本申請(qǐng)是于2013年3月15日提交的、標(biāo)題為“LOAD BALANCING FORPARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/798,155的非臨時(shí)申請(qǐng)并要求其優(yōu)先權(quán)，且也是于2013年2月26日提交的、標(biāo)題為“PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/769,688的非臨時(shí)申請(qǐng)并要求其優(yōu)先權(quán)。另外，本申請(qǐng)是于2011年8月11日提交的、標(biāo)題為“PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.13/208,333(“‘333申請(qǐng)”)的部分繼續(xù)申請(qǐng)(美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.US-2012/0181869A1)，其是于2010年8月11日提交的，標(biāo)題為“HIGHLY PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION METHODS”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/372,752的非臨時(shí)申請(qǐng)，且來(lái)自于2010年8月11日提交的、標(biāo)題為“REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的共同未決美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/372,756。該’333申請(qǐng)是于2009年9月29日提交的、標(biāo)題為“AUTOMATIC TRANSFER SWITCH MODULE”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/569,733(現(xiàn)在發(fā)布為美國(guó)專(zhuān)利No.8,004,115)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/569,733又是于2009年9月14日提交的、標(biāo)題為“AUTOMATIC TRANSFER SWTICH”的美國(guó)專(zhuān)利No.12/531,212的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專(zhuān)利No.12/531,212是于2008年3月14日提交的、標(biāo)題為“AUTOMATIC TRANSFER SWTICH MODULE”的PCT申請(qǐng)US2008/57140的美國(guó)國(guó)家階段，其要求于2007年3月14日提交的、標(biāo)題為“AUTOMATIC TRANSFER SWTICH MODULE”美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/894,842的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)是于2011年5月16日提交的、標(biāo)題為“POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODOLOGY”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)No.13/108,824的部分繼續(xù)申請(qǐng)(美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.US-2012/0092811-A1)，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)No.13/108,824是于2010年9月27日提交的、標(biāo)題為“Power Distribution Methodology”的12/891,500的繼續(xù)申請(qǐng)，12/891,500是于2009年3月26日提交的、標(biāo)題為“POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODOLOGY”的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)No.PCT/US2009/038427的部分繼續(xù)申請(qǐng)，要求于2008年3月26日提交給、標(biāo)題為“POWER DISTRIBUTION METHODOLOGY”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.61/039,716的優(yōu)先權(quán)。將所有上述申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用包括于此，就好像完全在這里提出的一樣，并以美國(guó)法律所允許的完全程度要求這些申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率(power)分配(distribution)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作，且具體來(lái)說(shuō)，涉及包括對(duì)比如在醫(yī)學(xué)場(chǎng)景或者數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的關(guān)鍵性設(shè)備的功率分配的并行冗余功率分配。

背景技術(shù)：

數(shù)據(jù)中心具有它們必須面對(duì)的關(guān)于功率供應(yīng)和管理的特定的一組問(wèn)題。該領(lǐng)域的傳統(tǒng)技術(shù)從在當(dāng)?shù)湫偷臄?shù)據(jù)中心保存非常小數(shù)目的大型計(jì)算機(jī)且變化速率低時(shí)的先前工業(yè)電氣實(shí)踐發(fā)展而來(lái)?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心通常包括具有高的改變速率和成長(zhǎng)速率的數(shù)萬(wàn)個(gè)電子數(shù)據(jù)處理(EDP)裝置。數(shù)據(jù)中心還經(jīng)歷例如由中央處理單元(CPU)功耗驅(qū)動(dòng)的迅速增長(zhǎng)的功率容量需要，中央處理單元(CPU)功耗當(dāng)前以大約每年1.2的速率增加。傳統(tǒng)的技術(shù)不適于應(yīng)對(duì)這些變化速率，且因此數(shù)據(jù)中心在滿足那些需要的規(guī)模上具有大的困難。

例如，在典型的數(shù)據(jù)中心功率分配網(wǎng)絡(luò)中，分支分配電路是導(dǎo)致通常出現(xiàn)導(dǎo)致對(duì)電源插座(receptacle)的功率損失的最多事件的區(qū)域。實(shí)際上，這是人們趨向于在類(lèi)型和負(fù)載量上做出改變的地方。那么，電氣故障的可能的最普遍的原因是由于人將超過(guò)電路容量的負(fù)載插上電源而使分支斷路器跳閘。

在數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，該問(wèn)題在存在數(shù)千的分支電路的情況中很復(fù)雜。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心趨向于將每一分支電路的負(fù)載維持在或低于其容量的大約75％，以解決當(dāng)所有連接的EDP設(shè)備同時(shí)上電(例如，可能包括加快風(fēng)扇、盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)等)時(shí)，在冷啟動(dòng)期間可能出現(xiàn)的“涌入負(fù)載(inrush loads)”。這通常被認(rèn)為是最高負(fù)載方案；且，如果不解決，其可能在發(fā)生時(shí)使分支斷路器跳閘。對(duì)該問(wèn)題另外起作用的因素是許多信息技術(shù)(IT)或者數(shù)據(jù)中心工作人員不總是指導(dǎo)他們安裝的設(shè)備的功率需要，特別是考慮到安裝設(shè)備的確切配置可能顯著地改變它形成的功率。

用于解決該問(wèn)題的一個(gè)傳統(tǒng)的技術(shù)是功率監(jiān)視。功率監(jiān)視裝置(例如，經(jīng)由具有電流量計(jì)或者功率分配單元(PDU)的插頭，包括連接到功率設(shè)備架在數(shù)據(jù)中心地板上的功率鞭(power whip)的分配式斷路器的墻壁安裝或者自立的單元)可以用于確定當(dāng)前功率消耗(power draw)。但是，至少對(duì)于早先討論的原因，功率消耗的突然改變可能導(dǎo)致突然的問(wèn)題，這將不容易由這種裝置補(bǔ)救。例如，數(shù)據(jù)中心員工或者用戶可以在他們安裝新設(shè)備時(shí)使斷路器跳閘，可能導(dǎo)致服務(wù)中斷，這可能不能使用功率監(jiān)視裝置及時(shí)地檢測(cè)以防止該問(wèn)題。

對(duì)功率分配問(wèn)題起作用的另一因素是EDP設(shè)備的許多型號(hào)僅具有一個(gè)電源，且因此僅具有一個(gè)電源線。這傾向于對(duì)在關(guān)鍵性任務(wù)或者生命安全角色中通常采用的醫(yī)用設(shè)備及其他類(lèi)型的設(shè)備更典型。但是，因?yàn)樗鼈儍H具有一個(gè)功率輸入，它們可能對(duì)由于電源故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間是脆弱的。此外，僅具有單個(gè)電源線和/或電源可能使功率系統(tǒng)可能定期要求的維修復(fù)雜化。事實(shí)上，當(dāng)裝置一次僅可以插入一個(gè)功率源時(shí)，即使多個(gè)獨(dú)立功率源可用也是這樣。

用于解決該問(wèn)題的一個(gè)傳統(tǒng)的技術(shù)是安裝自動(dòng)切換功率插頭。但是，那些插頭通常是笨重的和昂貴的。另外，用于數(shù)據(jù)中心的類(lèi)型通常在數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)架上水平地安裝。該配置可能占據(jù)有價(jià)值的機(jī)架空間，且傾向于以其連接到兩個(gè)不同功率源的兩個(gè)輸入插塞(plug)占據(jù)更多的機(jī)架空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及改進(jìn)的在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中包括的各種場(chǎng)景下功率的并行分配。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及提供用于在兩個(gè)或更多功率源(例如，由于比如停機(jī)或者功率質(zhì)量問(wèn)題之類(lèi)的電源故障)之間切換的改進(jìn)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATS)，以及關(guān)聯(lián)的功率分配架構(gòu)、組件和處理。本發(fā)明的一些目標(biāo)包括以下：

提供與設(shè)備機(jī)架結(jié)合的高開(kāi)關(guān)密度比，以使得開(kāi)關(guān)的任何故障將影響少數(shù)(例如，一個(gè)或者僅幾個(gè))設(shè)備。

提供高度冗余的、容錯(cuò)的、可擴(kuò)展的、模塊化的并聯(lián)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方法，其允許對(duì)于數(shù)據(jù)中心及其他環(huán)境中的各種自動(dòng)需要切換構(gòu)造形式因數(shù)需要的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)族；

提供低開(kāi)關(guān)總開(kāi)銷(xiāo)，以使得最小化僅由開(kāi)關(guān)占據(jù)，而不可用于設(shè)備的有價(jià)值的機(jī)架空間；

為了最小化數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)架(2柱(post))和/或機(jī)箱(4柱)中的電源纜線路由和氣流問(wèn)題(通過(guò)參考為設(shè)備機(jī)架或者“機(jī)架”在這里包含其兩者)；

為了允許在電源線的一端或者兩端并入鎖定電源線技術(shù)以用于更安全的功率輸送，例如，在包括位于比如加利福尼亞的地震活躍地理區(qū)域中的那些的數(shù)據(jù)中心中；

為了提供替代方法以最大化數(shù)據(jù)中心地面空間的使用效率和允許最大數(shù)目的設(shè)備機(jī)架的部署；

提供緊湊的開(kāi)關(guān)和由這種緊湊的開(kāi)關(guān)使能的機(jī)架/數(shù)據(jù)中心架構(gòu)；

并入各種功率輸送、功率插座和或電源線出口管理，如在標(biāo)題為“Power Distribution Methodology”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/891,500描述的監(jiān)控和安全性。這允許包括自動(dòng)切換作為功率分配方法的集成特征的智能自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配方法的創(chuàng)建。這可以在使用和不使用以水平或者垂直形式因素在自動(dòng)開(kāi)關(guān)外部的機(jī)架內(nèi)插頭的情況下做出。

提供用于增強(qiáng)包括在緊湊的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中的開(kāi)關(guān)性能的各種電路；

為了允許使用更窄和更淺的機(jī)架由此允許數(shù)據(jù)中心地面空間和數(shù)據(jù)中心空間容積的更有效使用；和

提供對(duì)于多相功率輸送或者其他原因希望的多個(gè)(兩個(gè)或更多)開(kāi)關(guān)的協(xié)調(diào)控制。

根據(jù)本發(fā)明通過(guò)提供用于改進(jìn)功率分配的各種系統(tǒng)、組件和處理而解決這些和其它目標(biāo)。如以下討論的本發(fā)明的許多方面可應(yīng)用于各種場(chǎng)景。但是，本發(fā)明具有與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用結(jié)合的特定的優(yōu)點(diǎn)。在這點(diǎn)上，本發(fā)明在最大化數(shù)據(jù)中心環(huán)境的功率分配效率上提供可觀的靈活性。本發(fā)明在對(duì)比如由Google或者Amazon或者云計(jì)算提供商使用的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)功率分配上是有益的。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供方法和設(shè)備(“設(shè)施”)來(lái)使能在設(shè)備機(jī)架的高開(kāi)關(guān)密度而不將實(shí)質(zhì)的機(jī)架空間專(zhuān)用于開(kāi)關(guān)單元。需要高開(kāi)關(guān)密度以使得單個(gè)開(kāi)關(guān)的故障不影響大量EDP。另一方面，通過(guò)每個(gè)開(kāi)關(guān)可能占據(jù)1u的機(jī)架空間的傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)單元的擴(kuò)散的方式實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)密度涉及就機(jī)架空間的有效使用而言實(shí)質(zhì)的折衷。如在這里描述的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATS)的各種示例可以不使用或者使用很少每個(gè)開(kāi)關(guān)的專(zhuān)用機(jī)架空間實(shí)現(xiàn)，因此使能高開(kāi)關(guān)密度而沒(méi)有對(duì)機(jī)架空間的任何過(guò)度負(fù)擔(dān)。

因此，注意到的設(shè)施涉及具有用于接收設(shè)備的多個(gè)端口的設(shè)備機(jī)架，例如，其中每一端口可以具有1u的高度，將認(rèn)可某些設(shè)備可能占據(jù)多個(gè)端口。設(shè)備機(jī)架系統(tǒng)包括安裝在機(jī)架的至少一些端口上的數(shù)目N的EDP和數(shù)目S的獨(dú)立地操作ATS。每一ATS配置為從第一和第二外部電源接收輸入功率，以檢測(cè)與第一外部源有關(guān)的電源故障(例如，停電或者不可接受的功率質(zhì)量)，和當(dāng)檢測(cè)到與第一外部源有關(guān)的電源故障時(shí)自動(dòng)地切換其輸出功率饋送以耦合到第二外部源。

注意到的設(shè)備機(jī)架系統(tǒng)具有定義為S/N的開(kāi)關(guān)密度比。另外，設(shè)備機(jī)架系統(tǒng)具有定義為僅由ATS占據(jù)的端口的數(shù)目與由ATS和EDP集合地占據(jù)的端口的數(shù)目的比率的開(kāi)關(guān)總開(kāi)銷(xiāo)比，小于S/(N+1)。

例如，開(kāi)關(guān)密度比可以是至少1/4(且更優(yōu)選地至少1/2)，且開(kāi)關(guān)總開(kāi)銷(xiāo)比可以小于1/5(和更優(yōu)選地，小于1/8)。在數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，通常希望使用高的機(jī)架以使得有效地使用數(shù)據(jù)中心的地面空間。例如，機(jī)架可以具有多于30u’s和甚至在某些情況下多于50u’s的高度。此外，為了同樣的理由，通常不希望留下許多未占據(jù)的機(jī)架空間。因此，從實(shí)用目的，期望數(shù)據(jù)中心通常將配置為使得EDP占據(jù)機(jī)架的至少20個(gè)端口。在此情況下，本發(fā)明在以ATS占據(jù)不多于2個(gè)端口的同時(shí)使能高切換密度。例如，多個(gè)ATS(例如，12個(gè)或更多ATS)可以設(shè)置在僅集合地占據(jù)機(jī)架的1或者2u’s的一個(gè)或多個(gè)外殼中。從以下將要描述的某些實(shí)現(xiàn)中，更多空間的機(jī)架端口專(zhuān)用于切換單元且每一設(shè)備可以具有它自己的ATS(即，開(kāi)關(guān)密度比是1且開(kāi)關(guān)總開(kāi)銷(xiāo)比是0)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于向電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)供應(yīng)冗余并行功率的設(shè)施。該設(shè)施涉及在尺寸為適配在單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)架空間內(nèi)的外殼內(nèi)設(shè)置的多個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。每一ATS配置為從設(shè)置在外殼之外的主要功率源接收第一功率饋送，從設(shè)置在外殼之外的次級(jí)功率源接收第二并行功率饋送，檢測(cè)關(guān)于第一并行功率饋送的電源故障，和當(dāng)檢測(cè)到第一并行功率饋送中的電源故障時(shí)將輸出功率饋送從與第一并行功率饋送電氣地耦合自動(dòng)地切換為與第二并行功率饋送電氣地耦合。以該方式，可以在單個(gè)機(jī)架空間中設(shè)置多個(gè)ATS。

優(yōu)選地，該外殼具有不大于大約1.5u的高度且可以具有1u的高度，即，不大于大約1.75英寸。此外，每一ATS優(yōu)選地具有每10立方英寸至少大約2千瓦的功率密度。以該方式，可以在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的一個(gè)或兩個(gè)u’s的空間包絡(luò)內(nèi)提供顯著的切換容量。在某些實(shí)施例中，多個(gè)ATS可以設(shè)置在可以占據(jù)機(jī)架空間的小于兩個(gè)u，例如，一個(gè)u的單個(gè)殼體中。例如，每個(gè)具有2千瓦的功率密度的12個(gè)或更多ATS可以包括在1.5u’s或者更小的機(jī)架空間中。這種實(shí)施例允許消除機(jī)架中沿著側(cè)設(shè)備的插頭，因此，允許更窄的機(jī)架和數(shù)據(jù)中心地面空間的更有效使用。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，以各種需要的容量和形式因數(shù)的并行ATS單元族可以通過(guò)使用模塊化構(gòu)造方法來(lái)構(gòu)造，該模塊化構(gòu)造方法是節(jié)省成本的，以實(shí)現(xiàn)并提供向這樣構(gòu)造的ATS單元添加增大的可靠性的能力。這樣創(chuàng)建的ATS容量也可以并入各種設(shè)備中，例如在標(biāo)題為“Power Distribution Methodology”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/881,500中描述的。這允許包括自動(dòng)切換作為功率分配方法的集成特征的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配方法的創(chuàng)建。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖描述本公開(kāi)：

圖1示出了功率分配拓?fù)涞膶?shí)例；

圖2示出了典型數(shù)據(jù)中心的功率分配設(shè)計(jì)；

圖3示出了對(duì)于用于數(shù)據(jù)中心中的兩倍轉(zhuǎn)換UPS單元功率效率怎樣隨負(fù)載而變化；

圖4示出了近年來(lái)使用大量服務(wù)器的大數(shù)據(jù)中心的增加的說(shuō)明；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)的說(shuō)明；

圖6示出了九頭蛇線(hydra cord)的實(shí)例；

圖7示出了根據(jù)各種實(shí)施例的說(shuō)明性的微ATS的系統(tǒng)圖；

圖8A示出了在用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)的場(chǎng)景中的說(shuō)明性的電源子系統(tǒng)的電路圖；

圖8B示出了通過(guò)一組電阻器由HV正常地供應(yīng)的15伏特電源的說(shuō)明性的細(xì)節(jié)；

圖9示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)的電路圖；

圖10示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)的電路圖；

圖11示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)的電路圖；

圖12示出了在用于微ATS的某些實(shí)施例的“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)和“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)的場(chǎng)景中的說(shuō)明性的“A”/”B”同步積分器子系統(tǒng)的電路圖；

圖13示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的定時(shí)控制子系統(tǒng)的電路圖；

圖14示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)的電路圖；

圖15示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)的電路圖；

圖16示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)的電路圖；

圖17示出了用于微ATS的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)的電路圖；

圖18A示出了具有在拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)中設(shè)置的ATS的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖18B示出了在拓?fù)涞姆峙涔?jié)點(diǎn)中具有在更下游設(shè)置的ATS的另一說(shuō)明性的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖18C示出了在拓?fù)涞娜~節(jié)點(diǎn)中具有在甚至更遠(yuǎn)的下游設(shè)置的ATS的又一說(shuō)明性的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖18D示出了具有在拓?fù)涞亩巳~節(jié)點(diǎn)中在EDP設(shè)備的進(jìn)一步下游設(shè)置的ATS的又一說(shuō)明性的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖19示出了根據(jù)某些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例的說(shuō)明性的傳統(tǒng)的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖20圖示用于典型的雙倍轉(zhuǎn)換UPS單元的效率對(duì)負(fù)載曲線；

圖21示出了根據(jù)各種實(shí)施例的說(shuō)明性的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖22A和圖22B示出了根據(jù)各種實(shí)施例的說(shuō)明性的并行微ATS模塊；

圖23示出了根據(jù)各種實(shí)施例的包括機(jī)架安裝的并行微ATS模塊的說(shuō)明性的功率分配拓?fù)洌?/p>

圖24示出了根據(jù)各種實(shí)施例的具有示范模塊化ATS概念的其子組件的說(shuō)明性的功率模塊：

圖25示出了根據(jù)各種實(shí)施例的示范模塊化ATS概念的說(shuō)明性的一組組裝的功率模塊；

圖26示出了根據(jù)各種實(shí)施例的示范模塊化ATS概念的以多個(gè)形式因數(shù)組合以實(shí)現(xiàn)各種電流量容量的說(shuō)明性的一組功率模塊；

圖27示出了根據(jù)各種實(shí)施例的并入模塊化ATS概念的說(shuō)明性的一對(duì)實(shí)例ATS設(shè)計(jì)；

圖27B示出了根據(jù)各種實(shí)施例的由母線槽(busway)功率分配系統(tǒng)供電的一對(duì)ATS單元的實(shí)例示例；

圖27C示出了根據(jù)各種實(shí)施例的由母線槽功率分配系統(tǒng)供電的具有相關(guān)聯(lián)的替代功率源的單個(gè)ATS單元的實(shí)例示例；

圖27D示出了根據(jù)各種實(shí)施例的使用根據(jù)本發(fā)明的插件(plug-in)功率分配的數(shù)據(jù)中心功率分配拓?fù)涞膶?shí)例示例；

圖27E示出了根據(jù)各種實(shí)施例的使用根據(jù)本發(fā)明的插件功率分配的數(shù)據(jù)中心功率分配拓?fù)涞牧硪粚?shí)例示例；

圖28示出了根據(jù)各種實(shí)施例的示范模塊化ATS概念的說(shuō)明性的控制邏輯；

圖29示出了根據(jù)各種實(shí)施例的添加示范模塊化ATS概念的故障檢測(cè)和管理特征的說(shuō)明性的控制邏輯；

圖30示出了根據(jù)各種實(shí)施例的添加故障檢測(cè)和管理特征和示范模塊化ATS概念的控制邏輯冗余的說(shuō)明性的控制邏輯；

圖31示出了根據(jù)各種實(shí)施例的、可用于以模塊化ATS概念提供高能量效率方法以保證繼電器功能、可靠性和服務(wù)壽命的說(shuō)明性的并行繼電器負(fù)載平衡方法、和使用大量并行繼電器以切換遠(yuǎn)大于每個(gè)單獨(dú)的繼電器的功率容量的功率容量的任何其他裝置；

圖32-圖32k示出了根據(jù)各種實(shí)施例的、處理繼電器變形(skew)和/或改進(jìn)和控制繼電器觸點(diǎn)致動(dòng)時(shí)間(relay contact actuation times)的方法的可能示例的各種細(xì)節(jié)和操作模式；和

圖33示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)中心配置的實(shí)例；

圖34示出了根據(jù)本發(fā)明的另一數(shù)據(jù)中心配置的實(shí)例。

在所附的圖中，類(lèi)似的組件和/或特征可以具有相同的附圖標(biāo)記。另外，相同類(lèi)型的各種組件可以由在附圖標(biāo)記之后跟隨的在類(lèi)似的組件當(dāng)中區(qū)分的第二標(biāo)記來(lái)區(qū)分。如果在說(shuō)明書(shū)中僅使用第一附圖標(biāo)記，描述可應(yīng)用于具有相同第一附圖標(biāo)記的任何一個(gè)類(lèi)似組件而與第二附圖標(biāo)記無(wú)關(guān)。

具體實(shí)施方式

以下描述在結(jié)構(gòu)上分為兩個(gè)部分，部分1討論數(shù)據(jù)中心功率分配中涉及的問(wèn)題和對(duì)那些問(wèn)題的本發(fā)明的解決方案，且部分2討論可用于構(gòu)造具有建造在機(jī)架/數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中描述并與機(jī)架/數(shù)據(jù)中心架構(gòu)關(guān)聯(lián)的本發(fā)明的解決方案需要的特性的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的具體方法。應(yīng)當(dāng)注意，描述的具體方法也可以用于構(gòu)造自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)之外的其他目的。

I.背景-功率分配可靠性和維護(hù)問(wèn)題

分支分配電路是其中導(dǎo)致對(duì)插座的功率損失的最多事件出現(xiàn)的區(qū)域。原因很簡(jiǎn)單，這是人們趨向于在類(lèi)型和負(fù)載量上做出改變的地方。電氣故障的最普遍的原因是由將超過(guò)電路容量的負(fù)載插上電源的人使分支斷路器跳閘。近來(lái)的功率可靠性研究顯示UPS單元故障也是數(shù)據(jù)中心中電源故障的重要原因。應(yīng)當(dāng)注意某些UPS故障模式將影響UPS傳遞任何電流的能力。

在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，由于可能存在數(shù)千分支電路的事實(shí)，該問(wèn)題是復(fù)雜的。在數(shù)據(jù)中心中，每個(gè)分支電路還必須通常僅加載到其容量的75％，以當(dāng)所有連接的電子數(shù)據(jù)處理(EDP)設(shè)備同時(shí)上電，加快風(fēng)扇、盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)等時(shí)，解決在冷啟動(dòng)期間發(fā)生的“涌入負(fù)載”。這是最高負(fù)載方案；且，如果不解決，其將在發(fā)生時(shí)使分支斷路器跳閘。對(duì)該問(wèn)題起作用的因素是大多數(shù)IT或者數(shù)據(jù)中心員工不總是知道它們安裝的設(shè)備的功率需要是什么，特別是可能改變?cè)O(shè)備顯著地形成的功率的設(shè)備具有的確切配置。

通常使用功率監(jiān)視裝置(例如，經(jīng)由具有電流量計(jì)或者功率分配單元(PDU)的插頭，包括連接到電源設(shè)備架在數(shù)據(jù)中心地板上的功率鞭的分配式斷路器的墻壁安裝或者自立的單元)可以用于確定當(dāng)前功率消耗。但是，因?yàn)樵缦扔懻摰脑?，?shù)據(jù)中心員工或者用戶在他們安裝新設(shè)備時(shí)可能頻繁地使斷路器跳閘，可能地導(dǎo)致服務(wù)中斷。

注意：為了方便起見(jiàn)，我們將使用術(shù)語(yǔ)“設(shè)備機(jī)架”來(lái)描述通常用于2柱相對(duì)4柱機(jī)架的術(shù)語(yǔ)"設(shè)備機(jī)架"和“設(shè)備機(jī)箱”兩者。

一種增加功率可靠性的方法是在功率分配拓?fù)渲械母鞣N點(diǎn)使用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATS)以提供從主要功率源到備用功率源的自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移。這通常在功率分配拓?fù)渲械娜齻€(gè)點(diǎn)之一做出，其中分支電路起源的在墻壁上的配電板，功率饋送到插頭的在機(jī)架中分支電路的結(jié)束或者在插頭和供電的EDP設(shè)備之間。

在功率分配拓?fù)渲性谀睦锓胖米詣?dòng)切換的選擇具有多個(gè)要考慮的問(wèn)題。

1.故障域-這是如果ATS不能適當(dāng)?shù)毓ぷ鲗⒂绊懙碾娫床遄臄?shù)目。用于數(shù)據(jù)中心的全部功率分配拓?fù)鋸臄?shù)學(xué)上說(shuō)可以考慮為有根樹(shù)圖形。

ATS的位置越接近樹(shù)的根，將由該ATS的動(dòng)作影響的電源插座的數(shù)目越高。這如圖1所示，圖1示出了實(shí)例功率分配拓?fù)?。?duì)于該討論的目的，功率分配拓?fù)涞囊粋€(gè)或多個(gè)圖的一個(gè)或多個(gè)根是核心功率基礎(chǔ)設(shè)施的“下游”。一個(gè)或多個(gè)根起始于UPS單元或者配電盤(pán)。在該模型中，配電盤(pán)是根或者分配層節(jié)點(diǎn)。分支電路起源于配電盤(pán)且結(jié)束于設(shè)備機(jī)架。在機(jī)架，經(jīng)由插頭分配功率(插頭也被混淆地稱(chēng)為功率分配單元(“PDU”)，其是通常應(yīng)用于配電板的術(shù)語(yǔ))。插頭在它們中也可能具有斷路器。但是，為了該討論的目的，我們將使用術(shù)語(yǔ)配電板(panelboard)和插頭(plugstrip)。也應(yīng)注意在后面的描述中，ATS單元也可以代替配電板或者與配電板一起，與母線槽一起使用。母線槽基本上是線性配電板。它們通常用于比如生產(chǎn)線的工業(yè)環(huán)境且它們已經(jīng)用于數(shù)據(jù)中心。母線槽是正常地安裝的總開(kāi)銷(xiāo)且并行于設(shè)備機(jī)架的行。它們的功能類(lèi)似代替光的跟蹤發(fā)光體，你插入分接頭盒(tap box)，該分接頭盒是機(jī)械地和電氣地連接到母線槽并具有出口電源插座、出口引管或者作為硬線的出口線路的盒子。出口盒通常包括斷路器以限制分接頭盒的一個(gè)或多個(gè)輸出。

應(yīng)當(dāng)注意，大數(shù)據(jù)中心通常具有許多發(fā)電機(jī)和UPS單元，因?yàn)榇嬖谀憧梢再?gòu)買(mǎi)的容量大小的限制，且如果你超過(guò)該限制，你不得不放置多個(gè)UPS單元并且并行地運(yùn)行它們。該情形中的每個(gè)UPS將是功率分配拓?fù)渲械母?。?lèi)似地，你通常將使用多個(gè)配電盤(pán)，因?yàn)樗鼈儍H在功率容量上和斷路器站的數(shù)目上變得這樣大。此外，定位你的配電板從而最小化平均功率鞭長(zhǎng)度是更高效，這樣你傾向于使用實(shí)際上盡可能多的來(lái)實(shí)現(xiàn)此。配電板通常位于墻壁上，但是在某些數(shù)據(jù)中心中，特別是非常大的數(shù)據(jù)中心中，它們可以是位于地板上的自立的單元。

ATS開(kāi)關(guān)可以與配電板一起使用，且當(dāng)主要功率源故障時(shí)將給定配電板中的每個(gè)分支電路切換到次級(jí)功率源。但是，該方法的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題是如果在配電板的ATS故障，則許多EDP裝置將喪失功率。典型的配電板具有225KVA，和84或者96斷路器(breaker)站的容量。這可以經(jīng)由28-96個(gè)分支電路對(duì)大約多達(dá)40個(gè)機(jī)架供電(取決于分支電路的類(lèi)型和數(shù)目以及每個(gè)機(jī)架使用的平均瓦特?cái)?shù))。在數(shù)據(jù)中心中由于ATS故障40個(gè)機(jī)架停止是可能具有很?chē)?yán)重的服務(wù)影響的主要打擊。該類(lèi)型的故障在許多數(shù)據(jù)中心中發(fā)生。

2.功率分配效率-這是通過(guò)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)插入到功率分配系統(tǒng)中而“損失”的功率的量。沒(méi)有自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是100％有效的，它們?nèi)烤哂袚p耗因數(shù)。存在兩個(gè)主要類(lèi)型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，基于繼電器和基于固態(tài)的。它們具有關(guān)于功率損耗和轉(zhuǎn)換時(shí)間的不同特性。在功率源之間的轉(zhuǎn)移時(shí)間是重要的，因?yàn)橛糜诂F(xiàn)代EDP設(shè)備中的電源可能僅容忍非常短的電源中斷。用于電源設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)(CBEMA)指南推薦20毫秒或者更小的最大停機(jī)。最近發(fā)布的電源可能要求甚至更快的切換速度。

a.基于機(jī)械繼電器的ATS

這些開(kāi)關(guān)使用一個(gè)或多個(gè)繼電器以在它們的輸入功率源之間切換。A繼電器具有兩個(gè)主要損耗因數(shù)，繼電器的觸點(diǎn)面積和是否繼電器要求功率以將其保持在其中其導(dǎo)通電流的“打開(kāi)”狀態(tài)。小心地選擇和工程化觸點(diǎn)的形狀和材料，以最小化觸點(diǎn)兩端的電阻，也最小化或者防止當(dāng)觸點(diǎn)切換時(shí)在觸點(diǎn)兩端的電弧。此外，因?yàn)槟承╇娀】赡茉谀承┣樾蜗掳l(fā)生，所以必須設(shè)計(jì)觸點(diǎn)以最小化非常不受歡迎的電弧“焊接”觸點(diǎn)關(guān)閉的可能性。

另一設(shè)計(jì)問(wèn)題是繼電器的轉(zhuǎn)換時(shí)間。安裝觸點(diǎn)(通常在銜鐵(armature)上)以使得它們可以被移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)它們的切換功能。用于移動(dòng)銜鐵的觸點(diǎn)質(zhì)量、形狀、運(yùn)動(dòng)范圍、機(jī)械杠桿作用和力全部都是繼電器設(shè)計(jì)問(wèn)題。由觸點(diǎn)之間需要的間隙指示運(yùn)動(dòng)范圍以最小化在最大設(shè)計(jì)電流水平的電弧。隨著最大設(shè)計(jì)電流增加，間隙也必須增加。觸點(diǎn)的質(zhì)量必須由施加到銜鐵的力加速，該力具有實(shí)際極限。這些因數(shù)對(duì)可以通過(guò)一對(duì)觸點(diǎn)發(fā)送且仍然保持EDP設(shè)備的可接受的轉(zhuǎn)換時(shí)間的電流量施加限制。EDP設(shè)備CBEMA指南推薦用于現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的持續(xù)操作的最大大約20毫秒的停電。如果銜鐵的質(zhì)量和觸點(diǎn)間隙也很大，繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間超過(guò)該時(shí)間限制。

在與2013年3月15日提交的題為“ACCELERATED MOTION RELAY”(美國(guó)序號(hào)61/792,738)、“HYBRID RELAY”(美國(guó)序號(hào)61/798,593)和“SOLID STATE RELAY”(美國(guó)序號(hào)61/792,576)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)中描述了減小繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間的新穎的方法，將所有這些通過(guò)引用包括于此，該新穎的方法總的來(lái)說(shuō)可以并入自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中，且具體來(lái)說(shuō)在使用或者可以使用將受益于減小的繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間的繼電器的該提交(filing)及其他裝置中描述和并入的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中。這種方法的使用也可以允許用于必須在給定時(shí)間段中轉(zhuǎn)換的特定應(yīng)用的各種繼電器的使用，實(shí)例將是通常不能足夠快地轉(zhuǎn)換以被使用的大容量繼電器(電流量容量和/或電壓容量)的使用。

基于良好設(shè)計(jì)的繼電器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有大約0.5％或者更小的損耗因數(shù)。它們也具有電源以對(duì)它們的內(nèi)部邏輯供電，它們的內(nèi)部邏輯通常在操作中在12-20瓦特的范圍內(nèi)使用。

基于良好設(shè)計(jì)的繼電器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有大約0.5％或者更小的損耗因數(shù)。它們也具有電源以對(duì)它們的內(nèi)部邏輯供電，它們的內(nèi)部邏輯通常在操作中在12-20瓦特的范圍內(nèi)使用。

b.固態(tài)ATS

這些開(kāi)關(guān)使用固態(tài)半導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)它們的輸入功率源和它們的輸出負(fù)載之間的切換。它們可以比基于繼電器的開(kāi)關(guān)更快地切換，因?yàn)樗鼈兪褂没诎雽?dǎo)體的切換而不是機(jī)械繼電器。但是，半導(dǎo)體具有損耗因數(shù)，且該類(lèi)型的開(kāi)關(guān)的效率小于基于繼電器的開(kāi)關(guān)的效率，通常大約1％。此外，它們通常較不可靠，除非它們建造有冗余的內(nèi)部故障轉(zhuǎn)移性能，這使得它們貴得多。再次，它們也具有電源以對(duì)它們的內(nèi)部邏輯供電，取決于轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的尺寸和由開(kāi)關(guān)提供的冗余級(jí)別，它們的內(nèi)部邏輯通常在操作中在12-200瓦特或更多的范圍內(nèi)使用。

3.機(jī)架空間使用

數(shù)據(jù)中心中的機(jī)架空間是昂貴的。發(fā)電機(jī)、UPS單元、功率分配、上升地面、計(jì)算機(jī)機(jī)房冷卻等的數(shù)據(jù)中心基本設(shè)施是非常大的資本投資且具有大的進(jìn)行中運(yùn)行費(fèi)用。標(biāo)準(zhǔn)42U設(shè)備機(jī)箱的機(jī)架空間的1U是在該機(jī)架中可用的空間的2.5％。在設(shè)備機(jī)架中大量地放置安裝在機(jī)架上的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)使用大量的機(jī)架空間，這表示可以用于EDP設(shè)備的空間的損失。這是很不受歡迎的，這是不這樣做的一個(gè)原因。

應(yīng)當(dāng)注意在UPS單元的上游的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是核心功率基本設(shè)施而不是功率分配的一部分。在核心基本設(shè)施做出自動(dòng)轉(zhuǎn)換切換以保證到有效功率源，比如公用電源網(wǎng)格饋送或者發(fā)電機(jī)的連接的連續(xù)性?？梢蕴幚砗诵幕驹O(shè)施中需要的功率容量的基于繼電器的開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)間也很慢以避免由連接的EDP設(shè)備由于早先描述的原因而關(guān)閉(由CBEMA指南對(duì)于EDP設(shè)備推薦20毫秒或者更小的時(shí)間)。這是為什么該類(lèi)型的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)放置在UPS單元的上游，在那里這些開(kāi)關(guān)關(guān)于轉(zhuǎn)換創(chuàng)建的簡(jiǎn)短斷電由UPS單元覆蓋。我們作為本公開(kāi)的一部分描述的模塊化、可擴(kuò)展、并行ATS開(kāi)關(guān)的族可以被縮放到需要的容量且擁有充分快的轉(zhuǎn)換時(shí)間，以使得它們可以用于功率分配拓?fù)渲械娜我恻c(diǎn)，包括核心基本設(shè)施，這是重要的優(yōu)點(diǎn)。它們可以包括可以顯著地增加它們的可靠性的容錯(cuò)設(shè)計(jì)特征，這使得它們更適于用于在ATS表示單個(gè)故障點(diǎn)的各點(diǎn)的拓?fù)?。這使能現(xiàn)在未使用的功率分配拓?fù)涞氖褂茫@可能具有用于數(shù)據(jù)中心的優(yōu)點(diǎn)。例如，移動(dòng)位于UPS的核心基本設(shè)施下游中的ATS單元可以保證如果UPS單元故障，功率輸送也繼續(xù)，這是重要的優(yōu)點(diǎn)。

大的固態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以用于核心基本設(shè)施，且它們足夠快以在20毫秒CBEMA指南下切換。但是，它們非常昂貴且可以表示單個(gè)故障點(diǎn)。再次地，它們具有與流過(guò)半導(dǎo)體器件的功率相關(guān)聯(lián)的不利的損耗。相比基于繼電器的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，它們也對(duì)突發(fā)故障更脆弱得多，這是重要的缺點(diǎn)。

我們之后將討論怎樣可以通過(guò)并行組合許多較小的Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)構(gòu)造大容量的、快速的高效和相對(duì)低成本的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。這可以以各種方法進(jìn)行。某些方法按照需要使用集成的控制邏輯。模塊化的、可擴(kuò)展的并行ATS概念是可用于構(gòu)造這種開(kāi)關(guān)的方法，且可以包括Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的技術(shù)和創(chuàng)新。

II.發(fā)明概述-高度并行的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配和適當(dāng)?shù)腁TS設(shè)計(jì)，包括高度冗余的、可擴(kuò)展的、模塊化的ATS設(shè)計(jì)

A.高度并行的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配

我們發(fā)明的解決方案是新穎的，且提供相當(dāng)多的益處。它們包括使用我們做出以創(chuàng)建自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATS)的發(fā)明的多個(gè)功率分配方法。我們使用自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)作為描述的實(shí)例，Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(μATS^TM)包括在PCT申請(qǐng)No.PCT/US2008/057140，美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/897,842和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/569,733中描述的本發(fā)明，將其通過(guò)引用完全包括于此。

當(dāng)前自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有防止使用高度并行的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配方法的某些實(shí)現(xiàn)的特定限制。它們也是無(wú)效率的，消耗太多的機(jī)架空間，且成本過(guò)高。

ZonitμATS^TM是非常小的(4.25”×1.6”×1”<10cu英寸)，非常高效(<2V@最大負(fù)載損耗)且不需要機(jī)架空間，因?yàn)橛捎谒浅Ｐ〉男问揭驍?shù)，它可以被自安裝在每個(gè)EDP裝置的后部或者并入用于安裝EDP設(shè)備的機(jī)架容積外部的機(jī)架結(jié)構(gòu)中，或者在安裝在機(jī)架上的插頭或者在機(jī)架中或者機(jī)架附近的功率分配單元中。應(yīng)當(dāng)注意μATSTM足夠小，它也可以集成到EDP設(shè)備中。

該小的形式因數(shù)也幫助使能24”外部-到-外部寬度EDP設(shè)備機(jī)箱的使用，其具有兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)，它們確切地適配在2’×2’上升地面磚上，這使得放置有孔的地面磚以引導(dǎo)空氣流容易，因?yàn)闄C(jī)架對(duì)準(zhǔn)在地面磚網(wǎng)格上，且它們節(jié)省寶貴的數(shù)據(jù)中心地面空間。因?yàn)镹EMA設(shè)備機(jī)架不對(duì)于總機(jī)架寬度標(biāo)準(zhǔn)化，就是這樣，且機(jī)架越窄，越多機(jī)架可以適配在給定行長(zhǎng)度中。例如24”機(jī)架將在非常普通的27”寬度機(jī)架上節(jié)省3”，且表示在行中對(duì)于每8個(gè)設(shè)備機(jī)架的一個(gè)額外的機(jī)架。現(xiàn)在這對(duì)于現(xiàn)代EDP設(shè)備是實(shí)用的，因?yàn)楝F(xiàn)在幾乎所有模型使用前面到后面的空氣流冷卻。曾經(jīng)普遍的側(cè)到側(cè)冷卻現(xiàn)在幾乎已經(jīng)完全地消失。警告是在用于輔助設(shè)備，比如垂直插頭、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等的24”機(jī)架一側(cè)上有少得多的空間，所以那些組件必須是與實(shí)際一樣小的形式因數(shù)，以使得它們可以適配在機(jī)架中。

μATS^TM允許使用高效、成本有效和每個(gè)裝置或者每個(gè)裝置附近的機(jī)架空間節(jié)省(1μATS^TM到1EDP設(shè)備或者1μATS^TM到低整數(shù)數(shù)目的EDP裝置的比率)的高度并行和高效率的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配方法。應(yīng)該指出可以選擇μATS^TM單元對(duì)EDP設(shè)備的比率以優(yōu)化幾個(gè)相互關(guān)連的設(shè)計(jì)約束條件，數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備的可靠性、成本和容易移動(dòng)。1對(duì)1比率最大化每個(gè)裝置的功率可靠性和在保持裝置上電的同時(shí)裝置的容易移動(dòng)。注意：這可以通過(guò)做出“熱行走(hot walk)”以裝置級(jí)ATS做出，特別是類(lèi)似μATS^TM的，在"熱行走"，你通過(guò)首先拔下一個(gè)ATS電源線，將插塞(plug)移動(dòng)到新位置，拔下第二ATS電源線等來(lái)移動(dòng)裝置。長(zhǎng)的延長(zhǎng)電線使得“熱行走”更容易。以太網(wǎng)線纜可以被拔下和重新插入，而不將現(xiàn)代的操作系統(tǒng)關(guān)閉，且當(dāng)這樣做時(shí)TCP/IP連接將恢復(fù)。所以，可以且已經(jīng)這樣做了。明顯地，可以通過(guò)使用對(duì)于μATS^TM單元對(duì)EDP裝置的1對(duì)1之外的其他比率來(lái)減小成本。在該情況下的限制因素通常是μATS^TM功率容量和什么將提升數(shù)據(jù)中心管理者愿意承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，因?yàn)檫B接到任何ATS的裝置越多，如果它未能適當(dāng)?shù)毓ぷ饔绊懺酱蟆?/p>

傳統(tǒng)的功率分配方法

典型的數(shù)據(jù)中心使用如圖2所示的功率分配設(shè)計(jì)。

它們使用雙倍轉(zhuǎn)換不間斷電源(UPS)單元或者更近來(lái)的飛輪UPS裝置。用于數(shù)據(jù)中心的最好的雙倍轉(zhuǎn)換UPS單元具有隨著它們的負(fù)載改變而變化的功率效率，如圖3所示。它們通常在典型負(fù)載級(jí)別平均85-90％的效率，飛輪(flywheel)UPS單元平均～94％效率。當(dāng)功率成本穩(wěn)定、相對(duì)低且基于碳的燃料的氣候影響未被完全地認(rèn)可時(shí)，該效率級(jí)別是可接受的。功率現(xiàn)在快速地從廉價(jià)的商品改變?yōu)榘嘿F的購(gòu)買(mǎi)，其具有實(shí)質(zhì)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本和對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全的關(guān)鍵隱含意思。傳統(tǒng)的UPS供電的數(shù)據(jù)中心更通常具有在88-92％范圍的效率，因?yàn)闆](méi)有數(shù)據(jù)中心管理者想要以100％容量運(yùn)行他的UPS單元，這是因?yàn)闆](méi)有對(duì)于任何需要設(shè)備添加、移動(dòng)或者改變的余量。此外，如典型的，UPS單元之間的負(fù)載通常被劃分以使得每個(gè)具有數(shù)據(jù)中心的總負(fù)載的大約1/2。在該情況下，因?yàn)閁PS是冗余的，沒(méi)有UPS負(fù)載50％以上，或者如果其他UPS故障，UPS必須能夠承擔(dān)滿負(fù)載。這推動(dòng)UPS效率甚至更低，因?yàn)槊總€(gè)單元通常將不加載到超過(guò)40-45％，以使得數(shù)據(jù)中心管理者具有某些可用的UPS功率容量以用于數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備的添加、移動(dòng)和改變。

圖4圖示重要的點(diǎn)。裝有極高數(shù)目的服務(wù)器的非常大的數(shù)據(jù)中心的數(shù)目在過(guò)去五年或更多年內(nèi)已經(jīng)不斷增長(zhǎng)。服務(wù)器部署數(shù)目巨大。存在今天采用超過(guò)一百萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的多個(gè)商業(yè)組織。對(duì)于該規(guī)模的設(shè)施和增加的功率的長(zhǎng)期成本，在最大化功率使用效率上做出投資在經(jīng)濟(jì)上、環(huán)境上和就國(guó)家安全而言很有意義。這個(gè)問(wèn)題當(dāng)我們討論如何最好地將數(shù)據(jù)中心中的功率分配到它們的服務(wù)器及其他EPD設(shè)備時(shí)將進(jìn)一步討論，其是需要比如我們呈現(xiàn)的創(chuàng)新解決方案的重要的點(diǎn)。

當(dāng)前服務(wù)器當(dāng)以“比薩盒”形式因數(shù)購(gòu)買(mǎi)時(shí)是最成本有效的。當(dāng)前在這些數(shù)據(jù)中心中采用的巨大數(shù)目的服務(wù)器幾乎都是Intel X86架構(gòu)兼容的CPU的"商品"。這是什么對(duì)運(yùn)行大的網(wǎng)站的大服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)、運(yùn)行VMWare或者其他虛擬化解決方案的云計(jì)算和高性能計(jì)算(HPC)環(huán)境中的大部分供電。它是最有競(jìng)爭(zhēng)力和商品化的服務(wù)器市場(chǎng)部分，且提供最好的服務(wù)器“性價(jià)比”。這是為什么它被選為用于這些角色。

商品服務(wù)器具有對(duì)成本競(jìng)爭(zhēng)力的大的壓力，特別是關(guān)于它們的初始的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格。這又影響制造商產(chǎn)品管理者選擇最低成本的電源解決方案，可能以最好的功率效率為代價(jià)，這是具有將在下面進(jìn)一步討論的影響的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)中心大小和服務(wù)器計(jì)數(shù)

存在將多個(gè)(兩個(gè)或者N+1是最普通的配置)電源放置到EDP設(shè)備中的幾個(gè)原因。首先是通過(guò)冗余消除單個(gè)故障點(diǎn)。但是，現(xiàn)代電源對(duì)于大約100,000小時(shí)＝11.2年的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)值是非?？煽康?，這很好地超出EDP設(shè)備的典型服務(wù)壽命。使用多個(gè)電源的第二個(gè)原因是允許連接到多于一個(gè)分支電路。如早先討論的，這是最普遍的功率分配的故障點(diǎn)。此外，具有兩個(gè)功率連接通過(guò)允許關(guān)閉一個(gè)功率源而不影響終端用戶EDP設(shè)備，而使得功率系統(tǒng)維護(hù)更容易。

但是，在EDP設(shè)備中放置多個(gè)電源具有成本。附加的一個(gè)或多個(gè)電源花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)的錢(qián)財(cái)。它們幾乎總是對(duì)設(shè)備的每一代是特定的，且因此必須在每個(gè)新一代設(shè)備中替換，在某些組織中這對(duì)于服務(wù)器可能短至三年。

電源還具有損耗因數(shù)，它們不是100％高效，且做出電源的最便宜的方式是設(shè)計(jì)它在典型的最優(yōu)期望負(fù)載的+-20％的給定負(fù)載范圍最有效地運(yùn)行。電源具有與UPS單元類(lèi)似的效率曲線，比如圖2所示的。這呈現(xiàn)另一問(wèn)題。服務(wù)器制造商的產(chǎn)品管理者可能銷(xiāo)售以兩個(gè)配置的服務(wù)器，具有一個(gè)或兩個(gè)電源。在該情況下，他可能選擇僅指定一個(gè)電源型號(hào)，因?yàn)閹?kù)存、銷(xiāo)售和服務(wù)兩個(gè)型號(hào)比一個(gè)型號(hào)的電源更昂貴。這交易資本費(fèi)用(服務(wù)器制造商可以在更低的初始價(jià)格點(diǎn)銷(xiāo)售服務(wù)器)對(duì)于操作費(fèi)用。這是由于對(duì)于兩個(gè)AC到DC電源，在通常最多用于大規(guī)模部署的商品服務(wù)器的類(lèi)中，DC輸出總線將幾乎總是共同共享的無(wú)源總線。添加切換到該類(lèi)服務(wù)器的功率源以獲得反向效率(一次僅一個(gè)電源承受負(fù)載)通常對(duì)于正在服務(wù)的市場(chǎng)過(guò)于昂貴。它還添加另一可能的故障點(diǎn)，如果需要較大的可靠性，做出冗余需要成本。

典型的現(xiàn)代EDP電源幾乎都是自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍(接受110-240V輸入)和全部切換的(僅僅短時(shí)間段內(nèi)利用交流電[AC]輸入功率且然后將該能量轉(zhuǎn)換為直流電[DC]，然后重復(fù))。該類(lèi)型的電源更耐受功率質(zhì)量問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儍H需要不連續(xù)地一次“喝”一口。如果在已知范圍內(nèi)控制輸入AC功率電壓范圍，它們將非常可靠地工作。它們不要求完美的輸入AC波形來(lái)良好地工作。所有需要的是它們?cè)诿恳弧翱凇敝薪邮兆銐虻哪芰亢洼斎牍β试谒鼈兊碾妷悍秶莶畹南拗苾?nèi)。這使得可以以非常合理的資本費(fèi)用使用比完全UPS電源系統(tǒng)更加有效的數(shù)據(jù)中心功率分配系統(tǒng)。

使用高度并行自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的非常高效功率分配

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心功率系統(tǒng)的主要損耗源是一個(gè)或多個(gè)UPS單元。轉(zhuǎn)換損耗是我們?cè)缦扔懻摰目赡艹龉收系牡胤健？梢酝ㄟ^(guò)使用濾波的公用線功率避免這些損失，但是這拿來(lái)對(duì)于以下討論的要實(shí)踐的該方法需要解決的一組問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)在以下圖5中示出。通過(guò)瞬時(shí)電壓浪涌抑制(TVSS)單元進(jìn)行功率過(guò)濾，這是非常高效(99.9％+)和成熟的技術(shù)。

a.輸入電壓范圍控制

現(xiàn)代的電源可以容忍各種的功率質(zhì)量缺陷，但是它們不能幸免的一件事是過(guò)長(zhǎng)的輸入功率過(guò)電壓。TVSS單元將過(guò)濾瞬時(shí)浪涌和尖峰，但是它不補(bǔ)償長(zhǎng)時(shí)間的輸入功率過(guò)電壓，這些通過(guò)。為了防止該可能性，如果公用線功率電壓超過(guò)范圍，我們正在討論的數(shù)據(jù)中心功率系統(tǒng)必須通過(guò)切換到有條件的UPS功率而處理范圍外電壓(因?yàn)楝F(xiàn)代電源不由欠電壓損傷而是關(guān)閉)。我們將要討論這樣做的兩種方式。電壓感應(yīng)和自動(dòng)切換可以被置于數(shù)據(jù)中心功率系統(tǒng)中的其他點(diǎn)，但是對(duì)于早先討論的理由，我們呈現(xiàn)的選項(xiàng)是最可行的。過(guò)電壓保護(hù)可能實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)地方在設(shè)施降壓變壓器。該類(lèi)型的自動(dòng)調(diào)范圍的變壓器是可用的，且可以從設(shè)施公司訂購(gòu)。它們?cè)谒鼈兊妮敵鼍€圈上具有一組分接頭，且當(dāng)需要將它們的輸出電壓控制到特定范圍時(shí)在它們之間自動(dòng)地切換。因?yàn)槌杀驹蛟O(shè)施公司通常不采用該類(lèi)型的降壓變壓器，而是如果需要指定和改進(jìn)它們。可能實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)的數(shù)據(jù)中心功率系統(tǒng)中的第二個(gè)地方是在功率分配拓?fù)渲械腁TS。這可以在配電板的ATS或者在分支電路的端部的ATS進(jìn)行，或者在裝置級(jí)的ATS進(jìn)行。最后是我們?yōu)榱酥笥懻摰脑蜻x擇的。應(yīng)當(dāng)注意，可以在UPS的上游使用基于半導(dǎo)體的ATS，但是這是非常昂貴的且ATS的故障的結(jié)果可能是災(zāi)難性的，如果ATS單元未能切換，則所有供電的EDP單元可能具有它們的電源損傷或者破壞。這是偶然的大的負(fù)面效應(yīng)。

b.全部單一電源(或者線)EDP裝置的自動(dòng)切換

如果公用線電源故障，全部單一電源EDP裝置必須切換到可靠的替代功率源，比如UPS。在CBEMA 20毫秒指南內(nèi)這必須快速地進(jìn)行。將所有這些裝置直接插入U(xiǎn)PS中解決可靠的功率問(wèn)題，但是由于在公用電源關(guān)閉的時(shí)間期間僅使用UPS使提升功率分配效率的目標(biāo)失效。這在大的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)中是特別重要的，其中成本約束使得用于大數(shù)目的服務(wù)器的單一電源配置對(duì)于成本和效率原因是極優(yōu)選的，且服務(wù)不會(huì)由于單個(gè)或者幾個(gè)服務(wù)器的損失而中斷很多或者完全中斷。

c.EDP裝置中全部雙(或者N+1)電源的自動(dòng)切換

幾乎所有EDP裝置在裝置中的所有可用電源當(dāng)中共享負(fù)載?？梢越ㄔ煸陔娫粗g切換負(fù)載的EDP裝置，以使得僅一個(gè)或多個(gè)電源是活動(dòng)電源，且其它的是空閑的，但是如早先描述的，這對(duì)于成本和可靠性兩者的原因很少這樣做。為了保證多電源EDP裝置僅利用過(guò)濾的公用線功率(如果其可用)和切換到UPS(如果其不可用)，每一次級(jí)電源單元需要在公用線和一個(gè)或多個(gè)UPS單元之間自動(dòng)切換。否則，UPS單元將承載數(shù)據(jù)中心負(fù)載的一部分，降低功率分配的總效率。

d.諧波增強(qiáng)功率負(fù)載浪涌的避免

如果公用線電源故障，全部EDP裝置必須利用UPS單元直到發(fā)電機(jī)開(kāi)始并穩(wěn)定為止。用于數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)代發(fā)電機(jī)具有控制它們的引擎“油門(mén)”的非常復(fù)雜的電子設(shè)備。發(fā)電機(jī)的控制邏輯設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生最大的穩(wěn)定性和最佳效率。但是，需要一定量的時(shí)間響應(yīng)于改變的電負(fù)載且然后穩(wěn)定在新負(fù)載。如果置于發(fā)電機(jī)上的負(fù)載以重復(fù)振蕩模式過(guò)快地改變，通過(guò)廢除它的控制邏輯和迫使它嘗試匹配功率需要的振蕩，可能使發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定。這可能損傷發(fā)電機(jī)或者迫使它關(guān)閉以保護(hù)自身。在任意情況下數(shù)據(jù)中心可能變?yōu)殡x線，這是非常不受歡迎的結(jié)果。存在可能潛在地導(dǎo)致該問(wèn)題的幾個(gè)可能的情況。

f.間斷的公用線故障

公用線功率在數(shù)據(jù)中心操作者的控制之外。它可能受到天氣、設(shè)備故障、人為錯(cuò)誤及其他情況的影響。它可能間歇地故障，這對(duì)核心數(shù)據(jù)中心功率基本設(shè)施造成潛在危害。如果公用電源間歇地開(kāi)啟和關(guān)閉，且開(kāi)關(guān)周期的定時(shí)在某個(gè)范圍內(nèi)，則公用線源和發(fā)電機(jī)之間的自動(dòng)切換(即使由UPS單元過(guò)濾)可能導(dǎo)致施加于發(fā)電機(jī)的諧波增強(qiáng)功率負(fù)載浪涌。這可能如下發(fā)生：

i.公用線電源故障

ii.功率切換到UPS

iii.發(fā)生超時(shí)且發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)

iv.發(fā)電機(jī)穩(wěn)定化且切換到系統(tǒng)，饋送UPS

v.公用線功率返回，然后再次進(jìn)行

vi.發(fā)電機(jī)將不會(huì)關(guān)閉，但是核心ATS開(kāi)關(guān)現(xiàn)在可能在發(fā)電機(jī)和公用線源之間切換。

終端用戶設(shè)備ATS單元當(dāng)其背向時(shí)將返回到線功率。該返回的定時(shí)是決定性的問(wèn)題。如果它對(duì)于發(fā)電機(jī)適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)過(guò)快地發(fā)生，公用線電源以振蕩方式故障，然后發(fā)電機(jī)可能如早先描述的不穩(wěn)定化。

g.負(fù)載/電壓振蕩

當(dāng)負(fù)載切換到發(fā)電機(jī)上時(shí)，特別是大的負(fù)載，其輸出電壓短暫地下降。它然后通過(guò)增加油門(mén)容積且隨后增加引擎扭矩來(lái)補(bǔ)償，這增加輸出電流和電壓。存在將輸出電壓保持在所需范圍的機(jī)制，但是它們可能由恰好在諧頻的正確范圍之內(nèi)和之外切換的負(fù)載廢除。如果經(jīng)由我們將在之后討論的機(jī)制保護(hù)功率分配系統(tǒng)免受內(nèi)置于其的過(guò)電壓，則這可能發(fā)生。最終結(jié)果可能是施加于發(fā)電機(jī)的諧波增強(qiáng)的功率負(fù)載浪涌。這可能如下發(fā)生：

i.公用線電源故障

ii.功率切換到UPS

iii.發(fā)生超時(shí)且發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)

iv.發(fā)電機(jī)穩(wěn)定化且切換到系統(tǒng)，饋送系統(tǒng)的公用線功率側(cè)。注意：這優(yōu)先于通過(guò)UPS饋送進(jìn)行，以維持到機(jī)架w/EDP設(shè)備的冗余饋送。

v.發(fā)電機(jī)在突然置于其上的大的負(fù)載的情況下下沉(sag)。然后它通過(guò)增加其油門(mén)設(shè)置來(lái)響應(yīng)于負(fù)載。

vi.發(fā)電機(jī)過(guò)沖高度并行ATS單元的高電壓截止值，且它們切換回到UPS，從發(fā)電機(jī)除去負(fù)載。

vii.發(fā)電機(jī)然后減速且其輸出電壓返回到正常電平。

viii.高度并行ATS單元切換回到發(fā)電機(jī)，使得其再次下沉。

步驟vi-viii重復(fù)且可以使得諧波增強(qiáng)的功率負(fù)載浪涌堵塞并使發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定。

我們現(xiàn)在認(rèn)識(shí)到必須解決以能夠安全地、可靠地和經(jīng)濟(jì)地使用過(guò)濾的公用線功率的四個(gè)問(wèn)題。

1.輸入線功率電壓范圍控制

2.單一電源線EDP裝置的自動(dòng)切換

3.雙或者N+1電源EDP裝置的自動(dòng)切換

4.諧波增強(qiáng)的負(fù)載浪涌的防止

我們選擇用于這些問(wèn)題的一個(gè)解決方案是在功率分配拓?fù)渲械难b置或者接近裝置級(jí)自動(dòng)切換。該解決方案相對(duì)將討論的自動(dòng)切換的其它方法具有多個(gè)益處，但是要求自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有特定特性。所選的自動(dòng)開(kāi)關(guān)需要具有以下性質(zhì)。

●當(dāng)主要功率源可用且具有足夠性質(zhì)時(shí)必須優(yōu)選和選擇主要功率源。這是需要的。對(duì)于我們討論的功率分配系統(tǒng)，如果公用線功率可用且具有足夠性質(zhì)，為了最大效率，你想要將全部負(fù)載置于其上。

●如果主要功率源在范圍外，則必須保護(hù)免于主要功率源上的范圍外電壓和切換到次級(jí)功率源。還希望，而不是要求如果主要功率源具有其他性質(zhì)問(wèn)題，則ATS作為預(yù)防措施切換到次級(jí)(UPS)功率源。如前所述，這不是要求的，現(xiàn)代的電源對(duì)除了輸入電壓范圍之外的任何功率性質(zhì)問(wèn)題相對(duì)免疫，但是保證安全沒(méi)有壞處。

●必須在兩個(gè)方向上在CBEMA 20毫秒限制內(nèi)轉(zhuǎn)換主要功率源到備用功率源和備用功率源到主要功率源。

●在B到A切換中(除了如果B功率源故障)之外必須包括延遲因數(shù)以防止諧波增強(qiáng)的負(fù)載浪涌。選擇的延遲因數(shù)必須足以允許現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)穩(wěn)定它們的油門(mén)設(shè)置而非振蕩。

●應(yīng)該最大化數(shù)據(jù)中心地面空間的使用的空間效率。存在看待該問(wèn)題的兩個(gè)方式，最大化設(shè)備機(jī)架的維度的效率和/或最大化機(jī)架提供用于安裝EDP設(shè)備的空間容積的使用效率。這涉及幾個(gè)因素的考慮。

a.EDP設(shè)備機(jī)架維度

標(biāo)準(zhǔn)NEMA機(jī)架僅在一個(gè)維度上標(biāo)準(zhǔn)化，即如在機(jī)架中使用的垂直安裝法蘭的間隔(和在那些垂直安裝法蘭中的緊固件孔的間隔)中反映的安裝在機(jī)架上的設(shè)備的寬度。它們不對(duì)于總的總寬度、高度或者深度標(biāo)準(zhǔn)化。

高度通常由穩(wěn)定性問(wèn)題限制，具有接近實(shí)際極限的大約50U(1U＝1.75")，而沒(méi)有防止機(jī)架翻倒的特定固定。深度通常限于安裝的EDP設(shè)備的凸出的最大深度是什么。大部分EDP設(shè)備的當(dāng)前最大深度是大約36"，有些例外。機(jī)架的總寬度取決于機(jī)架設(shè)計(jì)者想要在機(jī)架的側(cè)部上，在由安裝在機(jī)架中的EPD設(shè)備占據(jù)的容積外部支撐安裝什么種類(lèi)的線纜，功率分配裝置和有時(shí)冷卻裝置。最通常使用的NEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備寬度是19"。

用于19"設(shè)備的大部分NEMA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架是大約27"寬，以允許在機(jī)架的側(cè)部安裝各種垂直插頭的足夠空間。這些插頭(plugstrips)(有時(shí)也稱(chēng)為功率分配單元)不具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化維度，所以對(duì)于設(shè)備機(jī)架制造商難以對(duì)于所有可用的垂直插頭優(yōu)化它們的機(jī)架維度。因此，機(jī)架的總的寬度和深度確定它的占地面積使用。通過(guò)消除在機(jī)架的側(cè)部向下延伸除了電源線和網(wǎng)絡(luò)線的任何東西的需要(或者可選地在機(jī)架的背部向下)，有可能指定更窄的機(jī)架，低至大約21"的寬度。這是更空間高效。例如，如果相對(duì)27"機(jī)架使用24"機(jī)架(其很好地對(duì)準(zhǔn)到在大部分升高地面中使用的2'x2'地面磚上，則在8機(jī)架的行中可以采用一個(gè)附加的24"機(jī)架。這是數(shù)據(jù)中心地面空間利用上的重要的增益。

應(yīng)該指出使用該方法，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)者必須選擇具有適當(dāng)?shù)木S度的機(jī)架，所以這在初始擴(kuò)建期間或者當(dāng)正在執(zhí)行大范圍的改型時(shí)是最容易做到的。

b.機(jī)架內(nèi)設(shè)備安裝容積的使用。

另一方法是不使用可以用于EDP設(shè)備的任何機(jī)架容積。這意味著ATS應(yīng)該以零U方式安裝，或者否則集成到機(jī)架中或者在機(jī)架附近集成，而不使用可用于安裝EDP設(shè)備的機(jī)架空間。它可以直接集成到EDP設(shè)備中。它也可以集成到插頭中或者機(jī)架中或者機(jī)架附近的功率分配單元中，比如Zonit功率分配單元(ZPDU)，這相對(duì)在機(jī)架對(duì)控制到機(jī)架中的插頭的功率的斷路器的接入而犧牲少量的機(jī)架空間使用。在該情況下，ATS功能必須集成到ZPDU的每個(gè)子分支輸出中，以使得每一個(gè)被自動(dòng)切換。這對(duì)某些數(shù)據(jù)中心管理者是可能有價(jià)值的折衷。如早先討論的，機(jī)架空間非常昂貴。對(duì)于裝置級(jí)ATS單元使用它不是成本有效的。

c.必須非常，非常高效。當(dāng)在裝置級(jí)采用ATS單元時(shí)，將有大量的ATS單元。所以，它們必須非常高效或者它們將消耗比它們值得實(shí)現(xiàn)的更多的功率。這導(dǎo)致最后的需要的特性。

d.它們必須相對(duì)便宜地購(gòu)買(mǎi)。這具有兩個(gè)方面，每一個(gè)的成本是多少，和它將維持多長(zhǎng)時(shí)間。兩者確定ATS選擇的成本效率。

e.必須高度可靠。這是需要的，或者功率分配設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)將是不可行的。

ZonitμATS^TM具有所有需要的性質(zhì)。它的設(shè)計(jì)是對(duì)該組要求特定的，且包括實(shí)現(xiàn)那些要求中的每一個(gè)的已申請(qǐng)專(zhuān)利的方式。

●優(yōu)選的主要源

μATS^TM設(shè)計(jì)用于如果主要功率源可用且具有足夠性質(zhì)則總是使用主要功率源

●輸入電壓范圍控制

μATS^TM監(jiān)控主要輸入上的電壓且如果該電壓在范圍外則切換到次級(jí)源。當(dāng)它返回到可接受的范圍且穩(wěn)定時(shí)，它切換回到主要源。

●CBEMA 20毫秒指南(guideline)內(nèi)功率源之間的切換

μATS^TM在14-16毫秒內(nèi)從A切換到B。可以實(shí)現(xiàn)更快的切換時(shí)間，但是所選的時(shí)間最大化可能啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的假條件的拒絕。一旦啟動(dòng)，B到A的轉(zhuǎn)換時(shí)間是大約5毫秒。因?yàn)榇蟛糠諦到A轉(zhuǎn)換在A功率返回之后發(fā)生，這是可能的，且因此μATS^TM可以挑選進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間，功率源啟動(dòng)和運(yùn)行兩者。

應(yīng)當(dāng)注意，μATS^TM將負(fù)載“擴(kuò)展”到正在轉(zhuǎn)換的源上。這通過(guò)設(shè)計(jì)。μATS^TM單元的總數(shù)在它們的從B源到A源的轉(zhuǎn)換定時(shí)將具有小的變化程度，這實(shí)時(shí)地不多但是在電氣事件時(shí)間上是顯著的。該變化“擴(kuò)展”從功率源，例如發(fā)電機(jī)或者UPS單元來(lái)看正在轉(zhuǎn)換的負(fù)載。這是由于負(fù)載表現(xiàn)為在到功率源的時(shí)間窗中的大量μATS^TM轉(zhuǎn)換。這有益于發(fā)電機(jī)和UPS單元，因?yàn)樗跁r(shí)間段上分配大量較小的負(fù)載，因此減小即時(shí)流入。這是我們的功率分配方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

●防止諧波增強(qiáng)的負(fù)載浪涌。

μATS^TM等待當(dāng)在轉(zhuǎn)換回到A功率之前在B功率上時(shí)恒定的指定時(shí)間(除非B功率故障，則它立即轉(zhuǎn)換到A功率)。選擇該時(shí)間在大部分典型發(fā)電機(jī)的正常響應(yīng)時(shí)間特性以外。這防止諧波增強(qiáng)的負(fù)載浪涌，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)具有適于負(fù)載改變的時(shí)間并穩(wěn)定它的輸出。

●不必使用可能由EDP設(shè)備使用的任何機(jī)架空間

μATS^TM是非常小的形式因數(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)為適配到1U EDP裝置上的自安裝裝置，如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)12/569,733所示，將其通過(guò)引用完全包括于此。它可以被采用為真“零U”解決方案。

●必須非常，非常高效

μATS^TM極其高效，當(dāng)在正常操作模式下在主要功率源上時(shí)使用小于100毫瓦。

●必須便宜和經(jīng)久耐用

μATS^TM非常便宜地制造。它的設(shè)計(jì)使得它的期望有效壽命是20年或更多，且這可以通過(guò)使用具有更長(zhǎng)壽命的組件而容易地?cái)U(kuò)展至35年以上，使用具有更長(zhǎng)壽命的組件將略微提升成本但是可能是有價(jià)值的折衷。

μATS^TM從采用的EDP設(shè)備的每一代移動(dòng)到采用的下一代，且將在其期望的服務(wù)壽命上返回非常低的每年已攤銷(xiāo)成本。

●必須高度可靠

μATS^TM非?？煽?。這是設(shè)計(jì)用于非常長(zhǎng)的服務(wù)壽命的裝置的要求且也是結(jié)果。

我們現(xiàn)在可以討論在裝置級(jí)或者裝置級(jí)附近的自動(dòng)切換相對(duì)在功率分配拓?fù)渲械钠渌c(diǎn)的自動(dòng)切換的優(yōu)點(diǎn)。如注意的，μATS^TM在裝置級(jí)或者裝置級(jí)附近進(jìn)行切換，這是可能的和期望的。以下描述和詳述優(yōu)點(diǎn)。

●可靠性

這容易理解。在裝置級(jí)的高度可靠的ATS單元的總數(shù)產(chǎn)生比傳統(tǒng)的ATS每個(gè)裝置高得多的功率可靠級(jí)別，傳統(tǒng)的ATS可能由于涉及的統(tǒng)計(jì)而切換分支電路或者整個(gè)配電板。相對(duì)在約接近功率分配拓?fù)涞母腁TS故障的機(jī)會(huì)，所有的μATS^TM單元同時(shí)故障且因此影響所有自動(dòng)切換的EDP裝置的機(jī)會(huì)無(wú)限小?？紤]以下實(shí)例。

1具有200,000小時(shí)的MTBF的配電板ATS

1/200000＝5.0e-06任何給定小時(shí)內(nèi)的故障機(jī)會(huì)

注意：這將是非常昂貴的單元w/該MTBF#。

200μATS^TM單元每一單元具有200,000小時(shí)的MTBF

1/200000＝0.005％任何給定小時(shí)中每個(gè)單位的故障的機(jī)會(huì)和200單元同時(shí)故障的機(jī)會(huì)

＝200,000升到第200次冪除以1

＝6.223015277861141707e-1061。

這基本上是同時(shí)故障的零機(jī)會(huì)，且比具有200,000小時(shí)MTBF的單個(gè)ATS好1000個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于單個(gè)ATS實(shí)現(xiàn)比得上大規(guī)模并行μATS^TM解決方案的可靠性數(shù)目，它將必須是比200,000小時(shí)MTBF可靠得多的裝置。

這是我們描述的數(shù)據(jù)中心功率分配方法的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)?？煽啃詫?duì)數(shù)據(jù)中心操作者非常重要，特別是對(duì)于以每小時(shí)幾百或者幾千或者幾百萬(wàn)美金測(cè)量它們的停工期的公司。很難過(guò)分強(qiáng)調(diào)該點(diǎn)。

●效率

用于數(shù)據(jù)中心功率分配，特別是用于大的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)的任何方法必須是高效。上升的成本和重要的功率結(jié)果保證此。高度并行的裝置或者裝置級(jí)附近的自動(dòng)切換的功率分配方法將是成本有效地實(shí)現(xiàn)的最高效方法。對(duì)于此有幾個(gè)原因。

●累積接觸面積

如前所述，基于機(jī)械繼電器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)比基于固態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)更高效且在給定的成本水平，更可靠。也如早先討論的，它們的最高損耗點(diǎn)通常是接觸電阻。這可以以好的繼電器觸點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)踐最小化，且增加觸點(diǎn)的尺寸有幫助，但是存在對(duì)可以實(shí)現(xiàn)什么的限制。早先討論的另一限制是繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間。這限制可以使用且仍然停留在20毫秒CBEMA指南內(nèi)的繼電器的容量。

相對(duì)越接近功率分配的根的ATS開(kāi)關(guān)，在裝置級(jí)或者裝置級(jí)附近并行使用許多ATS單元有助于解決這些限制和增加功率分配效率。這是由于并行工作的許多ATS單元具有累積的繼電器接觸面積，這比置于基于大容量繼電器的ATS單元中可行的大得多，而無(wú)論單元放置在功率分配拓?fù)渲械哪睦?。并行的ATS單元也可以容易地具有足夠快的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因?yàn)樗鼈兪褂镁哂懈斓霓D(zhuǎn)換時(shí)間的更小的繼電器觸點(diǎn)。模塊化、可擴(kuò)展、并行的ATS設(shè)計(jì)方法也可以具有足夠快的轉(zhuǎn)換時(shí)間。

●ZonitμATS^TM效率

設(shè)計(jì)的更大效率的另一原因是ZonitμATS^TM的特征。在美國(guó)專(zhuān)利No.8,004,115和要求其優(yōu)先權(quán)的申請(qǐng)中完全地描述該低功耗特征。這對(duì)能夠?qū)崿F(xiàn)描述的功率分配方法是決定性的。μATS^TM比相同功率處理性能的傳統(tǒng)的ATS單元以10或更多的因數(shù)更高效。這是使得高度并行的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配實(shí)用所需的特性。否則，最后結(jié)果將是消耗更多功率而不是更少，無(wú)論使用的開(kāi)關(guān)單元的資本費(fèi)用如何。模塊化、可擴(kuò)展、并行ATS設(shè)計(jì)方法也具有相對(duì)于傳統(tǒng)的ATS單元具有非常高的功率系數(shù)的能力。

●成本-有效性

任何數(shù)據(jù)中心功率分配設(shè)計(jì)必須在它被廣泛地使用和接受前具有經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的接受的方法必須在它們被替換前被改進(jìn)。μATS^TM的低制造成本(相對(duì)于相同性能的當(dāng)前ATS單元)和非常長(zhǎng)的服務(wù)壽命使得建立高度并行的自動(dòng)開(kāi)關(guān)功率分配系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)上可行的。模塊化、可擴(kuò)展的并行ATS設(shè)計(jì)方法以可能更低成本有效的方式實(shí)現(xiàn)并行使用許多μATS^TM單元的益處。

●機(jī)架空間使用

數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)架或者機(jī)箱中的空間是非常昂貴的，這是我們?cè)缦忍岬降囊稽c(diǎn)。μATS^TM不消耗任何機(jī)架空間且足夠小以被集成到安裝EDP設(shè)備的機(jī)架容積之外的機(jī)架結(jié)構(gòu)中。作為示例考慮以下方案。數(shù)據(jù)中心中大的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)通常由機(jī)架中的許多“比薩-盒”服務(wù)器構(gòu)成，可能具有網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)。每一服務(wù)器可以使用120V功率的～3-6瓦。這意味著15A ATS僅能夠應(yīng)對(duì)2-4個(gè)服務(wù)器。如果ATS單元是1U機(jī)架安裝的裝置，則每個(gè)15A ATS使用3個(gè)服務(wù)器的中值，將由ATS裝置消耗專(zhuān)用于服務(wù)器的25％的機(jī)架空間！這也是要實(shí)用的昂貴的機(jī)架空間的無(wú)效率的使用。

a)優(yōu)化的機(jī)架維度

早先討論的數(shù)據(jù)中心地面空間的有效使用的替代方法是最小化機(jī)架本身的維度。這可以以下列方式做出。在高級(jí)別，該方法采取Zonit自動(dòng)切換技術(shù)，并使用不同機(jī)械封裝方法采用它，與該文檔和包括的文檔中描述的方法相比，這具有幾個(gè)設(shè)計(jì)益處和一些設(shè)計(jì)折衷。本發(fā)明的目標(biāo)包括以下：

●為了最小化電源纜線計(jì)數(shù)和路由問(wèn)題，由此改進(jìn)數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)架(2-柱)和/或機(jī)箱(4-柱)中的空氣流效率[以下兩者將在文本中作為設(shè)備機(jī)架參考]。

●為了允許在電源線的一端或者兩端并入鎖定電源線技術(shù)以用于更安全的動(dòng)力輸送，例如，在位于比如加利福尼亞的地震活躍地理區(qū)域中的數(shù)據(jù)中心中。

●為了提供最大化數(shù)據(jù)中心地面空間的使用效率和允許最大數(shù)目的設(shè)備機(jī)架的部署的替代方法。

根據(jù)本發(fā)明通過(guò)提供用于改進(jìn)功率分配的各種系統(tǒng)、組件和處理而解決這些和其它目標(biāo)。如以下討論的本發(fā)明的許多方面可應(yīng)用于各種場(chǎng)景。但是，本發(fā)明具有與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用結(jié)合的特定的優(yōu)點(diǎn)。在這點(diǎn)上，本發(fā)明在最大化數(shù)據(jù)中心環(huán)境的功率分配效率上提供可觀的靈活性。本發(fā)明在對(duì)比如由Google或者Amazon或者云計(jì)算提供商等公司使用的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)功率分配上是有益的。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用于經(jīng)由如圖5所示的插座(或者硬線輸出線)分配功率的方法和設(shè)備。該設(shè)備具有兩個(gè)功率輸入，一個(gè)來(lái)自“A”源，另一個(gè)來(lái)自“B”源。可以選擇“A”和“B”功率源的電流量以匹配自動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出插座的數(shù)目和它們的預(yù)期平均和/或最大功率消耗。該設(shè)備從“A”和“B”源取得輸入功率，并將其分配到設(shè)備的外殼中包括的多個(gè)Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊(或者分開(kāi)地采用的模塊或者組合到一個(gè)或多個(gè)印刷電路板上的模塊)?！癆”和“B”功率源可以是單相、分相或者三相的，但是在優(yōu)選示例中，兩者將是相同的。每一Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊饋送位于設(shè)備的外殼表面上的輸出插座(或者硬線電源線)?？梢蕴峁┛蛇x地具有可視功率狀態(tài)指示器的兩個(gè)或更多斷路器，以允許從饋送它的分支電路電氣地?cái)嚅_(kāi)單元。也可以包括附加的“虛擬斷路器”控制開(kāi)關(guān)和指示器，以提供從單獨(dú)的Zonit自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊斷開(kāi)終端用戶設(shè)備的裝置。該設(shè)備可以安裝在機(jī)架內(nèi)或者在機(jī)架頂部或者其側(cè)部上。由于Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的非常小的形式因數(shù)，可以最小化外殼的尺寸。它可以包括在外殼內(nèi)的許多Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(“ZonitμATS^TM”)模塊，在高度上不大于兩個(gè)NEMA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架單元(1U＝1.75”)。例如，每個(gè)具有每10立方英寸2千瓦的功率密度的12個(gè)或更多ATS可以設(shè)置在機(jī)架的1.5u’s內(nèi)。ZonitμATS^TM模塊可以被構(gòu)造為單獨(dú)的或者組合的電路板以優(yōu)化容易制造和制造成本。雖然外殼占據(jù)機(jī)架空間，通過(guò)消除通常在機(jī)架中垂直地安裝的機(jī)架插頭的需要，可以如下優(yōu)化數(shù)據(jù)中心地面空間。最通常使用的NEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備寬度是19”。

用于19”裝備的大部分NEMA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架是大約27”寬，以允許在機(jī)架的側(cè)部安裝各種垂直插頭的足夠空間。這些插頭(有時(shí)也稱(chēng)為功率分配單元)不具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的維度，所以設(shè)備機(jī)架制造商難以為了所有可用的垂直插頭優(yōu)化它們的機(jī)架維度。因此，機(jī)架的總的寬度和深度確定它的占地面積使用。通過(guò)消除在機(jī)架的側(cè)部向下延伸除了電源線和網(wǎng)絡(luò)線之外的任何東西的需要(或者可選地機(jī)架的背部向下)，可以指定更窄的機(jī)架，低至大約21”的寬度。這是更空間高效。例如，如果相對(duì)27”機(jī)架使用24”機(jī)架(其很好地定位到在大部分升高地面中使用的2'x2'地面磚上)，則8個(gè)機(jī)架的行中可以采用一個(gè)附加的24”機(jī)架。這是數(shù)據(jù)中心地面空間利用的重要的增益。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可以提供多頭電源線“九頭蛇線”。該線可以硬接線到圖5所示的設(shè)備中或者可以提供插座。實(shí)例如圖6所示。九頭蛇線上的輸出頭的數(shù)目可以改變，以匹配到每個(gè)連接的終端用戶裝置的期望的平均功率輸出(或者到所選的一組終端用戶裝置的總和功率輸出)。九頭蛇電源線的長(zhǎng)度和規(guī)格(主饋送部分和到每個(gè)“九頭蛇頭”的單獨(dú)饋送兩者)可以通過(guò)優(yōu)化將功率供應(yīng)到設(shè)備機(jī)架中的特定的一組設(shè)備位置的每個(gè)九頭蛇線的線長(zhǎng)度而被優(yōu)化以最小化電傳輸損失和電源線纏結(jié)。一組適當(dāng)大小的九頭蛇線纜可以用于在無(wú)論什么期望的間隔，比如1.75垂直英寸的一個(gè)均勻設(shè)備安裝空間“1U”，饋送機(jī)架中的每個(gè)設(shè)備位置。九頭蛇線從其頭部饋送機(jī)架中哪個(gè)“U”位置的圖案也可以被改變，以控制哪個(gè)功率相和源饋送每個(gè)“U”位置，為了無(wú)論什么期望的原因，例如平衡功率相使用。這是美國(guó)專(zhuān)利6,628,009中描述的技術(shù)的實(shí)例使用，將其內(nèi)容并入于此，就好像完全在此提出的。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，鎖定電源線技術(shù)可用于改進(jìn)功率輸送的安全性。例如，該設(shè)備可以裝備有用于120V服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)NEMA L5-15鎖定插座或者用于200V+服務(wù)的NEMA L6-15插座?？梢允褂闷渌i定插座類(lèi)型。輸出線上的“九頭蛇線頭”可以裝備有使用PCT申請(qǐng)PCT/US2008/057149和PCT/US2010/050548和PCT/US2012/054518中描述的技術(shù)的IEC鎖定技術(shù)(IEC C13和C19將是最通常用于IT設(shè)備的類(lèi)型)，將其內(nèi)容并入于此，就好像完全在此提出的。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，描述的設(shè)備可以包括美國(guó)專(zhuān)利6,628,009和PCT申請(qǐng)PCT/US2008/057140和PCT/US2010/050550中描述的技術(shù)，將其內(nèi)容并入于此，就好像完全在此提出的。該設(shè)備包括在Zonit功率分配系統(tǒng)的示例中的并行自動(dòng)切換功能性，其新穎的實(shí)現(xiàn)在美國(guó)專(zhuān)利No.6,628,009中示出。對(duì)于自動(dòng)開(kāi)關(guān)多相功率源，優(yōu)選示例將采用以下規(guī)則：“如果多相功率源的單相故障，所有相切換到替代的功率源”。為這樣做，每一單相自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的邏輯將被修改以實(shí)現(xiàn)該功能性。

附加的可能的細(xì)化將是使用兩個(gè)(或更多)uATS模塊以監(jiān)控多相功率源的每一相。兩個(gè)(或更多)模塊將作為主要和備份邏輯，其用于確定何時(shí)將繼電器(這里通常多相功率源的每個(gè)功率相將僅有一組繼電器)從A功率源切換到B功率源和從B功率源切換回到A功率源。另一可能性是使用多于兩個(gè)模塊和使用多數(shù)方法來(lái)決定何時(shí)將繼電器(這里通常多相功率源的每個(gè)功率相將僅有一組繼電器)從A功率源切換到B功率源和從B功率源切換回到A功率源。實(shí)例將是使用三個(gè)模塊和設(shè)置邏輯，以使得在可以做出切換之前三個(gè)中的至少兩個(gè)同意切換功率源。該“多uATS”方法的優(yōu)點(diǎn)在于其消除多相切換設(shè)備中的單個(gè)故障點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開(kāi)了用于以各種形式因數(shù)有效地實(shí)現(xiàn)模塊化、可擴(kuò)展、可選地容錯(cuò)的并行ATS單元的族的方法。本發(fā)明的該方面描述如何實(shí)現(xiàn)期望的ATS功能性和已經(jīng)討論的高度并行功率分配方法的一個(gè)可能的示例。根據(jù)該方法構(gòu)建的ATS單元可以跨越各種各樣的功率容量且用于數(shù)據(jù)中心的功率分配拓?fù)渲行枰娜我恻c(diǎn)。如果是設(shè)計(jì)要求，則它們?nèi)靠梢該碛幸cEDP設(shè)備兼容的充分快的轉(zhuǎn)換時(shí)間。以該方法設(shè)計(jì)的模塊化并行ATS的另一重要的特征在于它可以是高度容錯(cuò)的且包括可以在故障的事件中替換的熱可交換的子組件。(這是非常重要的特征，因?yàn)樗鼘⒉⑿蠥TS的平均修復(fù)時(shí)間降低到功能上為零，因?yàn)樗鼜牟恍枰獮榱俗优浼收系男迯?fù)而離開(kāi)服務(wù)。這匹配現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心需要的7×24×365服務(wù)級(jí)可用性的需要而沒(méi)有停工期)。

轉(zhuǎn)到圖25，顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的電源模塊的說(shuō)明性的實(shí)例。PCB板2500包括多個(gè)繼電器2501和可變電阻2502。沒(méi)有示出用于流入控制的在該文檔中之后討論的熱敏電阻，而是可以集成在板上。注意到，選擇的繼電器的數(shù)目和規(guī)格可以被改變以符合期望的設(shè)計(jì)目標(biāo)。對(duì)于120V和240V操作兩者示出了兩個(gè)可能的繼電器選擇。限制因素是在最大設(shè)計(jì)極限以下以實(shí)現(xiàn)期望的功能的繼電器的傳輸時(shí)間(例如14毫秒)。板具有用于繼電器的控制和提供用于由可選的變流器2503或者位于板上的其他測(cè)量電路或裝置測(cè)量的功率特性的報(bào)告的電氣控制連接器和功率導(dǎo)體連接器2504兩者。將板裝配到具有殼體2506的基本繼電器模塊2505中。然后經(jīng)由功率導(dǎo)體配件2507將多個(gè)基本繼電器模塊(在本實(shí)例中5個(gè))裝配到另一子配件2508中，該另一子配件2508經(jīng)由模塊繼電器驅(qū)動(dòng)器和缺陷掃描板2509的添加而完成，該缺陷掃描板2509經(jīng)由它的電氣控制連接器連接到每一單獨(dú)的電源模塊且然后具有它自己的一組電氣控制連接器以經(jīng)由邊緣連接器2511連接到ATS基板2510。子配件2508的功率連接器然后經(jīng)由功率導(dǎo)體配件2507加入連接器2513以附于ATS基板2510。完成的子配件位于殼體2515中。子配件然后被置于ATS基板2510上，該ATS基板2510具有用于功率2513和控制/監(jiān)視2511的匹配連接器。ATS基板可以設(shè)計(jì)具有如早先討論的在缺陷的情況下允許每個(gè)子配件被熱交換的功率和控制/監(jiān)視連接器。應(yīng)當(dāng)注意，如果ATS包括熱交換特征，則用于允許此的方法基本上是N+1方法(雖然取決于流入電流標(biāo)稱(chēng)值相對(duì)期望的穩(wěn)態(tài)電流標(biāo)稱(chēng)值，可以指定N+2、N+3、...、N+Y方法)，其中總是存在冗余的且當(dāng)另一子配件故障且需要停止使用且然后替換時(shí)可以使用的一個(gè)或多個(gè)子配件。這也允許ATS設(shè)計(jì)有益地容忍在啟動(dòng)時(shí)較高的流入電流，這是數(shù)據(jù)中心功率分配典型的。它可以在流入啟動(dòng)期間使用冗余模塊，且然后一旦建立穩(wěn)態(tài)電流則使它們不工作。也應(yīng)注意，可以在不同ATS級(jí)別實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。每個(gè)基本繼電器模塊可以包括在單獨(dú)的繼電器故障的時(shí)間點(diǎn)可用于替換欠缺的(或者規(guī)格之外的)繼電器的冗余備用繼電器。故障的繼電器可以被標(biāo)記為缺陷/無(wú)服務(wù)，且基本繼電器模塊中的冗余繼電器可以替代它。該容錯(cuò)形式的優(yōu)點(diǎn)在于它可以較長(zhǎng)的平均修復(fù)時(shí)間功能性，這是許多操作環(huán)境中的優(yōu)點(diǎn)。也應(yīng)注意，冗余繼電器可以以與早先對(duì)于冗余子配件描述的類(lèi)似的方式使用，以提供用于如在冷啟動(dòng)方案或者其他情形期間可能發(fā)生的附加的流入電流容量。

ATS基板2510具有用于可以包括容錯(cuò)掃描選項(xiàng)的ATS控制邏輯模塊2516的連接器2517。缺陷掃描選項(xiàng)監(jiān)視每個(gè)單獨(dú)的基本繼電器模塊(包括每個(gè)單個(gè)繼電器)、每個(gè)子配件和總體上系統(tǒng)的功能和健康。如果找到缺陷，則包括該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。經(jīng)由通信模塊報(bào)告該缺陷，且故障部件然后可以被替換而不使ATS不工作?？刂七壿嬆K功能也可以冗余地實(shí)現(xiàn)，監(jiān)視功能性和健康和使得可熱交換的模塊?？刂颇K也可以添加用于以下討論的改進(jìn)的ATS可靠性的附加的控制冗余特征。控制模塊也可以包括用于遠(yuǎn)程命令、ATS單元的控制和監(jiān)視的通信接口。圖24圖示模塊化ATS的每個(gè)子單元的功率容量和它們?cè)鯓訌?A-240V的基本建造塊逐步地全程地組合為2000A-240V模塊化ATS單元?？梢砸勒找蠛托枰褂媚K化并行ATS方法建造大的多的容量。

其他封裝方法可用于提供在其他成本點(diǎn)以其他形式因數(shù)設(shè)計(jì)模塊化ATS單元的附加的靈活性，可以具有或者不具有如早先討論的電流監(jiān)視和缺陷監(jiān)視和冗余特征。這在圖24中示出。在該實(shí)例中，基本繼電器模塊2401經(jīng)由控制連接器板2402和電源母線連接器2403裝配到子配件中?；纠^電器模塊和電源連接器可以是與在圖24中的實(shí)例ATS中使用的相同的組件，這導(dǎo)致跨越生產(chǎn)線族的成本效率。子配件2404使用電源接入連接器2405以將電源母線連接器連接到ATS單元的線束。控制模塊2406包括在具有用于繼電器控制和可選的監(jiān)視/容錯(cuò)功能的電連接器2407的殼體中?？刂颇K然后經(jīng)由適當(dāng)?shù)木€纜2408連接到電源子配件。如果需要，它可以通過(guò)使用裝在單獨(dú)的外殼中的冗余控制模塊(該變型沒(méi)有在圖上示出，但是注意總是存在用于第二控制器模塊插上的可用的連接器2409)或者通過(guò)在同一殼體中并入冗余的控制模塊而冗余地實(shí)現(xiàn)?？梢赃x擇設(shè)計(jì)選擇以滿足每個(gè)特定產(chǎn)品的期望的成本，功能性和可靠性目標(biāo)。圖26示出了多個(gè)子配件怎樣以不同幾何排列組合以實(shí)現(xiàn)適于不同形狀和大小的外殼的增加容量的模塊化ATS單元。它們也示范設(shè)計(jì)用于與多相功率輸入一起工作的模塊化ATS可以怎樣容易地由相同建筑塊構(gòu)造，唯一的差別在于需要處理以下討論的每個(gè)功率相的控制邏輯同步。例如，A-B多相輸入(源A-相X,Y,Z和源B相X,Y,Z)每個(gè)可以適當(dāng)?shù)剡B線到用于構(gòu)造圖26所示的模塊化ATS單元2602和2604的六個(gè)基本配件2601單元。

模塊化并行ATS的封裝的靈活性可用于各種情形中大的優(yōu)點(diǎn)。作為示例，子配件單元2508可以被重新設(shè)計(jì)以連接到一結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代的配電板非常類(lèi)似且可以使用用于做出現(xiàn)有的配電板的相同或者類(lèi)似的建筑塊，比如母線、斷流器面板、外殼等，且具有大量生產(chǎn)和已經(jīng)由符合組織(例如，擔(dān)保人實(shí)驗(yàn)室)證明符合規(guī)程要求(例如國(guó)家電氣規(guī)程)的大的優(yōu)點(diǎn)。子配件單元可以使用電流斷路器在配電板中使用的確切相同類(lèi)型的母線聯(lián)結(jié)耳套。它們因此可以容易地保持可熱交換的能力。它們可用于創(chuàng)建具有可調(diào)整的電流容量的模塊化并行ATS，僅僅添加增長(zhǎng)ATS的容量需要的子配件模塊！這可以用作降低具有增加容量的能力的模塊化并行ATS的基本型號(hào)的價(jià)格的方法。該特征可以被并入具有熱交換選項(xiàng)的任何適當(dāng)型號(hào)的模塊化并行ATS族。控制連接器和控制邏輯板可以適于適配在標(biāo)準(zhǔn)尺寸的配電板外殼中。比如用于配電板和相關(guān)商品的現(xiàn)有的批準(zhǔn)的電氣組件的使用可以使得各種模塊化并行ATS的生產(chǎn)對(duì)市場(chǎng)更成本有效和更快速。當(dāng)前由另一賣(mài)方提供的任何其他監(jiān)視和管理性能可以在單獨(dú)的邏輯器件上而共同位于外殼中，且容易地接口連接到模塊化并行ATS控制邏輯單元，且向產(chǎn)品供應(yīng)提供增強(qiáng)的功能性。

應(yīng)當(dāng)注意，模塊化并行ATS技術(shù)提供將成本有效的單元設(shè)計(jì)到期望的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)平均維修時(shí)間(MTTR)目標(biāo)值的能力。這是由于可以在幾個(gè)點(diǎn)按照需要調(diào)整設(shè)計(jì)中的冗余程度。

●在基本繼電器模塊級(jí)-每個(gè)基本繼電器模塊上冗余繼電器的數(shù)目可以按照需要改變以提供需要的冗余。

●在子配件級(jí)-可熱交換子配件單元的數(shù)目可以按照需要改變以提供需要的冗余。

●在控制模塊級(jí)-可熱交換控制模塊的數(shù)目可以按照需要改變以提供需要的冗余(具有自我健康報(bào)告，兩個(gè)模塊應(yīng)該足夠，但是如果期望可以添加更多)。

該對(duì)需要的MTBF和MTTR級(jí)別的成本有效的設(shè)計(jì)的能力允許考慮其他功率分配拓?fù)溥x項(xiàng)。此外，模塊化并行ATS單元的故障模式不同于傳統(tǒng)的ATS單元。在可能故障的單元中確實(shí)沒(méi)有單個(gè)組件，且拆卸整個(gè)ATS。這是重要的差別，且與故障模式中的差異結(jié)合的設(shè)計(jì)可靠性和修復(fù)目標(biāo)的能力使得能夠以許多方式使用模塊化并行ATS，而不具有傳統(tǒng)的ATS單元的缺點(diǎn)。

如前所述，具有200,000小時(shí)的MTBF的單個(gè)傳統(tǒng)的ATS單元比在功率分配拓?fù)涞南录?jí)(分支、葉，對(duì)于這些定義參見(jiàn)圖1)的一組ATS單元不可靠得多。但是，如果期望和有用，則具有充分地高的MTBF和MTTR值的模塊化并行ATS裝置可以使用在這里描述的方法構(gòu)造，以用于在功率分配拓?fù)涞妮^高級(jí)(根和核心基本設(shè)施，對(duì)于這些定義參見(jiàn)圖1)切換。MTBF和MTTR目標(biāo)將需要相當(dāng)高，但是模塊化并行ATS可用于符合它們。該模塊化并行ATS的使用是創(chuàng)新的，因?yàn)樗旧舷擞捎贏TS切換怎樣處理子組件故障導(dǎo)致的使用ATS切換的負(fù)面效應(yīng)。且因?yàn)樗峁┙档统杀?，用于EDP設(shè)備的充分地高的切換時(shí)間和比當(dāng)前用于該角色的固態(tài)ATS單元更大的效率的益處。

模塊化并行ATS方法提供的靈活性非常有用。它允許以在數(shù)據(jù)中心功率分配中非常有用的形式因數(shù)和容量的ATS單元的結(jié)構(gòu)。在圖27中示出兩個(gè)實(shí)例。兩者都是可以經(jīng)由插座或者插座饋送九頭蛇線或者硬布線到ATS單元(未示出)中的九頭蛇線連接到終端用戶設(shè)備的單元。后一選項(xiàng)是用于建造機(jī)架中或者機(jī)架附近功率分配系統(tǒng)的成本有效的方法，該功率分配系統(tǒng)是自動(dòng)切換的，且具有優(yōu)化而以最小量的功率布線將功率饋送到機(jī)架的每個(gè)1U(或者其他模數(shù))的九頭蛇線的每個(gè)元件的長(zhǎng)度和規(guī)格。這通過(guò)最小化多余功率線纜而促進(jìn)高效冷卻空氣流。它對(duì)大規(guī)模計(jì)算環(huán)境(Google、Ebay等)特別有用，在大規(guī)模計(jì)算環(huán)境中，位于機(jī)架的EDP設(shè)備的配置是預(yù)先設(shè)計(jì)和已知的，且具有EDP設(shè)備的機(jī)架作為單元在服務(wù)中且在它的服務(wù)壽命的結(jié)束作為單元替換。另一有用的形式因數(shù)是與其供電的EDP設(shè)備結(jié)合地設(shè)計(jì)用于位于機(jī)架中以最小化它的機(jī)架空間的使用的模塊化ATS。實(shí)例將是以N+1配置具有四個(gè)電源的EDP終端用戶裝置。這種裝置不能冗余地連接到兩個(gè)A-B功率源，因?yàn)樗笕齻€(gè)電源運(yùn)行以工作。解決方案是將A-B功率源自動(dòng)切換到每個(gè)電源。這種裝置通常相當(dāng)?shù)卮?，且占?jù)機(jī)架中的多個(gè)1U空間。優(yōu)化以與這種單元一起工作的自動(dòng)開(kāi)關(guān)可以最優(yōu)地使用外殼，該外殼允許自動(dòng)開(kāi)關(guān)通過(guò)位于EDP單元之后而與EDP單元共同定位，都是在機(jī)架中相同的一組1U空間中。在該情況下，ATS外殼將被成型以與EDP設(shè)備最好地工作和提供需要的空氣流路徑，以使得EDP設(shè)備可以正常地冷卻自身。模塊化ATS也可以集成到EDP設(shè)備自身的外殼中。模塊化ATS方法使得更容易適用于這種形式因數(shù)要求。也應(yīng)注意，這種ATS的使用是新穎的，它允許很少的電源的使用(且每個(gè)電源具有最小的損耗因數(shù)，所以使用更小的電源是更高效)，如果可用于EDP制造商的電源是這種尺寸和容量，則EDP單元需要在奇數(shù)(而不是偶數(shù))數(shù)目的電源(排除1)上運(yùn)行。在該情況下，EDP單元可以通過(guò)包括功率源的自動(dòng)開(kāi)關(guān)而設(shè)計(jì)為在A-B電源上是冗余的。

圖27B-27D示范模塊化ATS發(fā)明的靈活性。在該示例中，模塊化ATS已經(jīng)并入從插件母線槽2610消耗其功率的插件母線槽分接盒(tap box)外殼(enclosure)2600中。插件母線槽是允許沿著總線結(jié)構(gòu)添加負(fù)載的具有電氣控制的一種類(lèi)型的饋送機(jī)母線槽。其他母線槽類(lèi)型適合本發(fā)明，但是插件母線槽通常用于數(shù)據(jù)中心功率分配，其中模塊化ATS可能非常有用。兩個(gè)插件母線槽2610和2620可以連接到工廠中的兩個(gè)不同功率源。外殼2600中ATS的替代功率源可以由如圖27B所示的另一模塊化ATS 2601或者如圖27C所示的母線槽分接盒(2703)或者如最好地適合工廠及其功率分配系統(tǒng)和拓?fù)涞奶匦缘钠渌?未示出)，比如功率鞭或者導(dǎo)管提供。替代功率源跳線2606將模塊化ATS單元2600、2601連接在一起，以使得當(dāng)任一母線槽2610、2620丟失其功率源時(shí)，兩個(gè)ATS單元仍然從剩余的有效母線槽連接到有效的功率源。類(lèi)似地，圖27C中的ATS單元2700從母線槽2710消耗其第一功率源并從經(jīng)由替代功率源跳線2706連接到母線槽2720的分接盒2701消耗其第二功率源，或者它可以從功率鞭、導(dǎo)管或者其他功率分配方法(未示出)消耗其第二功率源。

應(yīng)當(dāng)注意，該由母線槽供電的ATS單位的組合本身是新穎的。它可以使用模塊化ATS方法，或者使用其他ATS設(shè)計(jì)例示。應(yīng)該進(jìn)一步注意到，ATS單元可以是安裝在工廠和/或校園中的該組模塊化ATS單元的一部分(其可以在由各種方法供電的各種外殼中和以各種形式因數(shù)，比如功率管道、功率鞭、母線槽、其他功率分配方法等)，且如在這里注意的，一個(gè)或多個(gè)組ATS單元可以通信并由如在這里描述的統(tǒng)一控制邏輯控制。

該示例在數(shù)據(jù)中心及其他環(huán)境中具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別地當(dāng)使用模塊化并行ATS方法時(shí)(雖然當(dāng)與其他ATS設(shè)計(jì)一起用于時(shí)確實(shí)應(yīng)用一些優(yōu)點(diǎn))。1)在母線槽中期望的任何地方安裝一個(gè)或多個(gè)ATS單元(和之后按照需要移動(dòng)它們)的能力是非常有益的。2)使用母線槽的大電流量容量以平衡模塊化ATS方法的能力允許模塊化并行ATS單元提供的每開(kāi)關(guān)安培成本的高度優(yōu)化。大部分插件母線槽具有關(guān)于插件分接盒的電流量容量限制。此外，插件母線槽可以傳遞單相、分相或者三相電源，但是在數(shù)據(jù)中心功率分配中，三相分配是最普遍采用的類(lèi)型。這意味著通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)模塊化ATS單元的容量和配置匹配插件分接盒容量和它們的使用三相功率輸入的能力，每開(kāi)關(guān)安培成本可以被優(yōu)化。作為示例，許多插件母線槽分接盒可以傳遞100A三相功率輸入。這將允許100A三相容量的模塊化ATS單元使用415/230V三相輸入來(lái)傳遞69,000瓦開(kāi)關(guān)功率容量。這足以對(duì)在正常功率部署密度的多個(gè)機(jī)架供電。3)采用合理數(shù)目的插件ATS單元減小電源故障的可能的域，且增加功率輸送的可靠性(因?yàn)樵诮o定時(shí)間間隔中故障的功率分配系統(tǒng)中的所有ATS單元的幾率隨著單元的數(shù)目增加而下降)。圖27D示出了一個(gè)可能的實(shí)例的電氣拓?fù)?。注意到，圖27D中的每個(gè)EDP設(shè)備裝置由自動(dòng)切換功率供應(yīng)且如圖所示(具有交織的插頭)，沒(méi)有單個(gè)故障點(diǎn)(除了單個(gè)電源EDP裝置之外)，因?yàn)槊總€(gè)機(jī)架中的兩個(gè)插頭每個(gè)由單獨(dú)的插件ATS單元饋送。4)來(lái)自一對(duì)A-B插件母線的每個(gè)輸出的插件ATS單元的一致使用提供附加益處；任一母線可以為了任何期望用途而不激勵(lì)，而不對(duì)由母線供電的機(jī)架中的任何終端用戶EDP設(shè)備損失功率。這允許數(shù)據(jù)中心或者工廠管理者執(zhí)行比如母線的維護(hù)、重新配置的任務(wù)(添加、除去或者移動(dòng)任何類(lèi)型的插件分接盒)，或者母線的修改/更新，而不調(diào)度昂貴的和破壞性的停工期。圖27E示出了又一個(gè)可能的示例。

圖28示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的模塊化ATS的控制邏輯的實(shí)例功能框圖。示出的控制布置用于單相功率，但是可以容易地適于多相功率，如以下將要描述的。圖29示出了添加可選的通信控制器和可選的容錯(cuò)模塊的控制邏輯的實(shí)例功能框圖。容錯(cuò)模塊監(jiān)視基本繼電器模塊和如早先描述的包括它們的子配件的狀態(tài)和狀況。它還控制任何故障的子配件的禁止和冗余的子配件在它們的位置的替換。圖30示出了添加可選的控制冗余特征的控制邏輯的實(shí)例功能框圖。在該變型中，將控制邏輯復(fù)制到三個(gè)不同子部分中，且比較每個(gè)子部分的輸出，以使得如果一個(gè)輸出具有錯(cuò)誤，其結(jié)果由其他兩個(gè)的結(jié)果替換。該類(lèi)型的邏輯控制被稱(chēng)作“多數(shù)表決”或者“告訴我三次”，且在設(shè)計(jì)用于阿波羅計(jì)劃的艙底水井航天計(jì)算機(jī)中最著名地創(chuàng)立。由于它對(duì)由在地球大氣外發(fā)現(xiàn)的伽馬及其他輻射類(lèi)型所引起的計(jì)算錯(cuò)誤的抵抗力，它仍然普遍地用于宇宙飛船的控制邏輯。模塊化ATS可能希望使用該類(lèi)型邏輯的理由是它的極端高的MTBF標(biāo)稱(chēng)值和對(duì)假邏輯輸出的抵抗力。以該類(lèi)型邏輯建造的ATS幾乎不具有邏輯故障。ATS中最通常的故障點(diǎn)是繼電器、邏輯和邏輯電源。描述的模塊化并行ATS設(shè)計(jì)使得所有這些是冗余的、容錯(cuò)的、可監(jiān)控的和可熱交換的。最后結(jié)果是ATS將可能以給予適當(dāng)維護(hù)的幾乎無(wú)限的可用時(shí)間運(yùn)行，滿足現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心需要。

呈現(xiàn)的實(shí)例控制邏輯設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)為模擬的、數(shù)字的或者混合的(混合的模擬與數(shù)字設(shè)計(jì))。數(shù)字邏輯可以以離散的數(shù)字化方法或者其他方法，比如PAL、FPGA等實(shí)現(xiàn)。該方法的選擇將由可用組件、成本限制及其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)指示，比如做出難以反向工程和復(fù)制的實(shí)現(xiàn)。

圖31顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的電流共享設(shè)計(jì)的說(shuō)明性的實(shí)例。在其中電流設(shè)計(jì)容量是單獨(dú)的繼電器的容量之和的繼電器的并行陣列或者租中，(一組具有一個(gè)或多個(gè)繼電器)，必須解決的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問(wèn)題是如何適當(dāng)?shù)毓芾砹鬟^(guò)所有繼電器的電流以保證它們中沒(méi)有一個(gè)提前地失敗。這在電流流入期間和當(dāng)發(fā)生切換時(shí)是特別重要的，因?yàn)椴皇敲總€(gè)繼電器將具有確切相同的電阻和轉(zhuǎn)換時(shí)間。

考慮當(dāng)許多組繼電器以陣列并聯(lián)連接時(shí)，在那些繼電器當(dāng)中共享的電流應(yīng)該保持為使得沒(méi)有一個(gè)繼電器或者繼電器的組合不平衡。否則，一個(gè)或多個(gè)繼電器可能經(jīng)受多于它的額定容量。這可能導(dǎo)致繼電器故障和/或縮短它的正常的操作壽命。如果電流共享不充分地均勻，攜帶過(guò)載電流的繼電器將可能故障，導(dǎo)致故障的級(jí)聯(lián)。為防止此，應(yīng)該使用一些方法來(lái)保證電流共享。該部分描述當(dāng)它們應(yīng)用于模塊化并行ATS時(shí)處理這個(gè)問(wèn)題的設(shè)計(jì)方案。

存在跨越各組并行繼電器必須平衡電流的兩個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)是：1)恒定電流流動(dòng)；2)當(dāng)各組并行繼電器打開(kāi)或者關(guān)閉時(shí)，如當(dāng)并行ATS切換時(shí)發(fā)生的。

在這兩個(gè)狀態(tài)中保證平衡電流流動(dòng)的問(wèn)題是相關(guān)的，但是每一個(gè)具有某些不同考慮。在恒定電流狀態(tài)中，主要問(wèn)題是跨越各組并行繼電器管理電阻，以保證不超過(guò)每一單獨(dú)的繼電器的容量限制，且優(yōu)化并行ATS的總的效率和可靠性?？缭礁鹘M并行繼電器的電阻的變化由生產(chǎn)繼電器的操作特性的小的變化所引起，這通常在正常的批量生產(chǎn)容差內(nèi)考慮。還可能是在并行ATS的制造和生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)容差變化的結(jié)果。

當(dāng)各組并行繼電器打開(kāi)或者關(guān)閉時(shí)，由于在正常批量生產(chǎn)容差內(nèi)的生產(chǎn)繼電器的操作特性的小的變化，繼電器將不以確切相同的定時(shí)打開(kāi)或者關(guān)閉。這被稱(chēng)為繼電器不齊。也可能作為并行ATS的制造和生產(chǎn)中的生產(chǎn)容差的結(jié)果導(dǎo)致繼電器不齊。存在在并行ATS的設(shè)計(jì)中處理繼電器不齊的問(wèn)題的多個(gè)方式。

1.繼電器預(yù)生產(chǎn)選擇-該方法預(yù)先測(cè)試各批繼電器以保證它們?nèi)孔銐蚪咏付ǖ囊唤M操作容差以在并行ATS應(yīng)用中工作。

2.繼電器定時(shí)補(bǔ)償-該方法改變發(fā)送以致動(dòng)每一繼電器的控制信號(hào)的定時(shí)，以使得補(bǔ)償每一繼電器的致動(dòng)時(shí)間的變化且各組并行繼電器以減小到期望值的繼電器不齊操作。每一繼電器(和/或各組繼電器)的致動(dòng)時(shí)間可以作為并行ATS的生產(chǎn)過(guò)程的一部分被測(cè)量和存儲(chǔ)為數(shù)字值，且可以每次并行ATS切換時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量和更新，這提供在繼電器的壽命上調(diào)整控制信號(hào)定時(shí)和監(jiān)視繼電器的健康并當(dāng)繼電器(或者作為一部分的模塊)應(yīng)該停止使用和/或被替換時(shí)通知的能力。

3.電流限制/轉(zhuǎn)向-如果選擇它們具有充分緊密的操作容差，則各組并行繼電器將在相對(duì)短的時(shí)間間隔中全部打開(kāi)或者關(guān)閉。但是，無(wú)論相對(duì)于彼此怎樣接近地匹配繼電器定時(shí)，將存在區(qū)分每一繼電器的某些時(shí)間段。這意味著防止對(duì)各組并行繼電器的損壞的另一方法是限制(或者延遲)在某些臨界時(shí)間段(例如當(dāng)一個(gè)或多個(gè)繼電器剛剛打開(kāi)時(shí)(或者當(dāng)它們它們剛剛關(guān)閉時(shí))且可能由具有超過(guò)它們的應(yīng)用的額定容量的電流損壞時(shí))施加到它們的電流。這可以通過(guò)三個(gè)方法之一做出。

a.電阻-如果可以在臨界時(shí)間段期間施加足夠的路徑內(nèi)電阻，則可以限制電流且各組并行繼電器不會(huì)被損傷。電阻可以經(jīng)由多個(gè)方法，例如電阻器、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電源熱敏電阻，等施加在并行ATS的功率路徑中的任一輸入、輸出或者所選的點(diǎn)上。

b.電感-電感器可用在短時(shí)間段內(nèi)限制瞬時(shí)電能的變化率，限制在臨界時(shí)間期間在各組并行繼電器兩端的電流值。

c.轉(zhuǎn)向-快速動(dòng)作的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(例如雙向三極管開(kāi)關(guān))可用于在需要時(shí)，例如在關(guān)閉的同時(shí)的臨界時(shí)間段期間在各組并行繼電器周?chē)D(zhuǎn)向電流路徑。該技術(shù)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：并行繼電器組(且因此并行ATS)的轉(zhuǎn)換時(shí)間變得可編程，其中下限是以子微秒測(cè)量的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的切換時(shí)間。

模塊化并行ATS的變型可以以任何組合使用任何或者所有這些技術(shù)，以產(chǎn)生對(duì)電流負(fù)載平衡(包括繼電器不齊)問(wèn)題的有效解決方案。以下更加詳細(xì)地描述解決方案的某些優(yōu)選示例。

1)恒定電流負(fù)載共享

在傳統(tǒng)的并行繼電器中或任何類(lèi)型的開(kāi)關(guān)中，小的電阻置于每一繼電器級(jí)的輸出中，這將幫助平衡陣列當(dāng)中的負(fù)載。這是通常的實(shí)踐。如果小的功率損失可接受則其工作。這是工作的方法，但是不是模塊化并行ATS的最優(yōu)解決方案，因?yàn)樗速M(fèi)功率。

在模塊化并行ATS中，負(fù)載共享伴隨有包括作為功率輸送路徑的一部分的小的電阻。簡(jiǎn)而言之，繼電器觸點(diǎn)的電阻加上用于將單獨(dú)的繼電器附于輸入和輸出總線的引線提供平衡計(jì)劃用于生產(chǎn)單元的高容量、高一致性繼電器的足夠電阻。如在制造的所有情況下，存在將落入容差的期望變化的“正常”范圍之外的某個(gè)數(shù)目的單元。這些裝置將不可避免地具有傳遞它們的小單元的過(guò)多負(fù)載(低于標(biāo)稱(chēng)電阻)或者不傳遞它們的電流共享(高于期望電阻)的特性。在這些情況的任何一個(gè)情況下，可以通過(guò)在陣列中供應(yīng)冗余備用繼電器的百分比來(lái)應(yīng)對(duì)缺陷繼電器的電流，和簡(jiǎn)單地不開(kāi)啟缺陷繼電器來(lái)解決該問(wèn)題。這要求存在在陣列中全部繼電器的監(jiān)視。我們可以以作為模塊化陣列的一部分的每個(gè)小單元上的電流感應(yīng)變壓器來(lái)這樣做。故障的繼電器在確定其不再可使用之后退役，且由控制器設(shè)置警報(bào)以指示故障的模塊應(yīng)該被替換。模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)允許“熱交換”，或者如早先討論的在陣列的其余工作的同時(shí)改變故障的組件。

2)在單獨(dú)的繼電器的關(guān)閉或者打開(kāi)時(shí)的電流共享

當(dāng)繼電器的陣列(或者各組繼電器)并聯(lián)連接時(shí)，由于機(jī)械變化，某些觸點(diǎn)將在其它的之前或者之后連接或者斷開(kāi)。時(shí)間的分配是機(jī)械組件中固有的。即使制作得非常好的機(jī)械組件也具有不同的事件持續(xù)時(shí)間。這些變化可以以僅幾微秒的量級(jí)，或者大約一毫秒那么多。在任何情況下，在某些時(shí)間級(jí)別，整個(gè)陣列當(dāng)中的一個(gè)繼電器將首先做出接觸，且一個(gè)將首先斷開(kāi)接觸。然后另一，然后再一個(gè)等，直到全部做出變換為止。只要考慮電，從第一個(gè)到第二個(gè)繼電器變換的時(shí)間是功能上不相關(guān)的。做出接觸的第一繼電器將攜帶直到另一繼電器在那里以共享電流為止可用的全部電流。在源和負(fù)載側(cè)連接到非常低阻抗的大規(guī)模并行陣列上，電流將得到足夠高以破壞單獨(dú)的繼電器，即使電流僅存在幾微秒。如果破壞不是即時(shí)的，它可能是累積的。在任何情況下，必須采用控制過(guò)度電流不破壞單獨(dú)的繼電器的裝置以實(shí)現(xiàn)期望的可靠性和服務(wù)壽命目標(biāo)。

這伴隨著添加流入控制的創(chuàng)新形式，不同于它怎樣目前通常實(shí)踐的。流入控制的基本概念良好地建立且具有精確地用于該用途而設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的特定電子組件。該組件被稱(chēng)為負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器。它們有時(shí)被稱(chēng)為熱敏電阻，或者流入限制器，但是全都具有一個(gè)公共的特性，隨著溫度上升，電阻下降。因?yàn)楫?dāng)它們是“冷的”(通常室溫)時(shí)在這些裝置中電阻相對(duì)高，它們提供重要的平衡電阻，和當(dāng)它們第一次導(dǎo)通時(shí)電路中的總的電流限制。在高電壓微ATS的實(shí)例中，它在240VAC上操作。繼電器在于作為可以用于模塊化并行ATS的基本電源模塊中的相同繼電器的裝置能夠在至少兩個(gè)或三個(gè)AC周期(32到48ms)內(nèi)無(wú)退化地應(yīng)對(duì)多達(dá)50amps。因此，如果電流限于該量，在以上時(shí)間段內(nèi)，繼電器將維持無(wú)損傷。因此，如果NTC電阻器與繼電器觸點(diǎn)串行放置，且電阻器具有(例如)5ohms的“冷”電阻，則當(dāng)施加功率時(shí)，對(duì)于最大48安培，最大的可能電流是240V/5ohms(歐姆定律)。這是直到并行陣列中的其他繼電器可以結(jié)束關(guān)閉和共享負(fù)載為止觸點(diǎn)可以應(yīng)對(duì)的電流水平，然后繼電器中的電流減小到對(duì)于觸點(diǎn)可接受的連續(xù)負(fù)載。因?yàn)樵陉嚵兄械乃欣^電器將具有最大的總變化，則僅需要在那時(shí)限制NTC電阻器。所有剩余時(shí)間它將正常地耗散功率。在功率施加到NTC裝置之后，與通過(guò)它的電流結(jié)合的它的內(nèi)電阻使得它自發(fā)熱。因?yàn)殡娮桦S溫度下降，當(dāng)電阻器的溫度增加時(shí)，電阻下降，且在某些點(diǎn)它達(dá)到電流和電壓下降的均衡。在用于并行模塊化ATS的zATS和模塊化基本功率陣列的情況下，這點(diǎn)在大約.03ohms。但是即使在該點(diǎn)，NTC電阻器必須保持自發(fā)熱，且因此，將在用于給定繼電器的10安培的最大負(fù)載消耗大約3瓦的耗散。這不多，但是當(dāng)乘以與大的4000安培矩陣相關(guān)聯(lián)的400個(gè)繼電器時(shí)，將合計(jì)1200W的熱耗散。這接近于設(shè)計(jì)地非常好的固態(tài)開(kāi)關(guān)或者所謂的靜態(tài)開(kāi)關(guān)的損失。

Zonit陣列的關(guān)鍵點(diǎn)是功率系數(shù)，所以我們?cè)O(shè)計(jì)一種方式來(lái)限制該損耗因數(shù)。僅幾個(gè)毫秒是NTC電阻器需要有效的時(shí)間段。所以，我們添加并行地附于NTC電阻器的附加繼電器。它由要在轉(zhuǎn)換事件期間打開(kāi)且當(dāng)連續(xù)操作中時(shí)關(guān)閉的模塊化并行ATS控制器中的電路控制。以這種方式，NTC電阻器由輔助繼電器中非常低阻抗的一組觸點(diǎn)“旁路”，因此幾乎消除傳統(tǒng)的裝置中的熱耗散損失。

應(yīng)當(dāng)注意，由于當(dāng)熱敏電阻不被旁路且攜帶電流時(shí)的短時(shí)間段，可以使用較便宜的電阻器代替熱敏電阻。也應(yīng)注意，圖25中示出的可變電阻2502用于防止由功率性質(zhì)事件導(dǎo)致的電壓尖峰對(duì)單獨(dú)的繼電器的損壞。可變電阻保護(hù)功能可以集成到如圖所示的每一基本繼電器模塊中，或者可以作為單獨(dú)的一組組件集成到在模塊化并行ATS和功率源之間安裝的同一外殼的內(nèi)部或者它外部的每一子配件2508中(在圖25中未示出，或者設(shè)計(jì)為單獨(dú)的子模塊(該方法利用市場(chǎng)上已經(jīng)可獲得的現(xiàn)有的組件)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖31，以圖的頂部的大矩陣的五個(gè)繼電器模塊的示意性表示概括上述的三個(gè)配置。在左邊是經(jīng)受觸點(diǎn)退化的標(biāo)準(zhǔn)并行繼電器配置。中間的圖示出了NTC限流電阻器的添加，如將用于觸點(diǎn)負(fù)載共享和流入控制的傳統(tǒng)的解決方案中的。在右邊是如上所述的具有與NTC電阻器并行的附加的一組繼電器觸點(diǎn)的Zonit修改版本。在繪制子集1到8中，對(duì)于兩個(gè)情況描述與控制主繼電器和旁路繼電器相關(guān)聯(lián)的步驟，該兩個(gè)情況是向后通過(guò)短時(shí)間剛好在關(guān)閉之前的時(shí)段，和剛好在繼電器的打開(kāi)之前，到當(dāng)整個(gè)處理可以重來(lái)時(shí)的時(shí)間。

用于開(kāi)關(guān)閉合的事件序列：

1.繼電器打開(kāi)，剛好在關(guān)閉之前，沒(méi)有電流流動(dòng)。

2.初級(jí)繼電器關(guān)閉，NTC電阻器旁路繼電器打開(kāi)。電流開(kāi)始在源和負(fù)載之間流動(dòng)。假定這是在陣列中的第一繼電器關(guān)閉，所有可用電流向著低阻抗負(fù)載流動(dòng)。假定負(fù)載能夠是描述的繼電器的電流量標(biāo)稱(chēng)值的很多倍。此時(shí)，剛好在電流開(kāi)始流動(dòng)以后，NTC電阻器旁路繼電器打開(kāi)，且電流通過(guò)NTC電阻器。其是冷的且處于5歐姆。即使負(fù)載接近零歐姆，通過(guò)該一個(gè)初級(jí)繼電器的電流限于大約48安培。

3.在從步驟2到步驟3的時(shí)間幀期間，并行陣列中的所有繼電器關(guān)閉。實(shí)際上，這通常全部在大約1毫秒內(nèi)發(fā)生，但是盡管如此，在12到15毫秒內(nèi)完全的陣列打開(kāi)且所有小單元并行。NTC被加熱但是仍然不完全熱。可能此刻降至3或者4歐姆的電阻，但是在完全熱的過(guò)程中。負(fù)載在陣列中的繼電器之間共享，且在NTC電阻器中電阻仍然相當(dāng)高。電阻器的大部分必須被加熱，取決于選擇的裝置，這占用幾百毫秒，甚至幾秒。只要選擇的裝置可以滿足第一次17毫秒的需要，不要求附加容量。最后的事件在17毫秒發(fā)生。

4.T+17毫秒。且旁路繼電器關(guān)閉，將NTC電阻器短路。繼電器的接觸電阻是大約.002歐姆，所以現(xiàn)在它攜帶大多數(shù)的電流。但是另外，為了添加的耐久性，精確地在電流通過(guò)零的時(shí)刻做出旁路繼電器的關(guān)閉，如在從B到A的轉(zhuǎn)換期間在uATS和模塊化ATS控制器中做出的。因此，在繼電器關(guān)閉和跳躍時(shí)段時(shí)，即使在滿負(fù)載陣列中也出現(xiàn)最小電流。功率路徑保護(hù)該狀態(tài)直到斷開(kāi)位置，且在繼電器陣列中所有觸點(diǎn)兩端，總功率耗散減小到小于一半瓦特。這是比最好的固態(tài)開(kāi)關(guān)，或者“靜態(tài)開(kāi)關(guān)”更好的數(shù)量級(jí)。

用于開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的事件序列:

1.在圖31中面板的下部行，在面板5到8中描述用于打開(kāi)模塊化并行ATS的操作的序列。繼電器的斷開(kāi)在繼電器的陣列兩端具有相同的定時(shí)分配，就像繼電器系列的關(guān)閉時(shí)間那樣。因此，也必須考慮直到最后繼電器斷開(kāi)為止的順序建造的電流的保存。面板5示出了與方格4相同的狀態(tài)，剛好在斷開(kāi)事件之前的連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。

2.幀6示出了剛好在電流的零交叉之前，且旁路繼電器被打開(kāi)的時(shí)間。在理想世界中，這將與初級(jí)繼電器的打開(kāi)一致，但是NTC電阻器旁路繼電器具有與所有其他繼電器相同的定時(shí)分配，所以它必須剛好在初級(jí)繼電器的打開(kāi)之前被打開(kāi)，以保證矩陣中的所有旁路繼電器在甚至打開(kāi)第一初級(jí)繼電器之前被打開(kāi)。因?yàn)樵诮咏憬徊孢@樣做，發(fā)生NTC電阻器的很少的加熱，因?yàn)榇藭r(shí)很少電流流動(dòng)。

3.幀7示出了當(dāng)初級(jí)繼電器剛剛打開(kāi)時(shí)的狀態(tài)。假定所有其他繼電器這時(shí)也打開(kāi)，打開(kāi)的最后繼電器攜帶最大負(fù)載，但是由NTC電阻器限于小于50安培，且小于6ms。

4.幀8示出了NTC電阻器的冷卻時(shí)間。因?yàn)榛趗ATS的模塊化并行ATS控制器在A側(cè)電源的返回和在其穩(wěn)定之后到A側(cè)的連接之間具有最小3秒的延遲，對(duì)NTC電阻器保證冷卻到“復(fù)位”狀態(tài)需要的時(shí)間。

基于模塊化并行ATS的靈活的電源拓?fù)浜筒僮髂Ｊ?/p>

模塊化并行ATS中多個(gè)并行功率路徑的可用性提供了它可以怎樣用于其中需要快速切換ATS性能的數(shù)據(jù)中心及其他環(huán)境的唯一的靈活性。對(duì)于傳統(tǒng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通常存在兩個(gè)輸入和一個(gè)(“Y”拓?fù)銩TS)或者兩個(gè)(“H”拓?fù)銩TS)輸出。模塊化并行ATS可以以同一統(tǒng)一和節(jié)省空間的形式因數(shù)用作多個(gè)離散的ATS單元(“Y”或者“H”類(lèi)型ATS拓?fù)?，其全部由可編程的統(tǒng)一控制邏輯控制。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然，因?yàn)槟K化并行ATS可以用作全部由統(tǒng)一控制邏輯控制的一組多個(gè)離散的ATS單元，所以分開(kāi)的位置(例如，遍布數(shù)據(jù)中心、工廠或者校園)的一個(gè)或多個(gè)模塊化并行ATS單元也可以通信和由統(tǒng)一控制邏輯控制。該組一個(gè)或多個(gè)并行ATS單元可以具有單個(gè)并行模塊化ATS單元具有的相同性能，封裝關(guān)鍵差異：按照需要在數(shù)據(jù)中心中放置該組模塊化ATS單元以最好地路由功率管道的方便的能力。這有助于最小化功率管道成本且當(dāng)改型或者升級(jí)具有現(xiàn)有的功率管道和功率分配外殼和它們不希望干擾的組件的現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心時(shí)特別地有用。統(tǒng)一控制邏輯可以是集中式和/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臺(tái)和/或其他設(shè)施/環(huán)境管理軟件系統(tǒng)報(bào)告。模塊化并行ATS單元之間使用的通信方法可以按照需要變化，例如比如有線以太網(wǎng)、串行(USB、RS-232、RS-449，等等)、X-10、專(zhuān)有的、許多其它的或者無(wú)線(藍(lán)牙、802.11、專(zhuān)有的，等等)的方法全部可以單獨(dú)地使用，或者組合以使系統(tǒng)能夠最好地用在給定工廠或者校園中。也可以使用以下中描述的方法在功率布線上做出：作為美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.13/757,156的部分繼續(xù)申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利No.XXX，“COMMUNICATIONS PROTOCOL FOR INTELLIGENT OUTLETS”，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.13/757,156是在2009年9月29日提交的標(biāo)題為“SMART ELECTRICAL OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)12/569,377(現(xiàn)在是美國(guó)專(zhuān)利No.8,374,729，其是于2010年2月16日提交的題為“SMART ELECTICAL OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)12/531,226的繼續(xù)申請(qǐng))的繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)12/531,226是于2008年3月14日提交的標(biāo)題為“SMART NEMA OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的PCT/US2008/057150的美國(guó)國(guó)家階段，該P(yáng)CT/US2008/057150又要求于2007年3月14日提交的標(biāo)題為“SMART NEMA OUTLETS AND ASSOCIATED NETWORKS”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/894,846的優(yōu)先權(quán)。以上全部記錄的申請(qǐng)被通過(guò)引用并入于此，就好像完全提出的那樣。如果需要，通信方法可以被加密和/或使用授權(quán)、驗(yàn)證及其他數(shù)字安全性技術(shù)以保證較高安全性級(jí)別。也可以包括比如在PCT申請(qǐng)No.PCT/US2009/038,472(其要求美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序號(hào)61/039,716的優(yōu)先權(quán))(兩者都通過(guò)引用并入于此)中描述的物理安全性裝置，其允許工廠管理者允許、限制或者封鎖模塊化并行ATS單元的遠(yuǎn)程控制性能。模塊化并行ATS可以具有多個(gè)并行輸入((A1，B1)、(A2，B2)、…)和多個(gè)并行輸出(C1、C2、…或者C1、D1、C2、D2…)(取決于ATS配置為“Y”或者“H”ATS拓?fù)?。并行模塊化ATS的唯一方面是它可以按照需要和期望連接到這多個(gè)輸入和輸出，只要考慮并行功率路徑的功率應(yīng)對(duì)容量。例如，可以配置模塊化并行ATS以輸出到多個(gè)分開(kāi)的輸出分支電路。例如每一輸出可以饋送分開(kāi)的面板或者母線?？梢钥刂颇K化并行ATS以設(shè)置每一輸出分支電路由A或者B哪個(gè)源饋送和/或A或者B哪個(gè)源優(yōu)選地作為源。也可以控制以在“Y”拓?fù)?兩個(gè)輸入，一個(gè)輸出)或者“H”拓?fù)?兩個(gè)輸入，兩個(gè)輸出)中切換。圖33和圖34示出了示范并行模塊化ATS的靈活性的兩個(gè)實(shí)例配置。圖33示出的拓?fù)淇梢允褂霉镁W(wǎng)格(utility grid)1805作為到ATS 1840a的A1。UPS 1835可以是B1輸入且UPS 1836可以是B2輸入。輸出可以是到主配電板，1835、1836。圖34示出的實(shí)例示出了由多個(gè)UPS單元饋送且饋送功率到多個(gè)插件功率分配母線的模塊化并行ATS的另一可能的示例，該插件功率分配母線又饋送在機(jī)架中的插頭。

模塊化并行ATS的性能允許數(shù)據(jù)中心管理者選擇決定何時(shí)和怎樣做出可能對(duì)操作和維修設(shè)施有用的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換(哪個(gè)源用于每一分開(kāi)的輸出，對(duì)于某些或者所有輸入和/或輸出觸發(fā)轉(zhuǎn)換的條件(負(fù)載、功率性質(zhì)等)，等等)的狀況和偏愛(ài)。例如，可以控制每一A-B源對(duì)上的總負(fù)載的百分比。另一可能性是可編程智能負(fù)載放棄。代替剛好在輸入源之間切換它，并行模塊化ATS可以斷開(kāi)所選的輸出。這意味著可以選擇性地和可靠地?cái)嚅_(kāi)每一單獨(dú)的輸出，這是有價(jià)值的特征。期望在數(shù)據(jù)中心中的功率分配路徑中放置盡可能少的故障點(diǎn)。在高度可靠的ATS中斷開(kāi)以及轉(zhuǎn)換的能力是有用的。它向數(shù)據(jù)中心管理者提供更富有的一組功率分配選項(xiàng)：多個(gè)拓?fù)?、控制選項(xiàng)和可能性。傳統(tǒng)的ATS單元不能提供該容量范圍。

經(jīng)由UPS負(fù)載移位增加傳統(tǒng)功率分配的效率

如早先討論的，當(dāng)兩個(gè)A-B UPS單元作為功率源用于數(shù)據(jù)中心時(shí)通常實(shí)踐共享負(fù)載。由于具有雙電源的終端用戶設(shè)備或多或少相等地將負(fù)載分配到A和B電源輸入兩者的特性，這是通常的。此外，如早先描述的，這減小UPS效率，因?yàn)樗鼈儽仨毑患虞d到50％以上以在冗余功率配置中工作。使用大量μATS^TM開(kāi)關(guān)可以如下提升這種功率分配系統(tǒng)的效率。用于數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備的所有電負(fù)載可以經(jīng)由μATS^TM單元“負(fù)載移位”到兩個(gè)UPS單元之一上，這增加UPS的效率，如圖3所示的UPS效率曲線所示。其他UPS單元處于空閑，且將如果主要單元故障才使用。UPS單元必須被設(shè)計(jì)以處理立即置于它們上的該類(lèi)型負(fù)載，但是幾乎所有的現(xiàn)代UPS單元可以這樣做。結(jié)果是增加數(shù)據(jù)中心的效率～3-5％，這是有用的改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)注意雖然這里討論僅一對(duì)UPS單元，方法縮放到為了冗余而成對(duì)地采用許多UPS單元的更大的數(shù)據(jù)中心。

實(shí)現(xiàn)此的方法是簡(jiǎn)單的，且可以對(duì)于每一件EDP設(shè)備遞增地采用，減小服務(wù)影響。每個(gè)單電源(或者連線的)EDP裝置將經(jīng)由μATS^TM連接到A和B UPS單元。每個(gè)雙或者N+1電源EDP裝置將具有經(jīng)由正常功率線連接到A UPS的一個(gè)電源，第二或者所有其他N+1電源將經(jīng)由μATS^TM單元連接到A和B UPS單元。

這保證當(dāng)A UPS單元可用時(shí)它承擔(dān)所有負(fù)載，且當(dāng)它不承擔(dān)所有負(fù)載時(shí)B UPS攜帶負(fù)載。考慮μATS^TM功率容量限制，μATS^TM單元可以以一對(duì)一每個(gè)裝置比率，或者低整數(shù)比率采用。

幾乎所有EDP裝置在裝置中的所有可用電源當(dāng)中共享負(fù)載?？梢越ㄔ煸陔娫粗g切換負(fù)載的EDP裝置，以使得僅一個(gè)或多個(gè)電源是活動(dòng)電源，且其它的是空閑的，但是如早先描述的，這對(duì)于成本和可靠性兩者的原因很少這樣做。為了保證多電源EDP裝置僅利用過(guò)濾的公用線功率(如果其可用)和切換到UPS(如果其不可用)，每一次級(jí)電源單元需要在公用線和一個(gè)或多個(gè)UPS單元之間自動(dòng)切換。否則，UPS單元將承載數(shù)據(jù)中心負(fù)載的一部分，降低功率分配的總效率，這是不受歡迎的。

具有用于高度并行功率分配的適當(dāng)特性的ATS設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的ATS傾向于具有防止它們?cè)诟叨炔⑿?、自?dòng)切換的功率分配架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)中的有效使用的限制。例如，這些傳統(tǒng)的ATS通常可能太無(wú)效率，消耗過(guò)多機(jī)架空間且成本很高。在這里描述的微ATS的實(shí)施例解決某些或者全部這些問(wèn)題。

根據(jù)一個(gè)實(shí)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，在最大負(fù)載損耗小于0.2伏特)。某些實(shí)現(xiàn)不使用機(jī)架空間，因?yàn)樗鼈冏园惭b在每一EDP裝置后部，并入用于安裝EDP設(shè)備的機(jī)架體積外部的機(jī)架結(jié)構(gòu)中，并入機(jī)架安裝的插頭中，或者并入機(jī)架中或者機(jī)架附近功率分配單元中(即，由于微ATS的小的形式因數(shù)，任意一個(gè)是可能的)。在其他實(shí)現(xiàn)中，微ATS足夠小以直接集成到EDP設(shè)備本身中。

在這里描述微ATS的各種實(shí)施例，包括它們的各種組件。為了清楚和上下文的緣故，微ATS實(shí)施例被描述為在兩個(gè)分開(kāi)的功率源，“A”和“B”之間切換。從某些實(shí)現(xiàn)中，A和B功率源是單相源。在其他實(shí)現(xiàn)中，連接多相功率源。在連接多相功率源的地方，使用微ATS的多相實(shí)施例。在這里參考單相實(shí)現(xiàn)描述的實(shí)質(zhì)上相同的組件(例如，電路)可應(yīng)用于多相實(shí)現(xiàn)。

例如，多相實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)為并行動(dòng)作的多個(gè)單相微ATS單元，具有提供用于同步一些控制電路的附加功能性，以使得它們跨越多個(gè)ATS單元一起動(dòng)作以處理切換，并從一個(gè)多源返回到其他多相源和相反。多相微ATS的各種實(shí)施例也可以具有切換功率源的不同狀況。例如，具有X、Y和Z“熱”引線的給定三相功率，三個(gè)中的任意一個(gè)上的缺陷可以考慮是從A到B多相源的切換的原因。為了返回到A多相源，可能期望首先保證所有三個(gè)熱引線存在、穩(wěn)定且具有關(guān)于A源的足夠功率性質(zhì)。

現(xiàn)在將描述各種ATS實(shí)現(xiàn)和關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)架構(gòu)。

首先轉(zhuǎn)到圖7，根據(jù)各種實(shí)施例示出了說(shuō)明性的微ATS 700的系統(tǒng)圖。如圖所示，微ATS 700連接到“A”功率源760和“B”功率源765，并使用它的各種組件以將輸出功率770提供到一個(gè)或多個(gè)裝置或者分配拓?fù)?例如，到在數(shù)據(jù)中心的分支電路中的一個(gè)或多個(gè)EDP裝置)。微ATS 700包括功率子系統(tǒng)705、“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710、“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715、“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720、“A”/”B”同步積分器子系統(tǒng)725、定時(shí)控制子系統(tǒng)730、“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735、輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740、斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745和壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750。

功率子系統(tǒng)705的實(shí)施例包括微ATS 700的功率控制電路的創(chuàng)新方式。“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710的實(shí)施例確定供應(yīng)到微ATS 700的功率是否在期望的(例如，預(yù)定的)電壓范圍?！癆”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715的實(shí)施例使用期望的區(qū)分特性確定何時(shí)供應(yīng)到微ATS 700的"A"功率已經(jīng)丟失?！癇”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720的實(shí)施例測(cè)量“B”功率的交流電波形的定時(shí)?！癆”/”B”同步積分器子系統(tǒng)725的實(shí)施例提供在零電壓交叉時(shí)間“B”到“A”轉(zhuǎn)換的同步和“A”到“B”積分功能性。定時(shí)控制子系統(tǒng)730的實(shí)施例控制何時(shí)切換所選的功率源到微ATS 700，或者從“A”源到“B”源或者從“B”源到“A”源，且可以處理過(guò)電流狀況切換和繼電器排序?！癆”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的實(shí)施例控制在任一方向上“A”和“B”功率源之間的實(shí)際的切換以改變哪個(gè)電源作為到微ATS 700的輸入功率源。

輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740的實(shí)施例檢測(cè)和測(cè)量來(lái)自微ATS 700的輸出電流的存在和各種特性，且在一些實(shí)施例中，可以模仿熔絲的特性以使得微ATS 700可以保護(hù)自身而沒(méi)有燒斷實(shí)際的物理熔絲(即，物理熔絲必須被替換)斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745的實(shí)施例當(dāng)它不在使用中時(shí)從電源斷開(kāi)次級(jí)功率源。壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)用于驅(qū)動(dòng)壓電器件或者其他器件的創(chuàng)新技術(shù)。

每一組件以下描述為在微ATS 700的上下文中執(zhí)行特定的功能性。將認(rèn)可其他配置是可能的，其中類(lèi)似的或者相同的功能性可以使用其他組件、組件的組合等實(shí)現(xiàn)。另外，在某些情況下，對(duì)于比如電阻器和電容器等的組件給出值，且對(duì)于電流、電壓和/或其他功率特性給出范圍。這些值和范圍以在增加說(shuō)明的實(shí)例的清楚，且不應(yīng)該被看作限制實(shí)施例的范圍。

圖8A示出了在用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的上下文中的說(shuō)明性的電源子系統(tǒng)705a的電路圖800。如上所述，微ATS 700連接到“A”功率源760和“B”功率源765。電源子系統(tǒng)705a執(zhí)行多個(gè)功能，包括功率調(diào)節(jié)(例如，限流和功率凈化)。

從RY3H(“熱”)和RY1N(“中性”)的中心分接頭獲取用于電源子系統(tǒng)705a的源功率。因此，ATS電源的功率源當(dāng)微ATS 700的輸出在“A”側(cè)上時(shí)來(lái)自于“A”側(cè)，且當(dāng)轉(zhuǎn)換到“B”側(cè)時(shí)在“B”側(cè)上?！癆”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的組件用作用于微ATS 700電源子系統(tǒng)705a的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。可從輸出功率獲得的電流由R3限制。ZD10將橋接器BR4的全波整流輸出限于150V峰值。ZD10保證C1不超過(guò)它的額定電壓。C1存儲(chǔ)足夠電荷以允許在“A”功率源760和“B”功率源765之間的變換期間繼電器的HV(“高壓”)操作。

在過(guò)電流缺陷期間，“A”功率源760和“B”功率源765在輸出功率770節(jié)點(diǎn)都不可用，但是RY2和所有其余的微ATS 700電路仍然可能需要供電。這伴隨著節(jié)點(diǎn)A2 775，且當(dāng)RY2激活時(shí)表明經(jīng)由C16和BR6在RY2的NO端子的“A”功率760。C16限制在缺陷期間可用的電流。

橋接器BR6通常阻擋A2，如以下將更全面地討論的。當(dāng)發(fā)生缺陷時(shí)，GC On將幾乎被拉低到Common(公共的)，且正功率將經(jīng)由ZD11在U5LED可用。這導(dǎo)通U5晶體管。U5晶體管和Q3形成將橋接器BR6短路的達(dá)林頓對(duì)，允許A2通過(guò)二極管D9驅(qū)動(dòng)HV。A2也通過(guò)二極管D10驅(qū)動(dòng)LV(“低壓”)。C20提供LV的過(guò)濾和存儲(chǔ)。

在一些實(shí)施例中，如圖8B所示，15伏電源通常通過(guò)R63、R64和R65由HV供給。這三個(gè)電阻器降低齊納二極管ZD2的電壓并限制其電流。ZD2調(diào)節(jié)控制板上的比較器及其他電子設(shè)備的電壓。C17進(jìn)一步過(guò)濾出15伏信號(hào)。在故障情況期間，A2通過(guò)LV提供用于15V供應(yīng)的功率。由于早先提到的限流電容器C16，在該情況下，HV被拉低到45V。

電源子系統(tǒng)705的實(shí)施例，比如參考圖8A和圖8B圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征是電源子系統(tǒng)705的某些實(shí)施例用作更少變壓器的非常高效率的電源。例如，如以上圖示，電路從多個(gè)AC輸入生成低壓和高壓DC功率，其適于對(duì)低壓控制電路和高功率繼電器兩者供電。它非常有效地和以最小的昂貴的模擬部分這樣做。

另一這種特征是電源子系統(tǒng)705的某些實(shí)施例提供用于非常低功率使用的電容器電流限制。如以上圖示的，通過(guò)使用電容器限制電源子系統(tǒng)705的功耗。這可以將電源容量有效地限于期望值，由此提供最高效率和低功耗。

又一個(gè)這種特征是電源子系統(tǒng)705的某些實(shí)施例提供光隔離以減小或者甚至消除交叉電流。如以下將更全面地討論的，控制和同步子系統(tǒng)的實(shí)施例(例如，“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720、“A”/”B”同步積分器子系統(tǒng)725、定時(shí)控制子系統(tǒng)730，等等)在輸入功率源之間光學(xué)地隔離，實(shí)際上消除在它們之間的交叉電流。

再一個(gè)這種特征是電源子系統(tǒng)705的某些實(shí)施例提供功率控制繼電器(例如，圖示為RY1、RY2和RY3)以將源功率引導(dǎo)到微ATS 700的輸出，以及提供用于對(duì)微ATS 700電源子系統(tǒng)705供電的內(nèi)部源選擇(轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)功能)。

且另一這種特征是電源子系統(tǒng)705的某些實(shí)施例使用光學(xué)地隔離的斷開(kāi)電路以防止當(dāng)微ATS 700處于過(guò)電流缺陷模式時(shí)的交叉源電流。在該模式中，沒(méi)有功率被傳送到輸出，且因此，功率必須仍然被傳送到微ATS 700控制和繼電器驅(qū)動(dòng)電路。如以上圖示的，這可以經(jīng)由A2 775功率路徑實(shí)現(xiàn)，且由BR6和光隔離控制U5控制。

圖9示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710a的電路圖。“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710a的實(shí)施例接收“A”功率760節(jié)點(diǎn)AH和AN。“A”功率760由橋接器BR2全波整流。C3用于限制在此和“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715中可用的電流，如以下將要描述的。在正常操作中，“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710a可以生成A(ON)、A(COM)和CQ18信號(hào)到“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715。

圖示的“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710a包括過(guò)電壓檢測(cè)和欠電壓檢測(cè)功能性。根據(jù)過(guò)電壓檢測(cè)功能性，D18半波整流“A”功率760并驅(qū)動(dòng)由R14和R27組成的階梯，該階梯對(duì)C4充電。當(dāng)在“A”功率760上發(fā)生過(guò)電壓時(shí)，ZD6和Q36將開(kāi)始通過(guò)電阻器R7、R74、R6、R5和R1傳導(dǎo)消耗電流。這將導(dǎo)通Q34，其將通過(guò)R17拉高C4上的電壓。這將Q35、Q36和Q34閂鎖在導(dǎo)通狀態(tài)。這也將通過(guò)R8消耗電流，由此開(kāi)啟過(guò)電壓指示器LED2。C2將被充電且ZD5將導(dǎo)通。Q32和Q31將導(dǎo)通，斷開(kāi)Q37和Q38。這關(guān)閉A(ON)。在圖示的實(shí)施例中，這將傾向于在AH在大約135VAC發(fā)生，雖然可以按照期望設(shè)置其他過(guò)電壓閾值。

欠電壓功能性檢測(cè)何時(shí)“A”功率760低于期望的低壓閾值。如圖所示，增加二極管D18將經(jīng)由由R16和R30形成的階梯對(duì)電容器C5充電。當(dāng)C5上的電荷達(dá)到預(yù)定電平(圖示為100VAC，但是可以按照期望設(shè)置其他電平)時(shí)，ZD8開(kāi)始通過(guò)R31和R58導(dǎo)通。Q1和Q2將開(kāi)始導(dǎo)通，通過(guò)R10、D12和R9消耗電流。這導(dǎo)通施加功率到A(ON)的Q37和Q38。這又通過(guò)R35和D11驅(qū)動(dòng)電流，其堅(jiān)固地導(dǎo)通Q1和Q2，并向C5上的電壓添加滯后。如果“A”功率760處于正常電壓并減小，則“A”電壓將不得不下降到大約88VAC(或者任何其他期望值)以關(guān)閉A(ON)。這是因?yàn)楫?dāng)存在A(ON)時(shí)通過(guò)充電C5的R35和D11的附加電流。

當(dāng)“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715開(kāi)啟時(shí)，信號(hào)CQ18將是低。ZD9和D1將降低Q1的發(fā)射極上的電壓。Q1和Q2將堅(jiān)固地導(dǎo)通，用于改進(jìn)欠電壓電路的滯后。C6和R2用于平滑A(ON)信號(hào)。C6提供存儲(chǔ)以使得整流的AC信號(hào)的零交叉不將A檢測(cè)電路關(guān)閉。當(dāng)在“A”功率760側(cè)功率丟失時(shí)，R2控制C6的放電的衰減時(shí)間。

“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710的實(shí)施例，比如參考圖9圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征是“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710的某些實(shí)施例提供非常高的效率。如圖所示，作為用于啟動(dòng)和保存電壓故障情況的技術(shù)，使用高阻抗組件和斷開(kāi)到“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715的功率輸送是非常高效且消耗最小的功率量。另外，“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710還將所有功率提供到“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715，且具有由C3提供的電流限制。用于限流的電容器的使用通過(guò)將在每一半周期上未使用的電流返回到源，代替作為熱浪費(fèi)它(如在傳統(tǒng)的電阻器限制技術(shù)中)來(lái)最小化功耗。

另一這種特征是“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710的某些實(shí)施例提供容易地編程的過(guò)電壓檢測(cè)延遲。如圖所示，過(guò)電壓檢測(cè)功能性使用單個(gè)電容器值(C4)以確定用于檢測(cè)過(guò)電壓狀況的延遲。另一這種特征是“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710的某些實(shí)施例提供容易地編程的“A”電壓OK延遲?！癆”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710a確定來(lái)自“A”功率760的電壓是否“OK”。該功能性使用單個(gè)電容器值(C5)以確定用于接受用于微ATS 700的啟動(dòng)的A輸入電壓的延遲，且可以對(duì)于各種要求容易地調(diào)整。

又一個(gè)這種特征是“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710的某些實(shí)施例提供用于“A”欠電壓檢測(cè)、“A”電壓OK和“A”過(guò)電壓檢測(cè)的容易地編程的閾值。欠電壓假定電壓在一點(diǎn)可接受，且現(xiàn)在它低于期望的。如圖所示，單個(gè)電阻器值(R35)控制可接受值和低電壓停工點(diǎn)之間的差異。類(lèi)似地，“A”電壓OK閾值可以被經(jīng)由單個(gè)電阻器值改變(R16)編程，且“A”過(guò)電壓閾值可以經(jīng)由單個(gè)電阻器值改變(R14)編程。

圖10A示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715a的電路圖。“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715的實(shí)施例處理微ATS 700的主要功率(“A”功率760)檢測(cè)和延遲部分的基本操作。

示出了“A”側(cè)功率感應(yīng)和延遲電路的簡(jiǎn)化概述。還包括可控硅整流器的基本描述以幫助理解功率檢測(cè)和保存功能的原理。

uATS中該電路的基本功能是檢測(cè)“A”側(cè)上AC功率的存在，和保持到之后描述的繼電器部分中的功率源的連接。該電路還具有在大約5秒內(nèi)防止返回到在轉(zhuǎn)換之后的功率的延遲控制。如果“A”側(cè)功率源是間斷的，這防止不必要的轉(zhuǎn)換。另外，該電路還拒絕功率的許多情況，比如比4毫秒短的停機(jī)，瞬時(shí)下沉等，否則這將導(dǎo)致假轉(zhuǎn)換。

通過(guò)經(jīng)由限流.22uf電容器整流AC功率來(lái)實(shí)現(xiàn)核心功能性。在C6中柔和地過(guò)濾整流功率，但是C6的主要功能是控制在AC線的零交叉處在AC停機(jī)期間呈現(xiàn)的保持過(guò)電流的量。否則，uATS將在每個(gè)AC交叉從“A”側(cè)斷開(kāi)，一秒120次。

該電容器還主要負(fù)責(zé)釋放在控制“A”側(cè)連接的閂鎖之前確定最小停機(jī)的時(shí)間，和轉(zhuǎn)換到替代功率源，(“B”側(cè))。

一對(duì)晶體管Q17(PNP)和Q18(NPN)用作SCR連接對(duì)。遵循SCR的說(shuō)明，該對(duì)Q17和Q18(圖5)示范該配置。

閘流晶體管是四層三端子的半導(dǎo)體器件，每一層由交替的N型或者P型材料構(gòu)成，例如P-N-P-N。標(biāo)記陽(yáng)極和陰極的主端子跨越全部四層，且被稱(chēng)為門(mén)的控制端子附于陰極附近的P型材料。(被稱(chēng)為SCS—硅受控開(kāi)關(guān)—的變型使得全部四層在端子外。)可以就布置為導(dǎo)致自閂鎖動(dòng)作的一對(duì)緊密地耦合的雙極結(jié)晶體管而言理解閘流晶體管的操作：

參考圖5，當(dāng)電流連續(xù)地流過(guò)Q17、Q18對(duì)時(shí)，它將保持閂鎖(latched)“on”。如果電流中斷，閂鎖將丟失，且它將不再次導(dǎo)通直到重新啟動(dòng)為止。在該電路中，經(jīng)由C8經(jīng)由R20的充電實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者“門(mén)控”，且結(jié)果是電流最后傳導(dǎo)通過(guò)齊納二極管ZD1。該子電路具有大約5秒的時(shí)間常數(shù)，且提供如果源功率間斷則防止快速轉(zhuǎn)換所需的在起動(dòng)時(shí)的延遲功能。使用該雙晶體管SCR仿真的獨(dú)特特征是接入Q17的集電極通過(guò)允許補(bǔ)充電流被呈現(xiàn)給Q15的基極而允許“SCR”對(duì)的次級(jí)功能。在“SCR”對(duì)的成功閂鎖時(shí)，定時(shí)電容器C8由Q15的導(dǎo)通幾乎復(fù)位到零電壓。這準(zhǔn)備定時(shí)電路的下一個(gè)關(guān)閉-開(kāi)啟周期。該電路的另一特征是接入到Q17的基極允許插入瞬變抑制濾波器和由電阻器R13、R26和C7確定的編程電流釋放點(diǎn)。因?yàn)椤癝CR”對(duì)的釋放點(diǎn)必須低于光隔離器和后續(xù)放大器電路的開(kāi)啟閾值，這是需要的。換句話說(shuō)，重要的是由“SCR”未閂鎖而不是光耦合器和放大器的增益確定釋放點(diǎn)。

附加組件包括以已知速率耗盡C6的R19，保證在初始啟動(dòng)C8的完全放電的R21，和LED 5(綠色)，用于用戶界面示出A電源開(kāi)啟且選擇用于傳輸?shù)絬ATS的輸出的源的指示器。

該設(shè)計(jì)的另一獨(dú)特特征是其極低的功耗。因?yàn)楫?dāng)主要功率(“A”側(cè))正被傳送到負(fù)載時(shí)該電路必須總是操作，功耗的極小化具有很高的重要性。不要求外部電源，且通過(guò)LED 5的功率，和光隔離器LED主要由限流器.22uf電容器(C3)和56K傳遞電阻器R2確定?？梢赃x擇其他電阻值和電容值以進(jìn)一步減小正常功能功耗，但是在本申請(qǐng)中選擇這些值用于最大抗噪聲度和最低功耗。

圖5示范在功率施加到該電路之后非常短的初始電氣活動(dòng)。

AC功率(Teal)施加到橋接器，轉(zhuǎn)換為整流DC并對(duì)C6和C8充電。C8緩慢地向著ZD1的導(dǎo)通閾值充電。在電路的任何其他部分中不發(fā)生動(dòng)作。這是“A”側(cè)的啟動(dòng)周期的初始延遲部分。如果uATS在“A”側(cè)的先前故障之后將功率從“B”側(cè)返回到“A”側(cè)，該延遲將提供大約5秒以確定“A”側(cè)穩(wěn)定。

圖6表示剛好在ZD1的導(dǎo)通閾值的狀況。此時(shí)，Q18的基極現(xiàn)在具有相對(duì)于發(fā)射極施加到它的電壓。

Q18還未導(dǎo)通，因?yàn)樵趯?dǎo)通開(kāi)始之前必須出現(xiàn)大約0.6V，但是即將設(shè)置閂鎖。

此時(shí)，C8被充電到大約13V，D19導(dǎo)通且ZD1導(dǎo)通。隨著C8繼續(xù)充電，最終基極電流開(kāi)始流入

Q18，在“SCR”對(duì)Q18和Q17中啟動(dòng)“雪崩”狀況。

圖7示出了在基極電流開(kāi)始流動(dòng)，且電流開(kāi)始流過(guò)LED5、光耦合器LED、R13和Q17的基極之后幾微秒的電流流動(dòng)的狀況。

電流流入Q17的基極，因此使得它導(dǎo)通且添加電流到Q18的基極，進(jìn)一步導(dǎo)通Q18，添加電流到Q17的基極，如此這樣直到該對(duì)被“閂鎖”為導(dǎo)通為止。該組事件非常快速地發(fā)生，且光隔離器的LED非?？焖俚亻_(kāi)啟。同時(shí)，Q15的基極具有施加到它的電壓，且后續(xù)電流使得Q15導(dǎo)通，將C8放電。C8的放電速率由基極電流限制器電阻器R24限制。

圖8示出了在C8的放電周期期間，且剛好在uATS的正常功能操作之前的電路的最終狀態(tài)之前的該電路的該狀態(tài)，其是將“A”側(cè)功率傳送到輸出的狀態(tài)。

在該階段，C8已經(jīng)放電到低于ZD1的導(dǎo)通閾值，且因此Q18僅經(jīng)由系統(tǒng)限流電阻器R25從Q17的集電極得到它的基極電流。

圖9示出了當(dāng)在“A”側(cè)功率源，即主要功率源上時(shí)uATS的正常操作狀態(tài)。大多數(shù)的uATS操作定時(shí)應(yīng)該以該模式。

圖10示出了在“A”側(cè)功率損失之后不久的uATS。電路通過(guò)從C6提取剩余電荷而在短時(shí)段內(nèi)繼續(xù)操作。

當(dāng)C6中的可用功率耗盡時(shí)，R26和R13的電阻分壓器達(dá)到一點(diǎn)，在該點(diǎn)，Q17開(kāi)始不通過(guò)它的基極運(yùn)送導(dǎo)通，因此減小它的集電極中的電流。

這是快速級(jí)聯(lián)以釋放“SCR”對(duì)Q17和Q18的開(kāi)始。圖11圖示該瞬態(tài)狀況。

圖12示出了在"SCR"對(duì)Q17和Q18已經(jīng)釋放，且不再導(dǎo)通，且因此LED5和光隔離器二極管也不再導(dǎo)通之后的狀況。此時(shí)，由定時(shí)和同步電路控制的事件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到A/B繼電器切換電路中繼電器的“B”側(cè)。

最終電氣活動(dòng)是從Q18的基極除去剩余電流。此外，C6和C8中的殘留電荷分別經(jīng)由電阻器R19和R21耗盡。因此，電路準(zhǔn)備好當(dāng)其發(fā)生時(shí)“A”功率的返回。

圖11示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720a的電路圖?！癇”功率765作為BH和BN接收，且由橋接器BR5全波整流。電流由R57限制。橋接器BR5的輸出驅(qū)動(dòng)光電晶體管U1中的二極管。如圖所示，當(dāng)橋接器BR5的輸出小于預(yù)設(shè)閾值(圖示為大約6伏，雖然如果期望可以設(shè)置其他值)時(shí)U1上的晶體管將關(guān)斷。這導(dǎo)出“B”功率765的零電壓交叉，這之后可以用于零電壓同步。

“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720的實(shí)施例，比如參考圖11圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征是“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720的某些實(shí)施例提供作為功率可用性的直接功能的損耗檢測(cè)。如圖所示，“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720由它檢測(cè)的源供電。如果電源故障，則電路通知檢測(cè)該源，且它不能經(jīng)由“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720向定時(shí)控制子系統(tǒng)730提供光學(xué)地隔離的控制。這提供故障安全設(shè)計(jì)，在于如果“A”功率760故障，其余的微ATS 700電路默認(rèn)地轉(zhuǎn)換到“B”功率765。

另一這種特征是“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720的某些實(shí)施例提供噪聲和假觸發(fā)免疫性。如圖所示，電路具有功率包絡(luò)檢測(cè)方法。C6由引入功率連續(xù)地充電且由損耗檢測(cè)電路和光隔離器U2中的LED連續(xù)地放電。因此，對(duì)于要檢測(cè)的有效功率損耗，電容器C6必須放電其能量以允許轉(zhuǎn)換。一個(gè)結(jié)果是它在每一半周期期間存儲(chǔ)能量，允許容易地編程電源故障的時(shí)間和轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)實(shí)際上發(fā)生的時(shí)間之間的延遲定時(shí)。另一結(jié)果是過(guò)濾不想要的假信號(hào)，否則它們將導(dǎo)致假轉(zhuǎn)換。又一個(gè)結(jié)果是提供欠頻檢測(cè)而沒(méi)有附加的組件。如果“A”功率760側(cè)的輸入頻率在給定時(shí)間內(nèi)低于總包絡(luò)電荷，電容器C6從一個(gè)周期到另一周期將不能存儲(chǔ)足夠電荷，且鎖存器(由Q17和Q18形成)將釋放并允許負(fù)載轉(zhuǎn)換到“B”功率765側(cè)。

圖12示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的在“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720和“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715的上下文中的說(shuō)明性的“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725a的電路圖1200?！癆”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725a的實(shí)施例提供在零電壓交叉時(shí)間的“B”到“A”轉(zhuǎn)換的同步和“A”到“B”積分功能。為了清楚的緣故，將在啟動(dòng)期間、從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換期間和從“A”功率760到“B”功率765的轉(zhuǎn)換期間描述功能性。

首先轉(zhuǎn)到啟動(dòng)期間的功能性，“A”功率760開(kāi)啟。因此，將在輸出存在“A”功率760，因?yàn)椤癆”功率760使用繼電器的NC(不連接)觸點(diǎn)。在某些延遲之后(圖示為大約4秒)，“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715將點(diǎn)亮它的指示器LED(LED 5)并提供用于U2中的二極管的電流。U2中的晶體管將導(dǎo)通并提供用于R15和R11的電流路徑以導(dǎo)通Q33。Q33然后將提供通過(guò)R28和D23的電流路徑以充電積分電容器C9。Q33也將Q19導(dǎo)通，且將由D16的陰極變?yōu)檎龓椭峁┩ㄟ^(guò)D14和R62的正偏置。當(dāng)Q19導(dǎo)通時(shí)，Q20將關(guān)閉禁止“B”功率同步檢測(cè)子系統(tǒng)720。因此，U1中的光電晶體管將不對(duì)積分器的充電具有影響。電流繼續(xù)經(jīng)由R28和D23從Q33的集電極流到C9以對(duì)C9充電。這是要發(fā)送到定時(shí)控制子系統(tǒng)730以用于在那里的閾值檢測(cè)的初始充電積分信號(hào)。當(dāng)電荷建造時(shí)，它最終達(dá)到比較器(U3a和U3b)檢測(cè)到交叉的點(diǎn)。這是建立繼電器切換事件之間的定時(shí)空間的基礎(chǔ)。從B到A的轉(zhuǎn)換的繼電器間轉(zhuǎn)換時(shí)間基本上由R28控制。

轉(zhuǎn)到從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換期間的功能性，大部分功能性基本上與上面參考啟動(dòng)功能性描述的相同。在“A”功率760返回之后大約4秒，指示器LED(LED 5)將點(diǎn)亮(即，這類(lèi)似于如上所述當(dāng)“A”功率760最初啟動(dòng)時(shí))。電流將到達(dá)U2并將U2導(dǎo)通。Q33將導(dǎo)通，開(kāi)始充電U9。此時(shí)，Q20和U1導(dǎo)通，且Q19關(guān)斷且不能導(dǎo)通，直到當(dāng)U1關(guān)斷時(shí)“B”功率765的下一零交叉為止。這允許D22的陽(yáng)極變?yōu)楦?，將Q19導(dǎo)通，將Q20關(guān)斷，且減慢積分器通過(guò)R28的充電。這導(dǎo)致微ATS 700切換到“A”功率760。

轉(zhuǎn)到從“A”功率760到“B”功率765的轉(zhuǎn)換期間的功能性，如果“A”功率760應(yīng)該故障，則U2將關(guān)斷，使得Q33關(guān)斷。這將Q19關(guān)斷和將Q20導(dǎo)通。因?yàn)閁1中的光電晶體管幾乎總是導(dǎo)通，Q20和U1中的光電晶體管將在任何時(shí)間通過(guò)D24和R70將積分器短路，除了精確地在“B”功率765側(cè)的下一零交叉處之外。當(dāng)C9快速地放電時(shí)，到定時(shí)控制子系統(tǒng)730的積分器輸出將交叉比較器U3a和U3b的閾值。第一事件將是經(jīng)由U3a設(shè)置RY On。因?yàn)閁3b目前被偏置以在繼電器RY2和RY3的接合提供旁路，高流入電流將流入RY2，使得它從負(fù)載斷開(kāi)“A”功率760。當(dāng)積分器電壓繼續(xù)下降時(shí)，經(jīng)過(guò)第二比較器閾值，且U3b釋放GC On。這去激勵(lì)看門(mén)人繼電器(RY3)和中性繼電器(RY1)旁路。然后，此后非常短地，看門(mén)人繼電器(RY3)和中性繼電器(RY1)將負(fù)載連接到“B”功率765AC源。僅然后電流開(kāi)始從“B”功率765AC電源流到負(fù)載。

“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725的實(shí)施例，比如參考圖12圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征是“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725的某些實(shí)施例提供非常高的效率，例如，由于它們使用高阻抗組件以減小尺寸和最小化功耗。另一這種特征是“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725的某些實(shí)施例用作多功能電路以最小化組件計(jì)數(shù)。如圖所示，實(shí)施例組合同步從“B”功率765到“A”功率760的返回的功能，和用于在將“B”功率765連接到輸出之前斷開(kāi)“A”功率760之間的間隙的定時(shí)控制。通過(guò)組合這些功能，可以最小化部分計(jì)數(shù)，且可以減小最終產(chǎn)品的總尺寸。又一個(gè)這種特征是“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725的某些實(shí)施例提供在從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換期間的電源關(guān)閉延遲定時(shí)。轉(zhuǎn)換時(shí)間電源關(guān)閉延遲經(jīng)由容易編程的電容器值(C9)實(shí)現(xiàn)。C9是向U1，即定時(shí)比較器供應(yīng)閾值斜坡信號(hào)的積分存儲(chǔ)電容器。C9的調(diào)整改變A斷開(kāi)繼電器(RY2)之間的延遲，并改變看門(mén)人(RY3)和中性(RY1)繼電器的狀態(tài)。

圖13示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的定時(shí)控制子系統(tǒng)730a的電路圖。定時(shí)控制子系統(tǒng)730的實(shí)施例中的比較器控制繼電器的切換功能和警告指示器和蜂鳴器的激活。由R45、R46和R47形成的階梯限定電壓V1和V2。積分器(C9)是“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725的輸出，且當(dāng)微ATS 700正在使用“A”功率760時(shí)是高，且當(dāng)微ATS 700正在使用“B”功率765時(shí)是低。從“A”功率760到“B”功率765和從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換的斜率分別由C9和R70，以及由C9和R28控制。討論C9、R70和R28作為“A”/“B”同步積分器子系統(tǒng)725的一部分。

比較器U3a的管腳2是繼電器開(kāi)(低)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)Q29的發(fā)射極。管腳2隨后將施加HV功率到A繼電器RY2(RY On：RY開(kāi))。比較器U3b的管腳1是GC Shunt Drive(GC旁路驅(qū)動(dòng))(低)，并驅(qū)動(dòng)Q14的發(fā)射極。管腳1隨后當(dāng)聲明時(shí)將A繼電器(RY2)的另一側(cè)接地。這在A繼電器(RY2)兩端施加全HV功率(150伏)，這可以保證A繼電器(RY2)的快速操作。時(shí)間T1和T2由V1和V2，以及由積分器(C9)的上升和下降斜率控制。

定時(shí)控制子系統(tǒng)730的實(shí)施例根據(jù)以下技術(shù)參與“A”功率760到“B”功率765轉(zhuǎn)換。當(dāng)“A”功率760故障時(shí)，積分器(C9)將開(kāi)始傾斜降至V1。HV功率然后將施加到RY2。地已經(jīng)在RY2線圈的另一側(cè)上。RY2然后將從“A”功率760側(cè)斷開(kāi)。當(dāng)積分器(C9)進(jìn)一步下降到A2時(shí)(時(shí)間T1的結(jié)束)，信號(hào)GC Shunt Drive將變?yōu)楦?，從RY2釋放地，并允許電流流過(guò)RY2到RY1和RY3。這將“B”功率765和Neutral Out(中性輸出)連接到輸出功率770節(jié)點(diǎn)。時(shí)間T1保證在連接“B”功率765之前釋放“A”功率760。

定時(shí)控制子系統(tǒng)730的實(shí)施例根據(jù)以下技術(shù)參與“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換。在T2的開(kāi)始，RY2接地，從RY1和RY3繼電器除去功率。這將Neutral Out(NO)連接到“A”側(cè)中性(AN)，并將Hot Out(熱輸出)連接到RY2繼電器，RY2繼電器在此時(shí)開(kāi)啟。在T2的結(jié)束，從RY2繼電器除去HV功率，因此將“A”側(cè)功率連接到Hot Out(HO)。HV和“公共2”是HV電源的輸出。在正常操作期間，公共和公共2由達(dá)林頓晶體管Q22連接在一起。

定時(shí)控制子系統(tǒng)730的實(shí)施例根據(jù)以下技術(shù)參與過(guò)電流控制。當(dāng)輸出電流接近預(yù)定義的警告點(diǎn)(例如，在12和13安培之間)時(shí)，照亮指示器以警告用戶這是連續(xù)電流的最大合理限制。此時(shí)，V3和V4由如上所述的階梯電阻器R34和R36以及二極管D7限定。在輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740中檢測(cè)輸出電流，且模擬電壓在那里生成并被發(fā)送到定時(shí)控制子系統(tǒng)730。“負(fù)載電流感應(yīng)信號(hào)”(LCSS)的斜率是施加到附加的負(fù)載和時(shí)間的函數(shù)。V4設(shè)置為等于在微ATS 700的輸出上的大約12安培負(fù)載(或者另一期望值)。當(dāng)LCSS超過(guò)V4時(shí)，比較器U3d的管腳13將變低。這將導(dǎo)致通過(guò)ZD7的導(dǎo)通的丟失，保證當(dāng)U3d管腳13變低時(shí)Q22將關(guān)斷，這又將激勵(lì)指示器LED(LED4)。R37和D13將使得V4下降，略微地增加V4和LCSS之間的間隔。C25也用于平滑V4和LCSS之間的差值。

如果然后LCSS下降到低于V4，LED4將關(guān)閉。但是，如果LCSS繼續(xù)增加到V3，則U3c的管腳14將變低。這可能導(dǎo)致發(fā)生三個(gè)事件。因?yàn)镈26和D27連接到U3a管腳2和U3b管腳1，一個(gè)事件發(fā)生。當(dāng)U3c管腳14變低時(shí)，管腳2和1也被拉低。這激活RY2，經(jīng)由D26從輸出斷開(kāi)功率，且經(jīng)由D27從激活封鎖旁路驅(qū)動(dòng)。另一事件是壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750將經(jīng)由負(fù)壓電源路徑導(dǎo)通。另一事件是Q23將由R41導(dǎo)通。Q23將LCSS拉到15伏，將故障信號(hào)閂鎖到低。進(jìn)一步參考?jí)弘娖骷?qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750討論Q23。

根據(jù)某些實(shí)施例，當(dāng)微ATS 700輸出電流超過(guò)預(yù)定義限制(例如，實(shí)質(zhì)上類(lèi)似14.5-安培快速熔斷絲)時(shí)，照亮指示器，指示微ATS 700從源斷開(kāi)負(fù)載，且蜂鳴器響起以警告用戶微ATS 700已經(jīng)斷開(kāi)負(fù)載。這提供微ATS 700的“虛擬斷路器”(VCB)功能。

此時(shí)，V3和V4由如上所述的階梯電阻器R34和R36以及二極管D7限定。如果發(fā)生過(guò)電流狀況，則將由定時(shí)和控制比較器U3C和U3D檢測(cè)LCSS。如果它表示在10秒內(nèi)大于15A的電流，將生成“故障(低)”信號(hào)，閂鎖Q23并充電C12。這將保護(hù)熔絲F1和F2。如果除去過(guò)載且按下開(kāi)關(guān)SW1，C12上的電荷將傳送到C13。Q23將被關(guān)斷，且將恢復(fù)輸出功率。但是，如果還未除去過(guò)載，則C15仍然被充電，以使得將重新生成“故障低”，且Q23將回到導(dǎo)通。重復(fù)地按壓復(fù)位開(kāi)關(guān)(SW1)將從C12充電C13且沒(méi)有別的發(fā)生。這防止當(dāng)按壓SW1時(shí)已經(jīng)熱的F1或者F2被重復(fù)沖擊。因此，虛擬熔絲保護(hù)內(nèi)部的真實(shí)熔絲。

定時(shí)控制子系統(tǒng)730的實(shí)施例，比如參考圖13圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征是定時(shí)控制子系統(tǒng)730的某些實(shí)施例提供非常高的效率。實(shí)施例使用極低功率組件和高阻抗電路以最小化功耗。另一這種特征是定時(shí)控制子系統(tǒng)730的某些實(shí)施例提供高電壓控制。低壓、低功率控制部分到高壓繼電器-功率控制部分的連接經(jīng)由使用接地基極配置的變型的創(chuàng)新耦合經(jīng)由，其中Q14和Q29的基極參考到+15伏電源。那些晶體管的發(fā)射極連接到U3的集電極開(kāi)路輸出。因?yàn)檫@些輸出僅是到公共電源的電流信宿，且它們也不能暴露于大于正電源的電壓，這些電壓放大器晶體管(Q14和Q29)提供以盡可能少的組件的電壓放大。

又一個(gè)這種特征是定時(shí)控制子系統(tǒng)730的某些實(shí)施例提供指示器LED(LED4和LED1)的LED照度的節(jié)能。效率的改進(jìn)不到當(dāng)照亮LED時(shí)節(jié)能的程度，因?yàn)檫@是存在故障或者不期望的狀況時(shí)的時(shí)間，且不是微ATS 700的主要操作狀況。但是，對(duì)這些LED供電的創(chuàng)新方式消除對(duì)附加電源的需要，和與這種添加相關(guān)聯(lián)的伴隨損耗的事實(shí)是效率的改進(jìn)。這些LED都通過(guò)使用的其余電路由電流供電，無(wú)論LED的狀況如何。電流正在從使用的電流通過(guò)LED 4以操作定時(shí)控制子系統(tǒng)730。當(dāng)不需要(不照亮)時(shí)，通過(guò)短路晶體管Q22關(guān)閉LED 4。當(dāng)必須指示故障(例如，通過(guò)LED 1)時(shí)的唯一狀況是當(dāng)A繼電器(RY2)有效，且看門(mén)人和中性繼電器(RY3，RY1)旁路為關(guān)閉狀況時(shí)，因此斷開(kāi)從源到輸出的功率。在該連續(xù)狀況下，對(duì)A繼電器(RY2)供電所需的電流通過(guò)LED1。該電流路徑是對(duì)繼電器供電所需的，因此它可用于對(duì)LED供電而沒(méi)有附加的電源電路。該設(shè)計(jì)特征減小功耗，并簡(jiǎn)化總設(shè)計(jì)。

圖14示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的電路圖?！癆”和“B”功率切換子系統(tǒng)735控制何時(shí)將所選的功率源切換到微ATS 700，或者從“A”功率760到“B”功率765或者從“B”功率765到“A”功率760。實(shí)施例也使用RY1、RY2和RY3控制過(guò)電流調(diào)節(jié)切換和繼電器排序，以控制從“A”功率760和“B”功率765輸入到輸出功率770節(jié)點(diǎn)的功率流。“A”功率760和“B”功率765兩者可以分別由熔絲F1和F2保護(hù)。

值得討論的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的一個(gè)狀況是在轉(zhuǎn)換間時(shí)間期間(例如，可以實(shí)質(zhì)上與在故障狀況下的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的狀況類(lèi)似或者相同)。當(dāng)如參考定時(shí)控制子系統(tǒng)730討論的，GC On 825變低時(shí)(U3管腳1)，R52將提供導(dǎo)通Q14的偏置。Q14的集電極中的電流將偏置Q16的基極，且又經(jīng)由R55導(dǎo)通Q16。這是從U3的15伏限定輸出到到Q16和Q4的150伏偏移的電壓放大器。Q16的發(fā)射極中的電流通過(guò)Q4的基極并到RY2和RY3的線圈，由此將它們接地(如以上更全面地討論的)。此時(shí)，僅激勵(lì)A(yù)繼電器(RY2)。將在以下參考斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745討論Q4的功能。根據(jù)圖示的實(shí)施例，從“A”功率760到“B”功率765和從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換可以占用大約2毫秒。它也是故障狀況(例如，檢測(cè)到過(guò)電流的狀況)期間微ATS 700的狀態(tài)。值得注意在該狀況下沒(méi)有從“A”功率760或者“B”功率765到輸出功率770節(jié)點(diǎn)的AC Hot(AC熱)路徑。

值得討論的“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的另一狀況是何時(shí)功率轉(zhuǎn)換到“B”功率765源。當(dāng)如參考定時(shí)控制子系統(tǒng)730討論的，“Relay Power(繼電器功率)(低)”變低(U3管腳2)時(shí)，R66將提供導(dǎo)通Q29的偏置。這是從U3的15伏限定輸出到到Q30的150伏偏移的電壓放大器。Q29的集電極中的電流將經(jīng)由R67導(dǎo)通Q30。這將150伏“HV”功率提供到串行連線的繼電器串(RY1、RY2和RY3)的48伏線圈。

圖15示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745a的電路圖。該開(kāi)關(guān)用于當(dāng)不需要時(shí)從電源子系統(tǒng)705斷開(kāi)替代功率源(經(jīng)由節(jié)點(diǎn)A2 775)。根據(jù)某些實(shí)施例，僅在一個(gè)狀況下發(fā)生替代功率源的應(yīng)用。當(dāng)微ATS 700呈現(xiàn)故障狀況(例如，過(guò)電流)時(shí)，“A”和“B”功率切換子系統(tǒng)735的繼電器配置有處于斷開(kāi)(即，激勵(lì))位置的A繼電器(RY2)和處于禁止(即，非激勵(lì))位置的看門(mén)人(gatekeeper)繼電器(RY3)和中性繼電器(RY1)。因此，在H或者N節(jié)點(diǎn)輸出電壓不可用，且微ATS 700將不具有到電源子系統(tǒng)705的功率輸入。在該情況下，A繼電器(RY2)的常開(kāi)觸點(diǎn)在其上存在功率，其被經(jīng)由A2 775導(dǎo)向電源子系統(tǒng)705以維持在該狀況下到電源子系統(tǒng)705的功率。

在微ATS 700的所有其他狀態(tài)期間，可以不期望具有該連接。當(dāng)A繼電器(RY2)被激勵(lì)(energized)時(shí)的A2 775信號(hào)和用于電源子系統(tǒng)705的“B”功率765之間的電壓差值將導(dǎo)致在AC熱功率源和它們的各個(gè)中性返回路徑之間不均勻地分配瞬時(shí)電流。這可以導(dǎo)致由接地故障電路斷流器(GFCI)插座或者斷路器服務(wù)的源功率電路的可能的中斷。為防止該狀況，斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745僅允許當(dāng)出現(xiàn)故障狀況時(shí)經(jīng)由A2 775節(jié)點(diǎn)激活替代功率。

根據(jù)圖示的實(shí)施例，在故障狀況期間，Q4的基極經(jīng)由信號(hào)GC On 825由定時(shí)控制子系統(tǒng)730和電壓放大器的輸出拉到負(fù)。通過(guò)Q4的基極到發(fā)射極的電流因此通過(guò)看門(mén)人繼電器(RY3)和中性繼電器(RY1)夾掉電流。同時(shí)，RY Power On(上電)820有效以經(jīng)由GC On 825激勵(lì)Q4的發(fā)射極和基極，其被拉到圓。在該狀態(tài)下，A繼電器(RY2)開(kāi)啟(即，激勵(lì))，且看門(mén)人繼電器(RY3)和中性繼電器(RY1)保持關(guān)閉。值得注意在該狀況下，沒(méi)有對(duì)輸出功率770節(jié)點(diǎn)可用的功率源。這是在“故障”狀況(例如，過(guò)電流狀態(tài))期間繼電器的狀態(tài)。

在故障狀況的情況下，在(上面描述的)定時(shí)控制子系統(tǒng)730中，指示器LED(LED 4)開(kāi)啟，且Q22不導(dǎo)通。另外，指示器LED(LED 1)由到Q4的基極中的電流開(kāi)啟。從指示器LED(LED 4)的陰極到HV Common(HV公共)815的電壓的總和超過(guò)ZD11的閾值。通過(guò)ZD11的電流(綠)因此照亮U5中的LED，提供電流到Q3的基極。Q3然后導(dǎo)通，且“短路”通過(guò)BR6的兩個(gè)傳導(dǎo)路徑，允許AC功率從C16傳遞到A2 775。A2 775然后僅在故障狀況期間向電源子系統(tǒng)705供應(yīng)AC源功率。C16限制到電源的總的AC電流，因?yàn)樵谠撘粋€(gè)狀況期間，A繼電器(RY2)是被激勵(lì)的唯一繼電器。

應(yīng)當(dāng)注意，可以連接定時(shí)控制子系統(tǒng)中的復(fù)位開(kāi)關(guān)SW1以具有附加功能性。在該模式下，使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)，其中之一是現(xiàn)有的“復(fù)位”按鈕，其在故障狀況之后重新啟動(dòng)到輸出的功率連接，且另一個(gè)是附加的開(kāi)關(guān)和關(guān)聯(lián)的閉鎖電路，用于如果閉鎖電路處于“關(guān)閉”模式清除閉鎖電路并將其轉(zhuǎn)回到開(kāi)啟。因此“斷開(kāi)”開(kāi)關(guān)將基本上通過(guò)啟動(dòng)清除狀態(tài)(即，“斷開(kāi)”)狀況使虛擬斷路器“跳閘”，而不弄響壓電蜂鳴器。通過(guò)將斷開(kāi)開(kāi)關(guān)控制的鎖存連接到當(dāng)前故障檢測(cè)電路和繼電器控制電路之間的控制節(jié)點(diǎn)來(lái)這樣做。該連接模式通常被稱(chēng)為“有線OR(有線或)”。

斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745的實(shí)施例，比如參考圖15圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征是斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745的某些實(shí)施例提供非常高的效率。如圖所示，每個(gè)額定48伏的三個(gè)繼電器的串行使用可以允許直接整流的AC主電壓到繼電器的應(yīng)用。這消除了附加的功率轉(zhuǎn)換電路，因此減小部分計(jì)數(shù)以及增加效率。另一這種特征在于斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745的某些實(shí)施例僅當(dāng)連續(xù)地激活A(yù)繼電器(RY2)時(shí)使用限流電容器(C16)，這允許該繼電器的否則未使用的“常開(kāi)”觸點(diǎn)的使用，且進(jìn)一步減小部分計(jì)數(shù)。

又一個(gè)這種特征在于斷路開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)745的某些實(shí)施例當(dāng)所有三個(gè)繼電器同時(shí)釋放以防止電弧時(shí)提供繼電器排序。如圖所示，RY2上的回掃描抑制二極管D48到返回路徑的耦合而不是直接跨越繼電器提供在A繼電器(RY2)損失功率和看門(mén)人繼電器(RY3)和中性繼電器(RY1)之間輕微的觸點(diǎn)定時(shí)延遲。這伴隨著D48的陽(yáng)極連接到公共的機(jī)架，代替更多到繼電器線圈的傳統(tǒng)的連接。在該配置中，A繼電器(RY2)具有用于回掃描電流沉入的高阻抗，因?yàn)槲针娏饕步?jīng)過(guò)RY1和RY3。高阻抗導(dǎo)致繼電器銜鐵能夠比其他兩個(gè)繼電器的銜鐵更不快速地移動(dòng)。結(jié)果是當(dāng)從繼電器鏈斷開(kāi)功率時(shí)，RY2將總是以延遲略微地將“A”功率760從“B”功率765連接到看門(mén)人(RY3)的斷開(kāi)定時(shí)。這幫助保證“A”功率760從不變?yōu)楫?dāng)繼電器觸點(diǎn)仍然在一起時(shí)同時(shí)連接到“B”功率765。即使存在足夠電流以迫使小的電弧，繼電器觸點(diǎn)在電弧開(kāi)始之前已經(jīng)斷開(kāi)，因此防止觸點(diǎn)將它們自己“焊接”就位以及使得“A”功率760和“B”功率765不可控制地流動(dòng)。結(jié)果是在“A”功率760和“B”功率765的多相應(yīng)用中將導(dǎo)致熔斷絲。

圖16示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740a的電路圖。輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740a的實(shí)施例檢測(cè)并測(cè)量來(lái)自自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的輸出電流的存在和各種特性。該電路也傾向于模仿熔絲的特性，但是僅略微地在15安培快速燒斷物理熔絲的閾值以下，該15安培快速燒斷物理熔絲可以用于到微ATS 700的“A”功率760和“B”功率765輸入。這允許微ATS 700保護(hù)自身而不燒斷必須被替換的實(shí)際的物理熔絲。

如圖所示，微ATS 700的中性輸出在其上已經(jīng)電流感應(yīng)變壓器。該變壓器具有由D28、D29、D30和D31形成的二極管橋接器，其全波整流“負(fù)載電流感應(yīng)信號(hào)”(上面參考定時(shí)控制子系統(tǒng)730描述的LCSS)。C22和R48過(guò)濾出AC電流的較高頻，且提供電流變壓器的適當(dāng)?shù)淖杩关?fù)載。R11和熱敏電阻RT1提供熱補(bǔ)償，所以微ATS 700可以在很寬的溫度范圍內(nèi)保持精確可以配置和選擇C14、R50、D32、D3、C15、R51和R75以有效地模擬14.5安培快速熔斷絲的時(shí)間對(duì)電流開(kāi)啟閾值，其中曲線的時(shí)間部分前進(jìn)到打開(kāi)比等效的15安培快速熔斷絲快大約33％。

輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740的實(shí)施例，比如參考圖16圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征在于輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740的某些實(shí)施例采用導(dǎo)致快速熔斷絲的特性的模擬表示的電容器和電阻器的組合。熔絲的主要定時(shí)性能如下：它可以在短時(shí)間段內(nèi)攜帶顯著的過(guò)電流；和不久之后，熔絲將在熔絲的額定電流處或者附近“燒斷”。這主要由熔絲材料本身的熱特性，和多少質(zhì)量正由施加的電流加熱到熔點(diǎn)來(lái)控制。為了模擬熔絲的特性，通過(guò)這些組件形成偽雙極濾波器以模擬期望的特性。電路通過(guò)允許來(lái)自第一極的電流對(duì)第二極充電而不反向來(lái)使兩極的兩個(gè)半部分彼此互動(dòng)，從而將部分計(jì)數(shù)減小到最小。第二極通過(guò)R32由受控的放電路徑放電。該單個(gè)放電點(diǎn)由此可以用于偏置濾波器的兩個(gè)極和改變?cè)撾娐返捻憫?yīng)時(shí)間的總體曲線，而不顯著地改變曲線的形狀。這對(duì)于通過(guò)簡(jiǎn)單的一個(gè)組件改變，特別是R32調(diào)整“熔絲的標(biāo)稱(chēng)值”很有用。通過(guò)改變R32的值，電子的或者虛擬的熔絲(斷路器)的最大電流標(biāo)稱(chēng)值的編程閾值可以被簡(jiǎn)單地調(diào)整，和關(guān)于電路的流入電流處理特性具有最小的效應(yīng)。

另一這種特征在于輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740的某些實(shí)施例提供溫度穩(wěn)定性。許多變量被引入影響有關(guān)溫度的穩(wěn)定性的虛擬斷路器設(shè)計(jì)(例如，如參考以上的輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740和定時(shí)控制子系統(tǒng)730討論的)。在真實(shí)熔絲中的全部熱變量的補(bǔ)償以及模擬熱效果伴隨有RT1和R11。RT1是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。隨著溫度升高，電阻以可預(yù)測(cè)的方式下降。通過(guò)將這兩個(gè)組件跨越電流感應(yīng)變壓器串行放置，呈現(xiàn)給該變壓器的負(fù)載阻抗由溫度影響。熱敏電阻RT1和R11的值的選擇導(dǎo)致虛擬斷路器的總性能有效地模擬它的電子-機(jī)械等效物。

圖17示出了用于微ATS 700的某些實(shí)施例的說(shuō)明性的壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750a的電路圖。壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750a的實(shí)施例包括用于驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器(或者類(lèi)似裝置)的功率驅(qū)動(dòng)器的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)。當(dāng)“NOT FAULT(無(wú)故障)”為低時(shí)，它提供用于由Q25、Q27、R40、R42、R44、R39、C10和C11形成的振蕩器的接地路徑。

當(dāng)施加功率時(shí)，Q25或者Q27將導(dǎo)通。如果Q25導(dǎo)通，則C10的兩側(cè)上的電壓將下降，由此提供低到Q27的基極并關(guān)斷Q27。然后C10將經(jīng)由R44充電。當(dāng)在Q27的基極的電壓達(dá)到大約0.6伏時(shí)，Q27將導(dǎo)通。C11的兩側(cè)將下降。Q25將關(guān)斷，等等，如此往復(fù)。Q21和Q26是發(fā)射極跟隨器。在當(dāng)Q25關(guān)斷時(shí)Q25的集電極充電時(shí)，Q23發(fā)射極將跟隨驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器的它的基極。當(dāng)Q25導(dǎo)通時(shí)，它將通過(guò)D2從壓力下沉連接，且類(lèi)似地對(duì)于Q26、D4和Q27。

壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750的實(shí)施例，比如參考圖17圖示和描述的實(shí)施例提供多個(gè)創(chuàng)新特征。一個(gè)這種特征在于電路以低部分計(jì)數(shù)提供高效率。如圖所示，通過(guò)組合驅(qū)動(dòng)到功率振蕩器中的壓力所需的振蕩器和放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率，且該組合也傾向于最小化部分計(jì)數(shù)。在該配置中，在用于振蕩器功能和功率放大器功能兩者的電路中耗費(fèi)的幾乎所有電流施加到壓電晶體用于轉(zhuǎn)換為聲能。

上面描述的各種電路及其他實(shí)施例形成微ATS 700的新穎的實(shí)施例并提供多個(gè)特征。一個(gè)這種特征是超低功耗。更少變壓器的電源的使用減小從120VAC主電壓轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電路需要的DC電壓的總損耗。另一這種特征在于在非連接側(cè)上(例如，當(dāng)負(fù)載連接到“A”功率760時(shí)在“B”功率765側(cè)上)實(shí)際上不消耗功率。又一個(gè)這種特征在于電源中光隔離的使用實(shí)際上消除了“A”功率760和“B”功率765輸入之間的交叉電流。又一個(gè)這種特征在于通過(guò)在呈現(xiàn)給那些觸點(diǎn)的電流的零交叉處定時(shí)繼電器觸點(diǎn)的斷開(kāi)，而在影響的繼電器的觸點(diǎn)上“B”功率765側(cè)的斷開(kāi)處提供電弧抑制。

通過(guò)某些電路組件和/或拓?fù)涞倪x擇實(shí)現(xiàn)附加特征。一個(gè)這種特征在于可以通過(guò)使用AC輸入上的電容器限流來(lái)實(shí)現(xiàn)超低功耗。所選的電容器(0.22uf)限制到48伏負(fù)載中的60Hz到大約10毫安。在50Hz，限制是8毫安，兩者都在所連接的繼電器的工作范圍內(nèi)。另一這種特征在于在“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715中電流的相同路徑的使用用于照亮“on A”指示器，激活到同步電路的光隔離器鏈路，和保持閂鎖，最小化在“A”功率760側(cè)上的正常操作狀態(tài)消耗。

另一這種特征在于從“A”功率760側(cè)到負(fù)載的功率輸送，其是關(guān)于時(shí)間的大多數(shù)使用的功率的主要路徑，經(jīng)由路由繼電器的常閉位置。這消除激活繼電器所需的電流。另一這種特征在于通過(guò)當(dāng)激活時(shí)繼電器的安排使得AC主電壓直接到DC的轉(zhuǎn)換而不使用變壓器或者能量轉(zhuǎn)換以最小化功耗是可能的。三個(gè)繼電器當(dāng)激活時(shí)串聯(lián)連接以將負(fù)載轉(zhuǎn)換到“B”功率765側(cè)。該動(dòng)作允許使用高電壓(直接整流到150VDC的AC主電壓)。該設(shè)計(jì)方法允許實(shí)現(xiàn)更少變壓器的電源。

另一這種特征來(lái)自在故障狀況期間作為AC主轉(zhuǎn)移路徑的A斷開(kāi)繼電器(RY2)的常開(kāi)觸點(diǎn)和替代功率源的使用。在該狀況下，僅激活A(yù)繼電器。描述的替代路徑允許AC主上的第二整流器和電容器限流，所以單個(gè)激活繼電器(RY2)的線圈的電流額定值在8-10毫安的工作范圍內(nèi)。另一這種特征在于低電壓定時(shí)控制子系統(tǒng)730上總電路通過(guò)電流的使用激勵(lì)指示接近過(guò)電流狀況的指示器LED(LED 4)，和當(dāng)不使用時(shí)旁路LED到關(guān)閉狀況，這消除了用于該裝置的輔助電源的需要。這增加了微ATS 700中功率利用的效率，并降低靜態(tài)耗散。另一這種特征在于當(dāng)處于過(guò)載狀況時(shí)使用繼電器通過(guò)電流以激活指示器LED(LED 1)，這也消除當(dāng)需要時(shí)輔助電源對(duì)LED供電的需要。這改善了效率并減小了正常工作狀況功率耗散。

另一這種特征通過(guò)執(zhí)行多個(gè)功能的半導(dǎo)體布置的創(chuàng)新使用而出現(xiàn)在“A”功率損耗檢測(cè)的環(huán)境中。Q17和Q18的布置類(lèi)似于可控硅整流器(SCR)。該配置的主要工作特性在于SCR比喻要求非常小的電流以導(dǎo)致閂鎖為導(dǎo)通狀態(tài)。該閂鎖的狀態(tài)將繼續(xù)直到通過(guò)該對(duì)的通過(guò)電流停止為止。當(dāng)它停止時(shí)，閂鎖將斷開(kāi)而不允許電流流動(dòng)直到重新啟動(dòng)為止。另外，否則不可訪問(wèn)的SCR比喻的第二PN結(jié)是可訪問(wèn)的，因此允許此時(shí)的動(dòng)作也在有益的序列中的某個(gè)點(diǎn)影響Q15。Q15是用于延遲從“A”損耗狀態(tài)返回到“A”功率760的計(jì)時(shí)器復(fù)位。這必須每次SCR比喻變?yōu)閷?dǎo)通都復(fù)位。通過(guò)在Q17的集電極(Q18結(jié)的基極)，即傳統(tǒng)的SCR中通常不可訪問(wèn)的結(jié)分接SCR比喻，在那時(shí)的SCR比喻的雪崩激活可以用于經(jīng)由Q18迫使定時(shí)電容C8的復(fù)位。

另一這種特征在“B”功率765的零交點(diǎn)處從“B”功率765返回到“A”功率760的同步的環(huán)境下出現(xiàn)以減小B繼電器觸點(diǎn)的電弧。來(lái)自“B”功率765源的光學(xué)地耦合的同步脈沖和電平用于兩個(gè)功能：在“B”功率765的零交點(diǎn)同步從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換；和提供指示“B”功率765的損失的信號(hào)源且因此迫使到“A”功率760的連接，而無(wú)論通常將影響到“B”功率765側(cè)的轉(zhuǎn)換的其他電路的狀態(tài)如何。首先，光學(xué)地耦合的同步信號(hào)將指示“A”功率760準(zhǔn)備好被轉(zhuǎn)換的來(lái)自光耦合器的信號(hào)保持關(guān)閉，直到同步脈沖出現(xiàn)為止(經(jīng)由Q19、Q20和U1光電耦合器晶體管)。在同步脈沖在U1光電耦合器出現(xiàn)之后，來(lái)自Q33的信號(hào)上保持的解除允許電路啟動(dòng)用于比較器的積分功能，U3使用以完成轉(zhuǎn)換。同時(shí)，保持功能的解除然后閂鎖出同步脈沖，這樣沒(méi)有附加脈沖經(jīng)由在Q19的基極上的偏壓出現(xiàn)。另外，如果在“B”功率765側(cè)上不存在AC功率，則同步電路的輸出從不呈現(xiàn)跨越U1中的晶體管的集電極/發(fā)射極的低阻抗，且因此沒(méi)有用于放電C9，即積分電容器的電流同步路徑。因此，R33總是保持積分電容器完全充電，且到由C9呈現(xiàn)的比較器的輸入將總是迫使“A”功率760側(cè)的選擇，而無(wú)論在U2輸出的“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715的狀態(tài)如何。該如果“B”功率765“B”功率765不存在則在“A”功率760上提供同步和保持輸出的唯一方法使用最小數(shù)目的部分，每個(gè)部分以高阻抗模式操作。這減小功耗到最小，且仍然是低生產(chǎn)成本的。

另一這種特征從唯一的壓電器件驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)750出現(xiàn)。該Q21、Q26、Q25和Q27的布置形成晶體管對(duì)振蕩器。Q25和Q27形成以R39、R40、R42、R44、C10和C11形成確定振蕩的組件的不穩(wěn)定的振蕩器的基礎(chǔ)。D2、D4、Q21和Q26的創(chuàng)新添加將振蕩器轉(zhuǎn)為能夠雙向地驅(qū)動(dòng)壓力組件的功率振蕩器(例如，壓力的一側(cè)處于+15，而另一側(cè)處于Common；然后它切換，且變?yōu)橄喾吹?。這最大化對(duì)于給定電源電壓到Piezo(壓力)的輸出，以最小的部分計(jì)數(shù)和最小的功率耗散。該同一功率振蕩器可以用于其他應(yīng)用，比如驅(qū)動(dòng)小型化的開(kāi)關(guān)電源，或者用于小測(cè)試器中的信號(hào)源。對(duì)于小型、低功率、非常低成本的功率振蕩器存在許多應(yīng)用。

可以做出在這里描述的技術(shù)的各種改變、替代和變更而不脫離如所附權(quán)利要求所定義的教導(dǎo)的本技術(shù)。此外，本公開(kāi)和權(quán)利要求的范圍不限于上面描述的處理、機(jī)器、產(chǎn)品、物質(zhì)成分、裝置、方法和動(dòng)作的特定方面。可以使用當(dāng)前存在或者之后要開(kāi)發(fā)的、與在這里描述的相應(yīng)的方面執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同功能或者實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果的處理、機(jī)器、產(chǎn)品、物質(zhì)成分、裝置、方法或者動(dòng)作。此外，如在此使用的，包括在權(quán)利要求中，“或者”如用于由“...的至少一個(gè)”開(kāi)始的項(xiàng)的列表指示分離性的列表，以使得例如，“A、B或者C的至少一個(gè)”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，術(shù)語(yǔ)“示例性的”不意味著描述的實(shí)例是優(yōu)選的或者比其他實(shí)例更好。因此，所附權(quán)利要求在它們的范圍內(nèi)范圍這種處理、機(jī)器、產(chǎn)品、物質(zhì)成分、裝置、方法或者動(dòng)作。

極高效數(shù)據(jù)中心功率分配

描述以如早先描述的1μATS^TM對(duì)1EDP裝置或者1μATS^TM對(duì)低整數(shù)的EDP裝置的比率，使用高度并行的自動(dòng)切換功率實(shí)現(xiàn)極高效數(shù)據(jù)中心功率分配的方法。該方法也比使用用于功率分配的ATS裝置的其他方法可靠得多。

極高效機(jī)架空間使用

如果用于實(shí)現(xiàn)高度并行的自動(dòng)切換數(shù)據(jù)中心功率分配的ATS技術(shù)具有充分小的形式因數(shù)，可以通過(guò)將ATS單元置于如下的各種位置而實(shí)現(xiàn)該方法而不使用否則可能用于安裝EDP設(shè)備的任何機(jī)架空間：

安裝在和適配在1U內(nèi)或者正被供電的EDP設(shè)備附近

集成到機(jī)架的結(jié)構(gòu)中

安裝在機(jī)架附近，例如在它的頂部

集成到EDP設(shè)備中。

集成到機(jī)架中或者機(jī)架附近PDU，比如ZPDU中。ZPDU的每個(gè)子分支輸出通常將在該情況下被自動(dòng)切換。

描述的實(shí)例μATS^TM充分地小以被置于這些位置。

增加效率的數(shù)據(jù)中心功率分配

使用自動(dòng)切換的功率增加傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心功率分配的效率的方法如早先描述。通過(guò)使用μATS^TM裝置以將數(shù)據(jù)中心中的電負(fù)載“移位”到一對(duì)UPS單元之一上，以使得全部負(fù)載僅由UPS單元之一占據(jù)而這樣做。這通過(guò)保證UPS單元之一以較大效率運(yùn)行而另一個(gè)以或者接近零負(fù)載運(yùn)行而增加了UPS單元的效率，這樣另一個(gè)將消耗非常少的能量。

在下面描述中，提出許多的特定細(xì)節(jié)以提供本發(fā)明的全面了解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到可以實(shí)踐本發(fā)明而沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)。在有些情況下，電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)并未詳細(xì)示出以避免模糊本發(fā)明。相對(duì)于用于數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的各種系統(tǒng)、組件和處理描述實(shí)施例，雖然將認(rèn)可本發(fā)明的各種方面可應(yīng)用于其他環(huán)境中。例如，實(shí)施例可能在設(shè)計(jì)用于服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)，比如那些由大的信息服務(wù)或者云計(jì)算提供商使用的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)的功率分配上是有益的。此外，為了參考的方便，各種系統(tǒng)、組件和方法由在Zonit商標(biāo)下提供的商品和/或服務(wù)標(biāo)識(shí)，Zonit商標(biāo)由Zonit Structured Solutions，LLC擁有，其是本申請(qǐng)的受讓人。

實(shí)施例提供用于使用多個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATS)和/或并行模塊化ATS傳遞自動(dòng)切換的功率，并切換到安裝在數(shù)據(jù)中心機(jī)架中的終端用戶設(shè)備。從某些實(shí)現(xiàn)中，該設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)由九頭蛇線的可選使用促進(jìn)，其用于在機(jī)架中創(chuàng)建功率分配系統(tǒng)，允許優(yōu)化機(jī)架的維度以最大化數(shù)據(jù)中心地面空間的使用效率。因此，可以通過(guò)最小化需要的電源線纜的數(shù)目和它們?cè)跈C(jī)架中的路由來(lái)在設(shè)備機(jī)架中優(yōu)化空氣流。某些實(shí)施例另外包括聯(lián)合自動(dòng)切換性能與功率相負(fù)載平衡的其他功率分配。

典型的現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心可以具有包括數(shù)千分支分配電路的功率分配網(wǎng)絡(luò)。精確負(fù)載和/或各種電子數(shù)據(jù)處理(EDP)設(shè)備的要求通常是數(shù)據(jù)中心工作人員不知道的。因此，對(duì)這些電路的負(fù)載的改變可能導(dǎo)致電氣故障，例如，當(dāng)由工作人員將超過(guò)電路容量的負(fù)載插上電源而使分支斷路器跳閘時(shí)。另外，維持每個(gè)分支電路的負(fù)載等于或低于它的容量的大約75％以解決在冷啟動(dòng)期間可能發(fā)生的“涌入負(fù)載”可能是重要的，該"涌入負(fù)載"可能是最高負(fù)載場(chǎng)景且否則可能當(dāng)它發(fā)生時(shí)使分支斷路器跳閘。

數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備的停工期或者故障可能為了多個(gè)原因是不受歡迎的。一個(gè)原因在于這些EDP裝置可以支持任務(wù)關(guān)鍵性或者生命安全目標(biāo)，對(duì)于其即使功能性的短的中斷可能是災(zāi)難性的。另一原因在于現(xiàn)代的IT基本設(shè)施和它們的應(yīng)用的互相關(guān)性相當(dāng)復(fù)數(shù)且可能不總是能完全地理解。單個(gè)EDP裝置可以提供與該裝置相關(guān)聯(lián)的無(wú)人實(shí)現(xiàn)的下層服務(wù)，且功率損耗可能導(dǎo)致取決于影響的服務(wù)的大的商業(yè)功能被不利地和昂貴地影響。

數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備的停工期或者故障可能是不受歡迎的又一個(gè)原因在于從冷起動(dòng)或者中間狀態(tài)重新啟動(dòng)IT基本設(shè)施和在它上成功地運(yùn)行的應(yīng)用可能是非常位置特定的和不可預(yù)測(cè)的。大部分企業(yè)位置從不測(cè)試它們的信息系統(tǒng)的該方面。通常適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)過(guò)程依賴于網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和應(yīng)用服務(wù)的特定序列和定時(shí)。在任何復(fù)雜的企業(yè)環(huán)境中，如果你同時(shí)對(duì)每個(gè)東西供電，通常地不能正常地恢復(fù)所有服務(wù)。類(lèi)似地，如果你斷電和上電特定的子組件則可能出現(xiàn)問(wèn)題?；謴?fù)功能性的適當(dāng)?shù)墓δ芸赡苌婕按蠓秶娜说母深A(yù)，包括手動(dòng)重新啟動(dòng)或者服務(wù)停止/啟動(dòng)。另外，EDP設(shè)備停工期可能是重要的，可能難以判斷和修理，且在有些情況下可能導(dǎo)致服務(wù)配置或者數(shù)據(jù)的損壞。

許多類(lèi)型的EDP設(shè)備可能是對(duì)在分支電路的電氣故障特別脆弱的。例如，許多型號(hào)的EDP設(shè)備僅具有一個(gè)電源，且因此僅一條電源線。因此，到電源線的輸入功率的故障中斷到設(shè)備的電源的功率。用于改進(jìn)EDP設(shè)備的功率分配可靠性的一個(gè)技術(shù)是提供具有多個(gè)電源的配置。但是，即使在具有多個(gè)獨(dú)立的電源的設(shè)備中，當(dāng)裝置一次技能插入一個(gè)功率源時(shí)輸入功率的中斷也可能導(dǎo)致設(shè)備的故障(或者停工期)。

具有多個(gè)電源的實(shí)現(xiàn)可能具有附加限制。一個(gè)限制在于附加電源提升裝置的成本且可能與關(guān)聯(lián)于運(yùn)行那些附加的電源的最小附加功率損耗量相關(guān)聯(lián)。另一限制在于電源，特別是通常用于EDP設(shè)備的類(lèi)型，在它們的輸出負(fù)載比率的相對(duì)窄的頻帶中最有效地工作(例如，70-85％)。如果以單個(gè)和雙電源配置提供EDP裝置，則產(chǎn)品管理者可以不希望庫(kù)存具有不同負(fù)載范圍優(yōu)化的兩個(gè)不同型號(hào)的電源，因?yàn)檫@可能表示對(duì)制造商的附加費(fèi)用。這通常意味著產(chǎn)品管理者將選擇庫(kù)存單個(gè)電源優(yōu)化配置，其可能是對(duì)于70％負(fù)載優(yōu)化的。當(dāng)在雙電源配置中指定該電源時(shí)，它然后將以其最優(yōu)負(fù)載的大約50％運(yùn)行，由此可觀地降低它的效率。

解決功率分配可靠性的問(wèn)題的不同方法是以自動(dòng)切換功率插頭實(shí)現(xiàn)EDP設(shè)備。通常，那些插頭是笨重的和昂貴的，且它們通常地在數(shù)據(jù)設(shè)備機(jī)架中水平地安裝，可能占據(jù)有價(jià)值的機(jī)架空間(它們傾向于以連接到兩個(gè)不同功率源的兩個(gè)輸入電源插頭占據(jù)更多的機(jī)架空間)。仍然，使能到即使僅具有單個(gè)電源的EDP設(shè)備的自動(dòng)切換的A-B功率輸送，也可能可觀地增加這種裝備的運(yùn)行時(shí)間(雖然通常不到雙電源配置的級(jí)別)。在多數(shù)情況下，該可靠性的增益可以足以滿足用于EDP設(shè)備支持的應(yīng)用的服務(wù)級(jí)別可用性目標(biāo)。

因此，單個(gè)電源線裝置可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)連接到兩個(gè)獨(dú)立功率源時(shí)運(yùn)行時(shí)間可靠性的顯著增益。這些源可以被指定為得到最優(yōu)成本益處對(duì)可靠性增益比率。例如，實(shí)現(xiàn)包括具有均勻、容易的A-B功率分配的數(shù)據(jù)中心，比如由Zonit功率分配系統(tǒng)供應(yīng)的。

多個(gè)數(shù)據(jù)中心配置是可能的。一個(gè)說(shuō)明性的配置包括兩個(gè)獨(dú)立的不間斷電源(UPS)。這通常考慮是最高可靠性的方案，且是普通的數(shù)據(jù)中心配置。

另一說(shuō)明性的數(shù)據(jù)中心配置包括一個(gè)線功率源和一個(gè)UPS。該類(lèi)型的配置可以用作當(dāng)數(shù)據(jù)中心中的總功率使用超過(guò)UPS容量時(shí)的節(jié)省成本的措施，或者實(shí)現(xiàn)高功率使用效率，因?yàn)閁PS單元具有用于它們供應(yīng)的功率的損耗因數(shù)。數(shù)據(jù)中心中的EDP設(shè)備可以連接到線功率的流出，且僅所選的任務(wù)關(guān)鍵性設(shè)備連接到作為備用功率源的UPS。大多數(shù)設(shè)備僅是以功率調(diào)節(jié)器模塊供電的線路以停止輸入浪涌。例如，如果該位置將工業(yè)電源傳輸從480V逐級(jí)降低到更標(biāo)準(zhǔn)的208V，則變壓器已經(jīng)在線，且任何進(jìn)一步的功率調(diào)節(jié)可能是不需要的。

值得注意，UPS單元調(diào)節(jié)通過(guò)它們的功率，且如果功率丟失，則使用電池以傳輸后備功率。它們的容量因此是兩倍的：它們可以調(diào)節(jié)的維持的電流量；和它們?cè)谠O(shè)置的負(fù)載百分比，通常地為了額定目的是100％可以傳輸多少分鐘的功率。電流量容量是UPS的設(shè)計(jì)的功能。電池容量是電流量容量和連接到UPS的電池的數(shù)目的組合?？梢允褂猛獠侩姵亟M改變電池容量，這樣UPS的電池運(yùn)行時(shí)間增加到期望的目標(biāo)級(jí)別。

又一說(shuō)明性的數(shù)據(jù)中心配置包括來(lái)自兩個(gè)不同功率網(wǎng)格的兩個(gè)獨(dú)立線功率源。在該配置中，僅使用線功率源，但是它們?cè)诓煌峙渫壬蟼魉汀＿@可以通過(guò)保證兩個(gè)功率分支分配電路必須在到設(shè)備的功率丟失之前使它們的斷路器跳閘，來(lái)減小危險(xiǎn)。

在兩個(gè)獨(dú)立功率源之間到EDP設(shè)備的功率分配的自動(dòng)切換的有效地使用涉及可以檢測(cè)功率損耗(例如，輸入功率信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)相的部分或者完全故障)和將到所連接的EDP設(shè)備的輸入功率自動(dòng)地切換到其他功率源的裝置。為此，在這里描述的某些實(shí)施例提供用于該類(lèi)型的EDP設(shè)備部署方案的高效、可靠的和成本有效的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(ATS)。至少為了上面討論的理由，ATS(例如，對(duì)于單個(gè)電源線裝置)可以節(jié)能并減小功率成本，同時(shí)避免供應(yīng)功率到所連接的EDP設(shè)備的中斷。

在這里描述的各種實(shí)施例提供附加特征。某些實(shí)施例提供數(shù)據(jù)中心機(jī)架配置中節(jié)省空間的并行ATS部署。這些實(shí)施例可以提供最大化數(shù)據(jù)中心地面空間的使用效率和允許在數(shù)據(jù)中心環(huán)境中最大數(shù)目的設(shè)備機(jī)架的部署的替代技術(shù)。其他實(shí)施例提供最小化數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)架(例如“2-柱”和/或機(jī)箱(“4-柱”)設(shè)備機(jī)架)中的電源纜線路由和/或空氣流問(wèn)題的ATS和/或電源線的配置。仍然其他的實(shí)施例包括為了更安全的功率輸送的在電源線的一端或者兩端的閂鎖電源線技術(shù)，例如在位于地震活躍的地理位置(例如，加利福尼亞)的數(shù)據(jù)中心中。

具體來(lái)說(shuō)，實(shí)施例組合與集成控制邏輯并行的多個(gè)小的ATS(例如，在這里被稱(chēng)為“微-ATS”)以構(gòu)造大容量的、快速的、高效和相對(duì)低成本的ATS。微ATS的某些實(shí)施例包括在PCT申請(qǐng)No.PCT/US2008/057140，美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/897,842和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.12/569,733中描述的功能性，為了所有目的將其全部通過(guò)引用完全包括于此。微ATS的實(shí)施例將在以下討論，后面是用于采用微ATS以提供冗余功率分配的實(shí)施例。

微ATS實(shí)施例

傳統(tǒng)的ATS傾向于具有防止它們?cè)诟叨炔⑿?、自?dòng)切換的功率分配架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)中的有效使用的限制。例如，這些傳統(tǒng)的ATS通常可能太無(wú)效率，消耗過(guò)多機(jī)架空間且成本很高。在這里描述的微ATS的實(shí)施例解決某些或者全部這些問(wèn)題。

根據(jù)一個(gè)實(shí)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，在最大負(fù)載損耗小于0.2伏特)。某些實(shí)現(xiàn)不使用機(jī)架空間，因?yàn)樗鼈冏园惭b在每一EDP裝置后部，并入用于安裝EDP設(shè)備的機(jī)架體積外部的機(jī)架結(jié)構(gòu)中，并入機(jī)架安裝的插頭中，或者并入機(jī)架中或者機(jī)架附近功率分配單元中(即，由于微ATS的小的形式因數(shù)，任意一個(gè)是可能的)。在其他實(shí)現(xiàn)中，微ATS足夠小以直接集成到EDP設(shè)備本身中。

在這里描述微ATS的各種實(shí)施例，包括它們的各種組件。為了清楚和上下文的緣故，微ATS實(shí)施例被描述為在兩個(gè)分開(kāi)的功率源，“A”和“B”之間切換。從某些實(shí)現(xiàn)中，A和B功率源是單相源。在其他實(shí)現(xiàn)中，連接多相功率源。在連接多相功率源的地方，使用微ATS的多相實(shí)施例。在這里參考單相實(shí)現(xiàn)描述的實(shí)質(zhì)上相同的組件(例如，電路)可應(yīng)用于多相實(shí)現(xiàn)。

例如，多相實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)為并行動(dòng)作的多個(gè)單相微ATS單元，具有提供用于同步一些控制電路的附加功能性，以使得它們跨越多個(gè)ATS單元一起動(dòng)作以處理切換，并從一個(gè)多源返回到其他多相源和相反。多相微ATS的各種實(shí)施例也可以具有切換功率源的不同狀況。例如，具有X、Y和Z“熱”引線的給定三相功率，三個(gè)中的任意一個(gè)上的缺陷可以考慮是從A到B多相源的切換的原因。為了返回到A多相源，可能期望首先保證所有三個(gè)熱引線存在、穩(wěn)定且具有關(guān)于A源的足夠功率性質(zhì)。

繼電器關(guān)閉的雙向三極管開(kāi)關(guān)增加

以下說(shuō)明是早先描述的電流轉(zhuǎn)移技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選示例。雖然它在處理并行模塊化ATS中的繼電器不齊的問(wèn)題的上下文中描述，應(yīng)當(dāng)注意它可以用于在這里描述的Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)，為了建造可以使用該特征的可編程切換時(shí)間Zonit微自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的目的。在該實(shí)例中，繼電器不齊可能不是問(wèn)題，但是比機(jī)械繼電器可以傳遞的快的可編程切換時(shí)間的增益可能是期望的。

在本申請(qǐng)中標(biāo)識(shí)固態(tài)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，優(yōu)選地用于交流開(kāi)關(guān)器件的三極管(雙向三極管開(kāi)關(guān))的使用，這是為了改進(jìn)機(jī)械繼電器可以從非導(dǎo)通狀態(tài)作用AC功率的導(dǎo)通的速度。雙向三極管開(kāi)關(guān)與機(jī)械繼電器(繼電器)的觸點(diǎn)并聯(lián)連接，以使得裝置、繼電器或者雙向三極管開(kāi)關(guān)如果被激勵(lì)以傳導(dǎo)電流則傳導(dǎo)電流。在該情況下，機(jī)械繼電器的它在已經(jīng)被激勵(lì)之后占用一些時(shí)間(以很多毫秒的量級(jí))來(lái)開(kāi)始傳導(dǎo)電流的特性可以被通過(guò)使用雙向三極管開(kāi)關(guān)的同時(shí)傳導(dǎo)而臨時(shí)繞過(guò)。當(dāng)希望啟動(dòng)經(jīng)由繼電器/雙向三極管開(kāi)關(guān)組合傳送到某些負(fù)載的AC功率時(shí)，電流可以在啟動(dòng)信號(hào)的非常短時(shí)間內(nèi)開(kāi)始傳導(dǎo)，以微秒的量級(jí)。在雙向三極管開(kāi)關(guān)不再導(dǎo)通完成傳導(dǎo)路徑的繼電器機(jī)械觸點(diǎn)(關(guān)閉)時(shí)，按照原樣有效地短路。與短暫地通過(guò)雙向三極管開(kāi)關(guān)的功率相反，現(xiàn)在通過(guò)繼電器的功率以幾乎沒(méi)有電量損耗有效地傳遞。在雙向三極管開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)期間，由于導(dǎo)致不得不在導(dǎo)通端子兩端具有電壓降以允許固態(tài)物理學(xué)作用的半導(dǎo)體特性，它丟失施加到它的某些功率。這通常被稱(chēng)為“導(dǎo)通電壓”，其是裝置在它的導(dǎo)通端子之間可能經(jīng)歷且仍然具有維持接通狀況的足夠能量的低電壓。在該狀態(tài)下，通過(guò)裝置的電流乘以用于總功率耗散的通態(tài)電壓?？紤]該功率耗散是浪費(fèi)的功率，因?yàn)樗皇┘拥介_(kāi)關(guān)傳遞功率到的負(fù)載。在雙向三極管開(kāi)關(guān)中，該損耗可能以施加的總功率的1％到2％的量級(jí)。因此，使用雙向三極管開(kāi)關(guān)本身本質(zhì)上是無(wú)效率的。通過(guò)僅期望雙向三極管開(kāi)關(guān)在它對(duì)于機(jī)械繼電器操作而占用的短時(shí)間期間攜帶期間，在最小化從啟動(dòng)到導(dǎo)通的時(shí)間的同時(shí)最小化功率損耗。

與電流共享傳遞電阻器或者高功率負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器(在這里也稱(chēng)為流入限制器)結(jié)合的并行的許多這些這樣配置的混合雙向三極管開(kāi)關(guān)/機(jī)械繼電器的同時(shí)應(yīng)用是具有許多益處的唯一組合。終端功率控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的機(jī)械繼電器的高效率特性，且具有半導(dǎo)體器件，例如雙向三極管開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通速度優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意，比如雙極結(jié)晶體管(BJT)或者金屬氧化物半導(dǎo)電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的其他半導(dǎo)體器件，或者其他快速操作裝置可以在該配置的可應(yīng)用變型中替代雙向三極管開(kāi)關(guān)。

傳統(tǒng)的機(jī)械繼電器和雙向三極管開(kāi)關(guān)的組合如圖32所示。繼電器線圈由具有在1微秒和10微秒之間的快速上升時(shí)間的輸入信號(hào)激勵(lì)。激勵(lì)繼電器將導(dǎo)致在主觸點(diǎn)閉合之前的幾毫秒延遲。在電流施加到線圈的同時(shí)，作為輸入信號(hào)的快速上升時(shí)間的結(jié)果，通過(guò)電容器到脈沖變壓器生成脈沖。產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)雙向三極管開(kāi)關(guān)柵極，且雙向三極管開(kāi)關(guān)變?yōu)閷?dǎo)通。它將停留在該狀態(tài)，直到通過(guò)雙向三極管開(kāi)關(guān)的電流處于或者非常接近零，且不存在柵極電流為止。此時(shí)，雙向三極管開(kāi)關(guān)攜帶從機(jī)械繼電器的輸入到繼電器的輸出的電流，并旁路繼電器的觸點(diǎn)。在某個(gè)時(shí)間段之后，繼電器的機(jī)械組件將移動(dòng)，且機(jī)械觸點(diǎn)將做出電連接。觸點(diǎn)現(xiàn)在將代替雙向三極管開(kāi)關(guān)攜帶電流。選通信號(hào)的脈沖設(shè)計(jì)用于此刻以幾毫秒及時(shí)重疊。當(dāng)觸點(diǎn)跳動(dòng)時(shí)這樣做，因?yàn)樗鼈儗⒃谌魏螜C(jī)械繼電器中這樣做，一旦機(jī)械觸點(diǎn)打開(kāi)將通過(guò)雙向三極管開(kāi)關(guān)恢復(fù)傳導(dǎo)路徑，但是這是短暫的。這將消除流過(guò)配件的電流的電中斷。在某個(gè)附加時(shí)間段之后，機(jī)械觸點(diǎn)停止跳躍且不再需要雙向三極管開(kāi)關(guān)。此時(shí)，來(lái)自脈沖變壓器的柵極電流已經(jīng)期滿，且雙向三極管開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。當(dāng)繼電器觸點(diǎn)接下來(lái)打開(kāi)時(shí)，電連接將立即中斷。因此，設(shè)計(jì)雙向三極管開(kāi)關(guān)增加，且其意在增加僅與機(jī)械觸點(diǎn)的閉合有關(guān)的激勵(lì)相期間繼電器的性能。沒(méi)有打算經(jīng)由傳統(tǒng)的方式在機(jī)械繼電器的打開(kāi)期間作用。

當(dāng)繼電器打開(kāi)時(shí)，出現(xiàn)次級(jí)問(wèn)題。

用于并行繼電器配置的雙向三極管開(kāi)關(guān)增加的繼電器閉合應(yīng)用中的Dv/dt控制

必須維持繼電器之間的電流共享，使得沒(méi)有一個(gè)繼電器承受過(guò)度的電流。每個(gè)繼電器必須攜帶小于或等于它的額定功率，且不能再多。當(dāng)在描述的并聯(lián)布置中連接多個(gè)繼電器時(shí)，將如在這里描述的實(shí)現(xiàn)電流共享。通過(guò)任何一個(gè)繼電器允許繼電器的變換時(shí)段限制總電流的該方法也允許另一問(wèn)題的解決，即虛假地觸發(fā)雙向三極管開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)增加的電壓上升速率的封鎖。簡(jiǎn)單地陳述被稱(chēng)為dv/dt限制的該問(wèn)題。如果呈現(xiàn)給雙向三極管開(kāi)關(guān)的主端子的電壓的上升速率超過(guò)某個(gè)電壓/時(shí)間閾值，即使不存在柵極電流，雙向三極管開(kāi)關(guān)也將在半周期內(nèi)自觸發(fā)。為克服該問(wèn)題，一個(gè)方法是將電子濾波器置于功率路徑中以限制上升速率。但是，該組件是笨重的且添加顯著的成本到最終產(chǎn)品的制造。由于安裝限流“流入限制器”，例如負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻以解決變換電流共享問(wèn)題的必要性，可以結(jié)合dv/dt控制網(wǎng)絡(luò)中的附加組件使用該相同組件以減小網(wǎng)絡(luò)的體積和成本。該組件的組合是唯一的。

操作的細(xì)節(jié)。

圖32a是包括雙向三極管開(kāi)關(guān)增加的繼電器觸點(diǎn)和電流共享及抗扭斜(de-skew)繼電器組合的一個(gè)交流電[AC]功率控制繼電器組合的示意性表示。它主要包括在電流路徑中的繼電器1(1)和繼電器2(2)，其中雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)旁路繼電器1(1)觸點(diǎn)。在該圖中，功率不從AC輸入(3)傳導(dǎo)到AC輸出(4)，其處于“關(guān)閉”狀況。沒(méi)有電流存在于繼電器線圈(1)(2)且不激勵(lì)繼電器。

圖32b表示關(guān)閉從AC輸入(3)到AC輸出(4)的功率路徑的初始階段。外部邏輯已經(jīng)確定需要關(guān)閉功率路徑且已經(jīng)經(jīng)由輸入繼電器驅(qū)動(dòng)(7)和繼電器驅(qū)動(dòng)+(6)施加電壓到繼電器1(1)線圈(2)。施加的電壓的上升時(shí)間基本上是方波邊緣，例如快速上升時(shí)間，以10到100微秒的量級(jí)。與施加到線圈(2)的電流同時(shí)地，快速上升時(shí)間使得電流流過(guò)電容器C1(12)，通過(guò)二極管D1(13)、電阻器R1(14)到脈沖變壓器1(10)的初級(jí)繞組中，和經(jīng)由繼電器驅(qū)動(dòng)-(7)回到輸入。該脈沖變壓器(10)兩端的電壓的快速改變使得在脈沖變壓器的次級(jí)繞組生成脈沖，且表現(xiàn)為在雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的柵極(5)的正向變化的脈沖。在脈沖的最初幾納秒中，雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)開(kāi)始導(dǎo)通，但是到此為止，因?yàn)槔^電器(1)還未改變狀態(tài)，沒(méi)有電流從AC輸入(3)流到AC輸出(4)。事實(shí)上，由于在線圈(2)中建立場(chǎng)和機(jī)械組件移動(dòng)、銜鐵(18)加速和穿過(guò)斷開(kāi)位置和導(dǎo)通[on]位置之間的空間需要的時(shí)間，繼電器(1)將占用顯著的時(shí)間量來(lái)閉合連接。該時(shí)間將以5到20毫秒的量級(jí)。該時(shí)刻是電壓施加到繼電器控制輸入(6)(7)的時(shí)刻，在這里被稱(chēng)為“T”時(shí)刻，且從該位置開(kāi)始的時(shí)間將被描述為T(mén)+[以微秒或者毫秒的時(shí)間]。此時(shí)，T+0微秒，繼電器2(2)也沒(méi)有施加到它的線圈(1)的電流。因此繼電器觸點(diǎn)不導(dǎo)通，且通過(guò)繼電器觸點(diǎn)的唯一可用的電流路徑將經(jīng)由負(fù)熱系數(shù)電阻器[或者“涌入限制器”]NTC1。

圖32c表示在T+5毫秒AC電流從AC輸入(3)到AC輸出(4)的初始傳導(dǎo)。該時(shí)間取決于繼電器的機(jī)械特性，且對(duì)于許多普通的繼電器類(lèi)型可以從3到18毫秒，但是不限于任何特定值。但是，由于任何機(jī)械繼電器的機(jī)械性質(zhì)，該時(shí)間將以毫秒的量級(jí)。雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)已經(jīng)變得完全導(dǎo)通，且傳遞電流通過(guò)繼電器1(1)的觸點(diǎn)，且事實(shí)上從大約T+1微秒左右開(kāi)始已經(jīng)這樣做了。繼電器1(1)的銜鐵(18)示為從“關(guān)閉”狀態(tài)變換到“打開(kāi)”狀態(tài)，且被稱(chēng)為是“在運(yùn)行中”。仍然沒(méi)有電流正在通過(guò)繼電器1(1)的觸點(diǎn)，而是通過(guò)雙向三極管開(kāi)關(guān)1(8)，通過(guò)NTC1(17)和到AC輸出(4)。有效地，雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)在繼電器銜鐵(18)的“運(yùn)行”時(shí)間期間攜帶到AC輸出(4)的電流。施加到AC輸出(4)的電流由NTC 1(17)限制，且最初，在幾百納秒左右剛好在雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)開(kāi)始導(dǎo)通之后，由扼流器1(9)限制。該扼流器的需要將在之后變得明顯，但是此時(shí)具有很小的效果。NTC 1以對(duì)流動(dòng)的某些阻抗開(kāi)始，以大約2歐姆的量級(jí)，但是因?yàn)楝F(xiàn)在通過(guò)它的電流，它變熱且電阻降低。但是因?yàn)樵诋?dāng)NTC 1冷時(shí)之前的時(shí)刻電阻較高，電流限于安全值，而無(wú)論負(fù)載的阻抗如何。也就是，如果負(fù)載處于或者接近零歐姆，則施加的電壓導(dǎo)致由歐姆定律限制最大電流到不破壞雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)，或者當(dāng)它最終傳導(dǎo)時(shí)不破壞繼電器1(1)的可管理電流。即使在幾百微秒或者幾毫秒內(nèi)輸出被有效地短路，NTC 1(17)將吸收由正在施加的電壓生成的功率。這是并行抗扭斜多個(gè)繼電器的關(guān)鍵，且將在之后解釋。

圖32d表示在大約T+10毫秒的電流路徑的狀況，再次取決于繼電器的機(jī)械特性。但是圖2示出了剛好在繼電器1(1)的銜鐵(18)已經(jīng)與載流觸點(diǎn)接觸以后且繼電器觸點(diǎn)現(xiàn)在處于導(dǎo)通的狀況。注意到，仍然沒(méi)有電流已經(jīng)施加到繼電器2(2)的線圈(19)。此刻，繼電器1(1)觸點(diǎn)閉合，所有電流通過(guò)它們而不是通過(guò)雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)。雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)已經(jīng)“關(guān)斷”，且現(xiàn)在不導(dǎo)通。還注意到?jīng)]有電流流過(guò)C1(12)、D1(13)、R1(14)且因此流過(guò)脈沖變壓器1(10)。這是由于電容器1(12)兩端的電壓已經(jīng)完全充電，且因此通過(guò)它的電流停止。電容器1(12)的一側(cè)，繼電器1驅(qū)動(dòng)+(6)側(cè)處于輸入電壓，且電容器的另一側(cè)相對(duì)于繼電器1驅(qū)動(dòng)+(6)側(cè)被負(fù)地充電。流過(guò)脈沖變壓器(10)的電流的缺乏導(dǎo)致沒(méi)有電壓施加到雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的柵極(5)。因?yàn)椴淮嬖跂艠O電流，且沒(méi)有電流流入雙向三極管開(kāi)關(guān)，它現(xiàn)在將不導(dǎo)通，而無(wú)論繼電器1(1)觸點(diǎn)的狀態(tài)如何。在實(shí)際的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度的輕微重疊存在于雙向三極管開(kāi)關(guān)的柵極，且其中設(shè)計(jì)繼電器的觸點(diǎn)變?yōu)殚]合。該重疊允許雙向三極管開(kāi)關(guān)在繼電器觸點(diǎn)“跳動(dòng)”的時(shí)間期間“導(dǎo)通”，該"跳動(dòng)"是機(jī)械觸點(diǎn)的不可避免的產(chǎn)物。該時(shí)間段在大約100微秒到毫秒左右的量級(jí)。但是可以做出電容器1(12)值的選擇以在剛好足夠覆蓋銜鐵(18)的“運(yùn)行時(shí)間”和小量增量的時(shí)間內(nèi)提供電流到雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的柵極(5)。這是該設(shè)計(jì)的另一正面“特征”。

圖32e表示在最終確定從AC輸入(3)到AC輸出(4)的電流路徑時(shí)的下一邏輯階段。該階段是旁路NTC 1(17)所需的，因?yàn)樗F(xiàn)在攜帶電流，且作為結(jié)果耗散功率。旁路該裝置和附加繼電器(2)幾乎消除了NTC 1(17)中的功率損耗，因此使得開(kāi)關(guān)更高效?？古ば崩^電器1驅(qū)動(dòng)+(16)和抗扭斜繼電器1驅(qū)動(dòng)(15)現(xiàn)在具有施加的電壓，且電流通過(guò)繼電器2(2)的線圈(1)。但是，再次由于繼電器的機(jī)械性質(zhì)，銜鐵(19)示出為“運(yùn)行”，且電流仍然流過(guò)NTC 1(17)。

圖32f表示“導(dǎo)通”狀態(tài)中的總配件的最終狀況，當(dāng)配件處于該狀態(tài)時(shí)不再發(fā)生改變。線圈電流施加到繼電器線圈(2)、(1)兩者，且繼電器銜鐵(18)(19)兩者是完全導(dǎo)通的。功率被從傳送來(lái)的該AC輸入(3)到該交流電輸出(4)具有最小限度的損耗和功率耗散。

圖32g表示斷開(kāi)序列的啟動(dòng)，其中斷開(kāi)從AC輸入(3)到AC輸出(4)的功率路徑。該序列由經(jīng)由抗扭斜繼電器1驅(qū)動(dòng)+(16)除去到繼電器2(2)線圈(1)的功率和除去抗扭斜繼電器1驅(qū)動(dòng)(15)電壓而開(kāi)始。在除去功率之后的短時(shí)間，銜鐵(19)或者繼電器2(2)斷開(kāi)通過(guò)繼電器的功率路徑。電流現(xiàn)在立即必須穿過(guò)現(xiàn)在冷、且以其最大阻抗的NTC 1。該動(dòng)作現(xiàn)在限制可以從AC輸入(3)傳遞到AC輸出(4)的總電流。NTC 1以對(duì)流動(dòng)的某些阻抗開(kāi)始，以大約2歐姆的量級(jí)，但是因?yàn)楝F(xiàn)在通過(guò)它的電流，它變熱且電阻降低。但是因?yàn)樵诋?dāng)NTC 1冷時(shí)之前的時(shí)刻電阻較高，電流限于安全值，而無(wú)論負(fù)載的阻抗如何。也就是，如果負(fù)載處于或者接近零歐姆，則施加的電壓導(dǎo)致由歐姆定律限制最大電流到不破壞雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)，或者當(dāng)它最終傳導(dǎo)時(shí)不破壞繼電器1(1)的可管理電流。即使在幾百微秒或者幾毫秒內(nèi)輸出被有效地短路，NTC 1(17)將吸收由正在施加的電壓生成的功率。這是并行抗扭斜多個(gè)繼電器的關(guān)鍵，且將在之后解釋。它也提供對(duì)在斷開(kāi)序列的該階段中的后續(xù)動(dòng)作關(guān)鍵性的受限電流路徑。

圖32h表示斷開(kāi)序列的最終階段的開(kāi)始。到繼電器1(1)線圈(2)的功率已經(jīng)由施加到繼電器1驅(qū)動(dòng)+(6)的電壓除去，且繼電器1驅(qū)動(dòng)-(7)正被除去且變?yōu)榱?。電流仍然?jīng)由銜鐵(18)通過(guò)繼電器1(1)的觸點(diǎn)，因?yàn)閼T性還沒(méi)有允許它斷開(kāi)。此時(shí)，線圈(2)中的磁場(chǎng)剛剛開(kāi)始消失，且不久(幾乎立即地)來(lái)自該線圈的電動(dòng)力將開(kāi)始跨越繼電器1驅(qū)動(dòng)+(6)和繼電器1驅(qū)動(dòng)-(7)施加負(fù)電壓。但是在此刻，當(dāng)在繼電器1驅(qū)動(dòng)+(6)和繼電器1驅(qū)動(dòng)-(7)的電壓變?yōu)榱銜r(shí)，在電容器C1(12)中存儲(chǔ)的電荷開(kāi)始經(jīng)由電阻器R2(31)和二極管D2(20)放電到繼電器1驅(qū)動(dòng)-(7)。因?yàn)榉烹娮優(yōu)樨?fù)，電流不通過(guò)二極管D1(13)、電阻器R1(14)傳導(dǎo)，且因此在脈沖變壓器1(10)中不形成脈沖。雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)保持“關(guān)斷”。該放電路徑是當(dāng)希望再次“導(dǎo)通”從AC輸入(3)到AC輸出(4)的路徑的下一事件發(fā)生時(shí)，準(zhǔn)備用于接下來(lái)的導(dǎo)通序列的雙向三極管開(kāi)關(guān)選通電路所需的。現(xiàn)在，為了最小化斷開(kāi)功率路徑的時(shí)間，雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)必須保持不導(dǎo)通。

圖32i表示斷開(kāi)從AC輸入(3)到AC輸出(4)的功率的時(shí)刻。繼電器1(1)的銜鐵(18)現(xiàn)在“在運(yùn)行中”。它可能占用幾毫秒來(lái)完成，但是觸點(diǎn)現(xiàn)在是分開(kāi)的，且通過(guò)雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)處于關(guān)斷狀態(tài)，繼電器1(1)的觸點(diǎn)兩端的電壓非?？斓厣仙Q于斷開(kāi)發(fā)生的AC周期中的點(diǎn)。必須假定這與AC周期的峰值一致。通過(guò)如果這是并行的多個(gè)繼電器的最后繼電器斷開(kāi)，AC輸出(4)的負(fù)載阻抗非常低，可能幾乎零歐姆，跨越雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的主端子的電壓上升如果不受控制可能非常快。這是對(duì)于本申請(qǐng)的意圖決定性的序列中的點(diǎn)。組件，電容器2(11)、扼流器1(9)和NTC 1(17)一起工作以減慢雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的主端子兩端的電壓的上升速率。因?yàn)槿缟纤?，電壓施加的高速率將虛假地觸發(fā)雙向三極管開(kāi)關(guān)，需要該動(dòng)作。在雙向三極管開(kāi)關(guān)的傳統(tǒng)的應(yīng)用中，代替扼流器(9)和電容器C2(11)由相對(duì)大的扼流器和相對(duì)大的電容構(gòu)成的所謂的“緩沖器”電路將需要來(lái)管理可能的極端電流。但是，因?yàn)镹TC 1電阻器現(xiàn)在在AC功率路徑中，限制電流，且這兩個(gè)組件，扼流器1(9)和電容器c2(11)可能顯著地更小，呈現(xiàn)重要的空間和成本節(jié)省。當(dāng)在扼流器1(9)和NTC 1(17)的接合處電壓開(kāi)始上升時(shí)，對(duì)于最初幾微秒可以這樣做，在電容器2(11)和扼流器1(9)的接合處具有很小的效果。這是因?yàn)槎罅髌?(9)的電感。因?yàn)殡妷嚎梢栽谒鼉啥丝焖俚馗淖兌鴽](méi)有電流改變，限制到C2(11)中的電流。因此，C2(11)緩慢地充電，因此限制雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的主端子兩端的上升速率。但是，組件的組合的時(shí)間常數(shù)將不得不對(duì)于所選的雙向三極管開(kāi)關(guān)的最壞情況設(shè)計(jì)要求擴(kuò)展。如果不存在NTC 1，則電容器C2(11)和扼流器1(9)的值將不得不大得多。但是因?yàn)镹TC 1(17)仍然是冷的，且其電阻仍然相對(duì)高，即使在較小值的扼流器已經(jīng)飽和且電流通過(guò)它之后，電容器C2(11)兩端的電壓的上升速率也繼續(xù)被限制。通過(guò)C2(11)、NTC 1和雙向三極管開(kāi)關(guān)(8)的值的適當(dāng)?shù)倪x擇，甚至可以消除扼流器(9)。否則在沒(méi)有包括抗扭斜繼電器，繼電器2(2)，NTC 1(17)和傳統(tǒng)的雙向三極管開(kāi)關(guān)的組件的唯一組合的情況下，這將是不可能的。繼電器1(1)的雙向三極管開(kāi)關(guān)增加的機(jī)械繼電器和其相關(guān)聯(lián)的組件，具有抗扭斜電流控制繼電器和NTC電阻器的唯一組合允許最小化組件值、成本和可能消除一個(gè)傳統(tǒng)地要求的部分。

圖32j示出了再次處于從AC輸入(3)到AC輸出(4)的非傳導(dǎo)的靜態(tài)的子配件。電容器C1(12)完全放電。

圖32k表示先前描述的一組三個(gè)基本繼電器配件。該陣列可以是從2到N的許多繼電器配件，其中N是實(shí)現(xiàn)期望的總功率處理性能所需的繼電器的數(shù)目。如果單獨(dú)的繼電器模塊是50安培模塊，例如，4000安培性能配件將要求如圖所示并行地一起連接80個(gè)單獨(dú)的繼電器模塊。應(yīng)當(dāng)注意，可以以并行組控制單獨(dú)的繼電器線圈，如在來(lái)自單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的抗扭斜繼電器驅(qū)動(dòng)繼電器2、4和6(2)(4)(6)上所示，或者單獨(dú)的繼電器線圈如在繼電器1、繼電器3和繼電器5(1)(3)(5)上所示地被獨(dú)立地配置。當(dāng)并聯(lián)連接時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路更簡(jiǎn)單且更易于使得高度可靠。當(dāng)獨(dú)立地連接到單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器時(shí)，繼電器可以已經(jīng)動(dòng)態(tài)地控制輸入定時(shí)，允許致動(dòng)時(shí)間和釋放時(shí)間的調(diào)整的精細(xì)精確性。這種添加復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)是遞歸地調(diào)整繼電器的致動(dòng)和去致動(dòng)以同步觸點(diǎn)實(shí)際著陸的能力，和為了最小化任何一個(gè)繼電器應(yīng)該比并行組的平均電流或多或少地占用的持續(xù)時(shí)間的目的主功率路徑的斷開(kāi)。

在該圖中，NTC 1是限流器，用于無(wú)論哪個(gè)繼電器傾向于首先閉合和最后打開(kāi)。這兩個(gè)狀況是繼電器及其他功率路徑組件的極端負(fù)載情況。NTC 1組件具有2歐姆值，在任何一個(gè)給定路徑中的電流對(duì)于240V開(kāi)關(guān)限于120安培。可以指定每一組件在足夠的繼電器子配件變?yōu)椴⑿羞B接或者斷開(kāi)所需的持續(xù)時(shí)間內(nèi)耐受120安培，無(wú)論哪個(gè)事件發(fā)生。因此，使用電阻器，或者子模塊的每一輸出中的NTC電阻器(17)(35)(55)的必要性，它使得能夠在用于雙向三極管開(kāi)關(guān)的緩沖器網(wǎng)絡(luò)中使用很少的和/或低成本的組件，且設(shè)置在優(yōu)化雙向三極管開(kāi)關(guān)的尺寸和功率處理容量上是有益的。

使用用于冗余功率分配的微ATS的實(shí)施例

可以在功率分配拓?fù)渲械母鞣N點(diǎn)采用ATS，以通常在功率分配拓?fù)渲械娜齻€(gè)點(diǎn)之一提供從主要功率源到備用功率源的自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移：分支電路起源的在墻壁上的配電板；功率饋送到插頭的機(jī)架中分支電路的結(jié)束；或者在插頭和正在供電的EDP設(shè)備之間。在功率分配拓?fù)渲械哪睦锓胖米詣?dòng)切換功能性的選擇可能涉及多個(gè)問(wèn)題的考慮。

當(dāng)確定在功率分配拓?fù)渲械哪睦锓胖米詣?dòng)切換功能性時(shí)考慮的一個(gè)問(wèn)題是故障的可能的域，如果ATS未能適當(dāng)?shù)毓ぷ鲗⒂绊懙墓β什遄臄?shù)目。用于數(shù)據(jù)中心的功率分配拓?fù)淇梢员豢紤]為有根樹(shù)圖形(即，數(shù)學(xué)上地說(shuō))，以使得ATS的位置越接近樹(shù)的根，將由該ATS的動(dòng)作影響的功率插座的數(shù)目越高。例如，圖18A-18D示出了說(shuō)明性的功率分配拓?fù)洹?/p>

轉(zhuǎn)到圖18A，示出了具有在拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)1830設(shè)置的ATS 1840a的功率分配拓?fù)?800a。為了清楚的緣故，功率分配拓?fù)?800a包括核心基本設(shè)施1810、根節(jié)點(diǎn)1830、分配節(jié)點(diǎn)1850和葉節(jié)點(diǎn)1870。根節(jié)點(diǎn)1830被認(rèn)為是核心基本設(shè)施1810的“下游”。功率分配拓?fù)?800a的每個(gè)部分包括功率分配組件。

如圖所示，公用網(wǎng)格1805饋送核心基本設(shè)施1810中的位置變壓器(site transformer)1815(例如，降壓變壓器)。核心基本設(shè)施1810也包括本地發(fā)生器1820。位置變壓器1815和本地發(fā)生器1820作為功率分配拓?fù)?800a的兩個(gè)獨(dú)立的功率源。在其他實(shí)施例中，可能使用其他獨(dú)立源，比如獨(dú)立公用網(wǎng)格，和/或多于兩個(gè)獨(dú)立源。從某些實(shí)現(xiàn)中，主開(kāi)關(guān)柜(switch gear)1825可以允許整個(gè)核心基本設(shè)施1810切換到替代功率(例如，從位置變壓器1815到本地發(fā)生器1820)。

功率從核心基本設(shè)施1810提供到功率分配拓?fù)?800a的根節(jié)點(diǎn)1830。在圖18A的說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800a中，根節(jié)點(diǎn)1830包括一個(gè)或多個(gè)不間斷電源(UPS)1835。應(yīng)當(dāng)注意，大數(shù)據(jù)中心通常具有許多發(fā)電機(jī)和UPS 1835，因?yàn)榇嬖谀憧梢再?gòu)買(mǎi)的容量大小的限制，且如果你超過(guò)該限制，你不得不安裝多個(gè)UPS 1835并且并行地運(yùn)行它們。每個(gè)UPS 1835可以被認(rèn)為是功率分配拓?fù)?800a中的根節(jié)點(diǎn)1830。

來(lái)自主開(kāi)關(guān)柜1825和一個(gè)或多個(gè)UPS 1835的功率路徑路由到作為根節(jié)點(diǎn)1830設(shè)置的ATS 1840a。ATS 1840a配置為在來(lái)自核心基本設(shè)施1810的核心功率和來(lái)自一個(gè)或多個(gè)UPS 1835的功率(例如，在核心基本設(shè)施1810中的完全或者局部功率故障的情況下)之間自動(dòng)地切換。以這種方式，ATS1840a提供可靠的恒定功率到下游組件。

如圖所示，功率從根節(jié)點(diǎn)1830傳送到分配節(jié)點(diǎn)1850。具體來(lái)說(shuō)，來(lái)自ATS 1840a的輸出功率被傳送到一個(gè)或多個(gè)配電板(panel board)1855。從某些實(shí)現(xiàn)中，使用多個(gè)配電板1855，因?yàn)閮H它們?cè)诠β嗜萘亢蛿嗦菲髡镜臄?shù)目上這樣大。此外，定位配電板1855從而最小化平均功率鞭長(zhǎng)度可能更高效，且盡可能多實(shí)際的可以用于實(shí)現(xiàn)該目的。應(yīng)當(dāng)注意，在這里描述的功率分配拓?fù)渲锌梢耘c配電板一起或者代替配電板使用母線槽。

通常，分配節(jié)點(diǎn)1850被認(rèn)為是在主配電板1855起源并終止于設(shè)備機(jī)架1875(例如，葉節(jié)點(diǎn)1870)。在說(shuō)明性的實(shí)施例中，經(jīng)由插頭1880在設(shè)備機(jī)架1875分配功率。插頭在它們中也可以具有斷路器。值得注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員混淆地將配電板1855和插頭1880兩者稱(chēng)為功率分配單元(PDU)。因此，為了清楚的緣故，在這里使用術(shù)語(yǔ)配電板和插頭。

設(shè)備機(jī)架1875包括EDP設(shè)備1885。許多類(lèi)型的EDP設(shè)備1885是可能的，且可以機(jī)架安裝在設(shè)備機(jī)架1875中。每件EDP設(shè)備1885可以插入一個(gè)或者兩個(gè)插頭1880中。例如，具有多個(gè)內(nèi)部電源的EDP設(shè)備1885可以插入多個(gè)插頭1880中。

在圖示的配置中，采用ATS 1840a作為功率分配拓?fù)?800a的根節(jié)點(diǎn)1830，分配節(jié)點(diǎn)1850和葉節(jié)點(diǎn)1870的上游。該上游放置可以向ATS功能性提供僅單個(gè)(或者相對(duì)少的)ATS。值得注意，考慮何時(shí)確定在功率分配拓?fù)渲械哪睦锓胖米詣?dòng)切換功能性的一個(gè)重要因素是功率分配效率通過(guò)將ATSs插入到功率分配系統(tǒng)中而“損失”的功率的量。沒(méi)有ATS是100％高效(即，它們?nèi)烤哂袚p耗因數(shù))。通常，將兩個(gè)類(lèi)型的ATS分類(lèi)為基于繼電器的和基于固態(tài)的是有幫助的。每個(gè)具有關(guān)于功率損耗和轉(zhuǎn)換時(shí)間的不同特性。在許多應(yīng)用中，功率源之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間是重要的，因?yàn)橛糜诂F(xiàn)代的EDP設(shè)備的電源可能通常僅容忍非常短的電源中斷。例如，用于電源設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)(CBEMA)指南推薦20毫秒或者更小的最大停機(jī)。

基于機(jī)械繼電器的ATS使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械繼電器以在它們的輸入功率源之間切換。一般而言，繼電器具有兩個(gè)主要損耗因數(shù)，繼電器的接觸面積和繼電器可以需要將其維持在“開(kāi)啟”狀態(tài)(即，其中它傳導(dǎo)電流)需要的任何功率。小心地選擇和工程化觸點(diǎn)的形狀和材料，以最小化觸點(diǎn)兩端的電阻，也最小化或者防止當(dāng)觸點(diǎn)切換時(shí)在觸點(diǎn)兩端的電弧。此外，因?yàn)槟承╇娀】赡茉谀承┣樾蜗掳l(fā)生，所以必須設(shè)計(jì)觸點(diǎn)以最小化可能高度不受歡迎的電弧“焊接”觸點(diǎn)關(guān)閉的可能性。

另一設(shè)計(jì)問(wèn)題是繼電器的轉(zhuǎn)換時(shí)間。安裝觸點(diǎn)(例如，在銜鐵上)以使得它們可以被移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)它們的切換功能。用于移動(dòng)銜鐵的觸點(diǎn)質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)范圍、機(jī)械杠桿作用和力全部但是繼電器設(shè)計(jì)問(wèn)題。由觸點(diǎn)之間需要的間隙指示運(yùn)動(dòng)范圍以最小化在最大設(shè)計(jì)電流水平的電弧。隨著最大設(shè)計(jì)電流增加，間隙也傾向于增加。觸點(diǎn)的質(zhì)量必須由施加到銜鐵的力加速，該力具有實(shí)際極限。

這些因數(shù)對(duì)可以通過(guò)一對(duì)觸點(diǎn)發(fā)送且仍然保持EDP設(shè)備的可接受的轉(zhuǎn)換時(shí)間的電流量施加限制。例如，如果銜鐵的質(zhì)量和觸點(diǎn)間隙也很大，則繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間可能超過(guò)閾值時(shí)間限制(例如，CBEMA推薦最大大約20毫秒的電源中斷以用于現(xiàn)代的開(kāi)關(guān)電源的連續(xù)操作)。設(shè)計(jì)得很好的基于繼電器的ATS通常表明大約0.5％或者更小的損耗因數(shù)。它們也具有電源以對(duì)它們的內(nèi)部邏輯供電，它們的內(nèi)部邏輯通常在操作中在12-20瓦特的范圍內(nèi)使用。

在基于固態(tài)的ATS的情況下，開(kāi)關(guān)使用固態(tài)半導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)它們的輸入功率源和它們的輸出負(fù)載之間的切換。它們可能通常比可比較的基于繼電器的開(kāi)關(guān)更快地切換，因?yàn)樗鼈兪褂没诎雽?dǎo)體的切換而不是機(jī)械繼電器。但是，半導(dǎo)體也具有損耗因數(shù)，且該類(lèi)型的開(kāi)關(guān)的效率通常小于基于繼電器的開(kāi)關(guān)的效率(例如，大約1％)。此外，它們通常較不可靠，除非它們建造有冗余的內(nèi)部故障轉(zhuǎn)移性能，這使得它們可觀地更昂貴。如同它們的基于繼電器的對(duì)應(yīng)物一樣，基于固態(tài)的ATS通常具有電源以對(duì)它們的內(nèi)部邏輯供電，取決于轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的尺寸和由開(kāi)關(guān)提供的冗余程度，它們的內(nèi)部邏輯在操作中在12 200瓦特或更多的范圍內(nèi)使用。

應(yīng)當(dāng)注意，在UPS單元上游的ATS考慮為“核心功率”基本設(shè)施而不是“功率分配”基本設(shè)施的一部分。在核心基本設(shè)施1810中可以做出自動(dòng)轉(zhuǎn)換切換以保證到有效功率源，比如公用電源網(wǎng)格饋送或者發(fā)電機(jī)的連接的連續(xù)性?？梢蕴幚砗诵幕驹O(shè)施1810中需要的功率容量的基于繼電器的開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換時(shí)間通常過(guò)慢，以避免因?yàn)樵缦让枋龅脑蚨ㄟ^(guò)所連接的EDP設(shè)備1885關(guān)閉(例如，根據(jù)CBEMA指南)。因此，該類(lèi)型的ATS傾向于放置在UPS單元的上游，在哪里這些開(kāi)關(guān)關(guān)于轉(zhuǎn)換創(chuàng)建的短的斷電可以由UPS單元覆蓋。

實(shí)際上，大狀態(tài)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以用于核心基本設(shè)施，因?yàn)樗鼈冏銐蚩煲栽诘湫偷?例如，CBEMA)指南內(nèi)切換。但是，該類(lèi)型的ATS非常昂貴且可以表示單個(gè)故障點(diǎn)。另外，它們傾向于具有與流過(guò)半導(dǎo)體器件的功率相關(guān)聯(lián)的不利的損耗。

如圖所示，當(dāng)主要功率源故障時(shí)，單個(gè)ATS 1840a將在給定配電板1855中的每個(gè)分支電路切換到次級(jí)功率源。至少為了以上原因，ATS 1840a在功率分配拓?fù)?800a中的該類(lèi)型的上游放置可以緩和當(dāng)必須遍布功率分配拓?fù)?800a使用許多ATS時(shí)可能惡化的某些問(wèn)題(例如，功率損耗、轉(zhuǎn)換時(shí)間等)。但是，在該配置中，配電板1855上游的單個(gè)ATS 1840a的故障可能導(dǎo)致許多下游EDP裝置喪失功率。例如，典型的配電板具有225KVA，和84或者96斷路器站的容量。這可以經(jīng)由28-96個(gè)分支電路對(duì)大約多達(dá)40個(gè)機(jī)架供電(例如，取決于分支電路的類(lèi)型和數(shù)目以及每個(gè)機(jī)架使用的平均瓦特?cái)?shù))。在數(shù)據(jù)中心中由于單個(gè)ATS故障而40個(gè)機(jī)架喪失功率是可能具有很?chē)?yán)重的服務(wù)影響的主要打擊。注意：在這里描述的模塊化并行ATS可以用于該位置1840a。其并行故障容忍的架構(gòu)允許它傳遞足夠可靠性而以該角色很好地工作。對(duì)于在下面的功率拓?fù)涞牡图?jí)別的自動(dòng)切換描述的較高對(duì)應(yīng)級(jí)別可能更可靠，但是并行模塊化ATS具有可以期望的其他益處。

圖18b示出了在拓?fù)涞姆峙涔?jié)點(diǎn)1850中具有在更下游設(shè)置的ATS 1840b的另一說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800b。為了清楚的緣故，功率分配拓?fù)?800b圖示為具有與圖18A所示的相同的核心基本設(shè)施1810和類(lèi)似的根節(jié)點(diǎn)1830、分配節(jié)點(diǎn)1850和葉節(jié)點(diǎn)1870。與圖18A中不同，在分配節(jié)點(diǎn)1850中實(shí)現(xiàn)ATS 1840b。代替在拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)1830中的主開(kāi)關(guān)柜1825和饋送ATS的一個(gè)或多個(gè)UPS 1835，替代功率路徑饋送分配節(jié)點(diǎn)1850。

如圖所示，分配節(jié)點(diǎn)1850包括一個(gè)或多個(gè)主配電板1855a和一個(gè)或多個(gè)區(qū)域配電板1855b。某些或者全部區(qū)域配電板1855b包括集成的ATS 1840b(或者多個(gè)集成的ATS 1840b)。替代功率源(例如，來(lái)自主開(kāi)關(guān)柜1825和一個(gè)或多個(gè)UPS 1835)饋送集成的一個(gè)或多個(gè)ATS 1840b。區(qū)域配電板1855b然后可以供應(yīng)功率到在它們的各個(gè)區(qū)域中的設(shè)備機(jī)架1875。

在說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800b中，仍然存在相對(duì)少的ATS，其仍然可以減小與ATS無(wú)效率等相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。但是，在更下游放置ATS 1840b允許ATS 1840b僅對(duì)于大的數(shù)據(jù)中心中的設(shè)備機(jī)架1875的子集(即，特定區(qū)域)處理功率轉(zhuǎn)換。因此，ATS 1840b的故障將使得更有限數(shù)目的下游EDP裝置喪失功率。這可以比從更上游的ATS的類(lèi)似故障對(duì)數(shù)據(jù)中心具有較無(wú)災(zāi)難性的影響。在這里描述的模塊化并行ATS可以用于該位置1840b。其并行故障容忍的架構(gòu)允許它傳遞足夠可靠性而以該角色很好地工作。對(duì)于在下面的功率拓?fù)涞牡图?jí)別的自動(dòng)切換描述的較高對(duì)應(yīng)級(jí)別可能更可靠，但是并行模塊化ATS具有可以期望的其他益處。

圖18C示出了在拓?fù)涞娜~節(jié)點(diǎn)1870中具有在甚至更遠(yuǎn)的下游設(shè)置的ATS 1840c的又一說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800c。為了清楚的緣故，功率分配拓?fù)?800c圖示為具有與圖18A和圖18B所示的相同的核心基本設(shè)施1810和類(lèi)似的根節(jié)點(diǎn)1830、分配節(jié)點(diǎn)1850和葉節(jié)點(diǎn)1870。與圖7中不同，ATS1840c實(shí)現(xiàn)在葉節(jié)點(diǎn)1870中的設(shè)備機(jī)架1875或其附近。

如圖所示，主開(kāi)關(guān)柜1825和一個(gè)或多個(gè)UPS 1835饋送分配節(jié)點(diǎn)1850(例如，主配電板和/或區(qū)域配電板1855)。分配節(jié)點(diǎn)1850又饋送葉節(jié)點(diǎn)1870。例如，配電板1855供應(yīng)功率到設(shè)備機(jī)架1875。在說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800c中，ATS 1840c設(shè)置在每個(gè)設(shè)備機(jī)架1875或者一組設(shè)備機(jī)架1875處或者其附近。在一個(gè)實(shí)施例中，ATS 1840c配置為適配在機(jī)架空間內(nèi)，如以下更全面地討論的。在其他實(shí)施例中，ATS 1840c放置在設(shè)備機(jī)架1875的頂部，緊挨著設(shè)備機(jī)架1875，或者在任何其他有用的位置。

從某些實(shí)現(xiàn)中，主功率路徑從配電板1855分配到設(shè)備機(jī)架1875的第一插頭1880a。設(shè)備機(jī)架1875的第二插頭1880b由ATS 1840c饋送，該ATS 1840c配置為按照需要在主要功率源和次級(jí)功率源之間切換。例如，僅具有單個(gè)插塞的EDP設(shè)備1885可以被插入第二插頭1880b中且如果具有足夠性質(zhì)則由主要功率源供電，或者否則由次級(jí)功率源供電。從某些實(shí)現(xiàn)中，其他EDP設(shè)備1885(例如，具有多個(gè)內(nèi)部電源、兩個(gè)插塞等)被插入兩個(gè)插頭1880中。

在該配置中，單個(gè)ATS故障將僅影響依賴于ATS的切換性能的該EDP設(shè)備1885(即，可能是僅一個(gè)或者少數(shù)機(jī)架值得的EDP設(shè)備1885)。但是，值得注意可能比在圖18A或者圖18B圖示的配置中使用多得多的ATS。另外，在設(shè)備機(jī)架1875的ATS的部署可能影響有價(jià)值的機(jī)架空間。在這里描述的模塊化并行ATS可以用于該位置1840c。其并行故障容忍的架構(gòu)允許它傳遞足夠可靠性而以該角色很好地工作。對(duì)于在下面的功率拓?fù)涞牡图?jí)別的自動(dòng)切換描述的較高對(duì)應(yīng)級(jí)別可能更可靠，但是并行模塊化ATS具有可以期望的其他益處。

數(shù)據(jù)中心中的機(jī)架空間可能是非常昂貴的。發(fā)電機(jī)、UPS單元、功率分配、上升地板、計(jì)算機(jī)機(jī)房冷卻、多個(gè)上升地板等的數(shù)據(jù)中心基本設(shè)施通常是非常大的資本投資和大的運(yùn)行中操作費(fèi)用。標(biāo)準(zhǔn)四十二單元(“42U”)設(shè)備機(jī)箱中機(jī)架空間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架單元(“1U”)等于該機(jī)架中可用空間的2.5％。在設(shè)備機(jī)架中大量的這樣安裝的機(jī)架安裝的ATS使用大量機(jī)架空間，這表示可以用于EDP設(shè)備的空間的損失且因此將是不受歡迎的。因此，在該配置中通常不采用ATS，特別是如果其他選項(xiàng)可用。

圖18D示出了在拓?fù)涞淖詈笕~節(jié)點(diǎn)1870中具有在EDP設(shè)備1885的更遠(yuǎn)的下游設(shè)置的ATS 1840d的再一個(gè)說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800d。為了清楚的緣故，功率分配拓?fù)?800d圖示為具有與圖18A圖18C所示的相同的核心基本設(shè)施1810 18c類(lèi)似的根節(jié)點(diǎn)1830、分配節(jié)點(diǎn)1850和葉節(jié)點(diǎn)1870。

如在圖18C中，主開(kāi)關(guān)柜1825和一個(gè)或多個(gè)UPS 1835饋送分配節(jié)點(diǎn)1850(例如，主配電板和/或區(qū)域配電板1855)，該分配節(jié)點(diǎn)1850饋送葉節(jié)點(diǎn)1870。例如，配電板1855供應(yīng)功率到設(shè)備機(jī)架1875。在說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?800d中，ATS 1840d設(shè)置在每件EDP設(shè)備1885中，每件EDP設(shè)備1885處或者其附屬物(或者至少期望其ATS功能性的那些EDP設(shè)備1885)。在一個(gè)實(shí)施例中，ATS 1840d配置為使得多個(gè)ATS 1840d可以被組合以適配在機(jī)架空間中和對(duì)于多個(gè)連接的EDP設(shè)備1885并行運(yùn)行，如以下更全面地討論的。例如，ATS 1840d可以是上面描述的微ATS 700，且可以與集成的控制邏輯并行采用，以構(gòu)造用于提供EDP設(shè)備1885的冗余功率分配的大容量的、快速的、高效和相對(duì)低成本的ATS。在其他實(shí)施例中，ATS 1840d集成到電源線中，到EDP設(shè)備1885中，或者以任何其他有用的方式設(shè)置。

在該配置中，單個(gè)ATS故障將僅影響它服務(wù)的EDP設(shè)備1885(即，可能是僅一個(gè)EDP裝置)。但是，該配置可能涉及比在圖18A圖18C中圖示的任意一個(gè)其他配置多得多的ATS的部署。每個(gè)ATS可能在功率分配(例如，功率損耗)、空間使用(例如，通過(guò)占據(jù)有價(jià)值的機(jī)架空間)等中添加無(wú)效率。

如上所述，實(shí)施例包括可以在其中考慮尺寸和效率的配置中采用的微ATS 700(例如，作為ATS 1840b-ATS 1840d中的任意一個(gè))。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，在最大負(fù)載損耗小于0.2伏特)。某些實(shí)現(xiàn)不使用機(jī)架空間，因?yàn)樗鼈冏园惭b在每一EDP裝置1885后部，并入用于安裝EDP設(shè)備1885的設(shè)備機(jī)架1875的體積外部的設(shè)備機(jī)架1875的結(jié)構(gòu)中，并入機(jī)架安裝的插頭1880中，或者并入機(jī)架中或者機(jī)架附近的配電板1855中(即，由于微ATS的小的形式因數(shù)，任意一個(gè)是可能的)。在其他實(shí)現(xiàn)中，微ATS700足夠小以直接集成到EDP設(shè)備1885本身中。

微ATS 700的小的形式因數(shù)可以使能24英寸外部到外部寬度EDP設(shè)備機(jī)架1875的使用。該類(lèi)型的設(shè)備機(jī)架1875可以提供某些優(yōu)點(diǎn)。例如，機(jī)箱確切地適配在兩英尺乘以兩英尺的上升地面磚上，這使得放在有孔的地面磚中容易地引導(dǎo)空氣流，因?yàn)闄C(jī)架對(duì)準(zhǔn)在地面磚網(wǎng)格上。另外，設(shè)備機(jī)架1875可以節(jié)省寶貴的數(shù)據(jù)中心地面空間。NEMA設(shè)備機(jī)架1875通常不對(duì)于總機(jī)架寬度標(biāo)準(zhǔn)化，且機(jī)架越窄，越多機(jī)架可以適配在給定行長(zhǎng)度中。例如，24英寸設(shè)備機(jī)架1875將在非常普遍的27英寸寬度設(shè)備機(jī)架1875上節(jié)省三英寸，由此對(duì)于行中的每八個(gè)設(shè)備機(jī)架1875允許一個(gè)附加的設(shè)備機(jī)架1875(即，九個(gè)24英寸設(shè)備機(jī)架1875可以適配到八個(gè)27英寸設(shè)備機(jī)架1875的地面空間中)。更窄的設(shè)備機(jī)架1875對(duì)于現(xiàn)代EDP設(shè)備1885變得更實(shí)際，例如，因?yàn)閹缀跛行吞?hào)現(xiàn)在使用前后空氣流冷卻(即，與曾經(jīng)很普遍、但是現(xiàn)在幾乎完全消失的側(cè)面到側(cè)面冷卻相反)。但是，值得注意，24英寸設(shè)備機(jī)架1875在用于比如垂直插頭1880、ATS等的輔助設(shè)備的側(cè)面具有可觀地更小的空間，以使得那些組件必須具有與實(shí)際適配到設(shè)備機(jī)架1875中的一樣小的形式因數(shù)。

微ATS 700允許每個(gè)裝置或者每個(gè)裝置附近高效、成本有效和機(jī)架空間節(jié)省(每一個(gè)(或者低整數(shù)的)EDP設(shè)備1885一個(gè)微ATS 700的比率)，并允許使用高度并行和高效率的自動(dòng)切換功率分配方法。應(yīng)該指出，可以選擇微ATS 700單元對(duì)EDP設(shè)備1885的比率以優(yōu)化幾個(gè)相互關(guān)連的設(shè)計(jì)約束條件，數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備1885的可靠性、成本和容易移動(dòng)。該一對(duì)一比率最大化每個(gè)裝置的功率可靠性和在保持裝置上電的同時(shí)容易移動(dòng)裝置。例如，這可以通過(guò)進(jìn)行“熱行走”，使用裝置級(jí)的ATS，類(lèi)似微ATS 700執(zhí)行，在"熱行走"中，通過(guò)首先拔掉一個(gè)ATS電源線、移動(dòng)插塞到新位置、拔掉第二ATS電源線等來(lái)移動(dòng)裝置。長(zhǎng)的延長(zhǎng)線使得"熱行走"更容易。以太網(wǎng)線纜可以被拔下和重新插入，而不將現(xiàn)代操作系統(tǒng)關(guān)閉，且當(dāng)這樣做時(shí)TCP/IP連接將恢復(fù)。從某些實(shí)現(xiàn)中，可以通過(guò)使用除了微ATS 700單元對(duì)EDP設(shè)備1885的一對(duì)一之外的比率來(lái)減小成本。限制因素可能是微ATS 700功率容量和什么將提升數(shù)據(jù)中心管理者愿意承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，因?yàn)檫B接到任何ATS的裝置越多，如果它未能適當(dāng)?shù)毓ぷ饔绊懺酱蟆?/p>

轉(zhuǎn)到圖19，根據(jù)某些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例示出了說(shuō)明性的傳統(tǒng)的功率分配拓?fù)洹Ｈ鐖D所示，該拓?fù)浒ㄊ褂肬PS單元(例如，1835)的“雙倍轉(zhuǎn)換”技術(shù)，其在某些近來(lái)的實(shí)現(xiàn)中包括飛輪UPS裝置。甚至用于數(shù)據(jù)中心的某些最好的雙倍轉(zhuǎn)換UPS具有隨著它們的負(fù)載變化而改變的功率效率。

例如，圖20圖示用于典型的雙倍轉(zhuǎn)換UPS單元的效率對(duì)負(fù)載曲線。例如，標(biāo)準(zhǔn)UPS單元可以通常是平均85-90％效率，且飛輪UPS單元可以在典型的負(fù)載級(jí)別是平均大約94％效率。該有效程度可能在許多實(shí)例中不可接受，例如當(dāng)功率成本穩(wěn)定且相對(duì)低時(shí)，和當(dāng)認(rèn)可基于碳的燃料的氣候影響時(shí)。最近，功率快速地從廉價(jià)的商品改變?yōu)榘嘿F的購(gòu)買(mǎi)，其具有實(shí)質(zhì)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本和對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全的關(guān)鍵隱含意思。傳統(tǒng)的UPS供電的數(shù)據(jù)中心更通常具有在88-92％范圍的效率，例如，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心管理者傾向于以小于100％容量運(yùn)行UPS單元，以解決任何需要的設(shè)備添加、移動(dòng)或者改變。此外，通常UPS單元之間的負(fù)載被劃分以使得每個(gè)具有數(shù)據(jù)中心的總負(fù)載的大約1/2。在該情況下，因?yàn)閁PS是冗余的，沒(méi)有UPS負(fù)載50％以上，或者如果其他UPS故障，UPS必須能夠承擔(dān)滿負(fù)載。這推動(dòng)UPS效率甚至更低，因?yàn)槊總€(gè)單元通常將不加載到超過(guò)40-45％，以使得數(shù)據(jù)中心管理者具有某些可用的UPS功率容量以用于數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備的添加、移動(dòng)，或者改變。

值得注意，裝有極高數(shù)目的服務(wù)器的非常大的數(shù)據(jù)中心的數(shù)目已經(jīng)增加，以使得服務(wù)器部署數(shù)目極高。存在今天采用超過(guò)一百萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的多個(gè)商業(yè)組織。對(duì)于該規(guī)模的設(shè)施和增加的功率的長(zhǎng)期成本，在最大化功率使用效率上做出投資在經(jīng)濟(jì)上、環(huán)境上和就國(guó)家安全而言很有意義。

如上所述，存在將多個(gè)(例如，兩個(gè)或者N+1是最普遍的配置)電源放入EDP設(shè)備1885中的幾個(gè)原因。一個(gè)原因是通過(guò)冗余消除單個(gè)故障點(diǎn)。但是，現(xiàn)代電源非?？煽?，具有典型的大約100,000小時(shí)(即，11.2年)的平均故障間時(shí)間(MTBF)值，這可能很好地超出大部分EDP設(shè)備1885的服務(wù)壽命。使用多個(gè)電源的另一個(gè)原因是允許連接到多于一個(gè)分支電路。如上所述，分支電路傾向于是功率分配的最普遍的故障點(diǎn)。又一個(gè)原因在于具有兩個(gè)功率連接使得功率系統(tǒng)維護(hù)更容易，例如，通過(guò)允許關(guān)閉一個(gè)功率源而不影響終端用戶EDP設(shè)備1885。

但是，將多個(gè)電源放在EDP設(shè)備1885中可能具有各種成本。一個(gè)成本來(lái)自于一個(gè)或多個(gè)附加電源的購(gòu)買(mǎi)。例如，電源對(duì)設(shè)備的每一代通常是特定的，且因此必須在每個(gè)新一代設(shè)備中替換，在某些組織中這對(duì)于典型的服務(wù)器可以短至三年。

另外，當(dāng)前服務(wù)器當(dāng)以“比薩盒”形式因數(shù)購(gòu)買(mǎi)時(shí)是最成本有效的。例如，在大的數(shù)據(jù)中心中采用的服務(wù)器通常全部是“商品”Intel X86架構(gòu)兼容中央處理單元(CPU)。這些服務(wù)器用于支持運(yùn)行大的網(wǎng)站的大的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)、運(yùn)行VMWare或者其他虛擬化解決方案的云計(jì)算、高性能計(jì)算(HPC)環(huán)境等中的大部分。商品服務(wù)器具有大的壓力是有成本競(jìng)爭(zhēng)力的，特別是關(guān)于它們的初始購(gòu)買(mǎi)價(jià)格。這又可能影響制造者的產(chǎn)品管理者選擇最低成本的電源解決方案，可能以產(chǎn)生最好的功率效率為代價(jià)。

附加電源的另一成本在于每個(gè)電源具有關(guān)聯(lián)的損耗因數(shù)。例如，電源不是100％高效且可以通過(guò)設(shè)計(jì)電源以在給定負(fù)載范圍(例如，通常最優(yōu)期望負(fù)載的+/-20％)最有效地運(yùn)行來(lái)減小成本。許多電源具有類(lèi)似圖20中示出的效率曲線。值得注意，服務(wù)器制造商的產(chǎn)品管理者可能希望以具有一個(gè)或兩個(gè)電源的兩個(gè)配置銷(xiāo)售服務(wù)器，且可以優(yōu)選地僅庫(kù)存單個(gè)電源型號(hào)以避免由于庫(kù)存、銷(xiāo)售和服務(wù)兩個(gè)型號(hào)的電源導(dǎo)致的附加成本。這交易資本費(fèi)用(服務(wù)器制造商可以在更低的初始價(jià)格點(diǎn)銷(xiāo)售服務(wù)器)用于操作費(fèi)用。例如，對(duì)于兩個(gè)AC到DC電源，在通常最多用于大規(guī)模部署的商品服務(wù)器的類(lèi)中，DC輸出總線將通常是共同共享的無(wú)源總線。添加功率源切換到該類(lèi)服務(wù)器以增益反向效率(例如，當(dāng)一次僅一個(gè)電源承擔(dān)負(fù)載時(shí))也可能對(duì)于服務(wù)的市場(chǎng)是昂貴的，且可能添加另一可能的故障點(diǎn)，對(duì)于其添加用于更大可靠性的冗余可能招致附加成本。

另外，典型的現(xiàn)代EDP電源是幾乎全部自動(dòng)調(diào)范圍(即，它們接受110-240V輸入)且全部切換(即，它們僅在短時(shí)間段內(nèi)消耗AC輸入功率，轉(zhuǎn)換該能量為DC，然后重復(fù))。該類(lèi)型的電源可以更耐受功率質(zhì)量問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儍H需要不連續(xù)地一次“喝”一口。如果在已知范圍內(nèi)控制輸入AC功率電壓范圍，它們將通常非常可靠地工作。雖然該電源可能要求在每一“口”足夠的能量和輸入功率在它們的電壓范圍容差的限制內(nèi)，它們可以不要求完美的輸入AC波形以良好地工作。這使得可以以非常合理的資本費(fèi)用使用比完全UPS電源系統(tǒng)更加有效的數(shù)據(jù)中心功率分配系統(tǒng)。

實(shí)施例使用高度并行的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)解決高效功率分配(例如，在數(shù)據(jù)中心中)。如上所述，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心功率系統(tǒng)中損耗的主要來(lái)源是一個(gè)或多個(gè)UPS單元(例如，由于轉(zhuǎn)換損耗)。用于避免這些損耗的一個(gè)技術(shù)是使用濾波的公用線功率，雖然這可能帶來(lái)在該方法論可以實(shí)踐之前需要解決的一組問(wèn)題。

圖21示出了根據(jù)各種實(shí)施例的說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?100。如上所述，功率分配拓?fù)?100可以被認(rèn)為具有核心基本設(shè)施，可以包括位置變壓器1815(例如，由公用網(wǎng)格1805饋送的降壓變壓器)、本地發(fā)生器1820和主開(kāi)關(guān)柜1825。位置變壓器1815和本地發(fā)生器1820作為功率分配拓?fù)?100的兩個(gè)獨(dú)立的功率源。從某些實(shí)現(xiàn)中，主開(kāi)關(guān)柜1825可以允許整個(gè)核心基本設(shè)施1810切換到替代功率(例如，從位置變壓器1815到本地發(fā)生器1820)。

功率從核心基本設(shè)施1810提供到功率分配拓?fù)?100的根節(jié)點(diǎn)。如圖所示，核心功率從主開(kāi)關(guān)柜1825傳送到一個(gè)或多個(gè)UPS 1835和瞬時(shí)電壓浪涌抑制(TVSS)單元2110。TVSS用作用于濾波到拓?fù)涞姆峙涔?jié)點(diǎn)的輸入功率的非常高效(例如，通常在99.9％以上)和成熟的技術(shù)。相對(duì)地，UPS 1835可以通常在85％和94％效率之間(或者更小)。

在該配置中，功率分配拓?fù)?100的根節(jié)點(diǎn)有效地傳遞高效主要(“A”)功率源760和較無(wú)效率的次級(jí)(“B”)功率源765。這些功率源中的每一個(gè)然后路由通過(guò)功率分配拓?fù)?100的分配節(jié)點(diǎn)。例如，一個(gè)或多個(gè)配電板1855(例如，主配電板和/或區(qū)域配電板1855)用于將“A”功率760和“B”功率765分配到在功率分配拓?fù)?100的葉節(jié)點(diǎn)的設(shè)備機(jī)架1875。

從某些實(shí)現(xiàn)中，配電板1855傳遞功率到插座2125(例如，標(biāo)準(zhǔn)120伏NEMA插座)。每一設(shè)備機(jī)架1875至少包括具有配置為插入供應(yīng)“A”功率760的插座2125的插塞2120的第一插頭1880a，和具有配置為插入供應(yīng)“B”功率765的插座2125的插塞2120的第二插頭1880b。因此，“A”功率760和“B”功率765兩者由功率分配拓?fù)?100全程地傳遞到其中安裝EDP設(shè)備1885的設(shè)備機(jī)架1875。

對(duì)于其期望ATS功能性的每一件EDP設(shè)備1885可以通過(guò)利用微ATS 700功能性經(jīng)由插頭1880提供有冗余功率(即，“A”功率760和“B”功率765兩者)。如圖所示，微ATS 700與“A”功率760和“B”功率765電氣地耦合(例如，插入)(例如，分別經(jīng)由第一和第二插頭1880)，且與EDP設(shè)備1885的一件或者多件(例如，通常一個(gè)或者少數(shù))電氣地耦合。根據(jù)典型的操作檔案，微ATS 700配置為在“A”功率760具有足夠形狀的情況下將“A”功率760傳遞到EDP設(shè)備1885，和當(dāng)在“A”功率760上檢測(cè)到部分或者完全功率故障時(shí)轉(zhuǎn)換到“B”功率765。

可以通過(guò)以高度并行方式采用多個(gè)微ATS 700作為模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)某些附加特征。圖22A和圖22B示出了根據(jù)各種實(shí)施例的說(shuō)明性的并行微ATS模塊2200。根據(jù)某些實(shí)現(xiàn)，并行微ATS模塊2200配置為適配在單個(gè)機(jī)架空間(“1U”)內(nèi)。機(jī)架可安裝的外殼2205包括配置為以并行方式操作的兩個(gè)或更多微ATS 700(例如，十二個(gè))。

如圖所示，并行微ATS模塊2200連接到“A”功率760和“B”功率765(例如，分別經(jīng)由“A”電源線2210a且“B”電源線2210b)?？梢赃x擇“A”和“B”功率源的電流量以匹配自動(dòng)切換的輸出插座的數(shù)目(以下將要描述)和它們的預(yù)期平均和/或最大功率消耗。并行微ATS模塊2200從“A”功率760和“B”功率765得到輸入功率，并分配到它的組件微ATS 700?！癆”和“B”功率源可以是單相、分相或者三相的，雖然它們可以通常實(shí)質(zhì)上相同。

每一組件微ATS 700饋送輸出插座(圖22A的ATS插座2225)或者硬線電源線(圖22B的輸出線2235)。在一些實(shí)施例中，ATS插座2225或者輸出線2235是可經(jīng)由外殼2205的表面(例如，背面)接入的，其用于與設(shè)備機(jī)架1875中的EDP設(shè)備1885連接。某些實(shí)施例也包括一個(gè)或多個(gè)ATS指示器2230，其例如可以指示是否特定的微ATS 700適當(dāng)?shù)毓ぷ?，哪個(gè)功率源當(dāng)前正在供應(yīng)等。在一些實(shí)施例中，并行微ATS模塊2200包括斷路器2215，可選地具有可視功率狀態(tài)指示器2220，以允許從饋送它的分支電路電氣地?cái)嚅_(kāi)并行微ATS模塊2200(即，從“A”功率760和/或從“B”功率765)。

如圖所示，某些實(shí)施例還包括控制模塊2250以提供用于并行微ATS模塊2200中的組件微ATS 700的改進(jìn)的并行操作的控制功能性。根據(jù)某些實(shí)施例，控制模塊2250幫助并行化多個(gè)組件微ATS 700的操作。在其他實(shí)施例中，控制模塊2250卸載組件微ATS 700的某些功能性。例如，從某些實(shí)現(xiàn)中，并行微ATS模塊2200設(shè)計(jì)用于在檢測(cè)到相同狀況(例如，功率性質(zhì)的特定的閾值減低)時(shí)切換所有它的微ATS 700。在這些類(lèi)型的配置中，某些實(shí)現(xiàn)將檢測(cè)組件的功能性(例如，“A”功率電壓范圍檢測(cè)子系統(tǒng)710、“A”功率損耗檢測(cè)子系統(tǒng)715、輸出電流檢測(cè)子系統(tǒng)740等中的一個(gè)或多個(gè))移動(dòng)到控制模塊2250。當(dāng)控制模塊2250檢測(cè)到“A”功率760源中的功率故障時(shí)，例如，它可以迫使并行微ATS模塊2200中的所有組件微ATS 700將它們的輸出切換到“B”功率765。

并行微ATS模塊2200的實(shí)施例配置為使得外殼2205可以安裝在設(shè)備機(jī)架1875內(nèi)，在設(shè)備機(jī)架1875的頂部，或者設(shè)備機(jī)架1875的側(cè)面。由于組件微ATS 700的非常小的形式因數(shù)，可以最小化外殼2205的尺寸。外殼2205的某些實(shí)現(xiàn)配置為具有一個(gè)NEMA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架單元(例如，在高度上1.75-英寸)內(nèi)的維度。例如，微ATS 700的實(shí)施例具有4.25英寸深乘以1.6英寸高乘以一英寸寬的維度，以使得十二個(gè)或更多微ATS 700可以與任何線纜、控制電路、總線、冷卻等一起，容易地適配在并行微ATS模塊2200中。

圖23示出了根據(jù)各種實(shí)施例的包括機(jī)架安裝的并行微ATS模塊2200的說(shuō)明性的功率分配拓?fù)?。雖然未示出，假定核心基本設(shè)施用于提供至少兩個(gè)獨(dú)立的功率源。功率源可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)根節(jié)點(diǎn)傳遞到一個(gè)或多個(gè)分配節(jié)點(diǎn)。如圖所示，功率分配拓?fù)?300的根節(jié)點(diǎn)有效地通過(guò)一個(gè)或多個(gè)配電板1855傳遞主要(“A”)功率源760和次級(jí)(“B”)功率源765。

從某些實(shí)現(xiàn)中，配電板1855傳遞功率到插座2125(例如，標(biāo)準(zhǔn)120伏NEMA插座)。每一設(shè)備機(jī)架1875包括可以使用輸入功率線2210(例如，經(jīng)由配置為插入各個(gè)插座2125中的各個(gè)插塞2120)與“A”功率760和“B”功率765源連接的并行微ATS模塊2200。因此，“A”功率760和“B”功率765兩者由功率分配拓?fù)?300經(jīng)由并行微ATS模塊2200全程地傳遞到其中安裝EDP設(shè)備1885的設(shè)備機(jī)架1875。

對(duì)于其期望ATS功能性的每一EDP設(shè)備1885可以通過(guò)連接到并行微ATS模塊2200的組件微ATS 700而提供有冗余功率(即，“A”功率760和“B”功率765兩者)。例如，如上所述，可以使用插座(例如，圖22A的ATS插座2225)或者輸出功率線(例如，圖22B的輸出線2235)實(shí)現(xiàn)到并行微ATS模塊2200的連接。圖示的實(shí)施例示出了將并行微ATS模塊2200與每一EDP設(shè)備1885連接的線2305。

根據(jù)各種實(shí)施例，包括“九頭蛇”電源線。例如，線2305可以組合為單個(gè)九頭蛇線以進(jìn)一步允許優(yōu)化設(shè)備機(jī)架1875的維度，以最有效地使用數(shù)據(jù)中心地面空間和允許在地面空間的給定面積中采用最大數(shù)目的機(jī)架。九頭蛇線可以被優(yōu)化以增加功率系數(shù)傳遞、線路由、消除線纏結(jié)，和包括鎖定電源線功能性。在一些實(shí)施例中，九頭蛇電源線經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)插座連接到并行自動(dòng)開(kāi)關(guān)模塊，鎖定或者不鎖定或者經(jīng)由硬線直接附加。在預(yù)先設(shè)計(jì)設(shè)備機(jī)架的內(nèi)容的環(huán)境下，九頭蛇線可以用作用于“編程的部署”的線束。

九頭蛇線上的頭的數(shù)目可以被改變以匹配到每一連接的終端用戶裝置的期望的平均功率輸出。九頭蛇電源線的長(zhǎng)度和規(guī)格(主饋送部分和到每個(gè)“九頭蛇頭”的單獨(dú)饋送兩者)可以通過(guò)優(yōu)化將功率供應(yīng)到設(shè)備機(jī)架1875中的特定的一組設(shè)備位置的每個(gè)九頭蛇線的線長(zhǎng)度而被優(yōu)化以最小化電傳輸損失和電源線纏結(jié)。一組適當(dāng)?shù)某叽绲木蓬^蛇線可用于以無(wú)論什么期望的間隔，比如一個(gè)NEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備安裝間距，來(lái)饋送機(jī)架中的每一設(shè)備位置。在拓?fù)渲懈鱾€(gè)點(diǎn)(例如，在并行微ATS模塊2200的插塞或者插座，在九頭蛇線頭，等等)，鎖定電源線技術(shù)可用于改進(jìn)功率輸送的安全性。例如，可以使用用于120V服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)NEMA L5-15鎖定插座或者用于200V+服務(wù)的NEMA L6-15插座。輸出線上的“九頭蛇線頭”可以使用各種技術(shù)裝備有IEC鎖定插座(C13和C19)。

值得注意，雖然外殼2205占據(jù)機(jī)架空間，它也可以消除機(jī)架插頭1880的需要，該機(jī)架插頭1880通常垂直地安裝在設(shè)備機(jī)架1875中。因此，可以通過(guò)減小每一設(shè)備機(jī)架1875的寬度而優(yōu)化數(shù)據(jù)中心地面空間。例如，設(shè)備機(jī)架1875通常是大約27”寬，以允許安裝不具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化維度的各種垂直插頭1880的足夠空間。最通常使用的NEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備寬度是19英寸。因此機(jī)架的總寬度和深度確定它的占地面積使用。通過(guò)消除除了電源線和網(wǎng)絡(luò)線在機(jī)架的側(cè)部向下延伸任何東西的需要，可以指定較窄的機(jī)架，低至大約21英寸的寬度。為了說(shuō)明的緣故，假定代替27英寸寬機(jī)架使用24英寸寬機(jī)架(將對(duì)準(zhǔn)在大多數(shù)上升地面中使用的標(biāo)準(zhǔn)兩英尺乘以兩英尺地面磚上)。在先前僅容納八個(gè)27英寸機(jī)架的相同地面空間中可以采用九個(gè)24英寸機(jī)架。

進(jìn)一步值得注意，如果ATS故障(例如，如在如圖18C所示的配置的實(shí)施例中)，典型的機(jī)架可安裝的ATS可能導(dǎo)致機(jī)架中的整組EDP設(shè)備1885故障。但是，在這里描述的高度并行實(shí)現(xiàn)可以將故障的域最小化到由并行微ATS模塊2200中的每一單獨(dú)的微ATS 700供電的僅一個(gè)(或者小子集的)終端用戶裝置。這可以可觀地改進(jìn)可靠性、服務(wù)等。

類(lèi)似如圖21和圖23所示的功率分配拓?fù)涮峁┒鄠€(gè)特征。一個(gè)這種特征涉及輸入電壓范圍控制?，F(xiàn)代的電源可以容忍各種各樣的功率性質(zhì)缺陷，但是它們通常不能幸免于長(zhǎng)的輸入功率過(guò)電壓狀況。TVSS單元2110可以過(guò)濾瞬時(shí)的浪涌和尖峰，但是它不補(bǔ)償長(zhǎng)時(shí)間段的輸入功率過(guò)電壓(即，這傳遞到根節(jié)點(diǎn))。為了保護(hù)這些狀況，實(shí)施例通過(guò)如果公用線功率電壓超出范圍則切換到有條件的UPS功率，而解決范圍外電壓(例如，現(xiàn)代的電源通常不由欠壓狀況損壞，但是仍然將關(guān)閉)。

多個(gè)技術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)該切換。例如，可以在數(shù)據(jù)中心功率系統(tǒng)中的不同位置實(shí)現(xiàn)電壓感應(yīng)和自動(dòng)切換。但是，至少對(duì)于上面討論的理由，許多這些技術(shù)具有重要的限制。因此，實(shí)施例通常使用以下技術(shù)之一。

某些實(shí)施例實(shí)現(xiàn)在公用降壓變壓器(例如，位置變壓器2110)的過(guò)電壓保護(hù)。該類(lèi)型的自動(dòng)調(diào)范圍的變壓器是可用的，且可以從公用事業(yè)公司訂購(gòu)。配置在它們的輸出線圈上具有一組分接頭，且當(dāng)按照需要將它們的輸出電壓控制到特定范圍時(shí)在它們之間自動(dòng)地切換。該類(lèi)型的降壓變壓器通常不由公用事業(yè)公司采用(例如，由于成本)，但是如果請(qǐng)求，它們通常被指定和改型用于功率分配拓?fù)洹?/p>

其他實(shí)施例在功率分配拓?fù)渲械腁TS實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)。如上參考圖18A 圖18D、圖21和圖23所述的，ATS可以被置于遍及該拓?fù)涞亩鄠€(gè)位置，例如，包括在配電板，在分支電路的結(jié)束，在裝置級(jí)等。圖21和圖23示出的功率分配拓?fù)鋱D示通過(guò)在裝置級(jí)放置微ATS 700而實(shí)現(xiàn)切換。應(yīng)當(dāng)注意，可以在UPS的上游使用基于半導(dǎo)體的ATS，但是這是相對(duì)非常昂貴的且ATS的故障可能導(dǎo)致災(zāi)難性的效果，如果ATS單元未能切換，則所有供電的EDP單元可能使得它們的電源損傷或者破壞。

使用微ATS 700的功率分配拓?fù)涞牧硪惶卣魇撬袉蝹€(gè)電源(或者電源線)EDP裝置的自動(dòng)切換的可用性。如果公用線電源故障，期望對(duì)于所有單個(gè)電源EDP裝置切換到可靠的替代功率源，比如經(jīng)由UPS供應(yīng)的功率。EDP設(shè)備1885可以要求在預(yù)定的最大時(shí)間(例如，CBEMA 20毫秒指南)內(nèi)實(shí)現(xiàn)切換。值得注意，雖然將所有裝置直接插入U(xiǎn)PS將提供高度可靠的功率，它還將在當(dāng)公用電源下降時(shí)的時(shí)間期間僅使用UPS的任何實(shí)現(xiàn)上可觀地減小功率分配效率。這在類(lèi)似大的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)的環(huán)境中可能具有重要的作用，在類(lèi)似環(huán)境中成本約束使得用于大數(shù)目的服務(wù)器的單一電源配置對(duì)于成本和效率原因是極優(yōu)選的，且服務(wù)不會(huì)由于單個(gè)或者幾個(gè)服務(wù)器的損失而中斷很多或者完全中斷。

使用微ATS 700的功率分配拓?fù)涞挠忠粋€(gè)特征是EDP裝置中所有雙(或者N+1)電源的自動(dòng)切換。以多個(gè)電源實(shí)現(xiàn)的EDP設(shè)備1885通常在它們的可用電源當(dāng)中共享負(fù)載。可以建造在電源之間切換負(fù)載的EDP裝置，以使得僅一個(gè)或多個(gè)電源是活動(dòng)電源，且其它的是空閑的，但是如早先描述的，這對(duì)于成本和可靠性兩者的原因很少這樣做。實(shí)施例保證多電源EDP設(shè)備1885如果可用(且具有足夠性質(zhì))則僅利用濾波的公用線功率，和僅如果它不可用則切換到UPS。為此，實(shí)施例在公用線和UPS功率之間自動(dòng)切換每一次級(jí)電源單元。否則，UPS單元將承載數(shù)據(jù)中心負(fù)載的一部分，其可能降低功率分配的總效率。

使用微ATS 700的功率分配拓?fù)涞挠忠惶卣魇侵C波增強(qiáng)功率負(fù)載浪涌的避免。如果公用線電源故障，全部EDP裝置必須利用UPS單元直到發(fā)電機(jī)開(kāi)始并穩(wěn)定為止。用于數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)代發(fā)電機(jī)具有控制它們的引擎“油門(mén)”的非常復(fù)雜的電子設(shè)備。發(fā)電機(jī)的控制邏輯設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生最大的穩(wěn)定性和最佳效率。但是，需要一定量的時(shí)間響應(yīng)于改變的電負(fù)載且然后穩(wěn)定在新負(fù)載。如果置于發(fā)電機(jī)上的負(fù)載以重復(fù)振蕩模式過(guò)快地改變，通過(guò)廢除它的控制邏輯和迫使它嘗試匹配功率需要的振蕩，可能使發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定。這可能損傷發(fā)電機(jī)或者迫使它關(guān)閉以保護(hù)自身。在任意情況下數(shù)據(jù)中心可能變?yōu)殡x線，這可能是非常不受歡迎的結(jié)果。存在可能潛在地導(dǎo)致該問(wèn)題的幾個(gè)可能的情況。

一個(gè)這種情況是當(dāng)存在間斷的公用線故障時(shí)。公用線功率在數(shù)據(jù)中心操作者的控制之外。它可能受到天氣、設(shè)備故障、人為錯(cuò)誤及其他狀況的影響。它可能間歇地故障，這對(duì)核心數(shù)據(jù)中心功率基本設(shè)施造成潛在危害。如果公用電源間歇地開(kāi)啟和關(guān)閉，且開(kāi)關(guān)周期的定時(shí)在某個(gè)范圍內(nèi)，則公用線源和發(fā)電機(jī)之間的自動(dòng)切換(即使由UPS單元過(guò)濾)可能導(dǎo)致施加于發(fā)電機(jī)的諧波增強(qiáng)功率負(fù)載浪涌。

例如，假定來(lái)自位置變壓器1815的公用線功率故障。依照要求，功率切換到UPS 1835功率。最終，發(fā)生超時(shí)，導(dǎo)致本地發(fā)生器1820自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)本地發(fā)生器1820穩(wěn)定化時(shí)，它可以通過(guò)主開(kāi)關(guān)柜1825切換到系統(tǒng)，由此饋送UPS 1835。在某個(gè)點(diǎn)，公用線功率返回且然后再次出發(fā)。本地發(fā)生器1820將不關(guān)閉，但是主開(kāi)關(guān)柜1825現(xiàn)在可能在本地發(fā)生器1820和位置變壓器1815功率源之間切換。任何設(shè)備級(jí)的ATS(例如，在EDP設(shè)備1885的微ATS 700)當(dāng)它轉(zhuǎn)向時(shí)將返回到線功率。但是，值得注意，該返回的定時(shí)可能是關(guān)鍵性的：如果它對(duì)于本地發(fā)生器1820適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)過(guò)快地發(fā)生，且公用線電源以振蕩方式故障，則如上所述，本地發(fā)生器1820可能變得不穩(wěn)定。

另一這種情況在存在負(fù)載/電壓振蕩時(shí)發(fā)生。當(dāng)負(fù)載，特別是大的負(fù)載切換到本地發(fā)生器1820上時(shí)，它的輸出電壓可能短暫地下沉。本地發(fā)生器1820然后可以通過(guò)增加油門(mén)體積和后續(xù)的引擎扭矩補(bǔ)償，這增加了輸出電流和電壓。存在將輸出電壓保持在期望范圍中的機(jī)制，但是它們可能由剛好在諧頻的正確范圍之內(nèi)和之外切換的負(fù)載廢除。例如，如果功率分配系統(tǒng)具有經(jīng)由機(jī)制(例如，如以下將要描述的)對(duì)內(nèi)置于它的過(guò)電壓的保護(hù)，則這可能發(fā)生。再次，結(jié)果可能是諧波增強(qiáng)功率負(fù)載浪涌施加到本地發(fā)生器1820上。

例如，再次假定來(lái)自位置變壓器1815的公用線功率故障。依照要求，功率切換到UPS 1835功率，超時(shí)發(fā)生，并且本地發(fā)生器1820自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)本地發(fā)生器1820穩(wěn)定時(shí)，它可以通過(guò)主開(kāi)關(guān)柜1825切換到系統(tǒng)(例如，優(yōu)先于饋送通過(guò)UPS，本地發(fā)生器1820切換到系統(tǒng)以饋送系統(tǒng)的公用線功率側(cè)，以保持到機(jī)架w/EDP設(shè)備的冗余饋送)。本地發(fā)生器1820在突然置于其上的大的負(fù)載下下沉，且可以通過(guò)增加它的油門(mén)設(shè)置來(lái)響應(yīng)。本地發(fā)生器1820過(guò)沖微ATS 700單元的高電壓截止值，使得它們切換回到UPS功率，由此從本地發(fā)生器1820除去負(fù)載。本地發(fā)生器1820然后減速且其輸出電壓返回到正常電平。微ATS 700單元切換回到回到發(fā)電機(jī)，使得它再次下沉。本地發(fā)生器1820油門(mén)的下沉和返回可以重復(fù)，使得諧波增強(qiáng)功率負(fù)載浪涌建立并使本地發(fā)生器1820不穩(wěn)定。

如上所述，使用微ATS 700(例如，單獨(dú)地或者作為并行微ATS模塊2200的一部分)的功率分配拓?fù)涞膶?shí)現(xiàn)涉及多個(gè)特征，特別是當(dāng)實(shí)現(xiàn)包括濾波的公用線功率的安全、可靠的和經(jīng)濟(jì)的使用時(shí)。這些特征包括輸入線功率電壓范圍控制、單一電源線EDP裝置的自動(dòng)切換、雙(或者N+1)電源EDP裝置的自動(dòng)切換，諧波增強(qiáng)的負(fù)載浪涌的防止。這些特征可以通過(guò)在功率分配拓?fù)渲性谘b置處或者裝置級(jí)附近自動(dòng)切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，為實(shí)現(xiàn)這些特征，使用的微ATS 700的實(shí)施例具有多個(gè)特性。將認(rèn)可上面描述的微ATS 700實(shí)施例通過(guò)它們的作為單個(gè)微ATS 700的設(shè)計(jì)或者當(dāng)組合為高度并行的ATS實(shí)施例(例如，作為并行微ATS模塊2200的一部分)時(shí)表明這些特性。

微ATS 700的實(shí)施例當(dāng)它可用且具有足夠性質(zhì)時(shí)優(yōu)選和選擇主要功率源(例如，“A”功率760)。例如，可以通過(guò)保證如果公用線功率可用且具有足夠性質(zhì)，則它用于對(duì)所有負(fù)載供電來(lái)實(shí)現(xiàn)最大效率。

微ATS 700的實(shí)施例還保護(hù)免于主要功率源上的范圍外電壓狀況，且如果主要功率源在范圍外則切換到次級(jí)功率源(和當(dāng)它返回到可接受范圍并穩(wěn)定時(shí)切換回到主電源)。還期望作為當(dāng)檢測(cè)到其他主要功率源問(wèn)題時(shí)的預(yù)防措施，微ATS 700切換到次級(jí)功率源。某些實(shí)施例可以不表明該特性，因?yàn)樗鼈兛梢岳矛F(xiàn)代電源對(duì)除了輸入電壓范圍之外的功率性質(zhì)問(wèn)題免疫的事實(shí)。

另外，微ATS 700的實(shí)施例在兩個(gè)方向上(即，從主要到次級(jí)功率和從次級(jí)到主要功率)在CBEMA 20毫秒限制內(nèi)轉(zhuǎn)換。事實(shí)上，某些實(shí)施例在14-16毫秒內(nèi)從“A”功率760切換到“B”功率765。雖然上面描述的電路實(shí)施例可以配置為實(shí)現(xiàn)甚至更快的切換時(shí)間，還選擇切換時(shí)間以最大化可能啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的虛假狀況的拒絕。在一些實(shí)施例中，“B”功率765和“A”功率760之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間一旦啟動(dòng)是大約5毫秒(例如，在以下將要描述的延遲之后)。例如，因?yàn)榇蟛糠帧癇”功率765到“A”功率760轉(zhuǎn)換在“A”功率760已經(jīng)返回到操作狀況之后發(fā)生，可以實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換時(shí)間，以使得微ATS 700可以選擇時(shí)間以當(dāng)兩個(gè)功率源都啟動(dòng)并運(yùn)行時(shí)做出轉(zhuǎn)換。

微ATS 700的實(shí)施例還包括在次級(jí)到主要功率切換中的延遲因數(shù)(除了如果次級(jí)功率源故障之外)。延遲因數(shù)選擇足以允許現(xiàn)代發(fā)電機(jī)穩(wěn)定它們的油門(mén)設(shè)置而不振蕩。例如，選擇時(shí)間在最典型的發(fā)電機(jī)的正常響應(yīng)時(shí)間特性之外，以通過(guò)允許發(fā)電機(jī)時(shí)間適于負(fù)載變化和穩(wěn)定它的輸出來(lái)防止諧波增強(qiáng)的負(fù)載浪涌。

此外，微ATS 700的實(shí)施例配置為使用最小或者不使用可以用于EDP設(shè)備1885的有價(jià)值的機(jī)架空間。例如，實(shí)施例以“零-U”方式安裝，或者否則集成到機(jī)架中或者機(jī)架附近而不使用機(jī)架空間。某些實(shí)施例直接集成到EDP設(shè)備1885中。其他實(shí)施例集成到插頭1880或者機(jī)架中或者機(jī)架附近的功率分配單元中，比如Zonit功率分配單元(ZPDU)。這些實(shí)施例可以相對(duì)于在機(jī)架到控制到機(jī)架中的插頭1880的功率的斷路器的接入犧牲最小量的機(jī)架空間使用。根據(jù)這些實(shí)施例中的某些，ATS功能集成到本地功率分配單元的每個(gè)子分支輸出中，以使得每一個(gè)被自動(dòng)切換。這可以是對(duì)某些數(shù)據(jù)中心管理者的值得做的折衷。

更進(jìn)一步地，微ATS 700的實(shí)施例(例如，當(dāng)作為并行微ATS模塊2200采用時(shí))還“擴(kuò)散”正在傳輸?shù)脑瓷系呢?fù)載。實(shí)際上，每一微ATS 700在其相對(duì)于其他微ATS 700從“B”功率765到“A”功率760的轉(zhuǎn)換的定時(shí)上具有小的可變度(例如，作為制造處理的人為現(xiàn)象)。該可變性實(shí)時(shí)上并不大，但是在電氣事件時(shí)間上是顯著的。當(dāng)作為并行微ATS模塊2200的組件運(yùn)行微ATS 700時(shí)，該變化從功率源，例如，發(fā)電機(jī)或者UPS單元來(lái)看“擴(kuò)展”正在傳輸?shù)呢?fù)載。例如，負(fù)載對(duì)功率源看來(lái)是在時(shí)間窗之上傳輸?shù)拇罅课TS 700。這可能有益于發(fā)電機(jī)和UPS單元，因?yàn)樗跁r(shí)間段上分配大量的較小負(fù)載，由此減小即時(shí)流入。

微ATS 700的實(shí)施例也是高效率的、可靠的和便宜的。當(dāng)在裝置級(jí)采用微ATS 700單元時(shí)，將存在大量的微ATS 700單元，且因此它們必須足夠高效以補(bǔ)償它們的購(gòu)買(mǎi)成本。實(shí)施例當(dāng)在正常操作模式中關(guān)于主要功率源時(shí)使用小于100毫瓦。在有關(guān)觀念中，它們必須高度可靠且否則便宜地購(gòu)買(mǎi)。

如上所述，微ATS 700的特征允許可靠的、高效、成本有效的和對(duì)機(jī)架空間使用最小影響的裝置級(jí)ATS功能性的部署。對(duì)于上面討論的原因，在裝置級(jí)的高度可靠的ATS單元的群體可以產(chǎn)生比切換分支電路的ATS或者整個(gè)配電板可以產(chǎn)生的高得多的每裝置功率可靠性程度。例如，所有微ATS 700同時(shí)故障且影響所有它們的連接的、自動(dòng)切換的EDP裝置的機(jī)會(huì)與更接近功率分配拓?fù)涞母捎玫膯蝹€(gè)ATS故障的機(jī)會(huì)相比是無(wú)限小的。

另外，期望數(shù)據(jù)中心功率分配的技術(shù)是高度高效。裝置或者裝置級(jí)附近的自動(dòng)切換功率分配的高度并行實(shí)現(xiàn)可以提供高度高效方法，其也是成本有效的，因?yàn)閹讉€(gè)原因而實(shí)現(xiàn)。如上所述，基于機(jī)械繼電器的ATS傾向于比基于固態(tài)的ATS更高效和更可靠(在給定的成本水平)，但是由于接觸電阻和相對(duì)高的繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間，它們也可能展現(xiàn)相對(duì)高的損失。但是，在裝置或者裝置級(jí)附近并行使用許多小的ATS單元(例如，作為并行微ATS模塊2200)產(chǎn)生被置于基于較大容量繼電器的ATS單元中可行的大得多的有效累積繼電器觸點(diǎn)區(qū)域，而無(wú)論單元被置于功率分配拓?fù)渲心睦铩Ａ硗?，并行采用微ATS 700單元，微ATS模塊2200也允許相對(duì)快的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因?yàn)槊恳唤M件ATS具有較小的繼電器觸點(diǎn)和較快的轉(zhuǎn)換時(shí)間。將另外認(rèn)可上面描述的電路實(shí)施例允許微ATS 700比許多相同功率處理容量的傳統(tǒng)的ATS單元設(shè)計(jì)要以10或更多的因數(shù)更高效。值得注意，以高度并行配置的傳統(tǒng)的ATS設(shè)計(jì)的使用可以至少對(duì)于該原因是不實(shí)際的，作為最后結(jié)果將可能耗費(fèi)更多功率而不是更少功率，而無(wú)論使用的開(kāi)關(guān)單元的資本費(fèi)用如何。

將認(rèn)可如果數(shù)據(jù)中心功率分配技術(shù)要被廣泛地使用和接受，則它們應(yīng)該是成本有效的。如上所述，微ATS 700實(shí)施例是高度成本有效的，例如，因?yàn)橄鄬?duì)低的制造成本、相對(duì)長(zhǎng)的服務(wù)壽命等。

有關(guān)的考慮可以只要可能就保存機(jī)架空間。如上所述，數(shù)據(jù)中心設(shè)備機(jī)架或者機(jī)箱中的空間可能是非常昂貴的，且可以采用微ATS 700的實(shí)施例以幾乎不消耗或者不消耗機(jī)架空間(例如，通過(guò)集成到其中安裝EDP設(shè)備的機(jī)架中的容積之外的機(jī)架結(jié)構(gòu)中)。為了說(shuō)明的緣故，假定數(shù)據(jù)中心中的大的服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)在具有網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)的機(jī)架中具有許多“比薩-盒”服務(wù)器。每一服務(wù)器可以使用120伏功率的大約3-6瓦特，以使得15安培ATS可以處理2-4個(gè)服務(wù)器。如果ATS單元是1U機(jī)架安裝的裝置，對(duì)于每3個(gè)服務(wù)器使用一個(gè)ATS將仍然耗費(fèi)25％的機(jī)架空間。這也可能通常是要實(shí)用的昂貴的機(jī)架空間的無(wú)效率的使用。但是，并行微ATS模塊2200的使用將消耗少得多的機(jī)架空間(例如，即使機(jī)架安裝的實(shí)現(xiàn)通常使用單個(gè)機(jī)架空間)。

值得注意微ATS 700的使用(例如，作為并行微ATS模塊2200的一部分)也可以經(jīng)由UPS負(fù)載移位增加傳統(tǒng)的功率分配效率。如上所述，當(dāng)在數(shù)據(jù)中心中使用雙倍轉(zhuǎn)換UPS單元作為功率源時(shí)共享負(fù)載是普遍的(例如，如圖19所示)。由于具有雙電源的終端用戶設(shè)備或多或少相等地將負(fù)載分配到“A”和“B”電源輸入兩者的特性，這是通常的。此外，如上所述，這可以減小UPS效率，因?yàn)樗鼈兺ǔＴ?0％以下加載以提供完全冗余的功率。

使用大量的微ATS 700可以提升這種功率分配系統(tǒng)的效率。數(shù)據(jù)中心中EDP設(shè)備1885的全部電負(fù)載可以經(jīng)由微ATS 700單元“負(fù)載移位”到兩個(gè)UPS單元之一上，增加UPS單元的效率(例如，如圖20所示的UPS效率曲線所示)。其他UPS單元處于空閑，且將如果主要單元故障才使用。UPS單元必須被設(shè)計(jì)以處理立即置于它們上的該類(lèi)型負(fù)載，但是幾乎所有的現(xiàn)代UPS單元可以這樣做。該結(jié)果傾向于將數(shù)據(jù)中心的效率增加大約3-5％。

可以對(duì)于每一EDP設(shè)備1885遞增地采用實(shí)現(xiàn)，這可以減小服務(wù)影響。在一些實(shí)施例中，每個(gè)電源(或者連線的)EDP裝置將經(jīng)由微ATS 700連接到“A”和“B”UPS單元。每個(gè)雙或者N+1電源EDP裝置將具有一個(gè)電源經(jīng)由普通功率線連接到“A”UPS，且第二或者所有其他N+1電源將經(jīng)由微ATS 700單元連接到“A”和“B”UPS單元。因此，當(dāng)“A”UPS單元可用時(shí)，它承擔(dān)全部負(fù)載；且當(dāng)它不可用時(shí)，“B”UPS攜帶負(fù)載。如上所述，可以在每裝置比率，或者在一個(gè)微ATS 700對(duì)低整數(shù)EDP裝置的比率(例如，考慮微ATS 700功率容量限制)采用微ATS 700單元。

應(yīng)當(dāng)注意雖然這里討論僅一對(duì)UPS單元，方法縮放到為了冗余而成對(duì)地采用許多UPS單元的更大的數(shù)據(jù)中心。類(lèi)似地，在這里討論的說(shuō)明性實(shí)施例為了清楚的緣故示出了限制的配置選擇。將認(rèn)可實(shí)施例可以適于許多設(shè)備機(jī)架、EDP設(shè)備、ATS、配電板、插頭等。

可以做出對(duì)在這里描述的技術(shù)的各種改變、替換和變更而不脫離如所附權(quán)利要求所定義的本教導(dǎo)的技術(shù)。此外，本公開(kāi)和權(quán)利要求的范圍不限于上面描述的處理、機(jī)器、產(chǎn)品、物質(zhì)成分、裝置、方法和動(dòng)作的特定的方面?？梢允褂卯?dāng)前存在或者之后要開(kāi)發(fā)的、與在這里描述的相應(yīng)的方面執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同功能或者實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果的處理、機(jī)器、產(chǎn)品、物質(zhì)成分、裝置、方法或者動(dòng)作。此外，如在此使用的，包括在權(quán)利要求中，“或者”如用于由“...的至少一個(gè)”開(kāi)始的項(xiàng)的列表指示分離性的列表，以使得例如，“A、B或者C的至少一個(gè)”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，術(shù)語(yǔ)“示例性的”不意味著描述的實(shí)例是優(yōu)選的或者比其他實(shí)例更好。因此，所附權(quán)利要求在它們的范圍內(nèi)包括這種處理、機(jī)器、產(chǎn)品、物質(zhì)成分、裝置、方法或者動(dòng)作。