用于机架可安装模块化直流电力单元的系统以及方法
【专利摘要】本申请公开了一种机架可安装模块化直流电力单元的系统和方法，涉及一种模块化DC电力单元，该模块化DC电力单元具有使得能够安装在设备机架的多个搁架位置中的至少一个搁架位置中的形状因子。模块化DC电力单元向设备机架的DC总线提供DC电力。模块化DC电力单元可以具有底架，该底架限定了能够插入多个DC电源的多个槽。可以使用AC输入模块来接收来自外部AC电源的AC电力。可以在底架中安装多个独立的模块化DC电源，每个独立的模块化DC电源具有使得能够插入并安装在底架的槽之一中的形状因子。控制器可以与DC电源进行通信并且容置在底架中。容置在底架中的DC总线与DC电源连通并且向容置在设备机架中的单独的DC总线提供来自DC电源的DC输出电力。
【专利说明】用于机架可安装模块化直流电力单元的系统以及方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于向数据中心和其他电气部件供电的电力系统，以及更具体地涉及用户可配置的机架可安装模块化电力单元，用于向设备机架内的至少一个DC (直流)总线提供DC电力，以从而向安装在设备机架中的其他设备部件供电。
【背景技术】
[0002]本部分的陈述仅提供与本公开相关的【背景技术】信息而未必构成现有技术。
[0003]使用标准设备机架的数据中心通常具有例如文件服务器的设备，这种设备可以被定制以及配置有影响服务器将会消耗的电量的不同容量。如此，在许多情况下，这样的部件会具有能够提供远多于可能需要的电力的电源。例如，三个机架可安装服务器可以每个被供应1000瓦的电源，但是一个机架可安装服务器可以被配置(例如图形卡、存储卡等)成使得其仅消耗300瓦，第二个机架可安装服务器可以被配置成使得其仅消耗500瓦，以及第三个机架可安装服务器可以被配置成消耗900瓦。如果这些机架可安装服务器是安装在机架中的仅有的部件，则可以得出结论在机架处提供了相当多的量的过剩电力容量。这也被称为电力“过度供应(overprovis1ning)”,并且在数据中心中频繁发生。过度供应代表对设施运营商的增加的成本。与仅需要特定电量的需要相比较，过剩电力容量会导致需要向机架提供更大程度的冷却容量，并且可能附加电力中的一小部分作为“余量(headroom)”提供给机架的部件。另外，在一个机架安装的部件内存在的大功率电源会产生与相邻安装的设备相关的EMI问题。如果电源可以全部位于机架的一个或更多个特定位置或区域，则这样的问题可以避免。但是使用每个包括其自己的电源的现有的机架安装的数据中心设备，这是不可能的。
[0004]另外，当需要对一个或更多个现有机架安装的部件进行影响由所述部件消耗的电力的设备配置改变时，这对于数据中心工作人员可能有所不便。例如，可能出现如下情况:对给定部件例如服务器进行配置改变，以向该部件添加一个或更多个卡，这改变了该部件的电力需求。增加的电力需求然后可以使得有必要改变服务器中的电源以容纳需要的附加电力(假设该电源不具有处理附加电力消耗的充足容量)。本质上提供如下独立、定制可配置电源的机架系统会显著简化针对每个机架进行的设备配置改变，同时允许用户仅部署由机架的新设备配置需要的电量，所述电源直接向给定机架中的各种其他机架安装的计算部件、存储部件、网络部件等供电。
[0005]最后，采用容纳每个具有它们自己的电源的单独的机架可安装部件的设备机架，在每个机架中可能存在很大程度上被浪费的电力容量。因此，例如，如果三个机架安装的服务器每个均被配置有1000瓦的电源，但每个服务器被配置使得仅消耗500瓦，则总计1.5kw将是无用的(即“滞留(stranded)”的电力容量)。这可能是远大于所需要的电力容量的多余电力容量。如果这种情况发生在许多机架中，例如在大型数据中心中的几十或几百个机架中，应当理解，总的滞留电力容量可以代表对于数据中心运营商的显著增加的成本。
【发明内容】
[0006]在一个方面，本公开涉及一种模块化电力单元，该模块化电力单元具有使得能够安装在设备机架的多个搁架位置的至少一个搁架位置中的形状因子。模块化电力单元向设备机架的DC总线提供DC电力。模块化电力单元可以具有底架，该底架限定了能够插入多个DC电源的多个槽。可以使用AC (交流)输入模块用于接收来自外部AC电源的AC电力。多个独立的模块化DC电源可以安装在底架中，每个独立的模块化DC电源具有使得能够插入并安装在底架的槽之一中的形状因子。控制器可以与DC电源进行通信并且容置在底架内。容置在底架内的DC总线与DC电源连通并且向容置在设备机架内的单独的DC总线提供来自DC电源的DC输出电力。
[0007]在另一方面，本公开涉及一种模块化电力单元，该模块化电力单元具有使得能够安装在设备机架的多个搁架位置的一个或更多个搁架位置中的形状因子。模块化电力单元向设备机架的直流(DC)总线提供DC电力，该DC总线向安装在设备机架的搁架位置的其他搁架位置中的一个或更多个设备部件提供DC电力。模块化电力单元可以包括底架，该底架限定可以插入多个独立的DC电源的多个平行布置的槽。可以在底架内布置交流(AC)模块以用于接收来自外部AC电源的AC电力。可以包括多个独立的模块化DC电源，所述独立的模块化DC电源具有使得能够插入并安装在底架的任何一个槽中的共同的形状因子。模块化DC电源可以包括至少一个整流器模块。控制器可以与多个DC电源进行通信并且容置在底架的一个槽中。容置在底架内并且与DC电源连通的DC总线可以向容置在设备机架内的单独的DC总线提供来自DC电源的DC输出电力。
[0008]在又一方面，本发明涉及一种用于向具有多个搁架位置的设备机架的直流(DC)总线提供DC电力的方法。设备机架被设计成容纳安装在设备机架的搁架位置中的一个或更多个设备部件，并且使用在设备机架的DC总线上提供的DC电力来向该一个或更多个设备部件供电。该方法可以包括使用模块化DC电力单元向设备机架的DC总线提供DC电力，所述模块化DC电力单元具有使所述模块化DC电力单元能够插入至少一个搁架位置中的形状因子。可以使用安装在模块化DC电力单元的底架的多个槽中的多个DC模块化电源来生成施加给设备机架的DC总线的DC电力。还可以使用被配置成安装在底架的一个槽中的控制器来与DC电源进行通信并控制DC电源。可以使用AC输入模块将外部AC电源接合至模块化DC电力单元，以向模块化DC电力单元提供AC电力。
[0009]根据本文中提供的描述，其他适用性领域将变得明显。应当理解，该描述和具体示例仅意在为了说明，而不意在限制本公开的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]在此描述的附图仅是为了说明，并不意在以任何方式来限制本公开的范围。在附图中:
[0011]图1是根据本公开的集成式机架可安装的模块化电力单元的一个实施方式的放大透视图；
[0012]图2是图1的模块化电力单元的后部的透视图，示出了 DC电源和返回总线；
[0013]图2A是图2的模块化电力单元的后部的一部分的放大透视图，更加详细地示出了使得能够与其他外部部件进行各种连接的连接器；
[0014]图3A和图3B是可以用于图1的模块化电力单元的连接器组件的透视图，该连接器组件用于将BBU (电池备份单元)模块或整流器模块之一连接至DC电源和返回总线以及通信总线以与搁架控制器卡(SCC)进行通信；
[0015]图4是在模块化电力单元中使用的AC输入端子块之一的透视图，该AC输入端子块使得用户能够配置模块化电力单元，以使得所述单元的电源的各个特定电源接收预定AC输入信号；
[0016]图5是图1的模块化电力单元的正面透视图，示出了用于对模块化电力单元的底架的槽进行分组的一种配置，以使得可以从三个AC输入端子块中的每一个向电源的三个单独的组提供AC电力；
[0017]图6是图1中所示的模块化电力单元的高级别框图型图示，示出了所述单元的内部部件的设计的一个示例；
[0018]图7示出了在电源升压操作期间从四个BBU模块可获得的最大电力输出如何被“叠加(capped)”以向整流器模块提供附加电力来满足针对电力的短期增长需求的曲线图；
[0019]图8是一个12VDC整流器模块的高级别透视图，该12V DC整流器模块可以用于组装图1所示的模块化电力单元；
[0020]图9是12VDC电池备份单元(“BBU”)模块的高级别透视图，该12V DC电池后备单元模块也可以用于组装图1所示的模块化电力单元；
[0021]图10是BBU模块的一个实施方式的框图；
[0022]图11是示出了整流器模块的一个实施方式的内部子系统和部件的框图；以及
[0023]图12是控制器卡的一个实施方式的框图。
【具体实施方式】
[0024]以下描述本质上仅仅是示例性的以及并不意在限制本公开、应用或使用。应当理解，贯穿附图，对应的参考标号表示相似或对应的部件和特征。
[0025]参照图1，示出了根据本公开的一个实施方式的机架可安装模块化直流(DC)电力单元10 (以下简称为“模块化电力单元10”)。模块化电力单元10可以被视为形成“电力搁架”，用于向传统设备机架的DC总线提供用户可配置的DC电力输出。DC输出可以用于向宽阵列的机架安装的数据中心或IT部件(比如服务器、网络交换机、KVM装置、路由器、风扇系统等)中的任意一个供电。
[0026]模块化电力单元10可以包括底架12，在本实施方式中，底架12具有9个独立的模块槽14以及用于控制器卡20的槽，所述独立的模块槽14用于接收和容置每个可以采取整流器模块16和/或电池备份模块(“BBU”)18的形式的电源模块的用户可配置组合。为了方便，贯穿以下的讨论，整流器模块16和BBU模块18有时被统称为“电源模块16和/或18”。
[0027]在图1所示的示例中，模块化电力单元10具有3U的高度和19’’的宽度，尽管这些尺寸可以变化以满足不同大小机架的要求。本示例中的模块化电力单元10示出为具有3个整流器模块16和6个BBU模块18，但是如之前所述，该配置完全是用户可配置的。控制器卡20具有1UX3U (高度)的配置。
[0028]图2示出了模块化电力单元10的后视图。设置了可以耦接至设备机架中的DC总线的+DC总线22a和返回电力总线22b。电源DC总线22a和返回电力总线22b可以分别是1/8英寸厚并且镀铜的。开口 24a允许多达3个单独的AC电力电缆穿过盖24。
[0029]图2A示出了模块化电力单元10的后部的仅仅一部分的放大图，以图示可以与外部部件进行连接的各个连接器。可以设置连接器25a，其允许与独立部件例如远程访问装置或服务器进行连接，以通知所述部件已经发生的电力故障状况。这可以向部件提供通知:来自模块化电力单元10的电力将在短时间内(例如在1ms内)失去。连接器25b可以是允许与外部机架管理系统(RMS)或远程访问装置(例如通用管理网关(UMG)装置)进行连接的连接器。连接器25c是如下连接器:其允许连接至控制器卡20的通信总线(例如CAN总线)的合适电缆(未示出)连接至模块化电力单元10，从而使得与控制器卡20能够进行通信。优选地，每个模块化电力单元10包括连接器25c中的两个以使得多个模块化电力单元10能够以菊花链连接在一起(即并行)。以这种方式，控制器卡20能够与安装在底架12中的电源模块16和/或18中的每一个进行通信。连接器25d是如下可选连接器:其可以被包括以允许向模块化电力单元10的控制器卡20提供其他输入(例如传感器)。
[0030]图3A和图3B示出了连接器组件26，其可以用于将来自电源模块16或18之一的DC输出耦接至DC总线22a和22b，以及使得能够与控制器卡20进行通信。连接器组件26包括第一连接器部件26a和配套的第二连接器部件26b。第一连接器部件26a可以连接至电源模块16或18中的给定的一个的印刷电路板(PCB)27上的合适的边缘连接器27a。第一连接器部件26a从而接收来自给定电源模块16或18的DC电力输出并且还连接至给定电源模块16或18的控制线(未示出)。多个引线26c形成可以用于与控制器卡20进行通信的控制线。引线26d可以用于与AC电源进行连接。引线26e提供至PCB27的输入，以使得当模块16或18首先被插入底架12中时，待施加至DC电源模块16或18的DC信号能够以受控方式逐渐将所述模块带至期望的DC电压。
[0031]进一步参照图3A和图3B，第二连接器部件26b包括元件例如铜引线26f，其适用于与+DC母线(bus bar)22a与电力返回母线22b接合，从而经由连接器组件26将来自给定DC电力模块16或18的DC输出耦接至总线22a。引线26f与第一连接器部件26a的引线26i接合。第一连接器部件26a还具有可以与连接器26g通信的引线26gl (图3B)。可以经由合适的电缆(未示出)耦接连接器26g以使得能够与控制器卡20进行通信。引线26gl接合第一连接器部件26a与边缘连接器27a的引线26c。第一连接器部件26a的引线26h可以用于接收外部AC输入并且接合AC输入与边缘连接器27a的引线26d。第一连接器部件26a的引线26j可以与边缘连接器27a的引线26e接合。
[0032]图4示出了与图2中的盖24后的每个开口 24a相邻的AC输入端子块28。AC输入端子块28可以被布线以接受例如单相208V AC、三相480VAC和三相208V AC中的任意一个。每个AC输入端子块28电耦接以向位于底架12的9个槽14中的3个特定槽中的电源模块16和/或18馈送AC输入电力。在图5的不例中，第一 AC输入端子块28可以向位于底架槽14a-14c中的电源模块16和/或18馈送AC输入电力，第二 AC输入端子块28可以向位于底架槽14d-14f中的电源模块16和/或18提供AC输入电力，以及第三AC输入端子块28可以向位于底架槽14g-14i中的电源模块16和/或18提供AC输入电力。因此，可以使用三种不同的AC输入电源配置以向位于模块化电力单元10中的电源模块16和/或18提供电力。
[0033]图6示出了模块化电力单元10的框图图示，示出了可以如何将整流器模块16、BBU模块18、控制器卡20、DC总线22a和22b以及AC输入端子块28封装在模块化电力单元10的底架12中的一个示例。在该示例中，整流器模块16存在于底架位置14a-14e处，以及BBU模块18存在于底架位置14f-14i处。可以配置模块化电力单元10以提供用户期望的最大电力输出，但是在模块16和18的每一个提供3000KW (以12V DC的250amps (安培))的输出的一个示例中，总计9个模块16和/或18提供总计24000KW (以12V DC的2000amps)的电力输出，其中采用N+1冗余。在这点上，应当理解，用户通常配置模块化电力单元10，以使得所述单元能够提供比预期使用的电力略多的电力。因此在本示例中，用户可能通常在设备机架上组装预期消耗不超过24KW的部件，模块化电力单元10将能够提供27KW (如果使用所有9个模块16和/或18)或在采用N+1冗余的情况下提供24KW (即，9个电源模块16和/或18之一的输出通常为离线但是当需求产生时可以使用)。然而，应当理解，电源模块16和18的输出可以变化以向设备机架中的DC总线提供不同级别的电力(但仍以相同的12V DC)。
[0034]模块化电力单元10可以容纳单相或三相AC输入信号。可以接收单头塞绳或双头塞绳的输入。如果使用单头线塞绳，则在本示例中模块化电力单元10的输出将为采用N+1冗余情况下的24KW或采用N+N冗余情况下的12KW。如果使用双头塞绳AC输入，则输出在每个臂上将为采用N+1冗余情况下的9KW。因此，应当理解，例如当使用一个整流器模块16和一个BBU模块18时，整流器16与BBU模块18的比率为1:1，则在可用的90秒维持时间内3KW的电力将是可用的。作为另一个示例，当使用两个整流器16和一个BBU模块18时，则提供6KW的输出，伴随3KW的维持电力90秒。
[0035]整流器模块16和BBU模块18的共同电力密度允许整流器单元16的宽范围的电力控制以及可获得补充电力，从而满足针对瞬态穿越情况的附加电力的需求。这种情况的示例示出在图7的曲线图中。该曲线图示出了从如下配置的模块化电力单元10可获得的电力输出:所述模块化电力单元10具有5个每个为3KW的整流器16，总计输出15KW ；以及4个每个为3KW的BBU模块18，总计为12KW。然而，在本示例中，来自4个BBU18的输出已经被限制为最大2KW并且可以获得以满足超出5个整流器模块16能够提供的电力之外的短期附加电力需求。因此，即使模块化电力单元的整流器模块16仅能够提供15KW，也可以WBBUlS获得附加的2KW以满足与瞬态穿越情况(通常持续约微秒或毫秒量级)相关联的短期电力需求，该需求超过了整流器模块16能够满足的需求。期望该特征通过如下方式来提供显著的成本效益:降低对采用附加的整流器模块16对模块化电力单元10 “过度供应”以处理引起超出整流器模块16通常预期处理的电力消耗的临时增加的预期的短期通瞬态穿越情况的需要。因此，BBU18可以用于两种功能:1)向整流器模块16提供一定程度的短期“电源升压”；以及2)在AC电源中断的情况下向模块化电力单元10提供维持电力。
[0036]以上的电源升压特征可以通过使用控制器卡20监视BBU模块18的电池水平来实施。如果电池水平处于充分低的预定水平，则控制器卡20可以向BBU模块18的每一个发送信号，当在+DC总线22k上感测到的总线电压短时降低到最低预定水平以下指示发生了瞬态穿越情况时，该信号使所述BBU模块18提供它们的输出。当这样的瞬态穿越情况发生时，使得来自BBU模块18的有限量的电力几乎立即可以在+DC总线22a上获得，从而补充来自整流器模块16的输出。
[0037]以上图7的示例还应当注意:由于来自BBU模块18的最大输出以比来自BBU的可用的最大电力小的一定量处叠加(在本示例中，以2KW叠加电力)，这意味着该用户具有配置BBU模块以提供显著长于90秒的维持时间的选择。再次，如果AC输入电力失去，则在本示例中4个BBU模块18可以被限制供电以提供3KW，尽管否则最大12KW将可用。结果，维持持续时间将显著长于90秒，可能达到90秒的4倍那么长(因为仅仅使用来自BBU模块的最大可用输出的1/4)。因此,将来自模块化电力单元10中的所有可用BBU模块18的最大可用电力限制为小于最大可用电力输出的某个预定量为用户提供了在配置模块化电力单元10时的极其宽范围的电力控制定制。
[0038]图8示出了整流器模块16之一。每个整流器模块16可以具有IU宽X3U高X450mm深的形状因子。整流器模块16可以提供固定的12V DC输出，在一个实施方式中该输出为3000KW。当然，整流器模块16可以被构造成取决于用户要求来提供较大或较小的输出。图9示出了 BBU模块18的一个示例。在该示例中，BBU模块18与整流器模块16具有相同的形状因子(S卩IUX 3UX 450mm深)。然而，应当理解，无论是整流器16还是BBU模块18或者二者，都可以被配置为具有2U宽的形状因子以占据底架中的两个位置而非一个。然而，共同的形状因子使得当需要产生时，整流器模块16与BBU模块18可以互换。例如，假设用户期望将模块化电力单元10的初始配置从6个整流器模块和3个BBU模块18变成4个整流器模块和5个BBU模块。这可以通过简单地移除整流器模块16中的两个并且在底架12中的相应的槽中插入两个附加BBU模块18来实现。共同的形状因子使得整流器16和BBU模块18能够被混合并匹配成任意用户期望的配置。当在需要改变DC电力要求的设备机架中的设备部件改变时，该特征尤其有用。通过简单移除一个或更多个整流器模块16和/或BBU模块18并使用附加的整流器模块16或BBU模块18来代替所移除的模块能够对模块化电力单元10进行重新配置，可以节约重新配置模块化电力单元10以容纳设备机架中的新设备配置的大量时间。
[0039]参照图10，将更加详细讨论BBU模块18的构造。如在本文中记载的，模块化电力单元10的一个重要特征是BBU模块18能够提供与整流器模块16提供的相同的电力密度。在一个实施方式中，BBU模块18的电力密度约为20W/in3。整流器模块16与BBU模块18之间的该1:1的电力密度关系使得这两个部件能够容易地互换。在一个实施方式中，BBU模块18可以包括高压正弦振幅转换器(“HV SAC”)18a、升压功率因数校正(PFC)模块18b、零电压切换(“ZVS”)降压升压(“BB”)模块18c、多个电池单元18d以及ZVS降压稳压器模块18e。HV SAC18a可以为总线转换器，其接收360V DC-400V DC之间的DC输入并且提供完全隔离的45V-50V、325W输出。升压PFC18b可以作为涓流充电器操作以对电池单元18d进行充电。ZVS BB模块18c可以为ZVS高效转换器。HV SAC模块18a、ZVS BB模块18c以及ZVS降压稳压器模块18e中的每一个可以从MA的Vicor Custom Power of Andover获得。BB模块18c可以根据预定输入例如38至55V DC输入进行操作以生成预定稳压输出，例如5至55V DC输出。ZVS降压升压模块18c使得能够以高转换效率进行高切换频率(约IMHz)操作。高切换频率减小了使得电力密度能够达到可能1300W/in3的无功部件的尺寸。ZVS降压稳压器模块18e可以包括6个3623CHiP模块(40 X 23 X 7.3mm)的阵列，用于接收36V DC-60V DC输入，并且具有11-13V DC动态范围，具有非隔离的42A输出(每个模块)的12V DC的设置点。
[0040]在“备用模式”(电池充电)下，ZVS降压稳压器模块18e关闭，通过模块化电力单元10的其他部件提供12V配电系统(为方便在附图中简单地通过“大(bulk)电力系统”来表示)。HV SAC模块18a直接从DC输入或经由升压PFC模块18b从AC输入来获得电力。HV SAC模块18a具有供应ZVS降压升压模块18c的隔离输出(360-400V/8=45_50V)，该ZVS降压升压模块18c对电池18d进行充电。电池充电概况、测量以及整体管理应当在BBU模块18的外部实施。如果DC总线电压降到低于预设水平，则进入备份模式。在该示例中，至BBU模块18的输入线消失或接收到适当的标记，以及使能ZVS降压稳压器模块18e，并且提供达到约250A的稳压的12V DC输出。
[0041]参照示出了整流器模块16的一个实施方式的图11。整流器模块16可以包括输入EMI电路16a、软启动电路16b、无桥式PFC (功率因数校正)电路16c、DC/DC转换器电路16d、输出EMI电路16e以及数字信号处理器(DSP) 16f。输入EMI电路16a提供对AC电力线的滤波并且帮助防止任何假性(Spur1us)信号分量被放置在AC电力线上。软启动电路16b允许无桥式PFC电路16c以及DC/DC转换器模块16d的电容器(未示出)的输入库以受控方式启动，以避免使其他输入断路器或保险丝跳闸。无桥式PFC16c用于提供功率因数校正。DC/DC转换器电路16d取得内部库DC电压并且经由同步整流将其转换为12V DC。输出EMI16e对整流器模块16的12V DC线路(未示出)提供输出滤波以及波纹噪声降低。DSP16f除了控制以上讨论的整流器模块16的其他部件，还可以监视临界部件温度和环境温度，以及接收来自用于系统管家功能的其他部件的输入。CAN (控制器局域网络)收发器16g使得整流器模块16能够与控制器卡20进行通信。PFC控制固件16h和DC/DC控制固件16i可以嵌入在DSP16f中。整流器模块16可以具有以下规范:
[0042]接受大约176V AC-310V AC之间的AC输入电压；
[0043]具有大约20V -45V之间的操作温度范围；
[0044]具有A级EMC性能等级；
[0045]具有至少大约94%的近似峰值效率；
[0046]具有大约满负载5%的负载分担；
[0047]提供+/-1%的电压稳压；
[0048]具有小于200微秒的瞬态响应以及小于5%的过冲；
[0049]具有100%的电流限制；
[0050]具有约1ms的维持时间；
[0051]具有50mv (20MHZ)的峰峰间噪声；以及
[0052]具有UL60950安全等级。
[0053]在一个实施方式中，每个BBU模块18可具有如下规范:
[0054]12V DC的固定输出；
[0055]3KW的电力输出；
[0056]在大约200V AC-310V AC之间的AC输入电压范围；
[0057]在大约O°C与45°C之间的操作温度范围；
[0058]A 级 EMC 等级；
[0059]+/-5%的电压稳压；
[0060]在断开之前能够操作降低至约11.4V DC ；
[0061]锂电池技术；
[0062]大约90秒的维持时间；以及
[0063]大约100分钟或更短的再充电时间。
[0064]参照示出了控制器卡20的一个实施方式的框图的图12。控制器卡20提供至模块化电力单元10的模块16和/或18的接口，以及至模块化电力单元10外面的可能需要与模块化电力单元进行通信的子系统(例如传感器)的接口。在该示例中的控制器卡20具有95mm高X444.5mm深的形状因子。如果模块化电力单元10意在向多于一个的DC总线提供电力，则可以使用多个控制器卡20，每一个所述单元10将向其提供电力的DC总线一个。如果设置三个模块化电力单元10，则它们总计能够与达到27个电源模块16和/或18接口。
[0065]控制器卡20可以包括其上安装有处理器20b的主板20a。可以提供可选板20c用于提供以太网互联。可以包括人机界面(MMI)子系统20d使得能够与用户接口。可以包括输入选择板20e，用于帮助控制器卡20收集连接至设备机架的其他部件(例如传感器)的数字和模拟的输入和输出。可以使用可选板20f来帮助主板20a获得来自其他板或控制器卡20内部的部件的信息。可以提供另外的可选输入板20g以处理从其他装置、传感器等到主板20a的未来输入。还可以使用SMDU (智能模块配电单元)20h以收集信息和数据或提供附加控制功能。
[0066]从控制器卡20到电力模块16和/或18的通信例如可以使用GBBCAN协议。可以扩展该协议以添加发送至BBU模块18或从BBU模块18发送的数据。模块化电力单元10还可以与可从艾默生网络电力系统(Emerson Network Power System)获得的机架管理系统(RMS)结合使用，该系统将对设备机架的电力部件的访问与在数据中心环境中使用的其他部件的访问合并起来。控制器卡20可以提供至RMS的接口。
[0067]控制器卡20还帮助用户监视和理解模块化电力单元10的容量中的多少正被使用，以使得用户能够更好地针对扩展数据中心的需要来进行计划。控制器卡20还能够向用户提供关于以下主题的信息和/或能力:
[0068]模块化电力单元10当前正在操作的容量多么接近最大容量，并观察当前使用占来自模块化电力单元10的总可用电力的百分比；
[0069]是否存在指示模块化电力单元10有问题的任何警报；
[0070]输入AC电压是否是期望的那种；
[0071]每个模块化电力单元10是否提供期望的DC输出；
[0072]每个模块化电力单元10的实际配置是否与期望的配置相匹配；
[0073]模块化电力单元10的BBU模块18将维持所述单元提供电力至的其他机架安装部件多久；
[0074]模块化电力单元10中的任意一个或更多个的BBU模块18再充电需要多久；
[0075]使得用户能够关闭模块化电力单元10中的任意一个或更多个，以对所述单元或设备机架中的配置或布线进行改变；
[0076]使得用户能够执行电池测试以确保在输入AC电力发生故障的情况下，模块化电力单元10的任意一个或更多个的BBU模块18将提供必要的维持电力；
[0077]使得用户能够在调查由一个或更多个模块化电力单元10生成的一个或更多个警报之后清除所有警报；
[0078]使得用户能够重置模块化电力单元10以使每个单元返回至已知状态用于故障检修或确保所述单元在电力周期后将在正确状态下启动；
[0079]使得用户能够控制DC电力系统使用的输入AC电力的量，以使得可以控制并预算AC电力；
[0080]使得用户能够建立期望的配置，以使得模块化电力单元10在任意电力模块16和/或18离开或在模块化电力单元10加电而不是所有的期望单元16和/或18被识别为存在时，可以提供警报；
[0081]使得用户能够控制DC电力系统提供的电量，以使得能够有效管理电力消耗和电力使用成本；以及
[0082]使得用户能够设置用于来自设备机架的超温警报的温度设置点。
[0083]在具有RMS的配置中，控制器卡20可以使用SNMP通过以太网与RMS进行通信。在没有RMS的配置中，控制器卡20可以提供使用例如SNMP通过以太网的接口或智能平台管理接口(IPMI)。
[0084]因此，本公开的模块化电力单元10提供了如下DC电力单元:其可以被用户配置以提供与总输出电力和维持时间相关的选择特性。整流器模块16和BBU模块18的模块化性质以及其共同的形状因子和电力密度使得在需要时这些部件能够快速并且容易地进行互换。这使得用户能够在机架的设备配置变化的情况下，根据需要快速并容易地重新配置模块化电力单元10。期望模块化电力单元10降低用户向给定设备机架过度供应电力的可能性。还期望模块化电力单元10的部件的模块化性质能够更好地容纳增加的数据中心，在所述数据中心处向现有设备机架添加设备部件，因此需要改变电源要求。模块化电力单元10能够提供受限电力的能力进一步使得能够使用所述单元提供短期附加电力以补充整流器模块16的电力输出，从而更好地处理瞬态穿越情况。
[0085]尽管已经描述了各个实施方式，但是本领域的技术人员能够认识到不脱离本公开的可能的修改或变型。各个示例示出了各个实施方式但并不意在限制本公开。因此，说明书和权利要求应当在这样的当鉴于相关现有技术是必要的限制下不受限制地进行解释。
【权利要求】
1.一种模块化电力单元，所述模块化电力单元具有使得能够安装在设备机架的多个搁架位置之一中的形状因子，所述模块化电力单元用于向所述设备机架的直流总线提供直流电力，所述直流总线向安装在所述设备机架的其他搁架位置中的一个或更多个设备部件提供直流电力，所述模块化电力单元包括: 底架，限定了能够插入多个直流电源的多个槽； 交流模块，布置在所述底架内，用于接收来自外部交流电源的交流电力； 多个独立的模块化直流电源，每个所述独立的模块化直流电源具有使得能够插入并安装在所述底架的所述槽之一中的形状因子； 控制器，与所述多个直流电源进行通信并且容置在所述底架内；以及直流总线，容置在所述底架内并且与所述直流电源连通，以用于向容置在所述设备机架内的单独的直流总线提供来自所述直流电源的直流输出电力。
2.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中，所述直流电源的至少一个包括用于提供直流输出电力的电池备份单元模块。
3.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中，所述直流电源的至少一个包括用于提供直流输出电力的整流器模块。
4.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中，所述多个直流电源包括至少一个整流器模块和一个电池备份单兀模块。
5.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中，所述控制器具有使得所述控制器能够安装在所述底架的所述槽之一中的形状因子。
6.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中， 所述电源的至少一个包括整流器模块； 所述电源的至少一个包括电池备份单元模块；以及 其中，所述电池备份单元模块被配置成在瞬态穿越情况期间提供在所述模块化电力单元的直流总线上的直流电力，从而补充由所述整流器模块提供的直流电力。
7.根据权利要求6所述的模块化电力单元，其中，来自所述电池备份单元模块的直流输出电力被限制为比所述电池备份单元模块能够生成的量少的量。
8.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中， 所述电源的至少一个包括整流器模块； 所述电源的至少一个包括电池备份单元模块；以及 其中，所述电池备份单元模块被配置成当至所述模块化电力单元的交流电力失去时提供在所述模块化电力单元的直流总线上的直流电力。
9.根据权利要求8所述的模块化电力单元，其中，所述电池备份单元模块被配置成:当至所述模块化电力单元的交流电力失去时，在达到大约90秒的持续时间内提供等于所述整流器模块的直流电力输出的直流电力水平。
10.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中， 所述电源的至少一个包括整流器模块； 所述电源的至少一个包括电池备份单元模块；以及 其中，所述整流器模块和所述电池备份单元模块每个均提供大约3KW的输出。
11.根据权利要求1所述的模块化电力单元，其中，所述模块化电力单元具有当所述模块化电力单元被安装在所述设备机架中时使用所述设备机架的三个搁架位置的形状因子。
12.根据权利要求1所述的模块化电力单元，还包括具有与所述电源模块的给定一个相关联的第一连接器部件以及安装在所述底架中的第二连接器部件的连接器组件，当所述电源的所述给定一个被插入所述底架中时，所述第一连接器部件和所述第二连接器部件能够被连接并且被操作为: 将来自所述电源的所述给定一个的直流输出传输到安装在所述底架内的所述直流总线；并且 使得能够在与所述控制器进行通信的控制总线和所述电源的所述给定一个之间建立连接。
13.一种模块化电力单元，所述模块化电力单元具有使得能够安装在设备机架的多个搁架位置中的一个或更多个搁架位置中的形状因子，所述模块化电力单元用于向所述设备机架的直流总线提供直流电力，所述直流总线向安装在所述设备机架的其他搁架位置中的一个或更多个设备部件提供直流电力，所述模块化电力单元包括: 底架，限定了能够插入多个独立的直流电源的多个平行布置的槽； 交流模块，布置在所述底架内，用于接收来自外部交流电源的交流电力； 多个独立的模块化直流电源，具有使得能够插入并安装在所述底架的所述槽的任意一个中的共同的形状因子，所述模块化直流电源包括至少一个整流器模块； 控制器，与所述多个直流电源进行通信并且容置在所述底架的一个槽中；以及 直流总线，容置在所述底架中并且与所述直流电源连通，以用于向容置在所述设备机架内的单独的直流总线提供来自所述直流电源的直流输出电力。
14.根据权利要求13所述的模块化电力单元，其中，所述多个直流电源包括用于向所述底架内的直流总线提供直流电力输出的至少一个电池备份单元模块。
15.根据权利要求14所述的模块化电力单元，其中，所述整流器模块和所述电池备份单元模块提供相同水平的直流电力输出。
16.根据权利要求14所述的模块化电力单元，其中，所述电池备份单元模块被配置成当经历瞬态穿越情况时向所述底架的所述直流总线提供直流电力，从而补充由所述整流器模块提供的直流电力。
17.根据权利要求14所述的模块化电力单元，其中，当来自外部交流电源的交流电力失去时，所述电池备份单元模块向所述底架内的所述直流总线提供其直流电力输出。
18.根据权利要求17所述的模块化电力单元，其中，所述电池备份单元模块被配置成当来自所述外部交流电源的交流电力失去时提供其直流电力达到大约90秒。
19.根据权利要求16所述的模块化电力单元，其中，由所述电池备份单元模块提供的直流电力被限制为比所述电池备份单元模块能够生成的量少的量。
20.一种用于向其中具有多个搁架位置的设备机架的直流总线提供直流电力的方法，其中，所述设备机架被设计成容纳安装在所述设备机架的搁架位置中的一个或更多个设备部件，并且使用在所述设备机架的直流总线上提供的直流电力来向所述一个或更多个设备部件供电，所述方法包括:使用模块化直流电力单元向所述设备机架的直流总线提供直流电力，所述模块化直流电力单元具有使所述模块化直流电力单元能够被插入到至少一个搁架位置中的形状因子; 使用安装在所述模块化直流电力单元的底架的多个槽中的多个直流电源来生成施加到所述设备机架的直流总线的直流电力； 使用被配置成安装在所述底架的槽之一中的控制器来与所述直流电源进行通信并且控制所述直流电源；以及 使用交流输入模块将外部交流电源接合至所述模块化直流电力单元，以向所述模块化直流电力单元提供交流电力。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，使用多个直流电源的操作包括使用至少一个整流器模块和至少一个电池备份单元模块，其中所述整流器模块和所述电池备份单元模块具有共同的形状因子。
【文档编号】H02M7/00GK104426387SQ201310403989
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】埃里克·威尔科克斯, 博布·基普利, 马修·施奈德 申请人:力博特公司