电源单元(psu)向诸如服务器的计算系统提供功率。psu可以用于具有各种宽度的各种服务器形状因子(formfactor)，诸如与机架尺寸相关联并且用机架单元(u)(例如，1u、2u、4u等)来称呼的形状因子。这种形状因子可能对包括在psu中的各种特征件施加设计限制。
附图说明
图1是根据示例的包括多个ac/dc转换器的电源单元的框图。
图2是根据示例的包括多个ac/dc转换器和模块的电源单元的框图。
图3a是根据示例的包括多个ac/dc转换器的电源单元的正视图框图，该多个ac/dc转换器包括输入连接器。
图3b是根据示例的包括多个ac/dc转换器和模块的电源单元的顶视图框图。
图3c是根据示例的包括风扇和前部耦接器的模块的正视图框图。
图4是根据示例的包括反馈环路的dc/dc转换器的电路图。
图5是根据示例的包括至少一个电压调节器的模块的电路图。
图6是根据示例的多个冗余地耦接的电源单元的框图，该电源单元包括多个ac/dc转换器和模块。
具体实施方式
psu能够容纳具有例如68毫米(mm)宽度的1u形状因子。然而，这种psu可能包括用于冷却的风扇，该风扇可能占据psu的前部区域并限制输入功率入口/耦接器的尺寸。例如，这种psu可能被限制为使用诸如国际电工委员会(iec)c13ac入口连接器接收不大于10安培(a)的交流电流(ac)输入功率。入口连接器占据psu的可用前部区域，而且前部区域受到形状因子和冷却风扇的限制。为了更高的输入电流(例如，大于10a)，将使用诸如iecc19的连接器(支持高达16amax的输入电流)，但是给定的68mm宽度1u电源的设计不能够容纳iecc19入口的前部区域/尺寸。由于形状因子和对冷却的需求，这限制了68mm宽度1u电源的最大功率。
为了解决这些问题，本文中描述的示例实施方式可以在提供冷、冗余和增加的功率密度的同时使用期望的形状因子。在示例实施方式中，冗余电源单元可以在符合给定的形状因子的物理大小的同时使用iecc19ac入口连接器容纳16a，从而实现高功率应用(例如，2000w～2500w+)。
图1是根据示例的包括多个交流电流到直流电流(ac/dc)转换器110的电源单元(psu)100的框图。ac/dc转换器110耦接在一起以将输入电压102冗余地转换为第一dc输出电压103。给定的ac/dc转换器110在其前部包括输入连接器112，以接收输入电压102。冷却可以经由ac/dc转换器110的后部耦接器119来提供。
输入连接器112占据大于其ac/dc转换器110的前部区域的三分之一(注意，图1的示图未按比例绘制)。这是由于psu100的相对小的形状因子和输入连接器112的相对大的尺寸造成的。因为图1的示例ac/dc转换器110在其前部不包括风扇，所以这种前部区域可用于输入连接器112，并且替代地使用后部耦接器119作为其后部处的接口以接收用于ac/dc转换器110的冷却(例如，来自在ac/dc转换器110的后部处进行接口连接的模块，诸如风扇模块或dc转换器模块)。后部耦接器119还可以包括电气耦接器以传送电力和/或信号。在一些示例实施方式中，可以作为气流来提供冷却，该气流可以在任一方向上流动(从前部到后部，或从后部到前部)。ac/dc转换器110因此是无风扇的和模块化的，并且可以针对给定的计算系统(例如，针对增大的额定功率/输送和/或冗余)与其他ac/dc转换器110并行地进行部署，而不超出给定的形状因子的物理大小，并且不妨碍风扇放置。
这些特征实现冗余电源单元的新型和灵活性的架构，该架构可以支持n+1复原的冗余(例如，以确保组件故障情况下的系统可用性)。示例实施方式可以提供1+1冗余的配置的基本单元，该基本单元可以向计算系统输送高功率输出。所示出的示例实施方式提供了两个ac/dc转换器110，其可以被耦接到模块(以接收和/或转换vout103，并/或提供冷却)。在替代性示例实施方式中，可以将ac/dc转换器110作为高电压dc(hvdc)提供到dc转换器110。转换器110支持热插拔、冗余、电流共享和dc输出(例如，48v，12v的输出电压或其他适用电压)。psu100的增大的额定功率对于诸如大数据系统、密度优化系统、刀片式服务器(bladeserver)系统等等的应用是有益的。示例额定功率可以支持2500w或更大的量级，并且可以支持以48v操作的服务器。
图2是根据示例的包括多个ac/dc转换器210和模块230的电源单元200的框图。给定的ac/dc转换器210包括功率因子校正214以接收输入电压vin202并提供体电压vbulk216。ac/dc转换器210还包括dc/dc转换器220以接收体电压216并(经由后部耦接器219)提供第一输出电压vout1203。ac/dc转换器210的后部耦接器219还可以被用于冷却，并且用于电流监控信号imon218。使用两个ac/dc转换器210示出冗余布置，这两个ac/dc转换器210被耦接以经由前部耦接器239向模块230提供vout1(例如，48v)。模块230可以提供第二输出电压vout2204(例如，12v)。因此，所示的示例模块230将第一输出电压vout1203转换成第二输出电压vout2204。示例模块230可以例如经由风扇(未在图2中示出，参见图3b和图3c中的风扇338)提供冷却。
psu200的模块化性质使得转换器210和/或模块230中的至少一个能够基于隔离式和/或非隔离式转换器拓扑结构。非隔离式和隔离式拓扑结构指的是在转换器和/或模块的输入和输出之间是否提供电气屏障。在psu200的示例实施方式中，dc/dc转换器220是隔离式的，并且模块230是非隔离式的以在第一输出电压203与第二输出电压204之间提供dc/dc转换。因此，示例实施方式可以提供在同一psu200内混合隔离式和非隔离式转换器拓扑结构的灵活性的益处。
psu200可以例如在多个ac/dc转换器210之间执行电流平衡。可以使用电流监控信号imon218来识别ac/dc转换器210是否正在产生平衡的输出，并且相应地调整给定的ac/dc转换器210的输出以使其进入平衡。在替代性示例实施方式中，电流监控信号imon218(以及例如，如图5所示的ibus和/或iout)可以被省略，并且psu200可以在不需要专门平衡ac/dc转换器210的情况下操作。
模块230向ac/dc转换器210提供冷却、从ac/dc转换器210接收第一输出电压203(例如，在前部耦接器239处)，并且将第一输出电压203转换成第二输出电压204(并且监控来自ac/dc转换器210的信号，诸如imon218和/或vout1203)。因此，模块230作为dc/dc转换器进行操作以将来自ac/dc转换器210的第一dc电压203转换成第二dc电压vout2204。dc/dc模块230可以基于单个电压调节器(vr)或多个vr(例如，参见图5)来设计。
模块230可以与多个ac/dc转换器210的后部进行接口连接，以向psu200提供冷却(即，用于ac/dc转换器210以及模块230本身的冷却)。例如，模块230可以基于将气流引导到ac/dc转换器210的后部中并且引导出ac/dc转换器210的前部来向psu200提供冷却。在替代性示例中，模块230可以基于将气流吸取到ac/dc转换器210的前部并且吸取出ac/dc转换器210的后部来向psu200提供冷却。模块230可以包括被安装在模块230中用于冷却的一个或多个(例如，两个)风扇。在替代性示例中，模块230可以向ac/dc转换器210提供其他类型的冷却，诸如传导性基于板或者基于水的冷却方案。
如图所示，psu200从朝向psu200的前部布置ac/dc转换器210以吸入冷空气而在ac/dc转换器210的前部处不需要风扇的架构受益。因此，在ac/dc转换器210上空出来额外的前部区域，以使得能够使用相对较大尺寸、较高容量的输入连接器来接收输入电压vin202。在psu200的后部处提供冷却和输出电压vout204。
图3a是根据示例的包括多个ac/dc转换器310的电源单元300的正视图框图，该多个ac/dc转换器310包括输入连接器312。所示的示例实施方式示出为用iecc19ac入口连接器作为输入连接器312，其被包括在网格结构311内以释放热量和/或基于由模块330提供的冷却来允许空气通过转换器310(例如，进入所示的图3a的前部，并且如图3b所示朝向模块330离开后部)。替换性地，在空气流从转换器310的后部到前部的示例性实施方式中，网格结构311可以排放由模块330提供的空气。因此，转换器310的前部区域可以专用于容纳输入连接器312，而不需要容纳风扇。
图3b是根据示例的包括多个ac/dc转换器310和模块330的电源单元300的顶视图框图。如图所示，模块化psu300的风扇338位于模块330中，使得给定的ac/dc转换器310是无风扇的。如图所示，模块330包括两个风扇338，以向ac/dc转换器310提供冷却。在替代性示例实施方式中，可以使用一个或多于两个风扇，以及其他类型的冷却方案。模块330经由前部耦接器339被耦接到每个ac/dc转换器310。所示的psu300展示出1+1并行设计的示例实施方式，该1+1并行设计具有2×提供48v的第一输出电压的无风扇ac/dc转换器310和1×具有48v输入、12v输出的非隔离式dc/dc模块330，并且包括2×4028型风扇。在替代性示例实施方式中，可以使用其他电压值(例如，24v)以及其他类型的部件。
图3c是根据示例的包括风扇339和前部耦接器339的模块330的正视图框图。模块330在其前部包括前部耦接器339，以与多个ac/dc转换器310进行接口连接。前部耦接器339可以在模块330和ac/dc转换器310之间传递电力、冷却、信号等等。因此，冷却可以由模块330提供给电源单元300，以冷却ac/dc转换器310和模块330。在替代性示例实施方式中，模块330不需要提供电力转换(例如，不需要将来自ac/dc转换器310的第一输出电压转换成第二输出电压)，而是可以用作风扇模块，以在通过前部耦接器339将来自ac/dc转换器310的第一输出电压传递到模块330的后部的同时提供冷却。前部耦接器339可以用作2×输入连接器，例如包括逻辑信号引脚的48v型输入耦接器，以支持psu300的一个或多个ac/dc转换器310。风扇338被示出为2×4028型风扇，并且可以使用其他类型的风扇。
图4是根据示例的包括反馈环路423的dc/dc转换器420的电路图。在示例实施方式中，dc/dc转换器420可以用作给定的ac/dc转换器的dc/dc转换器，诸如图2所示的dc/dc转换器220。在示例实施方式中，dc/dc转换器420可以基于隔离式拓扑结构以提供48v的第一输出电压vout403，然而其他实施方式可以使用其他输出电压(例如12v)以及隔离式或非隔离式拓扑结构。
针对dc/dc转换器420示出了示例控制技术。被示出为(例如，如从如图2所示的功率因子校正214接收的)vbulk416的输入电压由功率级421接收，该功率级421输出输出电压vout403。可以通过电压感测424和/或电流感测427来监控输出电压403。电压感测424可以经由第一运算放大器425与参考电压426进行比较。电流感测427可以经由imon418被用于电流监控，并且可以由第二运算放大器428用作参考电压426的输入。这样的结果可以被馈送到反馈环路423，然后到脉冲宽度调制422，然后到功率级421。由示例输出电压环路和/或电流共享环路提供的反馈是示例实施方式，并且可以使用其他技术(例如，不需要包括有源电流共享，诸如通过使用基于无源或基于下降(droop-based)方法论的方法)。
图5是根据示例的包括至少一个电压调节器532的模块530的电路图。模块530可以用作例如图2的示例模块230。如图所示，示出了多于一个电压调节器532。然而，在替换性示例实施方式中，模块530可以基于单个电压调节器532。至少一个电压调节器432将(在模块530处作为输入接收的)第一dc输出电压503转换成第二dc输出电压vout2504。在示例实施方式中，模块530可以基于非隔离式拓扑结构以提供dc到dc转换，其中vout1为48v，并且vout2为12v。在替代性实施方式中，可以使用其他电压和隔离式或非隔离式拓扑结构。
根据运行时间和可靠性，可以在平衡热量和功率耗散因素的同时基于期望的冗余性能来选择电压调节器532的数量。所示的示例电流平衡基于电阻下降(rdroop)反馈技术，作为参考按比例缩减输出电压vout2504，其用作与参考点进行比较以检查将由控制电路放大和校正的差的电压点。ibus信号可以用于与上文关于图2描述电流监控imon218类似的目的，其被耦接到电压调节器以便进行电流平衡。在替代性实施方式中，ibus和/或iout可以被省略，使得模块530在不需要包括电流平衡和/或反馈监控的情况下可操作。
图6是包括多个冗余地耦接的电源单元600a、600b的系统600的框图。根据示例，电源单元600a、600b中的给定的一个包括多个ac/dc转换器610和至少一个模块630。在示例实施方式中，ac/dc转换器610基于隔离式dc/dc转换器620，以将vbulk616转换成vout1603(vbulk616由功率因子校正614转换vin602而获得)。模块630是非隔离式dc/dc转换器，用于将48v的vout1603转换成12v的vout2604。
系统600示出了示例2+2冗余架构部署(例如，其可以被实现为4+0或3+1冗余)。系统600使用12v总线上的下降电流共享技术，然而这些总线(例如，imon或ibus)并不是明确需要的，并且可以被省略。电流监控imon618被示出为在内部(例如，在给定内psu600a，600b内)被绑定。在替代性实施例中，imon(和/或其他控制信号)可以在psu和/或系统的外部终止，以例如为了读取系统功率、系统健康状况和信号的其他用途而例如在外部被监控。
上部psu600a提供至少两个ac输入电压602输入，而下部psu600b提供额外的冗余和/或功率输出。虽然系统600被示出为具有两个psu600a、600b，但是系统600可以通过添加额外的psu和/或通过在给定的psu中包括额外的ac/dc转换器610(和/或模块630)来扩展，以提供额外的功率和/或冗余。
系统600的模块化性质诸如使用所示的并行的多个模块630实现额外的配置和应用，其进而可以由多个ac/dc转换器610馈送。因此，隔离式dc/dc转换器620和/或功率因子校正单元614中的任何一个或多个(例如)可能会失效，而冗余将使得系统600能够继续不间断的操作。所示的冗余配置可以支持例如三种类型的冗余配置，诸如4+0、3+1或2+2。因此，一旦ac/dc转换器610中的一个发生故障，系统就可以按照其他配置继续操作，诸如3+0或2+1。在替代性示例实施例中，可以使用额外的冗余配置和回退配置操作。