CN105144020A - 具有本地能量存储的并行升压电源 - Google Patents

Abstract

一种具有本地能量存储(260)的并行升压电源(200)包括本地能量存储(260)和本地能量存储升压转换器(270)，所述本地能量存储升压转换器提升所述本地能量存储(260)的电压并将它提供给现有DC批量存储电路系统(230)。与升压转换器(270)和现有功率因子校正升压转换器(220)串联的二极管(370，371)使DC批量存储电路系统(230)能够接收来自本地能量存储(260)和外部功率源两者的功率。本地能量存储(260)和外部功率源之间的转移按受控制的方式执行以避免使外部功率源过载。另外，如果从外部源汲取的功率低于阈值，则本地能量存储设备(310)是电源中的现有隔离变压器电路(240)再充电。经由与服务器计算设备(398)的通信来扩展不使用外部功率的操作，从而通过禁用组件或减缓处理器速度来造成降低的功耗。

Description

具有本地能量存储的并行升压电源

背景

多个计算设备之间的通信吞吐量持续增长。现代联网硬件使得物理上分开的计算设备能够比先前各代联网硬件快几个量级地彼此通信。此外，高速网络通信能力对更大数量的人可用，在人们工作的位置和他们的家中两者。结果，增加的数据量和服务可经由这样的网络通信被有意义地提供。

具体而言，在与初始生成数据的位置以及将消费经处理的数据远离的位置处执行数字数据处理已变得更加实际。例如，用户可以将数字照片上传到服务器并随后使得服务器处理该数字照片，从而改变其颜色并对它应用其他视觉编辑。在这样的示例中，诸如图片等的数字处理由用户远程的设备来执行。对于需要比他们在本地方便地提供的处理能力更大的处理能力的用户而言，以及对于需要总是可用的处理能力的用户而言，这样的远程数字处理可以比本地处理更有利。

为了从集中的位置经由网络通信提供这样的数据和处理能力，集中的位置一般包括通常安装在竖直取向的机架中的数以百计或数以千计的计算设备。这样的计算设备的集合和必需用以支持这种计算设备的相关联的硬件以及安装计算设备及相关联硬件的物理结构在传统上被称作“数据中心”。随着高速网络通信能力的可用性的增加，以及由此而来的来自集中位置的数据和服务的供应的增加，连同数据中心的传统利用(诸如先进计算服务和大量计算处理能力的供应)数据中心的尺寸和数量持续增加。

另外，数据中心(尤其是计算设备自身)常常消耗大量电功率。为了能够提供不中断的处理能力，数据中心通常包括在主功率源(如来自公用电网的电功率)变得临时不可用时，可整体地向数据中心提供功率的一个或多个备用功率源。通常，这样的备用功率源包括发电机，如由柴油或天然气来提供动力的那些发电机。因而，在主功率源变得不可用时，向各单独服务器计算设备供电的电源临时从电源外部的小型备用电池备用来操作。一旦整个数据中心的备用功率源(如，柴油发电机)变得工作且提供必需的电压，向各单独的服务器计算设备供电的电源就检测这样的电压的存在并转移到从这样的发电机所提供的电能中汲取它们的功率。

不幸的是，每一功率源在大约同时检测发电机所提供的电压的存在并大约同时寻求转移到从发电机汲取电功率。因此，在消耗例如2MW电能的数据中心中，发电机将被请求在非常短的时段内(通常是几毫秒数量级)从几乎不提供功率转移到提供全部2MW电能。因为发电机通常具有高输出阻抗，所以这样的非常大的瞬变(在需要发电机过快提供过多功率时)可造成电压下降。在许多情况下，电压下降可能足以造成电源确定电功率不再被正确地提供且再次转移到从外部电池备用来操作。在电源转移到从外部电池备用来操作时，它们可能不再消耗发电机所提供的电功率，并且因此由于电负载的突然降低，发电机所提供的电压可返回其指定值。一旦发电机所提供的电压返回其指定值，电源可再次检测到这样的电压的存在并且可再次转移到从发电机汲取它们的电功率，这再次造成大的瞬变并且再次引入发电机所提供的电压可被降低的可能性。这样的循环可重复多次，从而造成非最优操作，并且可能造成装备损坏。

概述

在一个实施例中，诸如用于服务器计算设备等的各单独的电源可包括本地能量存储和本地能量存储升压转换器，所述本地能量存储升压转换器使本地能量存储能够提供功率同时重用现有电源组件。本地能量存储可包括电池和电池再充电及调节电路系统，或用于存储并随后提供电功率的任何其他机制。本地能量存储升压转换器可包括变压器和耦合到所述变压器的晶体管控制的电路，所述晶体管控制的电路可以提升本地能量存储所提供的电压使得经升压的电压可被提供给现有DC批量存储电路系统。与本地能量存储升压转换器和现有功率因子校正升压转换器串联的二极管可使DC批量存储电路系统能够接收来自本地能量存储和外部功率源两者的功率。

在另一实施例中，本地能量存储控制器可以按受控制的方式在本地能量存储和外部功率源之间转移，以避免使外部功率源过载。这样的转移可通过调整现有晶体管控制的电路的占空比来控制，使得外部功率源在转移时段期间只提供有限量的功率，其中晶体管控制的电路可以是现有功率因子校正升压转换器的一部分。可以是本地能量存储升压转换器的一部分的晶体管控制的电路的占空比也可被调整以控制本地能量存储设备所提供的功率量。

在另一实施例中，本地能量存储设备可以从可以是电源的一部分的现有隔离变压器电路来再充电。从外部功率源汲取的功率可被监视并且如果从外部功率源汲取的功率高于阈值，则本地能量存储设备的再充电可被挂起。以此方式，电源可以避免仅出于对本地能量存储设备再充电的目的而具有过量电源容量的大小。

在又一实施例中，本地能量存储可以通过与一个或多个服务器计算设备通信向一个或多个服务器计算设备提供功率达延长的时间段，诸如在外部功率源不能正确地操作的情况下。响应于来自电源的本地能量存储的容量在减小且外部功率源尚未工作的指示，一个或多个服务器计算设备可以执行动作以降低这些服务器计算设备所消耗的功率量，包括例如临时禁用消耗功率的活动冷却机制、临时减缓处理单元的速度、将一个或多个处理任务卸载到其他服务器计算设备、以及其他类似动作或它们的组合。

提供本概述是为了以精简的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

当参考附图阅读以下详细描述时，将使得其它特征和优点是显而易见的。

附图简述

以下详细描述在结合附图参考时可得到最佳的理解，附图中：

图1是示例性现有数据中心功率源及其缺点的框图；

图2是具有本地能量存储的示例性并行升压电源的框图；

图3是具有本地能量存储的示例性并行升压电源的一部分的电路框图；

图4是具有本地能量存储的示例性并行升压电源所实现的示例性功率转移的图表；以及

图5是具有本地能量存储的示例性并行升压电源的示例性操作的流程图。

详细描述

以下描述涉及具有本地能量存储的并行升压电源，所述并行升压电源由于现有电源组件的再利用而可被经济地实现并且在外部功率源之间转移时可提供优点。具有本地能量存储的并行升压电源可包括本地能量存储(如电池的形式，或其他功率存储组件)和可使本地能量存储能够提供功率同时重用现有电源组件的本地能量存储升压转换器。本地能量存储升压转换器可包括变压器和耦合到所述变压器的晶体管控制的电路，所述晶体管控制的电路可以提升本地能量存储所提供的电压使得经升压的电压可被提供给现有DC批量存储电路系统。与本地能量存储升压转换器和现有功率因子校正升压转换器串联的二极管可使DC批量存储电路系统能够接收来自本地能量存储和外部功率源两者的功率。具有本地能量存储的并行升压电源可以按受控制的方式在本地能量存储和外部功率源之间转移，以避免使外部功率源过载。另外，本地能量存储设备可以从可以是电源的一部分的现有隔离变压器电路来再充电。从外部功率源汲取的功率可被监视并且如果从外部功率源汲取的功率高于阈值，则本地能量存储设备的再充电可被挂起。在外部功率源未能正确地操作的情况下，具有本地能量存储的并行升压电源就可以向一个或多个服务器计算设备提供功率达延长的时间段，如通过与一个或多个服务器计算设备通信，响应于此，这些服务器计算设备可以执行操作以降低它们的功耗，如通过临时禁用消耗功率的活动冷却机制、临时减缓处理单元的速度、将一个或多个处理任务卸载到其他服务器计算设备、以及其他类似动作或它们的组合。

出于解说的目的，本文描述的技术参考现有和已知的电源电路系统，如AC到DC转换电路系统、晶体管控制的降压或升压电路系统、变压器电路系统，等等。然而，对特定电路、电路图、以及电路组件的引用是严格地示例性的，且不旨在将所描述的机制限于所提供的特定示例。确实，本领域技术人员将认识到，存在可实现本文描述的技术和机制的许多替换电路。另外，尽管以下描述将在服务器计算设备电源的上下文内提供，如数据中心中的服务器计算设备通常将使用的，但它们不限于这样的使用且确实可被用来向消耗电功率的任何设备提供功率。

转向图1，本文所示的系统100示出了数据中心(如数据中心130)通过其接收由处理单元、计算设备、以及数据中心130的其他组件所消耗的电功率的示例性现有系统。通常，数据中心130从电网120接收电功率，如通常由公用电网公司提供的。然而，在替换实施例中，数据中心130的主电功率源可包括由天然气或生物气作为燃料的电功率、太阳或风所生成的电功率、以及其他类似替换形式的电功率生产。然而，不管用来向数据中心130提供主电功率的机制如何，这样的电功率不能完美地可靠，且因此数据中心130通常可包括可在主电功率源(如电网120)故障的情况下向数据中心130提供电功率的一个或多个备用电功率源，如发电机140。

主电功率源中出现故障的常见场景由图1中所示的系统100中所示的各步骤来示出。具体而言，在电网120中的停电121的情况下，在步骤141，发电机140可被激活，如图1的因果箭头所示。同时，在步骤131，数据中心130的服务器计算设备的各单独的电源可转移到可为每一服务器或服务器集合提供的外部备用电池。作为在步骤141激活发电机的结果，同样如图1的因果箭头所示，数据中心130的服务器计算设备的各单独的电源可检测到现在由发电机140提供的电压的存在并且可转移到发电机功率，如步骤132所示。如本领域技术人员将明白的，每一单独的电源可大约同时检测到由发电机140提供的电压的存在，并且因此每一单独的电源将大约同时尝试转移到发电机功率，如步骤132所示。如果数据中心130要消耗2MW电能，如平均大小的数据中心所常见的，则因为各单独的电源中的每一个可能大约同时尝试转移到发电机功率，所以发电机140具有从几乎不提供电功率到在非常短的时间段内(通常在几毫秒的量级上)提供2MW电能的任务。在步骤132，这样的大规模转移到发电机功率可压垮发电机140的能力而不能在这样短的量级内提供这样多的功率，并且因此，在步骤142，在发电机尝试提供所有所请求的电流时，发电机140所提供的电压可降低。

在一个常见场景中，在步骤142，电压下降可能足够大以触发数据中心130的服务器计算设备的各单独的电源确定外部电功率不再可用并且转移到外部电池备用，如步骤133所示。如本领域技术人员将明白的，在步骤133，在数据中心130的服务器计算设备的各单独的电源转移到外部电池备用时，它们可降低发电机140上的负载并且因此发电机140随后可提供必需的电压。因而，如在步骤143所示，发电机140所提供的电压可由于在步骤133电源转移到外部电池备用而缺少需求而恢复。响应于在步骤143的电压恢复，电源可再次检测到这样的正确电压的存在，并且可在步骤134转移到发电机功率。发电机140随后可再次不能提供所有所请求的功率，因为所有电源都尝试转移到发电机功率，如在步骤134所示。因而，再次，在步骤144，发电机140所提供的电压可由于发电机不能足够快地提供足够的电流量而下降。在步骤135，电源随后可由于缺少外部功率源(即，发电机140)所提供的足够电压水平而转移到外部电池备用，并且在步骤145，一旦这样的需求被移除，电压就可恢复。电压的恢复随后可造成在步骤136电源转移到发电机功率，且这样的循环可继续自我重复，从而造成非最优性能以及可能的装备损坏和损失。

转向图2，在此所示的系统200解说具有本地能量存储的示例性并行升压电源。这样的电源可接收交流电形式的输入电功率211。这样的输入电功率211可被引导到功率因子校正升压转换器电路220，功率因子校正升压转换器电路220可对直流批量存储电路230进行馈送，直流批量存储电路230进而可对隔离变压器电路240进行馈送，直流输出调节电路250可从隔离变压器电路240获得直流电能212，直流电能212可被输出到例如服务器计算设备的各电功率消耗设备。另外，功率因子校正升压转换器电路220和隔离变压器电路240可由控制器221控制。更具体地，且本领域技术人员将明白的，控制器221可以通过控制一个或多个功率开关晶体管的占空比来控制功率因子校正升压转换器电路220和隔离变压器电路240，其中功率开关晶体管在功率因子校正升压转换器电路220的情况下与电感器串联连接或者在隔离变压器电路240的情况下与隔离变压器的绕组串联连接。因而，如本文所使用的，术语“升压转换器”指的是包括至少一个晶体管和至少一个电感元件的电路，且操作使得通过交替打开和关闭至少一个晶体管，这样的电路的输出电势大于输入电势。类似地，因此，如本文所使用的，术语“降压存储”指的是包括至少一个电容元件的电路，电容元件的功能是提供功率输出稳定性，尤其在瞬变事件期间。

如本领域技术人员还将明白的，组件220、230、240、250以及221通常出现在现有电源中。因而，在一个实施例中，组件220、230、240、250和221可按与它们用于传统电源相同的方式来设计。在具有本地能量存储的示例性并行升压电源中，本地能量存储260可以是电源的一部分。本地能量存储260可包括电池，包括以任何化学、电学或机械形式实现的电池。作为替换或补充，本地能量存储260可包括其他形式的电能存储，包括例如电容器或其他类似电能存储设备。另外，本地能量存储260还可包括可使电能存储设备能够补充它们的电能存储容量的再充电电路。本地能量存储升压转换器电路270可操作来将本地能量存储260以较低电压提供的电能转换成以较高电压提供的电能，在一个实施例中，该以较高电压提供的电能直接达到现有直流批量存储电路230。本地能量存储升压转换器电路270可由本地能量存储控制器271控制。在本地能量存储升压转换器电路270可通过改变一个或多个晶体管的占空比来控制的程度上，本地能量存储控制器271可按与控制器221类似的方式操作。在一个实施例中，本地能量存储控制器271可包括与控制器221分开的控制器单元。然而，在另一实施例中，控制器221可包括本地能量存储控制器271的功能，使得单个控制器设备被用来执行控制器221和本地能量存储控制器271两者的功能。控制器221和271中的任一者或两者可被实现为处理单元，诸如数字信号处理器或其他类似的基于半导体的器件。

在一个实施例中，本地能量存储升压转换器电路270可以向直流批量存储电路230提供高电压直流电能，且以此方式，本地能量存储可以在丢失输入电功率211的情况下提供临时备用，同时利用传统电源的各组件，从而降低本地能量存储及其附带益处的实现成本。更具体地，功率因子校正升压转换器电路220和本地能量存储升压转换器电路270可经由“二极管或(diodeOR)”布置来耦合到直流批量存储电路230，其中功率因子校正升压转换器电路220和本地能量存储升压转换器电路270两者通过一个或多个二极管独立地耦合到直流批量存储电路230，所述二极管在正向偏置时将使电功率能流向直流批量存储电路230且在被反向偏置时将防止电功率从一个转换器电路流向另一个。尽管本文提供的描述具体地提及了二极管，但可等效地使用一起或单独地具有不对称转移特性的任何一个或多个电组件。因而，本文对二极管的提及同样旨在包括具有不对称转移特性的任何这样的一个或多个电组件。

另外，在一个实施例中，本地能量存储260可耦合到隔离变压器电路240，使得在输入电功率211存在时，本地能量存储260可经由隔离变压器电路240再充电。在一个实施例中，本地能量存储控制器271可监视输入电功率211并在输入电功率211低于阈值量时提供本地能量存储260的再充电。在这样的实施例中，并行升压电源本地能量存储的大小可设置为更接近服务器计算设备所消耗的最大功率，而不计入在本地能量存储260被再充电时所消耗的功率，因为在这样的实施例中，本地能量存储260不必被再充电，除非在存在额外电源容量时。

转向图3，在此所示的系统300解说上述组件的示例性电路实现。例如，如图3的系统300中所示，以上详细描述的本地能量存储260被示为包括一个或多个电池，如电池310、320以及330。在一个实施例中，本地能量存储260的电池或其他能量存储设备可被串联地布置，使得这样的能量存储设备所产生的电压被汇总。另外，电池310、320以及330中的每一个可包括充电电路系统，它在图3的示例性系统300中被示为限制电流的电阻器和不同地激活和禁用电池的充电的晶体管。因而，例如，电池310可耦合到可包括晶体管311和电阻器312的充电电路。晶体管311可以控制电池310是否由经由电压调节器380从隔离变压器电路240获得的功率来充电，如将在下文进一步详细描述的。以类似的方式，电池320可耦合到可包括晶体管321和电阻器322的充电电路，且电池330可耦合到可包括晶体管331和电阻器332的充电电路。所使用的特定充电电路系统可依赖于本地能量存储260所使用的电池或其他能量存储设备的类型。另外，本地能量存储控制器271施加到晶体管311、321、以及331的控制可以根据所使用的特定电池所需的再充电的类型。另外，每一单独地能量存储元件(如，单独的电池310、320以及330)可被独立地充电，如通过对晶体管311、321、以及331的独立控制。更具体地，在一个实施例中，本地能量存储控制器271可一次性对所有电池(如电池310、320和330)充电，并可监视每一单独的电池。如果一个电池在其他电池被完全再充电之前变得充满，则本地能量存储控制器271可以停止再充电并且可开始使该一个电池放电直至它的能量存储等于其他电池。随后可恢复对所有电池的再充电。

各单独的能量存储元件的容量可由本地能量存储控制器在放电期间以及在再充电期间单独地监视。因此，在检测到各单独的能量存储元件之一中的故障的情况下，适当的通知可被生成，如经由到一个或多个计算设备398(包括例如从经由本地能量存储的并行升压电源汲取功率的一个或多个计算设备)的通信连接399。这样的通知可使得在这样的故障可造成电源在失去外部功率期间不能正确工作时的后续断电之前，采取补救措施，如替换故障电池或替换整个电源。更具体地，且本领域技术人员将知晓的，故障电池可在其他电池之前到达其最小放电电压。在这种情况下，本地能量存储控制器271可检测到这样的故障电池并且在一个实施例中，可提供上述通知并可进一步关闭该系统以保护自身(如有必要的话)。

在一个实施例中，本地能量存储260还可包括可与电池(如电池310、320以及330)或本地能量存储260的其他能量存储设备并联放置的一个或多个电容器，如电容器340。如本领域技术人员将明白的，电容器(如电容器340)可以在瞬时能量需求时段期间比例如电池310、320和330更快速地提供能量。

如果输入电功率211偏离可接受的水平，则功率因子校正升压转换器电路220可能不再提供足够的电压量来保持二极管371正向偏置，并且因此，直流批量存储电路230可能不再接收两者功率因子校正升压转换器电路220的电功率。在一个实施例中，控制器(如本地能量存储控制器271)可感测到这样的条件并且可发起本地能量存储升压转换器电路270的操作。更具体地，本地能量存储控制器271可以使得晶体管360以固定或可变的占空比来打开和关闭，从而以本领域技术人员公知的方式经由变压器350提升本地能量存储260所提供的电压。例如，在一个实施例中，晶体管360可使用50％占空比被打开和关闭以用于最大效率。在其他实施例中，其他占空比可被用来容纳从经由本地能量存储的示例性并行升压电源接收功率的服务器计算设备的功率要求。在图3的示例性系统300中，晶体管360被示为由本地能量存储控制器271经由放大器361控制，但如本领域技术人员将明白的，同样可利用其他控制电路系统。

在本地能量存储控制器271以上述方式激活本地能量存储升压转换器电路270的情况下，变压器350的输出处存在的电压(结合缺少由功率因子校正升压转换器电路220输出的电压)可以使得二极管370变成正向偏置，从而使电功率能经由本地能量存储升压转换器电路270和现在被正向偏置的二极管370从本地能量存储260流向直流批量存储电路230。在一个实施例中，本地能量存储升压转换器电路270的各组件可基于本地能量存储260所输出的电压和通常输入到直流批量存储电路230的电压来选择。例如，直流批量存储电路230通常以约380伏操作，并且如果10个锂离子电池被用于本地能量存储260，每一锂离子电池输出约3.6伏，则变压器(如变压器350)可被选择成使得其绕组造成约为输入电压10倍的输出电压。

因为本地能量存储升压转换器电路270可以向直流批量存储电路230提供具有与功率因子校正升压转换器电路220所提供的电势相等的电势的电功率，所以直流批量存储电路230以及电源的其他“下游”组件不必被修改就能容纳对来自本地能量存储260的功率的接收。因此，具有本地能量存储的示例性并行升压电源可以用经济的方式来实现，因为只有本地能量存储260和本地能量存储升压转换器电路270以及可任选的本地能量存储控制器271需要被添加到现有电源电路系统。

在一个实施例中，直流批量存储电路230可以接收来自功率因子校正升压转换器电路220、本地能量存储升压转换器电路270或它们的组合的电功率。为了提供对电路的反向流动的保护，二极管(如二极管370和371)可被安排成“OR(或)”偏置，其中在任何特定时间点，二极管370和371中只有一个被正向偏置且因此允许电能流过这样的二极管。因而，例如，在输入电功率211存在时，二极管371可被正向偏置且二极管370可被反向偏置。在这样的安排中，电功率可流过二极管371到达直流批量存储电路230，但可被二极管370阻止流回本地能量存储升压转换器电路270。类似地，在输入电功率211临时不存在且控制器(如本地能量存储控制器271)已启用本地能量存储升压转换器电路270来向直流批量存储电路230提供电功率时，二极管370可被正向偏置，因为来自本地能量存储升压转换器电路270的电压可能大于在二极管370的另一侧上看到的任何电压，且类似地，二极管371可变成反向偏置并且因此可阻止电功率从本地能量存储升压转换器电路270流回到功率因子校正升压转换器电路220。

控制器(如本地能量存储控制器271)可监视输入电功率211，如虚线301所示。一旦本地能量存储控制器271检测到适当的电压存在于输入处，则它可从提供来自本地能量存储260的功率转移到消耗来自输入电功率211的功率。在一个实施例中，这样的转移可在定义的时间段期间递增地发生，从而防止输入电功率211的源(如发电机)过载。例如，在本地能量存储控制器271检测到适当的电压存在于输入处时，它可激活或可指令另一控制器激活功率因子校正升压转换器电路220，使得具有本地能量存储的示例性并行升压电源所提供的电功率的至少一部分源自输入电功率211。更具体地，功率因子校正升压转换器电路220中的一个或多个晶体管能以占空比来操作，使得少于100％的电功率源自输入电功率211。其余电功率可源自本地能量存储260，其中具有对本地能量存储升压转换器电路270的晶体管360的占空比的适当调整。源自输入电功率211的功率量可持续增加，直至功率因子校正升压转换器电路220被释放到以传统方式(其中所有功率源自输入电功率211)操作。本地能量存储升压转换器电路270随后可被禁用，诸如例如通过将晶体管360切换到关闭位置。

一旦功率再次完全源自输入电功率211，本地能量存储控制器271就可查看来对本地能量存储260再充电来为输入电功率211的后续丢失做准备。在一个实施例中，本地能量存储260可以从可例如向一个或多个服务器计算设备提供功率的同一隔离变压器电路240再充电。例如，如图3的系统300所示，在本地能量存储260所提供的电压小于从隔离变压器电路240中的绕组获得的电压时，二极管381可变成正向偏置。在这种情况下，从隔离变压器电路240流过正向偏置的二极管381到达电压调节器380(其可确保经调节的电压来用于例如本地能量存储260的电池310、320和330的再充电)的电功率。这样的电池的再充电随后可由本地能量存储控制器271经由晶体管311、321以及331来控制，如以上详细描述的方式。

在一个实施例中，本地能量存储控制器271可监视输入电功率211并在输入电功率211超过阈值量的情况下，可禁用本地能量存储260的再充电，如通过关闭晶体管311、321和331。在这样的实施例中，具有本地能量存储的示例性并行升压电源可以基于服务器计算设备的处理组件和其他组件的功耗来确定大小，并且不必包括用于对备用功率源(如本地能量存储260)进行再充电的任何附加容量。如果服务器计算设备正以上限阈值量来消耗输入电功率211，则本地能量存储控制器271可简单地禁用或不启用本地能量存储260的再充电，从而将所有输入电功率211留给服务器计算设备。相反，如果服务器计算设备正在以低于上限阈值量来消耗输入电功率211，则就可以存在附加功率容量，只要本地能量存储260需要再充电，则本地能量存储控制器271可使用该附加功率容量来通过例如激活晶体管311、321和331对本地能量存储260进行再充电。

转向图4，在此所示的图表400解说示例性功率图，该示例性功率图解说递增转移到来自本地能量存储的外部电功率以避免使一个或多个外部电功率源过载。在图表400所示的示例中，电网功率410(如由诸如公用电网等主电功率源提供的)可在时刻441停止供应，且可在此后非常短的时刻442变成零，如在时刻441之后的几毫秒。作为响应，本地能量存储控制器可以激活本地能量存储升压转换器电路以生成来自本地能量存储的本地能量存储电功率420，如以上详细描述的方式。本地能量存储电功率420可在时刻441被激活且可在到时刻442时提供例如服务器计算设备或其他类似设备的所有功率需求。

随后，在时刻443，与本地能量存储相关联的控制器可以检测到电功率输入处的电压的存在，这指示例如备用发电机已响应于丢失电网功率410而被激活。因此，在时刻443，控制器可激活功率因子校正升压转换器电路，使得自时刻443始发电机电功率430的指定增量被电压消耗，直至后续时刻444。同时，在时刻443与时刻444之间，控制器还可调整本地能量存储升压转换器电路的一个或多个晶体管的占空比，使得本地能量存储所提供的本地能量存储电功率420降低适当的量。在时刻444，类似过程可重复，其中发电机电功率430的递增地更大的量被消耗，同样通过调整功率因子校正升压转换器电路的一个或多个晶体管的占空比，并且本地能量存储电功率420的递增地更少的量被消耗。发电机电功率430的这样的消耗的增量式增加以及本地能量存储电功率430的消耗的对应的增量式降低可在时刻445、446、447、448、449、451、452、453、以及454重复，如按图4的图表400所示的方式。在时刻454，电源可能已转移到提供由例如发电机所提供的电功率，且本地能量存储不再需要提供任何电功率。通过实现延迟以及对从例如发电机消耗的功率量进行阶梯化，如以图表400所示的方式，发电机可避免被过载，即使数百或数千单独地电压各自以相同的方式操作且大约同时从发电机请求附加功率。例如，时刻443和时刻454之间的转移可以在几秒或更多的量级上，从而避免了发电机不能处理的瞬时功率要求。在一个实施例中，时刻443和时刻454之间的持续时间可以基于发电机或其他备用功率源的类型以及它们的与能够抵抗所请求或提供的电功率量的大变化有关的限制来确立。在一个示例性实施例中，时刻443和时刻454之间的转移可以在5和10秒之间。在另一示例性实施例中，时刻443和时刻454之间的转移可以在1和5秒之间。在又一示例性实施例中，时刻443和时刻454之间的转移可以在10和30秒之间。

转向图5，在此所示的流程图500解说可由如以上详细描述的具有本地能量存储的示例性并行升压电源的一个或多个控制器执行的示例性步骤序列。最初，在步骤510，可发现电功率的电压和外部源在可接受的范围之外，包括例如过高或过低。随后，在步骤515，本地能量存储升压转换器可被启用以提供来自本地能量存储的功率，并且本地能量存储的再充电可被禁用。在一个实施例中，诸如在电功率的外部源被发现具有过高电压的情况下，至少一些功率可仍然从这样的外部源获得，并且在步骤515可被启用的本地能量存储升压转换器可只提供附加功率来“弥补”差异。在步骤520，作出外部电功率释放已被重建的确定。如前所示，这样的确定可以基于外部电功率输入和电源的一个或多个控制器之间的感测通信耦合来作出。因此，在步骤520被指示为显式步骤时，这样的确定可以被持续地评估。

如果在步骤520，外部功率已被重建，则处理可进至步骤535，这在下文更详细地描述。相反，如果在步骤520，外部功率尚未被重建，则处理可进至步骤525，在此，确定提供电功率的本地能量存储的剩余容量是否已落在阈值之下。如果在步骤525，确定本地能量存储的剩余容量尚未落在阈值之下，则处理可循环回步骤520，如图所示。相反，如果在步骤525，确定本地能量存储的剩余容量落在阈值之下，则处理可进至步骤530，并且服务器计算设备(如消耗功率的服务器计算设备)可被通知或可被显式地请求降低功耗，使得在一个或多个外部备用功率源上线时，本地能量存储可继续尽可能长地为服务器计算设备供电。例如，服务器计算设备可临时具有消耗电能的冷却装置(如风扇)以降低电功率的消耗，因为对于临时时段而言，服务器计算设备能以比长期操作所需的温度更高的温度来操作它们的处理单元。作为另一示例，服务器计算设备可以临时减缓其处理器或以其他方式降低它们执行处理的能力或降低它们执行的处理量，诸如例如通过将进程卸载到一个或多个其他服务器计算设备，如数据中心中没有受停电影响的服务器计算设备。一旦在步骤530传送了通知或请求，处理可返回步骤520。另外，与步骤520一样，步骤525可以基于可被持续评估的感测通信耦合，而非所示的显式步骤。

返回步骤520，如果确定外部功率已被重建，则处理可进至步骤535，在一个实施例中，在步骤535，功率因子校正升压转换器电路可被递增地启用，使得所消耗的来自外部功率的功率低于增量式阈值，而其余部分然而源自本地能量存储，如以上文详细描述的方式。随后，在步骤540，在阈值时间量之后，功率因子校正升压转换器电路可被进一步启用，使得所消耗的来自外部功率的功率低于后续增量式阈值，该后续增量式阈值大于在步骤535处确立的增量式阈值。在步骤545，确定所消耗的所有功率是否由外部功率源提供。如果在步骤545，确定所消耗的功率的仅一部分源自外部，则处理可返回步骤540且在进一步的时间量之后，从所消耗的来自外部功率的功率可被增加，使得它小于进一步的增量式阈值。因此，处理可以继续，如以上文详细描述的方式，直至在步骤545，确定功率因子校正升压转换器已被完全启用且功率全部源自外部功率源。在这样的情况下，处理可进至步骤550，如在图5中所示，并且本地能量存储升压转换器电路可被禁用，从而停止从本地能量存储提供电功率。

在步骤555，一旦所消耗的所有功率由外部功率源提供，可以确定所消耗的功率是否低于电源的阈值。如果在步骤555，确定所消耗的功率高于这样的阈值，则处理可返回步骤555。一旦所消耗的功率落在阈值之下，则处理可进行编组560，并且可以发起本地能量存储的再充电。随后，在步骤565，确定本地能量存储是否已变得完全充电。如果本地能量存储尚未被完全充电，如在步骤565确定的，处理可返回步骤555，如上所述。相反，如果在步骤565，确定本地能量存储被完全充电，则相关处理可在步骤570结束。

如可从以上描述看到的，已呈现了具有本地能量存储的并行升压电源。考虑此处所述的主题的众多可能的变化，本发明要求保护落入以下权利要求书范围内的所有这样的实施例及其等效实施方式。

Claims (10)

1.一种电源，包括：

向耦合到所述电源的一个或多个设备供电的输出电路系统；

一个或多个能量存储设备；

耦合到所述输出电路系统以及所述电源外部的一个或多个功率源的功率因子校正升压转换器电路；所述功率因子校正升压转换器电路被配置成将来自所述一个或多个外部功率源的功率转移到所述输出电路系统；

耦合到所述输出电路系统以及所述一个或多个能量存储设备的本地能量存储升压转换器电路；所述本地能量存储升压转换器电路被配置成以与所述功率因子校正升压转换器电路所使用的电势相等的电势将来自所述一个或多个能量存储设备的功率转移到所述输出电路系统；

具有不对称转移特性的第一电组件，所述第一电组件位于所述本地能量存储升压转换器电路与所述输出电路系统之间，所述第一电组件被定向成使得功率流能够从所述本地能量存储升压转换器电路到所述输出电路系统以及防止功率流从所述功率因子校正升压转换器电路回到所述本地能量存储升压转换器电路；以及

具有不对称转移特性的第二电组件，所述第二电组件位于所述功率因子校正升压转换器电路与所述输出电路系统之间，所述第二电组件被定向成使得功率流能够从所述功率因子校正升压转换器电路到所述输出电路系统以及防止功率流从所述本地能量存储升压转换器电路回到所述功率因子校正升压转换器电路。

2.如权利要求1所述的电源，其特征在于，还包括控制器，配置成在所述电源外部的所述一个或多个功率源不再向所述电源提供功率的情况下，激活所述本地能量存储升压转换器电路。

3.如权利要求2所述的电源，其特征在于，所述控制器还被配置成执行包括以下的步骤：

确定所述电源外部的所述一个或多个功率源能再次向所述电源提供功率；

响应于所述确定，激活所述功率因子校正升压转换器电路，使得从所述电源外部的所述一个或多个功率源获得小于第一阈值量的功率，所述第一阈值量的功率小于所述电源所提供的功率量；

在所述激活以来的一延迟之后，递增所述功率因子校正升压转换器电路，使得从所述电源外部的所述一个或多个功率源获得大于所述第一阈值量的功率但小于第二阈值量的功率，所述第二阈值量的功率大于所述第一阈值量的功率，但仍然小于所述电源所提供的功率量；以及

重复所述递增，直至从所述电源外部的所述一个或多个功率源获得了所述电源所提供的功率。

4.如权利要求2所述的电源，其特征在于，所述控制器通信耦合到从所述电源汲取功率的计算设备。

5.如权利要求1所述的电源，其特征在于，还包括用于对所述一个或多个能量存储设备再充电的再充电电路，所述再充电电路包括作为所述输出电路系统的一部分的绝缘变压器上的绕组。

6.如权利要求1所述的电源，其特征在于，对所述一个或多个能量存储设备中的每一个的再充电是独立地控制的。

7.一种在获得来自外部功率源的功率与获得来自本地能量存储设备的功率之间进行转移的方法，所述方法包括以下步骤：

检测来自所述外部功率源的功率的损失；

激活本地能量存储升压转换器电路以便以与功率输出电路系统接收到的源自所述外部功率源的功率相等的电势来从所述本地能量存储设备向所述功率输出电路系统提供功率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：

确定所述外部功率源能再次提供功率；

响应于所述确定，激活功率因子校正升压转换器电路，使得从所述外部功率源获得小于第一阈值量的功率，所述功率因子校正升压转换器电路向所述功率输出电路系统提供源自所述外部功率源的功率；

在自所述激活以来的一延迟之后，递增所述功率因子校正升压转换器电路，使得从所述外部功率源获得大于所述第一阈值量的功率但小于第二阈值量的功率；以及

重复所述递增，直至完成从获得来自本地能量存储设备的功率到获得来自所述外部功率源的功率的转移。

9.一种控制器设备，配置成执行包括以下的步骤：

检测来自外部功率源的功率的损失；

激活本地能量存储升压转换器电路以便以与电源的功率输出电路系统接收到的源自所述外部功率源的功率相等的电势来从所述本地能量存储设备向所述功率输出电路系统提供功率。

10.如权利要求9所述的控制器，其特征在于，还被配置成执行包括以下的步骤：

确定所述外部功率源能再次提供功率；

响应于所述确定，激活功率因子校正升压转换器电路，使得从所述外部功率源获得小于第一阈值量的功率，所述功率因子校正升压转换器电路向所述功率输出电路系统提供源自所述外部功率源的功率；

在自所述激活以来的一延迟之后，递增所述功率因子校正升压转换器电路，使得从所述外部功率源获得大于所述第一阈值量的功率但小于第二阈值量的功率；以及

重复所述递增，直至完成从获得来自本地能量存储设备的功率到获得来自所述外部功率源的功率的转移。