作。一旦整个数据中心的备用功率源(如，柴油发电机)变得工作且提供必需的电压，向各单独的服务器计算设备供电的电源就检测这样的电压的存在并转移到从这样的发电机所提供的电能中汲取它们的功率。
[0006]不幸的是，每一功率源在大约同时检测发电机所提供的电压的存在并大约同时寻求转移到从发电机汲取电功率。因此，在消耗例如2MW电能的数据中心中，发电机将被请求在非常短的时段内(通常是几毫秒数量级)从几乎不提供功率转移到提供全部2MW电能。因为发电机通常具有高输出阻抗，所以这样的非常大的瞬变(在需要发电机过快提供过多功率时)可造成电压下降。在许多情况下，电压下降可能足以造成电源确定电功率不再被正确地提供且再次转移到从外部电池备用来操作。在电源转移到从外部电池备用来操作时，它们可能不再消耗发电机所提供的电功率，并且因此由于电负载的突然降低，发电机所提供的电压可返回其指定值。一旦发电机所提供的电压返回其指定值，电源可再次检测到这样的电压的存在并且可再次转移到从发电机汲取它们的电功率，这再次造成大的瞬变并且再次引入发电机所提供的电压可被降低的可能性。这样的循环可重复多次，从而造成非最优操作，并且可能造成装备损坏。
[0007]概述
[0008]在一个实施例中，诸如用于服务器计算设备等的各单独的电源可包括本地能量存储和本地能量存储升压转换器，所述本地能量存储升压转换器使本地能量存储能够提供功率同时重用现有电源组件。本地能量存储可包括电池和电池再充电及调节电路系统，或用于存储并随后提供电功率的任何其他机制。本地能量存储升压转换器可包括变压器和耦合到所述变压器的晶体管控制的电路，所述晶体管控制的电路可以提升本地能量存储所提供的电压使得经升压的电压可被提供给现有DC批量存储电路系统。与本地能量存储升压转换器和现有功率因子校正升压转换器串联的二极管可使DC批量存储电路系统能够接收来自本地能量存储和外部功率源两者的功率。
[0009]在另一实施例中，本地能量存储控制器可以按受控制的方式在本地能量存储和外部功率源之间转移，以避免使外部功率源过载。这样的转移可通过调整现有晶体管控制的电路的占空比来控制，使得外部功率源在转移时段期间只提供有限量的功率，其中晶体管控制的电路可以是现有功率因子校正升压转换器的一部分。可以是本地能量存储升压转换器的一部分的晶体管控制的电路的占空比也可被调整以控制本地能量存储设备所提供的功率量。
[0010]在另一实施例中，本地能量存储设备可以从可以是电源的一部分的现有隔离变压器电路来再充电。从外部功率源汲取的功率可被监视并且如果从外部功率源汲取的功率高于阈值，则本地能量存储设备的再充电可被挂起。以此方式，电源可以避免仅出于对本地能量存储设备再充电的目的而具有过量电源容量的大小。
[0011 ] 在又一实施例中，本地能量存储可以通过与一个或多个服务器计算设备通信向一个或多个服务器计算设备提供功率达延长的时间段，诸如在外部功率源不能正确地操作的情况下。响应于来自电源的本地能量存储的容量在减小且外部功率源尚未工作的指示，一个或多个服务器计算设备可以执行动作以降低这些服务器计算设备所消耗的功率量，包括例如临时禁用消耗功率的活动冷却机制、临时减缓处理单元的速度、将一个或多个处理任务卸载到其他服务器计算设备、以及其他类似动作或它们的组合。
[0012]提供本概述是为了以精简的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本
【发明内容】
并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
[0013]当参考附图阅读以下详细描述时，将使得其它特征和优点是显而易见的。
[0014]附图简述
[0015]以下详细描述在结合附图参考时可得到最佳的理解，附图中:
[0016]图1是示例性现有数据中心功率源及其缺点的框图；
[0017]图2是具有本地能量存储的示例性并行升压电源的框图；
[0018]图3是具有本地能量存储的示例性并行升压电源的一部分的电路框图；
[0019]图4是具有本地能量存储的示例性并行升压电源所实现的示例性功率转移的图表；以及
[0020]图5是具有本地能量存储的示例性并行升压电源的示例性操作的流程图。
[0021]详细描述
[0022]以下描述涉及具有本地能量存储的并行升压电源，所述并行升压电源由于现有电源组件的再利用而可被经济地实现并且在外部功率源之间转移时可提供优点。具有本地能量存储的并行升压电源可包括本地能量存储(如电池的形式，或其他功率存储组件)和可使本地能量存储能够提供功率同时重用现有电源组件的本地能量存储升压转换器。本地能量存储升压转换器可包括变压器和耦合到所述变压器的晶体管控制的电路，所述晶体管控制的电路可以提升本地能量存储所提供的电压使得经升压的电压可被提供给现有DC批量存储电路系统。与本地能量存储升压转换器和现有功率因子校正升压转换器串联的二极管可使DC批量存储电路系统能够接收来自本地能量存储和外部功率源两者的功率。具有本地能量存储的并行升压电源可以按受控制的方式在本地能量存储和外部功率源之间转移，以避免使外部功率源过载。另外，本地能量存储设备可以从可以是电源的一部分的现有隔离变压器电路来再充电。从外部功率源汲取的功率可被监视并且如果从外部功率源汲取的功率高于阈值，则本地能量存储设备的再充电可被挂起。在外部功率源未能正确地操作的情况下，具有本地能量存储的并行升压电源就可以向一个或多个服务器计算设备提供功率达延长的时间段，如通过与一个或多个服务器计算设备通信，响应于此，这些服务器计算设备可以执行操作以降低它们的功耗，如通过临时禁用消耗功率的活动冷却机制、临时减缓处理单元的速度、将一个或多个处理任务卸载到其他服务器计算设备、以及其他类似动作或它们的组合。
[0023]出于解说的目的，本文描述的技术参考现有和已知的电源电路系统，如AC到DC转换电路系统、晶体管控制的降压或升压电路系统、变压器电路系统，等等。然而，对特定电路、电路图、以及电路组件的引用是严格地示例性的，且不旨在将所描述的机制限于所提供的特定示例。确实，本领域技术人员将认识到，存在可实现本文描述的技术和机制的许多替换电路。另外，尽管以下描述将在服务器计算设备电源的上下文内提供，如数据中心中的服务器计算设备通常将使用的，但它们不限于这样的使用且确实可被用来向消耗电功率的任何设备提供功率。
[0024]转向图1，本文所示的系统100示出了数据中心(如数据中心130)通过其接收由处理单元、计算设备、以及数据中心130的其他组件所消耗的电功率的示例性现有系统。通常，数据中心130从电网120接收电功率，如通常由公用电网公司提供的。然而，在替换实施例中，数据中心130的主电功率源可包括由天然气或生物气作为燃料的电功率、太阳或风所生成的电功率、以及其他类似替换形式的电功率生产。然而，不管用来向数据中心130提供主电功率的机制如何，这样的电功率不能完美地可靠，且因此数据中心130通常可包括可在主电功率源(如电网120)故障的情况下向数据中心130提供电功率的一个或多个备用电功率源，如发电机140。
[0025]主电功率源中出现故障的常见场景由图1中所示的系统100中所示的各步骤来示出。具体而言，在电网120中的停电121的情况下，在步骤141，发电机140可被激活，如图1的因果箭头所示。同时，在步骤131，数据中心130的服务器计算设备的各单独的电源可转移到可为每一服务器或服务器集合提供的外部备用电池。作为在步骤141激活发电机的结果，