專利名稱：用于數(shù)據(jù)中心的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下公開涉及在數(shù)據(jù)中心中的配電，例如用于向可擴(kuò)縮的和/或模塊化的數(shù)據(jù)處理設(shè)備高效地輸送不間斷電力的技術(shù)和相關(guān)聯(lián)的裝置。
背景技術(shù)：
電力通常始于其純凈的生命——發(fā)電廠發(fā)電機(jī)以恒定的速度旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生平滑的、 恒定頻率的正弦交流電信號。該信號如新生嬰兒般美好地進(jìn)入世界，但是其開始迅速變老。 閃電的襲擊將巨大的尖峰插入平滑的正弦曲線。工業(yè)設(shè)備中的電動機(jī)將噪音反饋回用電系 統(tǒng)中，更加干擾來自發(fā)電廠的平滑地變化的電壓。即使家用電器也可以引起這樣的干擾，如 同人們可以經(jīng)常從音響設(shè)備聽到的那樣。高保真音響愛好者不是擔(dān)心在其電力線上的噪音、尖峰和其它問題的唯一人群。 相反，諸如計算機(jī)的其它電子設(shè)備的操作者也希望具有“干凈的”電力以阻止對其敏感設(shè)備 的損害。對于諸如計算機(jī)數(shù)據(jù)中心的可能正操作成千上萬的計算機(jī)服務(wù)器的大型商用計算 機(jī)站的操作者，尤其如此。計算機(jī)中心的操作者也想要恒定的電力——沒有中斷、沒有嗶嗶 聲以及沒有突然的重啟。因此，這樣的操作者可以安裝不間斷電源(UPS)來在電力故障期 間保持系統(tǒng)操作或者給予系統(tǒng)足夠的時間來安全并利落地關(guān)機(jī)，所述不間斷電源可以調(diào)整 電力(例如，以將電力返回其原始平滑的、正弦的形式)和提供某一層級的電池備用。在大 型計算機(jī)數(shù)據(jù)中心中，這樣的UPS可以在電力進(jìn)入數(shù)據(jù)中心時調(diào)整該電力，并且可以調(diào)整 多兆瓦的電力。購買和操作適于大型數(shù)據(jù)中心的大型UPS系統(tǒng)是很昂貴的。這樣的系統(tǒng)可能花費 數(shù)百萬美元來購買和安裝。同時，其低于100%的效率，因此“從頂值”扣除少許電力一這 作為百分率基準(zhǔn)可能是微小的，但是對于每年使用數(shù)百萬美元的電力的設(shè)施可以是非常巨 大的。

發(fā)明內(nèi)容
如關(guān)于本文檔中的某些實施方式所描述的，裝置和相關(guān)聯(lián)的方法以及計算機(jī)程序 產(chǎn)品涉及支持模塊化處理單元的高效不間斷配電架構(gòu)。作為說明性的示例，模塊化處理單 元包括集成的不間斷電力系統(tǒng)，在該集成的不間斷電力系統(tǒng)中在設(shè)施AC線路網(wǎng)和處理電 路(例如，微處理器)負(fù)載之間發(fā)生僅一個AC到DC整流。在說明性的數(shù)據(jù)中心設(shè)施中，配電架構(gòu)包括機(jī)架可安裝的處理單元的模塊化陣 列，每一個機(jī)架可安裝的處理單元具有處理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的處理任務(wù)的處理電路。與每一個模 塊化處理單元相關(guān)聯(lián)的是向網(wǎng)絡(luò)處理電路供應(yīng)操作電力的集成的不間斷電源(UPS)。每一 個UPS包括跨DC總線能夠選擇性地連接的電池以及將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC總線上的單 個輸出電壓的AC到DC整流器。調(diào)節(jié)的DC總線電壓可以接近于電池的全充滿電壓。以這 種方式，可以提供不具有大型中央UPS而作為替代具有許多小型分布式UPS的設(shè)施，所述小 型分布式UPS諸如在安裝機(jī)架的計算機(jī)系統(tǒng)中或在一小組托板中的每一個托板處。
一些實施例可以提供一個或多個優(yōu)勢。例如，單個整流UPS架構(gòu)可以充分減少復(fù) 雜度和部件數(shù)量，并且可以增加故障之間的預(yù)期平均時間。另外，對于這樣的系統(tǒng)可以實現(xiàn) 制造的靈活性和組件采購和/或量定價益處。在一些實施例中，模塊化分布式架構(gòu)可以促進(jìn)用于安裝、維護(hù)和/或替換數(shù)據(jù)中 心處理單元的減少的物資和/或人工成本。此外，可以根據(jù)需要在可擴(kuò)縮的系統(tǒng)中或在廣 泛范圍的設(shè)施中快速部署或重新部署帶有集成的不間斷電源的低成本、重量輕、高容量模 塊化處理單元。一些實施例也可以提供熱插拔能力。各種實施方式可以例如通過提供帶有不間斷電力系統(tǒng)的模塊化處理單元來充分 提高電力轉(zhuǎn)換效率，在所述不間斷電力系統(tǒng)中在設(shè)施干線和微處理器之間發(fā)生僅單個AC 到DC整流。提高的電力轉(zhuǎn)換效率可以產(chǎn)生大量的能量節(jié)省，其可以產(chǎn)生更多的益處，諸如 減少的導(dǎo)體(例如，銅)需求和減少的熱量(例如，空氣調(diào)整)負(fù)載。在一個實施方式中，公開了用于數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括包含可操作地 處理通過網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)的至少一個數(shù)字處理器的DC負(fù)載、被配置來將操作電力輸送到 DC負(fù)載的DC總線、從跨DC總線連接的電源接收的電力、以及與DC負(fù)載集成的不間斷電源 (UPS)。UPS可以進(jìn)而包括被配置來在故障條件期間跨DC總線操作地連接電池的電池電 路，在所述故障條件中AC輸入電壓信號降至正常操作范圍之外，其中AC輸入電壓信號源自 旋轉(zhuǎn)AC發(fā)電機(jī)處；包括AC到DC轉(zhuǎn)換電路的AC到DC整流級，所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配 置來接收基本上未調(diào)整的AC輸入電壓以及在AC輸入電壓信號在正常操作范圍內(nèi)時將AC 輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為跨DC總線的單個DC輸出電壓信號，其中AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配置來 將DC輸出電壓信號調(diào)節(jié)至高于并基本上接近于電池的最大標(biāo)稱充電電壓的電壓水平；以 及控制器，所述控制器被配置來響應(yīng)于指示AC輸入電壓信號已返回至正常操作范圍的信 號，選擇性地激活A(yù)C到DC轉(zhuǎn)換電路以恢復(fù)向DC負(fù)載供應(yīng)操作電力?？刂破骺梢赃M(jìn)一步控制開關(guān)以跨DC總線選擇性地連接電池。同時，電池可以包括 以串聯(lián)或并聯(lián)的方式電連接的一個或多個單元電池。AC輸入電壓信號可以源自從由下列組 成的組中所選擇的一個或多個發(fā)電機(jī)類型在電力設(shè)施工廠中的發(fā)電機(jī)；燃?xì)鉁u輪機(jī)；蒸 汽輪機(jī)；以及燃料驅(qū)動的電動發(fā)電機(jī)。另外，AC輸入電壓信號可以包括來自三相AC系統(tǒng)的 相電壓信號和中性線信號。AC輸入電壓可以具有大約208伏特至大約277伏特的均方根 (r. m. s.)值或者在大約85伏特和至少大約480伏特之間的均方根值。AC輸入電壓也可以 基本上包括在大約45Hz和至少大約500Hz之間的頻率的正弦曲線波形。AC輸入電壓也可 以被連接到WYE連接的電壓源。在一些方面中，電池中的單元電池包括從由下列組成的組中所選擇的電池化學(xué) 性鉛酸；鎳金屬氫化物；鎳鎘；堿性；以及鋰離子。系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括被配置來通過跨 DC總線連接的路徑對電池進(jìn)行充電的充電器。單個DC總線電壓也可以小于大約26伏特、 在大約10伏特和大約15伏特之間、以及大約13. 65伏特。在某些方面中，AC到DC轉(zhuǎn)換電路可以將DC輸出電壓信號調(diào)節(jié)至高于電池的最大 標(biāo)稱充電電壓約1伏特。并且，DC總線電壓可以向線性調(diào)節(jié)器提供充足的電壓以根據(jù)電池 規(guī)范將電池涓流充電至全充滿狀態(tài)，該線性調(diào)節(jié)器跨DC總線與電池串聯(lián)連接。另外，DC總 線可以包括以第一電壓的第一電路徑，并且進(jìn)一步包括以第二電壓的第二電路徑。此外，第 一和第二電壓中的一個可以基本上在地基準(zhǔn)電勢。另外，系統(tǒng)可以具有僅一個整流電路，該整流電路被配置來將AC波形轉(zhuǎn)換為DC波形。電池的第一端子也可以被配置來直接連接到 DC總線的第一軌，以及電池的第二端子被選擇性地連接到DC總線的第二軌。在某些其它方面中，系統(tǒng)進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)存儲器，其中AC到DC轉(zhuǎn)換器在至少一個 處理器接收指示去除了在AC電壓輸入信號中的故障的信號后的一延遲時間后，恢復(fù)調(diào)節(jié) DC輸出電壓信號，所述延遲時間與數(shù)據(jù)存儲器中的延遲時間參數(shù)相對應(yīng)。至少一個數(shù)字處 理器可以確定所存儲的延遲時間參數(shù)，以及所存儲的延遲時間參數(shù)可以包括偽隨機(jī)生成的 值。在系統(tǒng)中，DC負(fù)載、DC總線和AC到DC整流級都可被包括在模塊化的基座上，該模塊化 的基座被配置來支撐在機(jī)架安裝結(jié)構(gòu)上的多個位置中的一個中，所述基座用于安裝在機(jī)架 或框架中的多個位置中的任何可用的一個中。
在某些方面中，DC負(fù)載包括由下列組成的組中的至少一個中央處理單元；數(shù)據(jù) 存儲設(shè)備；數(shù)學(xué)協(xié)處理器；以及數(shù)字信號處理器。系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括至少一個DC-DC轉(zhuǎn) 換器，所述至少一個DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置來將在DC總線上供應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換為至少一個另外 的DC電壓。并且，至少一個另外的DC電壓中的一個或多個可以約是由下列組成的組中的 一個的電壓_5 ；1 ；3 ；3. 3 ；5 ；7. 5 ；10 ；大約18-20 ；以及大約20-26伏特。另外，至少一個 DC-DC轉(zhuǎn)換器中的一個或多個可以被配置來提供改進(jìn)的輸出阻抗，和/或從DC總線上供應(yīng) 的電壓過濾噪聲。在又其它的方面中，AC輸入電壓信號源自從下列組成的組中所選擇的一個或多個 電能源至少一個太陽電池板；至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)；以及至少一個飛輪。另外，DC負(fù)載可 以進(jìn)一步包括一個或多個包含信息的信號，所述信號被傳送到在DC負(fù)載外部的負(fù)載。系統(tǒng) 也可以包括與AC輸入電壓并聯(lián)連接的DC負(fù)載的至少10個實例。在另一個實施方式中，公開了在數(shù)據(jù)中心中使用的DC負(fù)載。負(fù)載包括主板，其 包括可操作地處理通過網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)的至少一個數(shù)字處理器；被配置來將操作電力輸送 到主板的DC總線，電力從跨DC總線連接的電源接收；以及與DC負(fù)載集成的不間斷電源 (UPS)。UPS包括被配置來在故障條件期間跨DC總線操作地連接電池的電池電路，在所述故 障條件中AC輸入電壓信號降至正常操作范圍之外；包括PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換電路的AC 到DC整流級，所述PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配置來在AC輸入電壓信號在正常操作范 圍內(nèi)時將基本上未調(diào)整的AC輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為跨DC總線的單個DC輸出電壓信號，其中 AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配置來將DC輸出電壓信號調(diào)節(jié)至高于并基本上接近于電池的最大標(biāo) 稱充電電壓的電壓水平；以及控制器，所述控制器被配置來響應(yīng)于指示AC輸入電壓信號已 返回至正常操作范圍的信號，選擇性地激活A(yù)C到DC轉(zhuǎn)換電路以恢復(fù)向DC負(fù)載供應(yīng)操作電 力。負(fù)載可以進(jìn)一步包括主板上的至少一個負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn)換器，其被配置來從DC總 線接收DC電壓并且向主板上的操作電路提供調(diào)整的DC電壓。并且，至少一個負(fù)載點DC-DC 轉(zhuǎn)換器中的一個或多個可以被配置來提供改進(jìn)的DC輸出阻抗。另外，PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn) 換電路是包括平均電流模式控制(ACMC)的連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)類型的，并且可以是臨界導(dǎo) 電模式(CRM)類型的。在某些方面中，DC負(fù)載可以被連接在數(shù)據(jù)中心中，該數(shù)據(jù)中心進(jìn)一 步包括與AC輸入電壓并聯(lián)連接的50個或更多的DC負(fù)載。在又一個實施方式中，公開了向數(shù)據(jù)中心中的主板處提供不間斷電力的方法，并 且該方法包括將供應(yīng)單個DC電壓的DC總線連接到至少一個DC負(fù)載，每一個DC負(fù)載包括至少一個數(shù)字處理器；在來自電力設(shè)施線路網(wǎng)的AC輸入電壓信號在正常電壓范圍內(nèi)時操作PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換器。操作步驟可以包括將AC輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為DC總線上的 DC電壓，其中轉(zhuǎn)換步驟包括電力設(shè)施線路網(wǎng)生成并輸送到DC負(fù)載的電力的僅有的AC到DC 整流；將轉(zhuǎn)換的DC總線電壓調(diào)節(jié)至設(shè)定點電壓，該設(shè)定點電壓基本上接近于用于備用電池 的標(biāo)稱電壓范圍中的電壓；響應(yīng)于檢測到AC輸入電壓信號的故障條件，跨DC總線直接連接 電池電路以使電池電路中的備用電池能夠向DC負(fù)載提供操作電力，使得DC負(fù)載在檢測到 故障后繼續(xù)操作一段時間。方法也可以包括連續(xù)提供操作電力以在至少10秒鐘基本上不間斷的情況下操作 DC負(fù)載。并且，設(shè)定點電壓可以基本上接近于用于備用電池的標(biāo)稱全充滿電壓。方法也可 以包括基于備用電池的操作條件來動態(tài)地選擇設(shè)定點電壓。另外，方法可以包括檢測AC輸 入電壓信號的故障條件。在另一個實施方式中，公開了向在數(shù)據(jù)中心中操作的主板的實質(zhì)部分提供不間斷 電力的方法。方法包括將基本上未調(diào)整的AC供應(yīng)電壓連接到至少50個負(fù)載，每一個負(fù)載 包括PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換的DC總線電壓調(diào)節(jié)至設(shè)定點電壓，該設(shè)定 點電壓基本上接近于用于備用電池的標(biāo)稱電壓范圍中的電壓；檢測AC輸入電壓信號的故 障條件；響應(yīng)于檢測到AC輸入電壓信號的故障條件，跨DC總線直接連接電池電路以使電池 電路中的備用電池能夠向DC負(fù)載提供操作電力，使得DC負(fù)載在檢測到故障后繼續(xù)操作一 段時間。在方法中，至少50個負(fù)載中的一個或多個可以進(jìn)一步包括向處理器供應(yīng)過濾的DC 電壓的負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn)換器。在一些方面中，至少50個負(fù)載中的一個或多個可以進(jìn)一步包 括向處理器供應(yīng)改進(jìn)的輸出阻抗DC電壓的負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn)換器。并且，PFC升壓AC到DC 轉(zhuǎn)換器可以是包括平均電流模式控制(ACMC)的連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)類型的，和/或臨界導(dǎo) 電模式(CRM)類型的。在一些方面中，方法也可以包括將至少50個負(fù)載的組合功率因數(shù)提供給AC供應(yīng) 電壓，該組合功率因數(shù)是至少0. 95或至少0. 98、或者至少0. 98超前。在附圖和下面的描述中闡明了一個或多個實施例的細(xì)節(jié)。從描述和附圖中以及從 權(quán)利要求中，其它特征和優(yōu)勢將顯而易見。


圖IA是示出了具有多個線路網(wǎng)耦接的負(fù)載的數(shù)據(jù)中心的概念圖。圖1B-1C是圖示了用于數(shù)據(jù)中心的示例配電架構(gòu)的示意圖，在其中多個模塊化的 安裝在機(jī)架上的托板中的每一個包括與計算機(jī)主板集成的不間斷電源(UPS)。圖2-4是圖示了用于輸送電力來操作具有處理器的DC負(fù)載的示例配電架構(gòu)的框圖。圖5A-5B是示出了在示例配電架構(gòu)中的電池電路的細(xì)節(jié)的示意圖。圖6A-6B是示出了示例功率因數(shù)校正電路的示意圖。圖7-8是圖示了可以在配電架構(gòu)的實施例中執(zhí)行的示例方法的流程圖。在各個附圖中的相同的參考標(biāo)記指示相同的要素。
具體實施例方式圖IA是示出了具有多個線路網(wǎng)耦接的負(fù)載的數(shù)據(jù)中心104的概念圖。在圖示的系統(tǒng)102中，電力從設(shè)施線路網(wǎng)106到達(dá)數(shù)據(jù)中心104。這樣的電力可以在110KV被接收， 并且可由變壓器108將電壓下降至22KV。也可以接收并提供其它適當(dāng)?shù)碾妷骸Ｔ谀承┏Ｒ?guī)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，UPS 112然后可以調(diào)整該電力 ，并且可以提供備 用。例如，UPS 112將通過去除電壓尖峰和電壓下降、調(diào)整過壓或欠壓條件、去除線路噪聲、 使頻率變化平滑以及消除切換瞬態(tài)和諧波畸變來調(diào)整電力。并且，如果電力故障已出現(xiàn)，則 UPS 112可以幾乎瞬間將數(shù)據(jù)中心104從線路電力切換到其自身的電力(例如電池)。然而，如圖IA中的交叉影線所示，中央UPS 112未被用來調(diào)整電力或向數(shù)據(jù)中心 104提供備用電力。作為替代，在沒有任何實質(zhì)的調(diào)整的情況下電力進(jìn)入數(shù)據(jù)中心104中的 各種負(fù)載118。負(fù)載可以通過可以包括多個匯流條和其它配電設(shè)備的分發(fā)線路網(wǎng)116連接 到電源。負(fù)載118中的每一個可以包括一小組電子設(shè)備，諸如計算機(jī)服務(wù)器機(jī)架中的計算 機(jī)托板。如在下面更詳細(xì)地描述的，為了提供分布式的UPS功能性，可以為負(fù)載118的每一 個提供本地UPS。圖IB是圖示了用于數(shù)據(jù)中心105的示例配電架構(gòu)100的示意圖，在其中多個模塊 化的安裝在機(jī)架上的基座(其也可以被稱為托板)110的每一個包括操作來向計算機(jī)主板 120上的組件供電的不間斷電源(UPS) 115。通過配置UPS 115以執(zhí)行僅有的AC到DC整流 可以實現(xiàn)有效的電力輸送(其可遍及數(shù)據(jù)中心105在每一個計算機(jī)或一小組計算機(jī)處被重 復(fù)數(shù)千次)，所述AC到DC整流在從電力設(shè)施線路網(wǎng)接收的AC干線電力(AC mains power) 與主板120所消耗的DC電力之間發(fā)生。在該示例中，AC干線是指在數(shù)據(jù)中心105中的使 用點處可獲得的AC電源。當(dāng)在數(shù)據(jù)中心105中在UPS 115處接收時，AC干線電壓是由電力設(shè)施生成、傳輸 和分發(fā)的基本上為正弦曲線的AC信號(例如50Hz，60Hz)。這樣的AC干線電壓可以被稱為 “基本上未調(diào)整的”，指示AC干線不具有帶有諧波過濾、噪聲過濾或者下降保護(hù)的傳統(tǒng)UPS 系統(tǒng)或其它種類的傳統(tǒng)信號調(diào)整系統(tǒng)。當(dāng)然，基本上未調(diào)整的AC電力可以通過典型地由電 力設(shè)施提供的各種電路，所述電力設(shè)施諸如變壓器、保險絲以及諸如許多電力設(shè)施提供者 或大型發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供的典型的金屬氧化物或硅間隙電涌放電器(arrestor)的浪涌電壓 保護(hù)器。AC干線輸入電壓被轉(zhuǎn)換為DC總線上的單個DC電壓，所述DC總線向主板120輸送 操作電力。在AC干線上產(chǎn)生故障的情況下，電池電路跨DC總線而被電連接以向主板120 供應(yīng)操作電力。在所描述的示例中，數(shù)據(jù)中心105包括包含多個托板110的多個機(jī)架125A、125B、 125C?？梢酝ㄟ^三相AC電力向機(jī)架125A-125C供電，所述三相AC電力從電力設(shè)施130被 輸送到數(shù)據(jù)中心105。輸送到機(jī)架125A-125C的每一個的AC電力可以例如源自由電力設(shè) 施操作并由蒸汽或燃?xì)鉁u輪機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)?；旧蠟檎仪€的AC電壓信號可以 被傳輸?shù)椒职l(fā)點，諸如在設(shè)施線路網(wǎng)中的變電站(未示出)?？梢詮淖冸娬鞠驍?shù)據(jù)中心105 分發(fā)電力線電壓(例如480伏火線對火線(line-to-line))。在數(shù)據(jù)中心105中，各個相電壓(例如230或277伏火線對中性線 (line-to-neutral))被路由到各個機(jī)架125A-125C。根據(jù)需要可以使用合適的AC到AC變 壓器(未示出)來以指定的AC電壓輸送AC電力。例如，降壓變壓器可以將適于傳輸?shù)母?電壓水平變壓到基本上能夠被直接應(yīng)用到UPS 115的低電壓水平。例如，在一些三相配置中，這樣的變壓器可以根據(jù)需要在WYE和DELTA連接之間做出適當(dāng)?shù)淖儔骸Ｔ谝恍嵤┓绞街?，?shù)據(jù)中心105所接收的AC電力信號可以是基本上未調(diào)整的， 包含低功率因數(shù)(例如，在有功功率和視在功率之間的比率)和諧波分量。例如，電力設(shè)施 線路網(wǎng)可以將諧波和噪聲引入AC電力信號。在一些實施方式中，UPS 115接收基本上未調(diào) 整的AC電力信號以向主板120和/或托板110中的其它DC負(fù)載供應(yīng)。除非另外說明，對AC電壓的引用應(yīng)被理解為是指基本上為正弦曲線的電壓，并且 電壓幅度應(yīng)被理解為是指均方根(r. m. s.)值。設(shè)施130可以輸送適于對基本上均衡的三 相負(fù)載進(jìn)行供電的基本上對稱的三相電壓。在所描述的示例中，將一個相電壓和中性線(neutral line)分發(fā)到每一個機(jī)架 125。機(jī)架125和托板110可被配置以形成基本上均衡的負(fù)載。在其它的實施例中，如果 數(shù)據(jù)中心105包括額外(或更少的)機(jī)架125，則可以使用類似的分發(fā)。作為示例，在機(jī)架 125A中的示例托板110(以放大的細(xì)節(jié)示出)接收相A電壓和中性線。機(jī)架125A中的托板 110的每一個接收相同的AC輸入電壓信號，即相A對中性線電壓。類似地，機(jī)架125B中的托板110的每一個接收相B對中性線作為AC輸入電壓信 號，并且機(jī)架125C中的托板110的每一個接收相C對中性線作為AC輸入電壓信號。在其它 的實施方式中，可以將不同的相電壓分發(fā)到機(jī)架125A-125C的一個中的托板110，和/或到 托板110的每一個的AC輸入電壓信號可以是火線對火線電壓而非火線對中性線電壓。在 各種實施例中，可以將任何實際數(shù)量的相(例如，1、2、3、4、5、6. . . 12或更多)進(jìn)行分發(fā)以向 各個托板110提供操作電力。在所描述的示例中，托板110的每一個被耦接到網(wǎng)絡(luò)連接140。網(wǎng)絡(luò)連接140向 網(wǎng)絡(luò)145提供信息通道，所述網(wǎng)絡(luò)145可以包括例如局域網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)(例如 因特網(wǎng))或這樣的網(wǎng)絡(luò)的組合，所述網(wǎng)絡(luò)可以是有線的、光纖的和/或無線的。遠(yuǎn)程計算機(jī) 150表示許多可能的設(shè)備中的一個，所述可能的設(shè)備可以使用在主板120上的處理器160和 相關(guān)聯(lián)的存儲器165與一個或多個托板直接或間接地通信數(shù)據(jù)，以訪問、存儲、處理和/或 檢索信息。在一些實施方式中，額外的處理器(例如服務(wù)器)可以促進(jìn)這樣的通信。例如， 示例遠(yuǎn)程計算機(jī)設(shè)備150可以被包括在服務(wù)器、桌面計算機(jī)、膝上型計算機(jī)和/或基于手持 式處理器的設(shè)備中。一個或多個服務(wù)器可以對與該通信相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)處理或后處 理、監(jiān)控、路由和/或平衡。在各種實施例中，主板120可以包括二個、三個、四個或任何其它實際數(shù)量的處理 器160。在一些實施例中，主板120可以由數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(例如，硬盤驅(qū)動、閃存、RAM或任 何這些或其它類型的存儲器的組合)的托板替代或擴(kuò)增。在這樣的實施例中，可以將帶有 電池185的UPS 115與數(shù)據(jù)存儲設(shè)備集成并支撐在托板110上。在各種實施例中，數(shù)字處理器可以包括可以是集成的或分離的模擬和/或數(shù)字邏 輯電路的任何組合，并且可以進(jìn)一步包括可以執(zhí)行存儲在存儲器中的指令的可編程和/或 已編程的設(shè)備。存儲器165可以包括可以由處理器160讀取和/或?qū)懭氲囊资院?或非 易失性存儲器。主板120可以進(jìn)一步包括例如中央處理器單元(CPU)、存儲器(例如緩存、 非易失性、閃存)和/或盤片驅(qū)動中的一些或全部，以及各種存儲器、芯片組和相關(guān)聯(lián)的支 持電路。在一些實施例中，主板120可以提供一個或多個DC到DC轉(zhuǎn)換器以將DC總線電壓轉(zhuǎn)換為適于操作在主板120中的電路的電壓。例如，一個或多個DC到DC轉(zhuǎn)換器可以提供調(diào)節(jié)的輸出電壓，該輸出電壓可以包括例如+3. 3VDC電力信號、+5VDC電力信號、-5VDC電力 信號、+12VDC電力信號以及-12VDC電力信號。在示例實施方式中，在主板120上的處理器160和存儲器165可以形成被配置來 處理網(wǎng)絡(luò)操作的處理系統(tǒng)的至少一部分。作為說明性的示例，主板120可以幫助處理因特 網(wǎng)請求。主板可以單獨處理信息，或與在其它基于處理器的設(shè)備上運行的其它并行處理一 起處理信息，其它基于處理器的設(shè)備諸如在數(shù)據(jù)中心105中的一個或多個其它托板110。將AC輸入電壓信號輸送到托板110的每一個以由UPS 115處理。在一些示例中， AC輸入電壓信號可以從AC干線接收。UPS 115包括將AC輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)的DC 電壓的AC到DC轉(zhuǎn)換器170。轉(zhuǎn)換器170將所調(diào)節(jié)的DC電壓輸出到DC總線175上。在一 些實施例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以將DC電壓調(diào)節(jié)至靜態(tài)的設(shè)定點。在一些其它的實施 例中，設(shè)定點可以被動態(tài)確定。在一些靜態(tài)的和動態(tài)的實施例中，設(shè)定點可以基于電池的特 性。將參考圖3進(jìn)一步詳細(xì)地描述這樣的設(shè)定點調(diào)節(jié)的示例。在一些實施方式中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以包括功率因數(shù)校正(PFC)電路。例 如，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以使用PFC電路來抽取在相位上與AC電壓匹配得更為接近的AC 電流，從而改進(jìn)負(fù)載的功率因數(shù)。AC到DC轉(zhuǎn)換器170優(yōu)選地過濾來自AC信號的噪聲、減少 噪聲電力以及允許DC電路容忍所接收的AC電力中的諧波含量和噪聲。在一些示例中，UPS 115可以接收基本上未調(diào)整的AC電力。例如，所接收的電力 可以包括噪聲和高諧波畸變，并且所接收的AC電力的功率因數(shù)可以基本上小于1。例如，在 一些實施方式中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170將輸入電力的功率因數(shù)校正到大于0. 97滯后(例如 0. 98超前)。在這樣的情況中，多個類似的轉(zhuǎn)換器170的共同影響提供相類似的共同的功 率因數(shù)改進(jìn)。使用PFC電路，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以提高數(shù)據(jù)中心105的電效率。例如，改進(jìn) 功率因數(shù)減少了由AC到DC轉(zhuǎn)換器170接收的電流。通過減少接收的電流，AC到DC轉(zhuǎn)換 器170可以減少托板110中產(chǎn)生的電力損失和熱量。因此，可以提高數(shù)據(jù)中心105的電力 效率。參考圖6A-6B描述了 PFC電路的一些示例。系統(tǒng)115也可以阻止在設(shè)備110上產(chǎn)生的諧波進(jìn)入設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。例如，如所述，可以 向每一個分布式電源提供功率因數(shù)校正控制器以執(zhí)行活動的功率因數(shù)校正。這樣的校正也 可以控制感應(yīng)的總諧波畸變(ITHD)，并且可以包括復(fù)合諧波濾波器。用于執(zhí)行這樣的活動 的組件可以包括來自德州儀器(德州的達(dá)拉斯市)的UCC3818 BiCMOS功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器。 這樣的特征可以阻止有害的信號或諧波進(jìn)入在特定設(shè)施的內(nèi)部和外部的配電系統(tǒng)。當(dāng)AC輸入電壓信號在正常范圍之內(nèi)時，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以維持對DC總線 175的電壓調(diào)節(jié)?？梢砸愿鞣N方式來指定用于典型的正弦曲線的AC信號的正常范圍。例 如，對于可以是在大約40Hz和IOOOHz之間的線路頻率，諸如大約50Hz、60Hz、IOOHz、120Hz、
180Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、......直至大約1000Hz或更大，可以在大約80伏和
500伏之間指定一個或多個閾值。作為說明性的示例，對于120伏標(biāo)稱AC輸入電壓信號，如 果AC峰值輸入電壓在任意半周期中降至90伏的第一閾值以下，或者如果均方根電壓下降 至100伏的第二閾值以下達(dá)到預(yù)定量的時間，則可以識別故障。故障條件可以包括但不限于全面停電(blackout)、部分停電(brownout)、電壓下降、電涌、與開關(guān)設(shè)備操作相關(guān)的不穩(wěn)定、或與AC干線相關(guān)聯(lián)的其它的電瞬變。在一些實施 方式中，故障條件可以造成或潛在地造成DC負(fù)載中的處理單元的不當(dāng)操作，例如，如果AC 到DC轉(zhuǎn)換器170無法維持對DC總線175上的電壓的充分的調(diào)節(jié)，和/或無法供應(yīng)充足的 電流以操作由DC總線175所服務(wù)的DC負(fù)載。如果AC輸入電壓信號降至正常范圍之外，諸如在故障條件期間，檢測電路(未示 出)可以發(fā)送指示該條件的信號。響應(yīng)于檢測到該故障條件，電池電路180可以被配置來 將電池185跨DC總線175連接，使得主板120能夠在基本上不中斷的情況下繼續(xù)操作。電 池185可以繼續(xù)向主板115上的電路提供操作電力直到電池185基本上放完電。電池電路 180可以包括能夠在各種操作模式中跨DC總線175對電池的充電和/或放電進(jìn)行控制的電 路。參考圖5A、5B進(jìn)一步詳細(xì)描述示例電池電路。在一些實施方式中，數(shù)據(jù)中心105可以包括超過100個托板。例如，數(shù)據(jù)中心105 可以包括超過100個處理器內(nèi)核。在一些示例中，數(shù)據(jù)中心105可以同時執(zhí)行超過1000個 線程。在某些實施方式中，數(shù)據(jù)中心105可以包括總計超過1兆兆字節(jié)的存儲器和1千兆兆 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲。在一些示例中，數(shù)據(jù)中心105從電力設(shè)施130抽取大量的電力。例如，數(shù)據(jù)中心105 中的每一個服務(wù)器系統(tǒng)可以消耗100W-500W的電力。例如，機(jī)架125A-C的每一個可以消耗 2kW到30kW的電力。例如，小型數(shù)據(jù)中心可以提供5000個處理器，每一個具有一個或多個 內(nèi)核。隨著處理器技術(shù)改進(jìn)，每一個處理器或內(nèi)核可以抽取更少的電力，但是每一個處理 器的內(nèi)核的數(shù)量可以增加。更大型數(shù)據(jù)中心可以使用更多的處理器，包括10，000、20，000、 50，000或甚至100，000個處理器。這些可以分布在例如每一個機(jī)架具有20、30或40個處 理器的機(jī)架中。在一些實施方式中，數(shù)據(jù)中心105的AC到DC轉(zhuǎn)換器170被配置來能夠從電力設(shè) 施130接收基本上未調(diào)整的電力，其將由115通過基本上減輕噪聲和諧波含量來調(diào)整。并 且，如上所述，AC到DC轉(zhuǎn)換器可以阻止內(nèi)部地生成的諧波電流進(jìn)入設(shè)施網(wǎng)絡(luò)130。圖1C示出了架構(gòu)100的示例配電方面。如圖1C中所示，電力設(shè)施130經(jīng)由傳輸 系統(tǒng)195向數(shù)據(jù)中心105供應(yīng)3相AC電力。例如，傳輸系統(tǒng)195可以包括可被連接到由傳 輸系統(tǒng)195支撐的各種負(fù)載的一個或多個節(jié)點。例如，傳輸系統(tǒng)195包括將節(jié)點連接至電 力設(shè)施的傳輸線。數(shù)據(jù)中心105使用來自傳輸系統(tǒng)195的未調(diào)整的電力來操作并且從傳輸系統(tǒng)195 抽取帶有基本上減少的噪聲和諧波含量的電流并且改進(jìn)功率因數(shù)。例如，由此抽取的電力 可以具有基本上接近于1的功率因數(shù)。一些設(shè)施強(qiáng)加與數(shù)據(jù)中心功率因數(shù)有關(guān)的需求量或 費用。例如，數(shù)據(jù)中心可被要求具有高于.9、. 95或.97滯后的功率因數(shù)以達(dá)到某一有利的 定價。通過向AC電源提供具有幾乎一致的功率因數(shù)的多個電路，從而提供在期望的范圍內(nèi) 的共同的功率因數(shù)，各種實施例可以幫助實現(xiàn)這樣的目標(biāo)。例如，如在此所述，通過并行地 操作多個PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)這樣的共同影響。在一些示例中，功率因數(shù)可以是對輸送的電力中的有功功率的測量。具有更高功 率因數(shù)(例如功率因數(shù)更接近于一)的AC電力可以包括可由數(shù)據(jù)中心105使用的更高部 分的有功功率。在一些示例中，傳輸系統(tǒng)195的各種負(fù)載和其它結(jié)構(gòu)可以引入可以降低輸 送的AC電力的電力質(zhì)量和功率因數(shù)的噪音和諧波含量。例如，傳輸線中的阻抗和在節(jié)點處的非線性/間歇電力負(fù)載可以將功率因數(shù)偏離1并且產(chǎn)生諧波畸變。在所描述的示例中，數(shù)據(jù)中心105從傳輸系統(tǒng)195接收未調(diào)整的3相AC電力。例 如，數(shù)據(jù)中心105中的AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以包括PFC電路以在使用未調(diào)整的AC電力時 提高數(shù)據(jù)中心105的電力效率。在一些實施方式中，數(shù)據(jù)中心105可以從傳輸系統(tǒng)195抽 取具有校正的功率因數(shù)的電力。圖2-4是圖示了用于輸送電力來操作具有至少一個處理器的DC負(fù)載的示例配電 架構(gòu)的框圖。例如，在各種實施例中，主板120可以構(gòu)成DC負(fù)載。在這些示例中，AC到DC 轉(zhuǎn)換器170提供發(fā)生在AC設(shè)施線路網(wǎng)(例如，變電站變壓器、傳輸線、發(fā)電機(jī)等)和在任一 個托板110中的微處理器160之間的僅有的AC到DC整流。圖2示出了在系統(tǒng)200中的示例配電架構(gòu)，其可以例如實現(xiàn)在具有巨大電力需求 的大型設(shè)施中。系統(tǒng)200包括設(shè)施AC干線發(fā)電機(jī)205，用于從諸如電力設(shè)施130的設(shè)施供 應(yīng)AC干線電壓。示例系統(tǒng)200還包括兩個備用AC發(fā)電機(jī)，包括柴油燃料驅(qū)動的發(fā)電機(jī)210 和協(xié)同定位的(例如燃?xì)?發(fā)電機(jī)215。來自發(fā)電機(jī)205、210、215的電力可以由AC開關(guān)設(shè) 備220組合和/或選擇，然后經(jīng)由AC總線225被輸送到托板110。在來自發(fā)電機(jī)205的AC 干線上發(fā)生故障的情況下，發(fā)電機(jī)210、215可以向AC總線225提供備用AC輸入電壓信號。在一些實施方式中，可以使用基本上異步的能量源來產(chǎn)生基本上為正弦曲線的AC 電壓信號。例如，可以使用飛輪能量存儲和恢復(fù)系統(tǒng)。風(fēng)力或太陽產(chǎn)生的能量，諸如由風(fēng)場 或太陽場分別提供的能量，可以用作為能量源以產(chǎn)生在電力設(shè)施線路網(wǎng)中基本上為正弦曲 線的AC電壓。在這樣的實施方式中，所產(chǎn)生的基本上為正弦曲線的信號通過設(shè)施線路網(wǎng)被 傳輸?shù)紸C到DC轉(zhuǎn)換器170的輸入而不介入AC到DC整流。在與由電池185提供的電池備用的協(xié)作過程中，發(fā)電機(jī)205、210、215可以在短的、 中等長度的和/或更長的時間期間上提供基本上不間斷的電力來操作在托板110上的DC 負(fù)載230。在一些實施方式中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170被配置來容忍來自來自AC開關(guān)設(shè)備220 的輸入電力的線路噪聲。例如，托板110可以從設(shè)施干線205、柴油發(fā)電機(jī)210和/或協(xié)同 定位的發(fā)電機(jī)215接收未調(diào)整的AC電力。在一些實施方式中，托板110和數(shù)據(jù)中心105可 以使用未調(diào)整的AC電力來操作。在該示例中，UPS 115使用未調(diào)整的AC電力來向DC負(fù)載 230進(jìn)行供應(yīng)。在某些實施方式中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170包括增加向DC負(fù)載230供應(yīng)的電 力信號的功率因數(shù)的PFC電路。如所示，AC到DC轉(zhuǎn)換器170從返回到AC開關(guān)設(shè)備220的 電力信號過濾DC側(cè)噪聲。例如，返回的諧波電流(從數(shù)據(jù)中心105流到電力設(shè)施線路網(wǎng)) 可以包括顯著減少的量的噪聲和諧波含量。在一些示例中，通過對托板110進(jìn)行配置以容 忍來自輸入AC電力的線路噪聲，可以減少用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心105的成本。對發(fā)電機(jī)210、215的示例使用可以在以下情況中說明來自發(fā)電機(jī)205的AC干線 電壓的故障(例如，部分停電、全面停電)或不可獲得(例如，電路維護(hù))。響應(yīng)于檢測到 AC輸入電壓信號上的故障，將電池185連接以跨DC總線175基本上輸送電池電壓。這樣， DC負(fù)載的短期(例如，全負(fù)載至少10、20、30、40、50、60秒)的操作由從電池185供應(yīng)的電 力維持。可以將柴油發(fā)電機(jī)210啟動以向AC總線225提供電力，優(yōu)選地在電池185完全放 完電之前。對于范圍更大的AC電力故障，可以將協(xié)同定位的發(fā)電機(jī)215接上線以提供更有 成本效益的操作，或者避免超過對柴油燃料發(fā)電的政府規(guī)定的限制。CN 101803148 A
說明書
10/17 頁在一些實施方式中，發(fā)電機(jī)210、215中的一個或兩個可以提供峰值負(fù)載卸負(fù) (shedding)能力。例如，可以在每天預(yù)期的需求高峰時段期間使用協(xié)同定位的發(fā)電機(jī)215。 在一些情況下，這可以允許從電力設(shè)施130處協(xié)商取得優(yōu)惠的電力費率。圖3以進(jìn)一步的細(xì)節(jié)示出了示例示意圖。在各種實施例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可 以將在DC總線上的單個輸出電壓調(diào)節(jié)到設(shè)定點。在一些實施例中該設(shè)定點可以是靜態(tài)值， 或者其可以在操作期間被動態(tài)地確定。例如，該設(shè)定點可以至少部分地基于電池的一個或 多個電特性。能夠針對其建立設(shè)定點的特性可以包括諸如以下的電池特性電池化學(xué)性、電池壽命、充電/放電歷史、標(biāo)稱最大充電、溫度、充電分布型(profile)(例如，在恒定電流下的 電壓充電率)、對電池內(nèi)部阻抗的估計值、或者與電池的電性能有關(guān)的其它參數(shù)。除了內(nèi)部電池特性，設(shè)定點可以至少部分地基于電池電路180和DC總線175的電路參數(shù)。在一些實施例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170將對DC總線175上的電壓調(diào)節(jié)至的設(shè)定點 可以是電池充電電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的函數(shù)。如果電池充電電路提供電壓升壓電路(例如，升壓 轉(zhuǎn)換器、電荷泵、反激(flyback))，則設(shè)定點電壓可以基本上位于或低于期望的最大充電電 壓。如果電池充電電路僅提供電壓降壓(例如，線性調(diào)節(jié)器、降壓轉(zhuǎn)換器)能力，則設(shè)定點 能夠被設(shè)定到足夠高于最大標(biāo)稱充電電壓的值，以在相關(guān)溫度上實現(xiàn)所需要的充電性能， 其中考慮了在電力損失和充電電流以及相應(yīng)的充電時間中的折衷(tradeoff)。根據(jù)這樣的 折衷，設(shè)定點可以僅是滿足充電時間的具體要求所需要的高度。例如，設(shè)定點可以被設(shè)定為 在標(biāo)稱期望電池電壓之上大約0. 050和大約1伏之間。在各種實施例中，可以基于指定的溫度設(shè)定設(shè)定點電壓，諸如0、10、25、30、40、
50........80攝氏度。在說明性的示例中，設(shè)定點可以基于由至少一個溫度傳感器(未示
出)所測量的在電池185內(nèi)的或電池185周圍的溫度而被動態(tài)地調(diào)整。在所描述的實施例中，UPS 115包括與電池185串聯(lián)連接的充電/放電控制電路 305，并且進(jìn)一步包括與非易失性存儲器(NVM)310操作連接的控制器245。串聯(lián)連接的電池185和電路305跨DC總線175連接。響應(yīng)于指示AC輸入電壓信 號上的故障的信號，電路305能夠跨DC總線175操作地連接電池185以允許電池通過低阻 抗路徑向DC負(fù)載230放電。當(dāng)在AC總線225上的AC輸入電壓信號沒有發(fā)生故障時，電路 305可以選擇性地允許充電電流從DC總線175流出以向電池185充電。如果以電并聯(lián)的方 式連接多個電池或電池串，則可以根據(jù)定義的充電算法以不同速率對各個串或串組獨立地 進(jìn)行充電。在所描述的實施例中，NVM 310可以存儲用于調(diào)節(jié)AC到DC轉(zhuǎn)換器170的輸出的 設(shè)定點信息。設(shè)定點信息可以在制造期間、首次使用時被存儲，和/或在托板110的操作期 間被動態(tài)更新?？刂破?45和/或AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以讀取和/或使用所存儲的設(shè)定 點信息來確定如何控制AC到DC轉(zhuǎn)換器170。除了設(shè)定點信息，例如與用于在AC輸入和電 池操作之間切換的閾值條件有關(guān)的信息可以被存儲在NVM 310中。例如在NVM 310和在DC負(fù)載230上的一個或多個處理器160之間，可以通過串行 或并行接口(其可以具有有線的和/或紅外線物理層)提供對存儲在NVM 310中的信息的 訪問?？梢允褂锰幚砥?60來經(jīng)由到每一個托板110的網(wǎng)絡(luò)連接140(圖1B)訪問和/或 更新在NVM 310中的信息。
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可以在DC負(fù)載230上提供額外的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。在所描述的示例中，DC負(fù)載230 包括與存儲器165和硬盤驅(qū)動(HDD) 315操作連接的兩個處理器160。圖4圖示了在機(jī)架125上的示例配電架構(gòu)400。在架構(gòu)400中，UPS 115通過DC 總線175向處理單元405中的多個DC負(fù)載230輸送電力。每一個DC負(fù)載230跨DC總線 175并聯(lián)連接。輸送至DC負(fù)載230的電力在設(shè)施干線205和DC負(fù)載230之間僅進(jìn)行一次 從AC到DC的整流。在一個實施例中，處理單元405包括盤片陣列、互聯(lián)卡以及與電池一起 的不間斷電源。在各種實施方式中，每一個DC負(fù)載230可以具有類似的電路或不同的電路。DC負(fù) 載的各種負(fù)載可以主要提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信或這些或其它功能的組合。在一 個實施例中，DC負(fù)載230位于在機(jī)架125中的多個托板上。在另一個實施例中，整個處理單 元405位于托板110中的一個上。在一些實施例中，UPS 115與處理單元110集成在單個 托板110上。在其它的實施例中，UPS 115可以位于機(jī)架125上的別處。處理單元405可 以指一個或多個托板、機(jī)架或包含一個或多個DC負(fù)載230的其它結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可以包括 至少一個隔室(bay)、殼體、可移動的或固定的建筑或整個設(shè)施，諸如數(shù)據(jù)中心105。各種實施方式也可以向各種負(fù)載供應(yīng)多個DC電壓，所述DC電壓可以相互孤立。 電壓可以是類似的或者不同的。例如，可以供應(yīng)12乂、5乂、3.3乂或更少，以及-12乂 DC電壓。 這些電壓可以由配置來提供多個DC電壓的AC到DC轉(zhuǎn)換器170提供。此外，可以由另外的 DC到DC轉(zhuǎn)換器向負(fù)載供應(yīng)變化的DC電壓，所述DC到DC轉(zhuǎn)換器通常被稱為“負(fù)載點”轉(zhuǎn)換 器，并被放置在AC到DC轉(zhuǎn)換器170和其特定的消耗DC的負(fù)載之間。這樣的轉(zhuǎn)換器通常為噪聲敏感的DC電路提供進(jìn)一步的噪聲過濾。其也可以為具 有高瞬時電流變化的負(fù)載提供改進(jìn)的輸出阻抗。例如，處理器可以在2. 7V、3. 3V或其它電 壓上運行，并且可以非常迅速地從低電流切換到高電流。這樣的快速轉(zhuǎn)變可能波及AC到 DC轉(zhuǎn)換器170的一些設(shè)計中的輸出電壓。負(fù)載點電壓轉(zhuǎn)換器幫助提供不隨負(fù)載抽取而極 大變化的低阻抗電壓。例如，負(fù)載點轉(zhuǎn)換器可以與描述的DC負(fù)載230集成，或者可被放置 在主板120上的這樣的負(fù)載附近。更低輸出阻抗負(fù)載點轉(zhuǎn)換器典型地比更高阻抗轉(zhuǎn)換器更 昂貴，因此根據(jù)每一個DC負(fù)載的需求對負(fù)載點轉(zhuǎn)換器的輸出阻抗進(jìn)行典型地大小調(diào)整。例 如，當(dāng)總線控制器或風(fēng)扇可以與廉價的更高輸出阻抗負(fù)載點轉(zhuǎn)換器一起被配置時處理器可 以要求低輸出阻抗負(fù)載點轉(zhuǎn)換器。圖5A-5B是示出了在示例配電架構(gòu)中的電池電路的細(xì)節(jié)的示意圖。圖5A示出了用于參考圖3描述的充電/放電控制電路305的部分的示例示意圖 500。示意圖500包括比較器電路505，用來當(dāng)在DC總線175上的電壓降至閾值Voff以下 時切換信號Vups。示意圖500也包括比較器電路510，用來當(dāng)在DC總線175上的電壓降至 閾值Batt_Low以下時切換信號VBatt。參考圖7-8進(jìn)一步詳細(xì)描述信號Vups和Vbatt。示意圖500進(jìn)一步包括過流保護(hù)元件515，在本示例中該過流保護(hù)元件515包括保 險絲。保險絲515的一個端子連接到電池的正端子，而另一個端子連接到DC總線175的正 軌(postive rail)。在其它的示例中，額外的串聯(lián)和/或分流設(shè)備用于提供過電流、過電 壓、倒流保護(hù)、EMI緩解和/或其它功能。在所描述的實施例中，一對端子(+電池，_電池)可連接到電池。負(fù)的電池端子 (_電池)連接到兩個并聯(lián)路徑，通過開關(guān)的操作可控制并聯(lián)路徑的每一個。并聯(lián)路徑中的一個通過電阻器520和開關(guān)525將負(fù)的電池端子連接到DC總線175的負(fù)軌。該路徑允許在開關(guān)閉合時充電電流流過。充電電流的幅度實質(zhì)上由電阻520的值和在DC總線175上的 電壓與電池(未示出)之間的差異限制。電池的內(nèi)部電阻典型地比電阻520的值小得多。 在一些應(yīng)用中，可以使用電阻520兩端的電壓降來測量和/或控制充電電流。另一個并聯(lián)路徑通過開關(guān)530將負(fù)的電池端子連接到DC總線175的負(fù)軌。當(dāng)開關(guān) 530閉合時，電池跨DC總線175可操作連接。在該狀態(tài)下，電池能夠向也被跨DC總線175 連接的任何DC負(fù)載(未示出)放電和供應(yīng)操作電力。開關(guān)525、530可被無源地和/或有源地控制。圖5B所示出的示例實施例說明了 一個實施方式，并且不應(yīng)將其看作是限制性的。在圖5B中，以例如可以表示內(nèi)部和/或接觸電阻的串聯(lián)電阻540建立電池185的 模型。用于對電池充電的理想的開關(guān)525 (圖5A)被實現(xiàn)為不具有有源控制輸入的二極管。 在該實施方式中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170 (未示出)可以將DC總線175調(diào)節(jié)到足以在感興趣 的溫度上正向偏壓二極管(開關(guān))525并且足夠提供所期望的充電電流的電壓。這樣，設(shè)定 點可以是至少為最大充電電壓加上二極管壓降電壓。在圖5B的所描述的示例中，至少部分地通過串聯(lián)電阻和諸如二極管或其它半導(dǎo) 體開關(guān)的單向電流機(jī)制來確定電池充電電流。在其它的實施例中，電池充電器可以包括串 聯(lián)旁路(series-pass)調(diào)節(jié)器(例如，低壓降差(LDO)線性調(diào)節(jié)器)或開關(guān)模式電力轉(zhuǎn)換 器(例如，降壓式、升壓式、降壓_升壓式、Cepic式、Cuk式、反激式、充電泵式或諧振式等) 中的單個或其組合?？梢酝ㄟ^電流鏡像技術(shù)或使用涉及例如電流感知電阻或電感耦合測量 的電流測量反饋技術(shù)來控制電池充電電流。用于將電池放電的理想的開關(guān)530(圖5A)被實現(xiàn)為背靠背(back-to-back) MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)開關(guān)，所述背靠背MOSFET開關(guān)被配置來在非導(dǎo) 通狀態(tài)中在兩個方向上均阻止電流。該開關(guān)530響應(yīng)于可以例如通過控制器245 (圖3)產(chǎn) 生的控制信號535而斷開和閉合。在各種實施例中，開關(guān)525、530可以包括；肖特基二極 管、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、或其它半導(dǎo)體或電機(jī)械開關(guān)(例如繼電器)。圖6A-6B示出了在AC到DC轉(zhuǎn)換器170中使用來接收基本上未調(diào)整的AC輸入電 力的PFC升壓電路900、950的一些示例。例如，電路900、950可以過濾基本上未調(diào)整的AC 輸入電力中的噪聲和諧波含量。在另一個示例中，電路900、950可以將輸入AC電力的功率 因數(shù)校正至接近于一的功率因數(shù)。在某些實施方式中，PFC升壓電路900、950可以提高數(shù) 據(jù)中心105和傳輸系統(tǒng)195的穩(wěn)定性和效率。在一些示例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以容 忍來自輸入AC電力的線路噪聲并且從返回電力過濾由DC負(fù)載230生成的噪聲。雖然示出了兩個PFC升壓電路，但是可以使用任何適當(dāng)?shù)腜FC電路。對于更高的 電力電路(例如高于200W)，選擇的傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是以連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)且用平均電流模 式控制(ACMC)來操作的升壓轉(zhuǎn)換器。對于更低的電力應(yīng)用，典型地使用典型的臨界導(dǎo)電模 式(CRM)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，諸如降壓、降壓_升壓或反激轉(zhuǎn)換器電路的其 它類型的切換轉(zhuǎn)換器電路可被用來替代升壓轉(zhuǎn)換器而執(zhí)行功率因數(shù)校正。在一些實施方式 中，無源PFC電路可被用來執(zhí)行功率因數(shù)校正。例如，DC濾波感應(yīng)器可被用來減少輸入AC 電力中的諧波分量并且改進(jìn)功率因數(shù)。這些各種電路的構(gòu)造對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是眾所周 知的。
如圖6A中所示，PFC升壓電路900包括整流級905、開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路910以及輸出 級915。如所示，整流級905從AC電源920接收未調(diào)整的AC電力。在一個示例中，AC電源 可以是AC開關(guān)設(shè)備220。在一些示例中，整流級905的輸出可以是整流的DC電力信號。切換轉(zhuǎn)換器電路910被耦接到整流級905的輸出端。在一些實施方式中，切換轉(zhuǎn) 換器電路910用比AC電源920的頻率更高的切換頻率來操作。在一些示例中，切換轉(zhuǎn)換器 電路910可表現(xiàn)為用于整流級905的輸出端的理想的電阻性負(fù)載。例如，切換轉(zhuǎn)換器905 可以消除線路電流諧波。切換轉(zhuǎn)換器電路910包括PFC控制器925、開關(guān)930以及感應(yīng)器935。PFC控制器 925可以是專用集成電路(ASIC)芯片或包括分離和集成的組件兩者的電路。在一個實施 方式中，PFC控制器925可以接收整流級905的整流的輸出和來自輸出級915的反饋信號。 使用所接收的輸入，PFC控制器925可以控制切換轉(zhuǎn)換器電路910來維持輸入電流形狀并 且控制該輸入電流與輸入AC電壓同相。
在一些示例中，PFC控制器925可以包括倍增器電路和脈寬調(diào)制(PWM)電路。例 如，倍增器電路可以從整流級905的整流的輸出端接收電流基準(zhǔn)和輸入電壓基準(zhǔn)。使用反 饋信號，PFC控制器925可以感知在輸出電壓和基準(zhǔn)DC電壓之間的變化。在一些實施方式 中，基準(zhǔn)DC電壓可以由電池185供應(yīng)。在一個示例中，倍增器電路可以使用感知的變化、輸 入電流的相位以及輸入AC電壓來確定控制信號。PWM電路將控制信號與輸入電流相比較以 生成切換信號來控制開關(guān)930。例如，切換信號可以控制流入感應(yīng)器935的電流幅度并且將 恒定輸出電壓維持在Vout。例如，輸出電壓可以是280VDC。如圖6B中所示，PFC升壓電路950通過將平均輸入電流與基準(zhǔn)電流相匹配而執(zhí)行 功率因數(shù)校正。PFC升壓電路950包括平均輸入電流模式控制器955?？刂破?55基于控 制信號Icp來調(diào)節(jié)平均電流。在一個實施方式中，Icp可以由低頻DC回路誤差放大器生成。 例如，可以通過將輸出DC電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來生成lcp。如所示，控制器955包括電流放大器960、振蕩器965以及PWM比較器970。在一 些實施方式中，電流放大器950可以是電流信號的積分器。在一些示例中，電流放大器950 的輸出可以是基于通過分流電阻器Rshimt流入的平均電流和Icp信號的低頻誤差信號。在所描述的示例中，將誤差信號與振蕩器965生成的波形進(jìn)行比較。例如，波形可 以是鋸齒波形、正弦曲線波形或其它周期性的波形?；谒傻牟ㄐ闻c誤差信號之間的 差異，PWM比較器970可以生成到開關(guān)930的占空信號。例如，PWM比較器970可以使用占 空信號來控制輸出端處的輸出電壓和輸入電流的形狀與輸入電壓的相位相匹配。在一些實施方式中，PFC升壓電路可以包括兩個級聯(lián)的電力級。例如，PFC升壓電 路的第一級可以包括升壓轉(zhuǎn)換器，用于控制輸入電流波形并維持接近一的功率因數(shù)。例如， 第二級可以包括第二切換轉(zhuǎn)換器，用于將來自第一級的輸出電壓轉(zhuǎn)換成用于托板Iio的DC 負(fù)載230的各種DC電壓水平(例如3. 3V、5V、12V等)。在一些實施方式中，PFC升壓電路 的第二級可在主板120上實現(xiàn)。圖7-8是圖示了可以在配電架構(gòu)的實施例中執(zhí)行的示例方法的流程圖。參考圖7，流程圖600圖示了 UPS 115可以執(zhí)行來處理AC輸入電壓信號上的故障 條件的示例方法。在一些實施例中，UPS 115可以執(zhí)行該方法來調(diào)整到作為臨時電源的電 池和/或離開該電池的切換。在一些情況下，執(zhí)行該方法可以充分地減少和/或防止作為AC故障條件的結(jié)果的性能失調(diào)(例如數(shù)據(jù)錯誤)。例如，電池185可以提供足夠的操作電力以維持DC負(fù)載230的操作直到能夠?qū)⒅T如設(shè)施干線205或備用發(fā)電機(jī)210、215的AC源 放上線。在一些實施例中，電池185可以在DC負(fù)載230執(zhí)行指令以完成適度的下電操作時 繼續(xù)提供操作電力。這樣的適度的下電操作可以變化很大，但是通常試圖減弱可能由故障 條件導(dǎo)致的性能失調(diào)。這樣的失調(diào)自身例如可以表現(xiàn)為當(dāng)處理系統(tǒng)隨后被重啟時的陳舊數(shù) 據(jù)。通常，該方法包括可以由控制器(例如控制器245)執(zhí)行的操作?？梢赃M(jìn)一步在系統(tǒng)100中的一個或多個處理器160的控制、監(jiān)控和/或監(jiān)視下執(zhí)行操作。也可以由可以是 通過耦接到托板110的網(wǎng)絡(luò)連接140與控制器可操作通信的其它處理和/或控制元件補(bǔ)充 或擴(kuò)增操作?？梢杂蓤?zhí)行有形地實現(xiàn)在信號中的指令的一個或多個處理器來執(zhí)行一些或所 有的操作?？梢詥为毜鼗蚺c執(zhí)行指令的一個或多個處理器相協(xié)作，使用模擬和/或數(shù)字硬 件或技術(shù)來實現(xiàn)該處理。該方法在當(dāng)控制器確定AC輸入電壓信號上存在故障時在步驟605開始。例如，控制器可以通過例如監(jiān)視AC總線225、由在托板110上的電壓監(jiān)視/故障檢測電路提供的電 壓狀態(tài)條件信號、和/或在DC總線175處的輸出電壓(例如圖5A中的VUPS)，來識別AC電 力故障的出現(xiàn)。在一些實施例中，UPS 115可以包括將VUPS轉(zhuǎn)換為數(shù)字值(例如10位的數(shù)字值)的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。當(dāng)控制器檢測到關(guān)鍵的電壓降落至閾值以下時，控制器可以啟動AC 電力故障程序。在其它的實施例中，控制器可以從外部的組件接收信號，諸如在AC開關(guān)設(shè) 備220中的電力組合器。這樣的信號可以指示AC輸入電壓信號中的故障。在其它的實施 例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170可以向控制器發(fā)送消息以指示AC電力故障。如果控制器確定AC電力未發(fā)生故障，則重復(fù)步驟605。如果控制器確定AC電力處在故障條件中，則在步驟610中，控制器將UPS 115從AC操作切換至電池操作。例如，控 制器可以發(fā)送信號以斷開開關(guān)525并且閉合開關(guān)530 (圖5A)，以跨DC總線175將電池185 可操作地連接，使得電池185能夠支持DC負(fù)載230。接著，在步驟615中，控制器將計時器 設(shè)定為備用持續(xù)時間(back duration time)。定時器可以是控制器中的寄存器，其隨著時 間的前推而被遞減或遞增。在一些實施例中，備用持續(xù)時間可以表示可以使用或依靠電池 電力的持續(xù)時間。例如，控制器可以使用期望的電池壽命的估計減去DC負(fù)載230執(zhí)行適度 的下電操作所需要的時間來計算備用持續(xù)時間。在其它的實施例中，控制器可以從NVM 310 加載備用持續(xù)時間。在步驟620中，控制器確定AC電力是否被恢復(fù)。例如，控制器可以從AC到DC轉(zhuǎn) 換器接收關(guān)于AC輸入電力的當(dāng)前狀態(tài)的消息。作為另一個示例，控制器可以輪詢AC到DC 轉(zhuǎn)換器以確定AC電力是否已恢復(fù)。如果控制器確定AC電力已恢復(fù)，則控制器可以在步驟 625執(zhí)行操作以切換回至從AC電力操作，并且方法600然后結(jié)束。參考圖8更詳細(xì)地描述 了用于從電池電力切換至AC電力的示例方法。如果在步驟620控制器確定AC電力未恢復(fù)，則在步驟630中，控制器檢查VUPS是否小于電池備用(VOFF)的最小電壓。如果控制器確定VUPS小于V0FF，則控制器可以在步 驟630將計時器設(shè)定為下電時間。例如，下電時間可以是DC負(fù)載執(zhí)行下電操作所需要的時 間的估計。在一些示例中，DC負(fù)載的下電操作可以防止數(shù)據(jù)損失和/或避免因DC電力的突然喪失而導(dǎo)致的損害。如果在步驟630中，控制器確定VUPS不小于VOFF，則在步驟640 中控制器可以確定電池的輸出電壓(VBATT)是否低于電池低閾值(BATT_LOW)。在一些實施 例中，當(dāng)VBATT低于BATT_LOW時，這可以指示例如存儲在電池中的電力是低的并且可以執(zhí) 行適當(dāng)?shù)南码姴僮饕苑乐估鐢?shù)據(jù)損失。如果控制器確定VBATT低于BATT_LOW，則執(zhí)行步 驟635。如果控制器確定VBATT不低于BATT_LOW，則控制器可以檢查備用持續(xù)時間是否期 滿。如果控制器確定備用持續(xù)時間期滿，則執(zhí)行步驟635。如果控制器確定備用持續(xù)時間未 期滿，則重復(fù)步驟620。在控制器在步驟635中將計時器設(shè)定為下電時間之后，控制器可以在步驟650中檢查AC電力是否被恢復(fù)。如果控制器確定AC電力被恢復(fù)，則執(zhí)行步驟625。如果控制器 確定AC電力未恢復(fù)，則控制器在步驟655中確定下電時間是否已期滿。如果控制器確定下 電時間尚未期滿，則重復(fù)步驟650。如果控制器確定下電時間已期滿，則控制器可以在步驟 660中將UPS下電(例如，將圖5中的開關(guān)530斷開)并且該方法結(jié)束。圖8示出了圖示用于從電池備用電力切換至AC輸入電力的操作的示例方法700的流程圖。例如，在AC電力在AC電力故障之后被恢復(fù)(例如，參見圖7的步驟625)之后、 或者在維護(hù)操作(例如電池測試操作)之后，控制器可以從電池操作切換至AC操作。在一些實施例中，控制器可以延遲從電池電力操作到AC電力操作的轉(zhuǎn)移以減弱 例如到數(shù)據(jù)中心105的高峰值(例如涌入)電流?？梢赃M(jìn)一步提供小的固定延遲以確保AC 輸入電壓是穩(wěn)定的。如參考步驟625 (圖7)所描述的，當(dāng)控制器確定AC輸入電力已恢復(fù)時，方法700 可以開始。首先，在步驟710中，控制器可以確定隨機(jī)延遲參數(shù)。例如，隨機(jī)延遲參數(shù)可以 存儲在NVM 310中，該隨機(jī)延遲參數(shù)表示在切換至AC供電的操作之前延遲(例如1毫秒、 0. 5毫秒、0. 025毫秒等)的時間長度(例如，時間、時鐘周期)。在一些實施例中，可以隨機(jī)地或偽隨機(jī)地確定隨機(jī)延遲參數(shù)。例如，控制器可以使 用種子(例如，存儲在UPS 115上和/或主板120上的存儲寄存器中的序列號，當(dāng)托板首次 被啟動時的機(jī)器時間等)生成偽隨機(jī)延遲參數(shù)。延遲參數(shù)接著可以由控制器245使用和/ 或被存儲在NVM 310中。在另一個示例中，延遲參數(shù)可以是隨機(jī)數(shù)(例如，從諸如放射性衰 變的物理過程記錄的)，其在UPS 115的制造過程期間被存儲在NVM 310中。在一個實施例中，控制器在步驟715將計時器設(shè)定為隨機(jī)延遲。在其它的實施例 中，控制器可以使用計數(shù)器、實時時鐘、具有閾值比較器的模擬上升或衰減電路、或其它適 當(dāng)?shù)难舆t設(shè)備來監(jiān)視該延遲。然后，控制器在步驟720中確定VBATT是否低于BATT_L0W。 如果VBATT低于BATT_L0W，指示該電池將耗盡電量，則控制器可以在步驟725中從電池電力 切換至AC電力，并且方法700結(jié)束。例如，控制器可以通過斷開電路500中的開關(guān)530 (圖 5A)將電池電力關(guān)閉。在示例數(shù)據(jù)中心105中，所有的電池將在相同的時間達(dá)到放電界限不 太可能，因而預(yù)計在大多數(shù)的實施例中該方法不會大大增加在AC輸入電壓線上的峰值電 流。如果在步驟725中VBATT不低于BATT_L0W，則在步驟730中控制器檢查計時器是 否期滿。如果未達(dá)到所指定的延遲，則重復(fù)步驟725。如果達(dá)到了所指定的延遲，則重復(fù)步 驟720并且方法700結(jié)束。在各種實施例中，電池電壓可以是高于和/或低于DC總線上的所調(diào)節(jié)的電壓。在一些實施例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器可以調(diào)節(jié)至設(shè)定點電壓，所述設(shè)定點電壓在電池的標(biāo)稱全充
滿電壓的50、100、200、250、400、500、......>1000毫伏內(nèi)。在各種實施方式中，調(diào)節(jié)設(shè)定點
可被動態(tài)地確定，例如基于電池特性，諸如壽命、使用歷史、溫度、內(nèi)部電阻、充電時間響應(yīng)、 放電時間響應(yīng)或其它與電池電路相關(guān)的特性。如果電池電壓高于設(shè)定點電壓，則充電器可 以包括升壓和/或降壓_升壓類型的轉(zhuǎn)換器電路。在一些實施例中，托板110可以是模塊化的支持結(jié)構(gòu)，其被配置以安裝在機(jī)架125 中的多個位點、槽或位置中的一個中。每一個托板120可以包括諸如印刷電路板(PCB)的 基底，UPS 175和主板120和/或其它DC負(fù)載230可被集成在該基底上。當(dāng)被安裝在機(jī)
架125中的一個中時，托板110可以提供用于熱量管理系統(tǒng)的特征，包括用于空氣流動的端 □。術(shù)語“托板”并不意在指特定的布置，而是指耦接在一起以服務(wù)于特定目的的計算 機(jī)相關(guān)組件的任何布置，諸如在主板上。托板通?？梢耘c其它托板平行地安裝在水平的或 垂直的堆疊中，以便允許比具有自由支撐殼體和其它組件的計算機(jī)在其它情況下可能達(dá)到 的更密的群集。術(shù)語“刀片”也可以被用來指這樣的設(shè)備。托板可以在特定的配置中實現(xiàn)， 包括作為計算機(jī)服務(wù)器、交換機(jī)(例如電交換機(jī)和光交換機(jī))、路由器、驅(qū)動器或驅(qū)動器組 以及其它計算相關(guān)設(shè)備。UPS 115的實施例可以被配置來接受各種主或副電池技術(shù)。技術(shù)可以包括但不限 于密封鉛酸、鎳金屬氫化物、鎳鎘、線繞鉛酸、堿性以及鋰離子。UPS 115可以包括自動檢測 電池化學(xué)性質(zhì)的電路，并且根據(jù)所確定的電池特性調(diào)整充電和放電概要信息。在一些實施 例中，AC到DC轉(zhuǎn)換器170將DC總線175調(diào)節(jié)至的設(shè)定點可以是對自動檢測到的電池特性 的響應(yīng)。在各種實施例中，電池電壓可以在大約8伏特和大約26伏特之間，諸如大約9、10、 11、12、13、......、23、24 或 25 伏特。例如，標(biāo)稱12伏特鉛酸電池可以具有例如大約13. 65伏特的對DC總線的對應(yīng)的 設(shè)定點調(diào)節(jié)，以提供對電池的充足充電。在從對DC總線的13. 65伏特調(diào)節(jié)切換至電池電壓 的情況下，在到DC負(fù)載的輸入上的電壓的瞬變梯級(在該情況中是下降)將是相對小的， 諸如小于1伏特。輸入電壓中的這樣的小的改變可以充分減弱DC負(fù)載中的反向瞬變。電池185可以是單個單元電池，或者串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的單元電池的組合。在 一些實施例中，UPS中的一個或多個電池在不同于電池備用模式的模式中可以是可熱調(diào)換 (hot swappable)的，在所述不同于電池備用模式的模式中，電池在AC總線225上的故障條 件期間正在向負(fù)載放電。可以提供可視的或可聽的指示器以向保養(yǎng)人員警示電池是否可以 被熱調(diào)換。當(dāng)安裝到托板110上時，電池可以被定位和支撐用于快速和便捷的更換。各種快 速連接/快速斷開的鎧裝線(例如快接型連接器)、彈簧偏置的電接觸、卡扣特征、閉鎖調(diào)整 片等可以被用來夾持電池用于穩(wěn)固連接和快速更換。AC干線電壓，如在此所使用的，可以指典型地具有在大約47Hz和大約500Hz之間 的基礎(chǔ)頻率的AC電壓源，但不必然地受此限制。AC電壓的源可以出自靜止的或移動的源， 其示例可以包括在運輸車輛、卡車、火車、輪船、飛機(jī)等上面的旋轉(zhuǎn)電力發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī) 是指基本上從將時變磁場耦接到一個或多個導(dǎo)體以產(chǎn)生基本上為正弦曲線的電壓而獲得 的電力的源。在一些實施方式中，將磁場相對于一個或多個導(dǎo)電繞組旋轉(zhuǎn)。在一些其它的實施方式中，將一個或多個導(dǎo)電繞組相對于靜止的磁場旋轉(zhuǎn)。作為在從AC發(fā)電機(jī)到DC負(fù)載230的電力路徑中的僅有的AC到DC整流，AC到DC 轉(zhuǎn)換器170可以包括用來減少諧波畸變、減弱傳導(dǎo)發(fā)射、管理突入電流等的特征。因此，轉(zhuǎn) 換器170可以并入硬件、軟件或其組合，以提供例如功率因數(shù)校正、展布頻譜(例如跳頻) 切換頻率、過濾和/或控制電流的啟動。通過使用任何適當(dāng)?shù)那袚Q轉(zhuǎn)換器和控制策略來提供在確定的設(shè)定點的單個輸出 電壓，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換器170對DC總線電壓輸出的調(diào)節(jié)。切換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以包括但不限于正 激式、反激式、Cuk式、SEPIC式、降壓式、降壓-升壓式或任何適當(dāng)?shù)闹C振式或準(zhǔn)諧振式AC 到DC轉(zhuǎn)換器。在一個說明性的實施例中，至少部分地以具有四個可控制的開關(guān)的有源切換 矩陣的適當(dāng)操作來實現(xiàn)AC到DC整流和轉(zhuǎn)換，所述四個可控制的開關(guān)對施加到為降壓式安 排的感應(yīng)元件上的AC輸入電壓進(jìn)行調(diào)制。
在另一個說明性的實施例中，AC輸入電壓由不受控制的二極管整流器級所整流， 隨后被例如使用正激或反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)磁耦接到DC到DC轉(zhuǎn)換級。在又一個說明性示例中， 在功率因數(shù)輸入級的后面是一個或多個級聯(lián)降壓的DC到DC轉(zhuǎn)換器級，以產(chǎn)生在確定的設(shè) 定點上的調(diào)節(jié)的電壓?？梢耘c開關(guān)模式電力轉(zhuǎn)換相組合使用線性調(diào)節(jié)。從本公開中，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到用于AC到DC轉(zhuǎn)換器170的多個實施方式。適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換器為本 領(lǐng)域所知并且隨應(yīng)用而變化。僅作為示例目的，參考圖6A和6B描述了兩個轉(zhuǎn)換器設(shè)計。參考例如圖4作為說明性的示例，系統(tǒng)400的一些實施例可以以至少四個模式中 的任一個來操作。在第一模式中，處理單元405與UPS115—樣被關(guān)閉。在第二模式中，使 用從DC總線175接收的電力對電池185充電。在該第二模式中，電池185可以根據(jù)充電算 法進(jìn)行快速充電或涓流充電。在第三模式中，由于電池從DC總線有效地斷開并且在AC到 DC轉(zhuǎn)換器向DC負(fù)載230供應(yīng)操作電力期間既不充電也不放電，電池是“浮置的”。在第四 模式中，電池可操作地連接到DC總線175，并且放電以向DC負(fù)載230供應(yīng)操作電力。該四 個條件可以響應(yīng)于在AC總線225上的故障條件而被啟動。在各種實施方式中，在電壓源之間的轉(zhuǎn)換可以涉及某些轉(zhuǎn)換次序。例如，AC開關(guān) 設(shè)備220 (圖2)可以使用基本上“先接后斷”或基本上“先斷后接”的轉(zhuǎn)換次序來在任何發(fā) 電機(jī)205、210、215之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)從AC輸入操作切換至電池操作時，在一些實施例中，UPS 115可以在電池185跨DC總線175連接之前、基本上在這期間或者之后禁用AC到DC轉(zhuǎn)換 器的操作。如果所有的轉(zhuǎn)換器175輸出電流通過例如串聯(lián)二極管，則可以通過簡單地在開 關(guān)模式控制器(未示出)處禁用DC到DC切換的操作來禁用轉(zhuǎn)換器175。在其它的實施例 中，可以通過例如半導(dǎo)體開關(guān)來主動地斷開輸出。已經(jīng)描述了多個實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離所描述的精神和范圍的情況下 可以進(jìn)行各種修改。例如，如果以不同的次序來執(zhí)行所公開的技術(shù)的步驟，如果將所公開的 系統(tǒng)中的組件以不同的方式組合，或者如果以其它組件替換或增補(bǔ)了所述組件，則可以實 現(xiàn)有利的結(jié)果。因此，其它的實施例也在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于數(shù)據(jù)中心的配電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括DC負(fù)載，包括可操作地處理通過網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)的至少一個數(shù)字處理器；DC總線，被配置來向所述DC負(fù)載輸送操作電力，所述電力從跨所述DC總線連接的電源接收；以及不間斷電源(UPS)，與所述DC負(fù)載集成，所述UPS包括電池電路，被配置來在故障條件期間跨所述DC總線操作地連接電池，在所述故障條件中AC輸入電壓信號降至正常操作范圍之外，其中所述AC輸入電壓信號源自旋轉(zhuǎn)AC發(fā)電機(jī)處；AC到DC整流級，包括AC到DC轉(zhuǎn)換電路，所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配置來當(dāng)所述AC輸入電壓信號在所述正常操作范圍內(nèi)時接收基本上未調(diào)整的AC輸入電壓并且將所述AC輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為跨所述DC總線的單個DC輸出電壓信號，其中所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配置來將所述DC輸出電壓信號調(diào)節(jié)至高于并基本上接近所述電池的最大標(biāo)稱充電電壓的電壓水平；以及控制器，被配置來響應(yīng)于指示所述AC輸入電壓信號已返回至所述正常操作范圍的信號，選擇性地激活所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路以恢復(fù)向所述DC負(fù)載供應(yīng)操作電力。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制器進(jìn)一步控制開關(guān)以跨所述DC總線選擇性 地連接所述電池。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電池包括以串聯(lián)的方式電連接的一個或多個單 元電池。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電池包括以并聯(lián)的方式電連接的一個或多個單 元電池。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓信號源自從由下列組成的組中所選 擇的一個或多個發(fā)電機(jī)類型在電力設(shè)施工廠中的發(fā)電機(jī)；燃?xì)鉁u輪機(jī)；蒸汽輪機(jī)；以及燃 料驅(qū)動的電動發(fā)電機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓信號包括來自三相AC系統(tǒng)的相電 壓信號和中性線信號。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓具有大約208伏特至大約277伏特 的均方根值。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓具有在大約85伏特和至少大約480 伏特之間的均方根值。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓基本上包括在大約45Hz和至少大 約500Hz之間的頻率的正弦曲線波形。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓被連接到WYE連接的電壓源。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在所述電池中的單元電池包括從由下列組成的組 中所選擇的電池化學(xué)性鉛酸；鎳金屬氫化物；鎳鎘；堿性；以及鋰離子。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括充電器，被配置來通過跨所述DC總線連接的 路徑對所述電池進(jìn)行充電。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述單個DC總線電壓小于大約26伏特。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述單個DC總線電壓在大約10伏特和大約15伏特之間。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述單個DC總線電壓是大約13.65伏特。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路將所述DC輸出電壓信號調(diào) 節(jié)至高于所述電池的所述最大標(biāo)稱充電電壓約1伏特。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述DC總線電壓向線性調(diào)節(jié)器提供充足的電壓以 根據(jù)電池規(guī)范將所述電池涓流充電至全充滿狀態(tài)，所述線性調(diào)節(jié)器跨所述DC總線與所述 電池串聯(lián)連接。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述DC總線包括以第一電壓的第一電路徑，并且進(jìn) 一步包括以第二電壓的第二電路徑。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二電壓中的一個基本上在地基準(zhǔn)電勢。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)具有僅一個整流電路，所述整流電路被配 置來將AC波形轉(zhuǎn)換為DC波形。
21.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電池的第一端子被配置來直接連接到所述DC 總線的第一軌，以及所述電池的第二端子被選擇性地連接到所述DC總線的第二軌。
22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)存儲，其中所述AC到DC轉(zhuǎn)換器在所述 至少一個處理器接收指示去除了在所述AC電壓輸入信號中的所述故障的信號后的一延遲 時間后，恢復(fù)調(diào)節(jié)所述DC輸出電壓信號，所述延遲時間與所述數(shù)據(jù)存儲中的延遲時間參數(shù) 相對應(yīng)。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個數(shù)字處理器中的一個確定所存儲的 延遲時間參數(shù)。
24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所存儲的延遲時間參數(shù)包括偽隨機(jī)生成的值。
25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述DC負(fù)載、所述DC總線以及所述AC到DC整流 級都被包括在模塊化的基座上，所述模塊化的基座被配置來支撐在機(jī)架安裝結(jié)構(gòu)上的多個 位置中的一個中，所述基座用于安裝在機(jī)架或框架中的多個位置中的任何可用的一個中。
26.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述DC負(fù)載包括由下列組成的組中的至少一個 中央處理單元；數(shù)據(jù)存儲設(shè)備；數(shù)學(xué)協(xié)處理器；以及數(shù)字信號處理器。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置來將在所述 DC總線上供應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換為至少一個另外的DC電壓。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個另外的DC電壓中的一個或多個約是 由下列組成的組中的一個的電壓-5 ；1 ；3 ；3. 3 ；5 ；7. 5 ；10 ；大約18-20 ；以及大約20-26伏 特。
29.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個DC-DC轉(zhuǎn)換器中的所述一個或多個 被配置來提供改進(jìn)的輸出阻抗。
30.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個DC-DC轉(zhuǎn)換器中的所述一個或多個 被配置來從所述DC總線上供應(yīng)的所述電壓過濾噪聲。
31.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述AC輸入電壓信號源自從下列組成的組中所選 擇的一個或多個電能源至少一個太陽電池板；至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)；以及至少一個飛輪。
32.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述DC負(fù)載進(jìn)一步包括一個或多個包含信息的信號，所述信號被傳送到在所述DC負(fù)載外部的負(fù)載。
33.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述AC輸入電壓并聯(lián)連接的所述DC負(fù)載 的至少10個實例。
34.一種用于在數(shù)據(jù)中心中使用的DC負(fù)載，所述負(fù)載包括主板，包括可操作地處理通過網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)的至少一個數(shù)字處理器；DC總線，被配置來將操作電力輸送到所述主板，所述電力從跨所述DC總線連接的電源 接收；以及不間斷電源(UPS)，與所述DC負(fù)載集成，所述UPS包括電池電路，被配置來在故障條件期間跨所述DC總線操作地連接電池，在所述故障條件 中AC輸入電壓信號降至正常操作范圍之外；AC到DC整流級，包括PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換電路，所述PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換電路被 配置來在所述AC輸入電壓信號在所述正常操作范圍內(nèi)時將基本上未調(diào)整的AC輸入電壓信 號轉(zhuǎn)換為跨所述DC總線的單個DC輸出電壓信號，其中所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路被配置來將 所述DC輸出電壓信號調(diào)節(jié)至高于并基本上接近于所述電池的最大標(biāo)稱充電電壓的電壓水 平；以及控制器，被配置來響應(yīng)于指示所述AC輸入電壓信號已返回至所述正常操作范圍的信 號，選擇性地激活所述AC到DC轉(zhuǎn)換電路以恢復(fù)向所述DC負(fù)載供應(yīng)操作電力。
35.如權(quán)利要求34所述的DC負(fù)載，進(jìn)一步包括所述主板上的至少一個負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn) 換器，被配置來從所述DC總線接收DC電壓并且向所述主板上的操作電路提供調(diào)整的DC電壓。
36.如權(quán)利要求35所述的DC負(fù)載，其中所述至少一個負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn)換器中的一個或 多個被配置來提供改進(jìn)的DC輸出阻抗。
37.如權(quán)利要求34所述的DC負(fù)載，其中所述PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換電路是包括平均電 流模式控制(ACMC)的連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)類型的。
38.如權(quán)利要求34所述的DC負(fù)載，其中所述PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換電路是臨界導(dǎo)電模 式(CRM)類型的。
39.如權(quán)利要求34所述的DC負(fù)載，被連接在數(shù)據(jù)中心中，所述數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步包括與 所述AC輸入電壓并聯(lián)連接的50個或更多個如權(quán)利要求34所述的DC負(fù)載。
40.一種向數(shù)據(jù)中心中的主板處提供不間斷電力的方法，所述方法包括將供應(yīng)單個DC電壓的DC總線連接到至少一個DC負(fù)載，每一個DC負(fù)載包括至少一個 數(shù)字處理器；在來自電力設(shè)施線路網(wǎng)的AC輸入電壓信號在正常電壓范圍內(nèi)時操作PFC升壓AC到DC 轉(zhuǎn)換器，所述操作步驟包括將所述AC輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為所述DC總線上的DC電壓，其中所述轉(zhuǎn)換步驟包括所述 電力設(shè)施線路網(wǎng)生成并輸送到所述DC負(fù)載的電力的僅有的AC到DC整流；將所述轉(zhuǎn)換的DC總線電壓調(diào)節(jié)至設(shè)定點電壓，所述設(shè)定點電壓基本上接近于用于備 用電池的標(biāo)稱電壓范圍中的電壓；響應(yīng)于檢測到所述AC輸入電壓信號的故障條件，跨所述DC總線直接連接電池電路以 使所述電池電路中的所述備用電池能夠向所述DC負(fù)載提供操作電力，使得所述DC負(fù)載在檢測到所述故障后繼續(xù)操作一段時間。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括連續(xù)提供操作電力以在至少10秒鐘基本上 不間斷的情況下操作所述DC負(fù)載。
42.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述設(shè)定點電壓基本上接近于用于所述備用電池 的標(biāo)稱全充滿電壓。
43.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述備用電池的操作條件動態(tài)地選擇 所述設(shè)定點電壓。
44.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括檢測所述AC輸入電壓信號的故障條件。
45.一種向在數(shù)據(jù)中心中操作的主板的實質(zhì)部分提供不間斷電力的方法，所述方法包括將基本上未調(diào)整的AC供應(yīng)電壓連接到至少50個負(fù)載，每一個負(fù)載包括PFC升壓AC到 DC轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換的DC總線電壓調(diào)節(jié)至設(shè)定點電壓，所述設(shè)定點電壓基本上接 近于用于備用電池的標(biāo)稱電壓范圍中的電壓；檢測所述AC輸入電壓信號的故障條件；響應(yīng)于檢測到所述AC輸入電壓信號的故障條件，跨所述DC總線直接連接電池電路以 使所述電池電路中的所述備用電池能夠向所述DC負(fù)載提供操作電力，使得所述DC負(fù)載在 檢測到所述故障后繼續(xù)操作一段時間。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述至少50個負(fù)載中的一個或多個進(jìn)一步包括向 處理器供應(yīng)過濾的DC電壓的負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn)換器。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述至少50個負(fù)載中的一個或多個進(jìn)一步包括向 處理器供應(yīng)改進(jìn)的輸出阻抗DC電壓的負(fù)載點DC-DC轉(zhuǎn)換器。
48.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換器是包括平均電流模 式控制(ACMC)的連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)類型的。
49.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換器是臨界導(dǎo)電模式 (CRM)類型的。
50.如權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括將所述至少50個負(fù)載的組合功率因數(shù)提供 給所述AC供應(yīng)電壓，所述組合功率因數(shù)是至少0. 95。
51.如權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括將所述至少50個負(fù)載的組合功率因數(shù)提供 給所述AC供應(yīng)電壓，所述組合功率因數(shù)是至少0. 98。
52.如權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括將所述至少50個負(fù)載的組合功率因數(shù)提供 給所述AC供應(yīng)電壓，所述組合功率因數(shù)是至少0. 98超前。
全文摘要
裝置和相關(guān)聯(lián)的方法以及計算機(jī)程序產(chǎn)品涉及支持模塊化處理單元的高效不間斷配電架構(gòu)。作為說明性的示例，模塊化處理單元包括集成的不間斷電力系統(tǒng)，在其中在設(shè)施AC線路網(wǎng)和處理電路(例如，微處理器)負(fù)載之間發(fā)生PFC升壓AC到DC轉(zhuǎn)換。在說明性的數(shù)據(jù)中心設(shè)施中，配電架構(gòu)包括機(jī)架可安裝的處理單元的模塊化陣列，每一個機(jī)架可安裝的處理單元具有處理網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的處理任務(wù)的處理電路。與每一個模塊化處理單元相關(guān)聯(lián)的是向網(wǎng)絡(luò)處理電路供應(yīng)操作電力的集成的不間斷電源(UPS)。每一個UPS包括跨DC總線能夠選擇性地連接的電池以及將AC輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC總線上的單個輸出電壓的AC到DC整流器。調(diào)節(jié)的DC總線電壓可以接近于電池的全充滿電壓。
文檔編號G06F1/26GK101803148SQ200880106672
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者吉米·克里達(dá)拉斯, 唐納德·L·比提, 塞爾韋特·康赫德茲克, 威廉·H·維特德, 威廉·哈姆伯根, 安德魯·B·卡爾森, 杰拉爾德·艾格納, 肯·克里格, 蒙哥馬利·西科拉 申請人:埃克弗洛普公司