CN101438475B

CN101438475B - 更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统

Info

Publication number: CN101438475B
Application number: CN2005800116308A
Authority: CN
Inventors: 马塞尔·P·J·高德瑞奥; 彼得·A·丹德瑞治; 迈克尔·A·柯普克斯; 杰弗里·A·凯希
Original assignee: Diversified Technologies Inc
Current assignee: Diversified Technologies Inc
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: CN1981415A; CN101438475A

Abstract

本发明的特征在于用于计算负载的更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统，该系统包括连接到多个DC源的高压DC总线(32)、连接到计算负载(60)的低压DC总线(60)和电源，每个DC源通过开关连接到该高压DC总线，该开关将具有最高DC电压的DC源输送给该高压DC总线，该电源包括在高压DC总线和低压DC总线之间并联连接的多个DC/DC转换器(150、152、154、156、158、160)和被构造成调制每个DC/DC转换器以将在高压DC总线上的高压转换为在低压DC总线上输出的低压的控制器(180)。

Description

更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统

相关申请

本申请要求2004年2月18日申请的美国临时申请第60/545,444号和2004年2月18日申请的美国临时申请第60/545,461号的优先权。在此以应用参考的方式将这些申请全部并入在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种用于从高电压DC电源将低电压DC功率输送给计算机负载的紧凑的并更加可靠的电源系统。

背景技术

在电信系统、数据通信系统、计算机设备、服务器等的典型设施中，功率几乎总是通过具有足够容量的大容量可充电蓄电池系统供应以便使该系统渡过任何功率停止或中断。电池系统完全被钳位在单个电池单元电压之和上，并且任何主要的功率中断都完全被桥接。因此，来自外部源的任何电源线频率波动都被完全吸收。电池系统可以给设备供应DC电压，并可以使与其连接的任何设备与公用电源停电、波动以及外部电源的其它问题完全隔离。通过从外部高压AC源比如公用电力干线或不间断电源(UPS)连续提供的充电电流可以将电池漏电保持较小。通过静态转换开关，该系统可以在公用电源和UPS之间选择。然后将从静态转换开关输出的高电压AC输入到输送所需的充电电流的变压器/整流器器件。然而，常规的静态转换开关和变压器/整流器器件通常不提供冗余能力。因此，这些器件中的一个部件失效就要求切断该器件以更换所损坏的部件。因为电池系统不再被充电，因此它仅可维持系统有限的小时数，此后供电的电池将会失效。

常规的电池系统通常以接近最终应用电压的电压分配DC功率。因为损耗与电流的平方乘以电阻(I²R)成比例，因此保持I²R损耗下降要求常规的电池系统利用昂贵、笨重且不易重新装配的母线电流分配系统以在靠近使用点传输高电流、低电压的DC功率。

过去，基于常规电池的系统已经足够。然而，近来对数据通信和计算机服务的需求的急剧增加使得这种基于电池系统的缺陷非常明显。在先的基于电池的系统昂贵、笨重、不灵活且占用太的空间。此外，在电池制造过程中产生了与有毒废物相关的环境危害，处理越来越难以忍受。

目前，高压DC功率分配已经是不切实际的，因为缺乏经济的且可量测的DC-DC电压降频转换器。非常大的超HVDC转换器已经使用了许多年，但它们都要求巨大的设备，并且它们完全不适合于缩小以用于在电信系统和数据通信系统中所需的普通分配电压下分配DC功率的目的。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种用于计算负载的更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种提供低压DC但不需要大且昂贵的中央电池系统的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种不需要庞大、笨重、不灵活且昂贵的母线电流分配系统的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种在靠近预期使用点可以传送低压DC的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种具有冗余能力以提高可靠性的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种这样的电源系统，其中在该系统运行的同时该系统的主要部件可以被取下、更换或添加到该系统中。

本发明的进一步目的是提供一种主要部件是可热抽换的(hotswappable)电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种提高了分配电压与最终应用电压的比率的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种更加低廉的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种利用更小的空间的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种在物理上或电气上容易重新装配的电源系统。

本发明的进一步目的是提供一种消除了与利用基于电池的系统相关的有毒环境问题的电源系统。

本发明实现一种用于给计算负载提供低压DC电压的更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统，这种电源系统通过连接到多个DC源的高压DC总线、连接到计算负载的低压DC总线和电源的独特组合实现，每个DC源通过开关连接到该高压DC总线，该开关将具有最高电压的DC源输送给该高压DC总线，该电源包括在高压DC总线和低压DC总线之间并联连接的多个DC/DC转换器和调制每个DC/DC转换器以将在高压DC总线上的高压转换为在低压DC总线上输出的低压的控制器。

然而，在其它实施例中，主题发明不需要实现所有这些目的，其权利要求不应当被限制到能够实现这些目的的结构或方法中。

本发明的特征在于用于计算负载的更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统，该系统包括连接到多个DC源的高压DC总线、连接到计算负载的低压DC总线和电源，每个DC源通过开关连接到该高压DC总线，该开关将具有最高DC电压的DC源输送给该高压DC总线，该电源包括在高压DC总线和低压DC总线之间并联连接的多个DC/DC转换器和被构造成调制每个DC/DC转换器以将在高压DC总线上的高压转换为在低压DC总线上输出的低压的控制器。

在一个实施例中，开关可以是二极管。电源可以包括多个电源模块，每个电源模块包括控制器和多个DC/DC转换器。每个DC/DC转换器可以被构造为带有通过控制器触发以调制DC/DC转换器的开关的Buck变换器(buck converter)。每个DC/DC转换器可以包括逆变器、变压器和整流器，其中逆变器通过控制器循环以调制DC/DC转换器。控制器可以被构造成使用调制来调制每个DC/DC转换器。控制器可以被构造成使每个DC/DC转换器的开关定时交错以降低在低压DC总线上的波动。控制器可以响应故障信号输入并被编程为响应该故障信号打开每个DC/DC转换器的开关。控制器可以被构造成使每个DC/DC转换器的逆变器的定时交错以降低在低压DC总线上的波动。控制器可以响应故障信号输入并被编程为响应该故障信号打开每个DC/DC转换器的逆变器。每个电源模块可以包括在多个DC/DC转换器和低压DC总线之间并被设计成在大于电源模块的额定电流输出的电流电平下熔断的保险丝。控制器可以被构造成基于通过电源模块输出的电流确定所需的输出电压。控制器可以包括被构造成将所需的系统输出电压与通过电源模块输出的电压电平进行比较并调节每个DC/DC转换器的电压输出以使电源模块的输出大致等于所需的系统输出电压的开关电压调节器。开关电压调节器可以利用调制调节每个DC/DC转换器输出的电压。多个电源模块中的每个的控制器可以利用伪阻抗以提供多个电源模块的独立负载共享。在低压DC总线上输出的低电压可以大约在6V DC至100V DC的范围中。在低压DC总线上输出的低电压可以大约是48V DC。控制器可以进一步被构造成响应故障信号而输出错误信号。控制器可以进一步包括产生故障信号的故障确定电路。多个电源模块中的每个电源模块可以包括冷却系统。在电源模块超过预定的温度时故障检测电路可以产生故障信号。Buck变换器可以包括输入电容器、输出电容器、电感器和开关。在高压DC总线上的高压与在低压DC总线上的低压的比率可以是在1.1∶1至大约1000∶1的范围内。在高压DC总线上的高压与在低压DC总线上的低压的比率可以是大约10∶1。在高压DC总线上的高压与在低压DC总线上的低压的比率可以是大约2∶1。电源可以容纳在箱室中。多个电源模块中的每个电源模块可以被构造为可取下的抽屉。可取下的抽屉可以被置于该箱室中。每个可取下的抽屉可以包括多个不同长度的连接器，该连接器在不同的时间将电源模块的多个DC/DC转换器电连接到高压DC总线以减少放电。每个连接器可以包括在将电源模块连接到高压DC总线时减少放电的电阻性材料。每个可取下的抽屉可以包括通过各自的辅助电阻器或者火花抑制阻抗网络连接的辅助触点以进一步减少放电。在系统运行时可取下的抽屉可以被取下、更换或添加。每个抽屉可以包括多个冷却风扇和排气口以冷却电源模块。多个电源模块中的每个电源模块的部件可以被设置成使冷却效率最大。计算负载可以从如下组中选择：电信系统、数据通信系统、计算机系统和计算机外围设备。电源可以包括多余数量的电源模块。

附图说明

通过下文对优选实施例的描述以及附图，本领域普通技术人员将会理解本发明的其它目的、特征和优点，在附图中：

附图1所示为将低压DC传送给计算负载的典型常规电池系统的示意性方块图；

附图2所示为本发明的更紧凑且具有更高可靠性的电源系统的一个实施例的示意性方块图；

附图3所示为在附图2中所示的电源的一个实施例的部件的示意性方块图；

附图4所示为详细地显示在附图3中所示的电源模块的主要部件的示意性方块图；

附图5所示为可在附图4中所示的每个DC/DC转换器中应用的Buck变换器的电路图；

附图6所示为可在附图4中所示的每个DC/DC转换器中应用的逆变器、变压器和整流器的电路图；

附图7所示为在附图4中所示的控制器的一个实施例的电路图；

附图8所示为在附图7中所示的控制电路的输出V-I特性的曲线图；

附图9所示为在箱室中构造的在附图3中所示的电源和作为在箱室中的可取下的抽屉构造的在附图4中所示的电源模块的一个实例的三维示意图；

附图10所示为与在附图9中所示的可取下的抽屉的主要部件关联的进一步细节的三维示意图；

附图11所示为可用于将在附图9中所示的可取下的抽屉连接到高压DC总线的连接器的一个实例的三维示意图。

具体实施方式

除了下文公开的优选实施例或实施例之外，本发明能够以其它实施例实施或者以不同的方式实施。因此，应当理解的是本发明的应用不限于在下文的描述中阐述的或附图中示出的部件的结构和设置的细节。如果在此只描述了一个实施例，则其权利要求并不限于该实施例。此外，其权利要求不应当被限制性地理解，除非存在清楚且有说服力的证据显示了特定的排除、限制或放弃。

如上文在背景技术部分所讨论，常规的电源系统10(附图1)利用大电池系统12来给计算负载14(比如数据通信设备、计算机系统等)提供低压DC(例如48V DC)。系统10典型地包括静态转换开关16，该开关16响应通过常规公用电力线输送的在线18上的高压AC源或即使在电源故障的情况下通过在线20上的UPS或类似器件输送的高压AC源。静态转换开关16通过线17从公用电力线或UPS将高压AC源输送给变压器/整流器器件22。变压器/整流器器件22提供所需的充电电流以对在电池系统12中的电池连续地充电。然而，如上文所讨论，电池系统12及其相关的大电流、低电压DC总线13通常尺寸较大。此外，系统10对于静态转换开关16或变压器/整流器器件22的任何部件不能提供冗余量。

相反，根据本发明的更紧凑且具有更高可靠性的电源系统30(附图2)包括高压DC总线32，该高压DC总线32连接到多个高压DC源，比如DC源34(例如公用源1)、DC源36(例如公用源2)、DC源38(例如发电机)和DC源40(例如辅助源)。高压DC源34-40通常在大约550V DC。DC源34-40中每个通过开关(例如二极管)连接到高压DC总线32，该开关被构造成从具有最高的DC电压的DC源给高压DC总线32输送功率。在本实例中，开关42、44、46和48将DC源34、36、38和40分别连接到高压DC总线32。在运行中，在DC源34-40中的任何源上的电压高于在高压DC总线32上的电压时，与具有最高电压的DC源关联的开关(二极管)被正向偏压，高压DC电压将从该源输送。其余DC源的开关通过在来自这些源的电压和最高电压源的电压之间有意或无意地产生的较小的负差压反向偏压，因此这些源不输送功率。然而，如果有效的源故障或者其电压下降到其它电源中的任何电源之下，则功率将立即自动地从新的最高电压源中输送。高压DC总线32通常遍及系统30的全部典型设施，并将电源64连接到预期使用点附近(下文讨论)。

系统30也包括连接到计算负载62(例如电信设备、数据通信设备、计算机设备、服务器等)或利用低压DC的任何电子器件或系统的低压DC总线60。通常，在低压DC总线60上的电压大约在6V DC至100V DC的范围中，例如大约48V DC。

电源64包括在高压DC总线32和低压DC总线60之间并联连接的多个DC/DC转换器(下文讨论)和被构造成调制每个DC/DC转换器以将在高压DC总线32上的高压转换为在低压DC总线60上输出的低压的控制器(也在下文讨论)。

在优选实施例中，电源64(附图3)包括多个电源模块，例如电源模块66、68、70、72、74和76，每个电源模块包括多个DC/DC转换器和一个控制器。例如，每个电源模块66-76包括在高压DC总线32和低压DC总线60之间并联连接的DC/DC转换器150、152、154、156、158和160(附图4)。连接器81将在线101上的高压DC分别通过线103、105、107、109、111和113从高压总线32连接到每个DC/DC转换器150-160。控制器80通过线220、222、224、226、228和230调制每个DC/DC转换器150-160以将在线103-113上的高压DC转换为在线96、98、100、102、104和106上的低压DC。连接器117将在线96-106上的DC/DC转换器150-160的输出连接到线90。

结果是低压DC被输送给低压DC总线60(附图2)，而不需要庞大且笨重的电池系统。每个电源模块66-76(附图3)的尺寸相对较小，例如对于典型的30kW电源模块，19″×5″×24″，这就使电源64紧凑。因为电源64紧凑并且利用了来自可以遍及系统30的整个设施的高压DC总线32的高压，因此电源64可以定位在靠近预期使用点。因此，不需要大且昂贵的低压、大电流总线分配系统。这就可以允许在高压DC总线32上的DC电压和在低压DC总线60上的最终应用电压的比率更高，即大约1.1∶1至1000∶1的范围，例如10∶1或2∶1。对于相同的功率，更高的总线电压通过欧姆定律转化为成比例的低电流。使用更高的电压输入功率总线分配系统(高压DC总线32)因此降低了在高压总线32中的I²R损耗，这进一步减少了能量使用和成本。系统30也可以利用上文讨论的多个独立的高压DC源并自动地使用具有最高DC电压的DC源，这提高了可靠性。系统30也具有冗余能力(下文讨论)，它提高了不中断的能力和可靠性。系统30也可以根据需要重新定位，并且可以根据需要与任何数量的电源系统30并联连接以满足任何变化的负载的物理配置或电气要求。

在一种设计中，保险丝119(附图4)通过线121连接在线90上的电源模块的输出电压和低压DC总线之间。保险丝119被设计成在通过电源模块输出的电流电平大于电源模块的额定电流输出(例如600安培)时熔断。

每个DC/DC转换器150-160(附图4)通常被构造为Buck变换器，如图5所示的Buck变换器84。Buck变换器84包括输入电容器210、二极管212、电感器214、输出电容器216和开关86，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关86通过控制器80(附图4)被触发以调制每个DC/DC转换器150-160的Buck变换器的电压输出并将在线103-113上的高压DC转换为在线98-106上的低压DC。例如，控制器80可以利用固定的时钟调制(例如脉冲宽度调制)以在线220-230上产生脉冲宽度信号，即DC/DC转换器150-160的每个Buck变换器的每个开关保持打开和关闭多长的时间，以便调节Buck变换器的开关的“接通”时间和“切断”时间的比率以控制输出电压，并将在线103-113上的高压DC有效地转换为在线96-106上的低压DC并控制在线90上的电源模块的输出电压。控制器80可以利用固定的时钟调制(例如脉冲宽度调制)、自振荡调制(例如脉冲频率调制或滞后调制)或本领域普通技术人员公知的任何类型的调制以控制在DC/DC150-160中的开关转换高压DC为低压DC的定时。

在一种设计中，每个DC/DC转换器150-160被如附图6所示地构造。在本实例中，每个DC/DC转换器150-160(附图4)包括逆变器250(附图6)、变压器252和整流器254。类似于上文讨论的Buck变换器中的开关，逆变器250通过控制器80(附图4)被触发以调制每个DC/DC转换器150-160并将在线103-113上的高压DC(附图4)转换为在线98-106上的低压DC。

在优选实施例中，控制器80启动在线220-230上的信号，这些信号均等地时间交错，例如对于六个并行的DC-DC源150-160在相位上错开60°或者对于N个并行的单元错开360°/N，以使上文描述的每个DC/DC转换器150-160中的开关或逆变器的定时错开以减小在线90上的低压DC的波动。

控制器80也可以基于通过反馈线93由电源模块输出的电流确定由线90上的电源模块要输出的所需输出电压。控制器80包括比较通过反馈线95在低压DC总线60上的所需系统输出电压和由线90上的电源模块输出的实际电压的开关电压调节器92。通过使用固定的时钟调制(例如脉冲宽度调制)、自振荡调制(例如脉冲频率调制或滞后调制)或本领域普通技术人员公知的任何调制技术并通过改变DC/DC转换器150-160的调制，开关电压调节器92然后将电源模块的电压输出调节到所需的系统电压输出。

在一个实施例中，控制器80也响应反馈线93上的故障信号，并且在线93上的故障信号指示电源模块正产生过压或者过流时被编程为打开每个DC/DC转换器150-160的开关(例如开关86，附图5)或者逆变器(例如逆变器250，附图6)(下文详细讨论)。这将从电源64的电源模块66-76(附图3)的并行结构中消除故障电源模块，因此防止了受损坏的电源模块影响电源64的操作。响应来自在电源模块内的各种子系统的线112上的故障信号，控制器80也产生启动外部控制器(比如PLC)的线108上的错误信号。例如，故障确定电路110可以响应冷却系统113，该冷却系统113检测在电源模块中的过热状态，并因此启动故障确定电路110以在线112上产生故障信号，该故障信号使控制器80在线108上产生错误信号以启动外部控制器。附加的辅助系统114也在线116上产生错误信号，该错误信号使故障确定电路110在线112上产生故障信号并使控制器80产生错误信号以启动外部控制器。

在附图7中同样的部件给予同样的标号，附图7所示为利用脉冲宽度调制调节每个电源模块66-76(附图3)的低压DC输出的本发明的控制器80的一个实施例。在本实例中，比较器119(附图7)比较以120指示的参考系统输出电压V_set(例如上文讨论的低压DC总线上的电压)和以122指示的电源模块的所测量的输出电压V_meas并在线124上产生错误信号。控制器80也包括比较器139，该比较器139测量以126指示的电源模块的输出电流I_meas。在线140上的所测量的电流I_meas使用通过较大的电阻143(例如大约150kΩ)的一条路径，并与线124上的错误信号组合以在线130上提供经修整并调节的错误信号，该错误信号在电源模块的电压输出中仅产生轻微的变化。这种调节使电源模块的输出电压移动较窄的范围值并用于改变电源模块的输出电压以产生较小的正内阻抗的效果。线130上的经修整并调节的信号建立了综合V-I特性，如附图8中的曲线169所示。经修整并调节的信号给电源模块提供了对应于较小但是正值的内电阻的视在的、类似电池的源电阻或“伪阻抗”(以箭头190表示)，这个阻抗使电源模块(例如附图3中的电源模块66)与其它的电源模块(例如电源64的电源模块68-76)均等地共享负载。

以126指示的所测量的电流I_meas(附图7)也使用线180上的另一路径，该路径包括齐纳二极管182和小电阻器184(例如大约301Ω)。在操作的过程中，齐纳二极管182保持截止。然而，如果高于可允许的电流开始通过该电源模块输出，电流I_meas增加并启动齐纳二极管182。这时，小电阻184将该信号电压强烈地拉下。这造成了线130上的经修整且调节的错误信号发生较大且快速的变化，并在指定的局部输出电压设定点上发生根本性的减小。这种结果是附图8中的V-I曲线169的骤然的且陡峭的下降，如箭头194所示。这个特征确保了如果单个电源模块的电流开始变得太高，则电源模块的输出电压将快速地下降并切断该电源模块。

开关电压调节器92(附图7)响应线130上的经修整且调节的错误信号，并使用调制(例如固定时钟调制比如脉冲宽度调制(虽然可以利用上文讨论的任何类型的调制))调节通过每个DC/DC转换器150-160(附图4)产生的输出电压。开关电压调节器92通常包括压控延迟发生器134、处理器145、开关162(例如FET)、电容器164、上拉电阻器166和电压源168。在运行中，压控延迟发生器134通过在电容器164上的电压保持在禁止状态。电容器164的放电使压控延迟发生器134能够处理线130上的经修整且调节的错误信号以通过线143启动处理器145。电容器164的放电通过启动FET 162以使电容器164通过地端169放电的线163上的复位信号实现。正如本领域普通技术人员所公知，电容器的充电通过电压源168实现。线143上的经修整且调节的错误信号使处理器145能够在线220-230上产生脉冲宽度信号(由箭头170表示)以控制如上文讨论的DC/DC转换器150-160(附图4)开关的定时。基于线130上的错误信号的大小，处理器145确定线220-230上的信号控制每个DC/DC转换器150-160(附图4)的开关的定时所需要的脉冲宽度以将电源模块的输出电压调节到所需的系统输出电压。处理器145(附图7)也确定线220-230上的脉冲信号的序列以使DC/DC转换器150-160的开关或逆变器的触发交错以减小波动。例如，处理器145可以启动箭头170所示的脉冲序列，该脉冲序列使六个DC/DC转换器150-160(附图4)的开关或逆变器的触发交错以减小波动。通常，如上文所述，对于六个DC源150-160，线220-230上的交错脉冲信号是相位上相差60°的时间交错序列。

上文关于控制器80(附图4、7和8)所述的“伪”阻抗提供了电源模块66-76(附图3)的所需的负载共享。在这个实施例中，与其它的电源模块相比，如果电源64的电源模块66-76的单个电源模块被轻微地加载，则该电源模块将以稍微更高的输出电压操作(由于它的正“伪阻抗”的缘故)。相反，在更大的电流从其流出时，用于电源模块66-76的单个电源模块的输出电压将稍微降低。轻微地加载的电源模块的更高的电压将导致从它们中拉出更大的电流，这具有减小它们的输出电压的效果。更大地加载的电源模块将拉出更小的电流，增加它们的输出电压。这样，所有的模块将在电压范围的中间达到均衡，其中功率从每个模块中均等地拉出，而不要求在模块之间传递任何明确的控制信号。连续的共同负载调节和负载共享的这个过程确保了整个系统的稳定性，并防止任何一个电源(或电源的集合)“扰乱”负载。

在优选实施例中，电源64(附图2和3)理想地封闭在箱室中，比如附图9的箱室300。电源模块66-76(附图3)通常每个都封闭在可取下的抽屉中，比如附图9的抽屉302。可取下的抽屉302容纳上文参考附图4所讨论的单个电源模块66-76的各个部件。例如，抽屉302(附图10)包括六个DC/DC转换器，其中示出了三个，另外三个层叠在其下(未示)。所示的DC/DC转换器的Buck变换器的电感器以310、312和314指示。三个Buck变换器中每个转换器的IGBT开关以316、318和320表示。输入电容器以322、324和326表示。控制器(以虚像示出)以326表示。抽屉302通常包括给抽屉302提供冷却空气的冷却风扇330，该冷却空气通过位于背板332上的排气口(未示)排出。电感器310-314、开关316-320和输入电容器322-326的取向被设置成使抽屉302的冷却效率最大。

抽屉302通常包括多个不同长度的连接器，例如连接器340、342、344和346(附图11)，这些连接器允许DC/DC转换器连接到高压DC总线而不产生放电。在一个实例中，每个连接器340-348可以包括一部分电阻性材料(比如在连接器346中的电阻性材料352)以在将抽屉302连接到高压DC总线时防止高压DC放电。在一些设计中，在将抽屉302连接到高压DC总线时，通过各自的辅助电阻或火花抑制阻抗网络连接的辅助触点可以被用于进一步防止高压DC放电。因此，连接器340-348的结构允许在系统30运行时容纳电源模块的各种可取下的抽屉中的每个抽屉被添加、取下或更换，即可取下的抽屉是“可热抽换的”。

虽然在一些附图中而没有在其它中已经示出了本发明的具体特征，但这仅仅是为了说明的方便，因为每个特征可以与根据本发明的任何或全部其它特征组合。在此所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”和“带有”应当被宽泛地、全面地解释，它们不限于任何物理上的互连。此外，在本申请中公开的任何实施例都不应当看作唯一可能的实施例。本领域普通技术人员在下面的权利要求的范围内可以做出其它的实施例。

此外，在本专利的专利申请的审批过程中提交的任何修改都不是对在申请时申请中存在的任何权利要求要素的放弃：合理的是，不能期望本领域普通技术人员能够起草这样的一个权利要求：其在字面上包含所有可能的等同物，许多等同物在修改时都是不可预见的，它们超出了那些应当被放弃的合理解释(如果有什么的话)，修改的基本原理只不过是与许多等同物相切的关系，和/或存在不能希望申请人描述用于被修改的任何权利要求要素的某些非实质性的替代的许多其它的原因。

Claims

1.一种用于计算负载的更加紧凑并具有更高可靠性的电源系统，该系统包括：

连接到多个DC源的高压DC总线，每个DC源通过开关连接到该高压DC总线，该开关被构造成将具有最高DC电压的DC源输送给该高压DC总线；

连接到计算负载的低压DC总线；和

多个电源模块，每个电源模块包括：

在高压DC总线和低压DC总线之间并联连接的多个DC/DC转换器，和

控制器，被构造成通过利用伪阻抗提供与所述多个电源模块的负载共享而不与所述多个电源模块中的每一个直接通信并且不从公共参考点反馈，来调制每个DC/DC转换器以将在高压DC总线上的高压转换为在低压DC总线上输出的低压。

2.权利要求1的电源系统，其中所述开关包括二极管。

3.权利要求1的电源系统，其中每个DC/DC转换器被构造为带有通过控制器触发以调制DC/DC转换器的开关的Buck变换器。

4.权利要求1的电源系统，其中每个DC/DC转换器包括逆变器、变压器和整流器，其中逆变器通过控制器循环以调制DC/DC转换器。

5.权利要求1的电源系统，其中所述控制器被构造成调制每个DC/DC转换器以控制输出电压或电流。

6.权利要求3的电源系统，其中所述控制器被构造成使每个DC/DC转换器的开关定时交错以降低在低压DC总线上的波动。

7.权利要求3的电源系统，其中控制器响应故障信号输入并被编程为响应该故障信号打开每个DC/DC转换器的开关。

8.权利要求4的电源系统，其中控制器被构造成使每个DC/DC转换器的逆变器的定时交错以减小在低压DC总线上的波动。

9.权利要求4的电源系统，其中控制器响应故障信号输入并被编程为响应该故障信号打开每个DC/DC转换器的逆变器。

10.权利要求1的电源系统，其中每个电源模块包括在多个DC/DC转换器和低压DC总线之间并被设计成在大于电源模块的额定电流输出的电流电平下熔断的保险丝。

11.权利要求1的电源系统，其中控制器被构造成基于通过电源模块输出的电流确定所需的输出电压。

12.权利要求1的电源系统，其中控制器包括被构造成将所需的系统输出电压与通过电源模块输出的电压电平进行比较并调节每个DC/DC转换器的电压输出以使电源模块的输出大致等于所需的系统输出电压的开关电压调节器。

13.权利要求12的电源系统，其中开关电压调节器利用调制调节每个DC/DC转换器输出的电压。

14.权利要求1的电源系统，其中在低压DC总线上输出的低电压大约在6V DC至100V DC的范围中。

15.权利要求14的电源系统，其中在低压DC总线上输出的低电压大约是48V DC。

16.权利要求1的电源系统，其中所述控制器进一步被构造成响应故障信号而输出错误信号。

17.权利要求16的电源系统，其中所述控制器进一步包括产生故障信号的故障确定电路。

18.权利要求17的电源系统，其中所述多个电源模块中的每个电源模块包括冷却系统。

19.权利要求18的电源系统，其中在电源模块超过预定的温度时故障检测电路产生故障信号。

20.权利要求3的电源系统，其中Buck变换器包括输入电容器、输出电容器、电感器和所述开关。

21.权利要求1的电源系统，其中在高压DC总线上的高压与在低压DC总线上的低压的比率是在1.1∶1至大约1000∶1的范围内。

22.权利要求21的电源系统，其中在高压DC总线上的高压与在低DC总线上的低压的比率大约是10∶1。

23.权利要求21的电源系统，其中在高压DC总线上的高压与在低DC总线上的低压的比率大约是2∶1。

24.权利要求1的电源系统，其中所述多个电源模块容纳在箱室中。

25.权利要求24的电源系统，其中所述多个电源模块中的每个电源模块被构造为可取下的抽屉。

26.权利要求25的电源系统，其中每个可取下的抽屉被置于该箱室中。

27.权利要求26的电源系统，其中每个可取下的抽屉包括多个不同长度的连接器，该连接器在不同的时间将电源模块的多个DC/DC转换器电连接到高压DC总线以减少放电。

28.权利要求27的电源系统，其中每个连接器包括在将电源模块连接到高压DC总线时减少放电的电阻性材料。

29.权利要求27的电源系统，其中每个可取下的抽屉包括通过各自的辅助电阻器或者火花抑制阻抗网络连接的辅助触点以进一步减少放电。

30.权利要求26的电源系统，其中在系统运行的同时每个可取下的抽屉可以被取下、更换或添加。

31.权利要求25的电源系统，其中每个抽屉包括多个冷却风扇和排气口以冷却电源模块。

32.权利要求25的电源系统，其中多个电源模块中的每个电源模块的部件被设置成使冷却效率最大。

33.权利要求1的电源系统，其中计算负载从如下组中选择：电信系统、数据通信系统、计算机系统和计算机外围设备。

34.权利要求1的电源系统，其中所述多个电源模块包括多余数量的电源模块。