CN105556798B - 并行冗余电力分配 - Google Patents

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Abstract

提供用于可靠的冗余电力分配的系统和方法。一些实施例包括微型自动转换开关(微型ATS)，包括便于在小的台面中(例如，小于十立方英寸，并且至少一个维度小于标准NEMA机架高度)的可靠的自动切换的功能的各种组件和技术。其他实施例包括将许多微型ATS集成到并行的自动切换模块中以便对许多设备进行冗余电力输送的系统和技术。并行的自动切换模块的实现方式被配置为安装在标准装备机架中、顶部或旁边。再有其他实施例提供利用微型ATS和/或并行的微型ATS模块的功能的电力分配拓扑。

Description

并行冗余电力分配
交叉引用
本申请是于2013年3月15日提交的、标题为“LOAD BALANCING FOR PARALLELREDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美国专利申请号61/798,155的非临时申请并且要求其优先权，并且也是于2013年2月26日提交的、标题为“PARALLEL REDUNDANT POWERDISTRIBUTION”的美国专利申请号61/769,688的非临时申请并且要求其优先权。另外，本申请是于2011年8月11日提交的、标题为“PARALLEL REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的美国专利申请号13/208,333(“‘333申请”)(美国专利申请公布号US-2012/0181869-A1)的部分继续申请，后者是于2010年8月11日提交的、标题为“HIGHLY PARALLEL REDUNDANT POWERDISTRIBUTION METHODS”的美国临时专利申请号61/372,752的非临时申请，并且来自于2010年8月11日提交的、标题为“REDUNDANT POWER DISTRIBUTION”的共同未决美国临时专利申请号61/372,756。’333申请是于2009年9月29日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFERSWITCH MODULE”的美国专利申请号12/569,733(现在作为美国专利号8,004,115发行)的部分继续申请，进而是于2009年9月14日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWITCH”的美国专利号12/531,212的部分继续申请，后者又是于2008年3月14日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWITCH MODULE”的PCT申请US2008/57140的美国国家阶段，其要求于2007年3月14日提交的、标题为“AUTOMATIC TRANSFER SWITCH MODULE”的美国临时申请号60/894,842的优先权。本申请是于2011年5月16日提交的、标题为“POWER DISTRIBUTIONSYSTEMS AND METHODOLOGY”的美国专利申请序列号13/108,824(美国专利公布号US-2012/0092811-A1)的部分继续申请，后者是于2010年9月27日提交的、标题为“PowerDistribution Methodology”的12/891,500的继续申请，后者是于2009年3月26日提交的、标题为“POWER DISTRIBUTION SYSTEMS AND METHODOLOGY”的国际专利申请号PCT/US2009/038427的部分继续申请，后者要求于2008年3月26日提交的、标题为“POWER DISTRIBUTIONMETHODOLOGY”的美国临时申请号61/039,716的优先权。像以全文阐述一样地通过引用将以上全部申请的内容并入本文，并且在美国法律允许的完整范围内要求这些申请的优先权。
技术领域
本发明涉及电力分配系统的设计和操作，并且具体地涉及电力的并行冗余分配，包括对诸如医疗背景下或数据中心环境中的关键装备的电力的分配。
背景技术
数据中心具有它们必须面对的与电力供应和管理有关的一组具体的问题。该领域中的传统技术从在典型的数据中心容纳非常少量的大型计算机并且变化速率很低的时候的先前工业电气实践发展而来。现在，数据中心经常包含数万电子数据处理(EDP)设备，并且具有很高的变化和成长速率。数据中心也正在经历例如由当前正在以每年大约1.2的速率增长的中央处理单元(CPU)电力消耗驱动的快速成长的电力容量需求。传统的技术不适合于应对这些变化速率，并且因此，数据中心在按缩放以满足那些需要方面具有极大的困难。
例如，在典型的数据中心电力分配系统中，分支分配电路是导致到插座的电力的损耗的大多数事故通常出现的区域。实际上，这是人们倾向于在负载的类型和量方面做出改变的地方。于是，电气故障的最常见的原因可能是由人对超过电路的容量的负载接通电源而跳闸的分支电路断路器。
在数据中心环境中，在存在数千分支电路的情况下，这个问题可能很复杂。而且，数据中心倾向于将每个分支电路的负载维持在它的容量的大约75％或更低，以便考虑可能在冷启动期间当所有连接的EDP装备同时加电(例如，这可以包括旋转起来的风扇、磁盘驱动器等)时发生的“涌入负载”。这典型地被看作最高负载场景；并且，如果没有考虑，则当它发生时，它可能使分支电路断路器跳闸。对这个问题的另外的贡献因素是许多信息技术(IT)或数据中心人员并不总是知道他们正在安装的装备的电力需求，特别是考虑安装装备的准确配置可能显著地改变它吸引的电力。
用来解决这个问题的一个传统技术是电力监测。可以使用电力监测设备(例如，经由具有安培表或电力分配单元(PDU)的插接板、包含连接到向数据中心地板上的装备机架供电的电力鞭(power whip)的分配电路断路器的壁装式或独立式单元)来确定当前的电力吸引。但是，由于至少先前讨论的原因，电力吸引的突然变化可以引起突然的问题，这将不容易通过这种设备补救。例如，当数据中心职员或用户安装新的装备时，他们可能使电路断路器跳闸，潜在地引起服务中断，使用电力监测设备可能不会及时地检测到这一点从而防止该问题。
对电力分配问题有贡献的另一个因素是，许多型号的EDP装备仅具有一个电力供应，因此具有一个电力线。对于医疗装备以及可能经常用于关键任务或生命安全角色中的其他类型的装备，这往往更加典型。但是，因为它们仅具有一个电力输入，它们可能易受由于电力故障而引起的停机时间的伤害。而且，仅具有单个电力线和/或供应可以使电力系统可能时常需要的维护复杂。实际上，当设备一次仅可以插入到一个电源时，即使有多个独立的电源可用，可能仍然如此。
用来解决这个问题的一个传统技术是安装自动切换的电力插接板。但是，那些插接板通常笨重且昂贵。而且，在数据中心中使用的类型通常在数据装备机架中水平地安装。这种配置可能占据宝贵的机架空间，并且往往由于其连接到两个不同电源的两个输入插头而占据甚至更多的机架空间。
发明内容
本发明涉及在包括在数据中心环境中的各种背景中的改进的电力的并行分配。具体地，本发明涉及提供用于在两个或多个电源之间切换(例如，由于诸如断电或电力质量问题这样的电力故障)的改进的自动转换开关(ATS)以及相关联的电力分配架构、组件和处理。本发明的一些目的包括下列：
提供与装备机架连接的高开关密度比率，使得开关的任何故障将影响少数(例如一件或仅几件)装备；
提供一种高度冗余、容错、可扩展、模块化的并行开关设计方法，其允许针对数据中心或其他环境中的各种自动切换需要来构造所需要的形状因子(form factor)的一族自动转换开关。
提供低的开关开销，使得最小化仅由开关占据并且不可用于装备的宝贵的机架空间。
使数据中心装备机架(2柱式)和/或机柜(4柱式)(在本文中，通过称为装备机架或“机架”而包含这两者)中的电力缆线布线和气流问题最小化；
允许例如在包括位于诸如加利福尼亚这样的地震活跃地域中的那些数据中心的数据中心中，在电力线的一端或两端合并锁定电力线技术以便进行更安全的电力输送；
提供一种使得数据中心地板空间的使用效率最大化并且允许部署最大数量的装备机架的替代方法；
提供一种紧凑型开关以及由这种紧凑型开关允许的机架/数据中心架构；
合并如在标题为“Power Distribution Methodology”的美国专利申请号12/891,500中所描述的各种电力输送、电力插座和/或电力线出口管理、监测和安全创新。这允许创建智能自动切换的电力分配方法，其合并自动切换作为电力分配方法的集成特征。这可以使用或者不使用水平或垂直形状因子的自动开关的外部的机架内插接板来实现；
提供用于增强的开关性能的各种电路，包含在紧凑型开关设计中；
允许使用较窄并且较浅的机架，从而允许更高效地使用数据中心地板空间和数据中心立方体积；以及
提供多个(两个或更多)开关的协调控制，这可能由于多相电力输送或其他原因而被期望的。
根据本发明，通过提供用于改进电力分配的各种系统、组件和处理来解决这些以及其他目的。如下面所讨论的那样，本发明的许多方面可适用于各种背景中。但是，本发明具有与数据中心应用有关的特别的优点。就这一点而言，本发明在使得数据中心环境中的电力分配效率最大化方面提供相当大的灵活性。本发明在设计对诸如由诸如Google或Amazon这样的公司或云计算供应商使用的服务器农场的电力分配方面是有利的。
根据本发明的一个方面，提供一种方法和装置(“公用设施”)以允许在装备机架处的高的开关密度而不将大量的机架空间专用于开关单元。高的开关密度是令人期望的，使得单个开关的失灵不影响大量的EDP。另一方面，通过可能每个开关占据机架空间的1u的常规开关单元的扩散化实现高的开关密度涉及在机架空间的高效使用方面的大量权衡。如这里描述的那样，可以不使用或极少地使用每个开关的专用机架空间来实现自动转换开关(ATS)的各种实例，从而能够实现高的开关密度，而对于机架空间没有任何过度的负担。
因此，所提出的公用设施涉及一种装备机架，其具有用于接收装备的许多端口，例如，其中每个端口可以具有1u的高度。应当理解，一些装备可以占据多个端口。装备机架系统包括安装在机架的至少一些端口中的多个、即N个EDP以及多个、即S个独立操作的ATS。每个ATS被配置为从第一和第二外部电源接收输入的电力，检测与第一外部源相关的电力故障(例如，电力断电或不可接受的电力质量)，以及当检测到与第一外部源相关的电力故障时自动地切换它的要耦合到第二外部源的输出电力馈给。
提出的装备机架系统具有被定义为S/N的开关密度比率。另外，装备机架系统具有开关开销比率，其被定义为仅由ATS占据的端口的数量对由ATS和EDP共同占据的端口的数量的比率，小于S/(N+1)。
例如，开关密度比率可以至少为1/4(并且更优选地为至少1/2)，并且开关开销比率可以小于1/5(并且更优选地，小于1/8)。在数据中心环境中，通常期望使用高的机架使得高效地利用数据中心的地板空间。例如，机架可以具有多于30u并且在一些情况下甚至多于50u的高度。而且，通常不期望出于相同的原因而留下许多机架空间未被占用。因此，为了实践的目的，预期数据中心将经常被配置使得EDP占据机架的至少20个端口。在这种情况下，本发明允许高的切换密度同时ATS占据不多于2个端口。例如，多个ATS(例如，12个或更多的ATS)可以布置在一个或多个外壳中，其共同地仅占据机架的1或2u。在下面描述的一些实现方式中，空间的机架端口的更多专用于切换单元，并且每件装备可以具有它自己的ATS(亦即，开关密度比率为1，并且开关开销比率为0)。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于在将冗余并行电力供应给电子数据处理系统时使用的公用设施。该公用设施涉及布置在外壳内的许多自动转换开关，外壳的大小被调整以适合在单个标准装备机架空间内。ATS的每个被配置为从布置在外壳外部的主电源接收第一电力馈给，从布置在外壳外部的次电源接收第二电力馈给，检测第一并行电力馈给上的电力故障，并且当检测到第一并行电力馈给中的电力故障时，将输出电力馈给从与第一并行电力馈给电气耦合自动切换到与第二并行电力馈给电气耦合。以这种方式，可以将许多ATS布置在单个机架空间中。
优选地，外壳具有不多于大约1.5u的高度并且可以具有1u的高度，亦即不多于大约1.75英寸。而且，每个ATS优选地具有每10个立方英尺至少大约2千瓦的电力密度。以这种方式，可以在标准机架的一个或两个u的空间封套内提供大量的切换容量。在某些实施例中，多个ATS可以布置在可以占据小于两个，例如一个u的机架空间的单个壳体中。例如，每个具有2千瓦的电力密度的12个或更多的ATS可以包含在1.5u或更小的机架空间中。这样的实施例允许消除机架中的装备旁边的插接板，从而允许更窄的机架以及数据中心地板空间的更高效的使用。
根据本发明的另一个方面，可以通过使用模块化构造方法来构造各种需要的容量和形状因子的一族并行的ATS，模块化构造方法论实现起来是有成本效率的并且提供对如此构造的ATS单元添加增加的可靠性的能力。如此创建的ATS能力也可以合并在例如诸如在标题为“Power Distribution Methodology”的美国专利申请号12/881,500中所描述的那样的各种装置中。这允许创建自动切换的电力分配方法，其合并自动切换作为电力分配方法的集成特征。
附图说明
结合附图描述本公开：
图1示出电力分配拓扑的示例；
图2示出针对典型的数据中心设计的电力分配；
图3示出电力效率如何随着在数据中心中使用的双变换UPS单元的负载改变而变化；
图4示出例示近年来使用大量服务器的大型数据中心的增长；
图5示出例示根据本发明的开关；
图6示出多头线(hydra cord)的示例；
图7示出根据各种实施例的示例性微型ATS的系统图；
图8A示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性“A”和“B”电力切换子系统的背景下的示例性电力供应子系统的电路图；
图8B示出如通常由HV通过一组电阻器所提供的15伏特电力供应的示例性细节；
图9示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性“A”电力电压范围检测子系统的电路图；
图10示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性“A”电力损耗检测子系统的电路图；
图11示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性“B”电力同步检测子系统的电路图；
图12示出在微型ATS的一些实施例中使用的“B”电力同步检测子系统和“A”电力损耗检测子系统的背景下的示例性“A”/“B”同步积分器子系统的电路图；
图13示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性定时控制子系统的电路图；
图14示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性“A”和“B”电力切换子系统的电路图；
图15示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性断路开关子系统的电路图；
图16示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性输出电流检测子系统的电路图；
图17示出在微型ATS的一些实施例中使用的示例性压电设备驱动器子系统的电路图；
图18A示出具有布置在拓扑的根节点中的ATS的电力分配拓扑；
图18B示出具有布置在更下游、在拓扑的分配节点中的ATS的另一个示例性电力分配拓扑；
图18C示出具有布置在再下游、在拓扑的叶节点中的ATS的又一个示例性电力分配拓扑；
图18D示出具有布置再下游、在EDP装备处的、在拓扑的末端叶节点中的又一个示例性电力分配拓扑；
图19示出根据一些现有技术实施例的示例性传统电力分配拓扑；
图20例示典型的双变换UPS单元的效率对负载的图；
图21示出根据各种实施例的示例性电力分配拓扑；
图22A和22B示出根据各种实施例的示例性并行微型ATS模块；
图23示出根据各种实施例的包括机架安装的并行微型ATS模块的示例性电力分配拓扑；
图24示出根据各种实施例的具有其展示模块化ATS概念的子组件的示例性电力模块；
图25示出根据各种实施例的展示模块化ATS概念的装配的电示例性的一组电力模块；
图26示出根据各种实施例的以许多形状因子组合以实现各种安培数容量的展示模块化ATS概念的示例性的一组电力模块；
图27示出根据各种实施例的合并模块化ATS概念的示例性的一对示例ATS设计；
图28示出根据各种实施例的展示模块化ATS概念的示例性控制逻辑；
图29示出根据各种实施例的展示模块化ATS概念的添加故障检测和管理特征的示例性控制逻辑；
图30示出根据各种实施例的展示模块化ATS概念的添加故障检测和管理特征以及控制逻辑冗余的示例性控制逻辑；
图31示出根据各种实施例的可以被用来使用模块化ATS概念提供高能量效率的方法以确保继电器功能、可靠性和服务寿命的示例性并行继电器负载均衡方法，以及使用大量并行继电器以切换比每个个体继电器的电力容量大得多的电力容量的任何其他设备；
图32-32K示出根据各种实施例的处理继电器偏斜和/或提高并控制继电器触点动作时间的方法的可能实例的各种细节和操作模式；以及
图33示出根据本发明的数据中心配置的示例。
在附图中，相似的组件和/或特征可以具有相同的参考标记。另外，相同类型的不同的组件可以通过在参考标记后面跟着在相似组件之间进行区分的第二标记来区分。如果在说明书中仅使用第一参考标记，则描述适用于具有相同第一参考标记的相似组件中的任何一个，而不管第二参考标记。
具体实施方式
下面的描述以两个部分中构成，部分1讨论数据中心电力分配中涉及的问题以及对于那些问题的本发明的解决方案，部分2讨论可以用来构造具有构建在相停机架/数据中心架构中描述的本发明的解决方案所需要的特征的自动转换开关的详细方法。应当注意，所描述的详细方法也可以用于构造自动转换开关之外的其他目的。
I.背景–电力分配可靠性和维护问题
分支分配电路是导致到插座的电力的损耗的大多数事故发生的区域。原因很简单，这是人们对负载的类型和量做出改变的地方。电气故障的最常见的原因是分支电路断路器由人将超过电路容量的负载插入在电源中而跳阐。最近的电力可靠性研究示出，UPS单元故障也是数据中心中的电力故障的重要原因。应当注意，某些UPS故障模式将影响UPS传递任何电流的能力。
在数据中心环境中，这个问题因存在数千分支电路的事实而变复杂。而且，在数据中心中，每个分支电路通常必须仅加载到它的容量的75％，以考虑在冷启动期间当所有连接的电子数据处理(EDP)装备同时加电(使风扇、磁盘驱动器等旋转起来)时出现的“涌入负载”。这是最高负载场景，并且如果没有考虑，则当它发生时，它将使分支电路断路器跳闸。对这个问题的贡献因素是大多数IT或数据中心职员并不总是知道他们正在安装的装备的电力需求将是多少，特别是在装备具有的准确配置中，其可能显著地改变它吸引的电力。
经常使用电力监测(经由具有安培表或电力分配单元的插接板(包含连接到向数据中心地板上的装备机架供电的电力鞭的分配电路断路器的壁装式或独立式单元))来确定当前的电力吸引。但是，由于先前所讨论的原因，数据中心职员或用户在他们安装新的装备时可能使电路断路器跳闸，可能引起服务中断。
注意：为了方便，我们将使用术语装备机架来描述经常用于2柱式和4柱式机架的术语“装备机架”和“装备机柜”这二者。
增加电力可靠性的方法在电力分配拓扑的各个点处使用自动转换开关(ATS)以提供从主电源到备用电源的自动失效备援(failover)。这典型地在电力分配拓扑中的三个点中的一个处实现，即分支电路起源的墙壁上的配电板、电力被馈给到插接板的机架中的分支电路的末端或者在插接板与正在被供电的EDP装备之间。
在电力分配拓扑中选择在哪里放置自动切换要考虑许多问题。
1.故障的域–这是在ATS无法正常工作的情况下将被影响的电力插座的数量。从数学上来说，在数据中心中使用的所有电力分配拓扑可以被看作有根的树图。
ATS的位置越靠近树的根，将受该ATS的动作影响的电力插座的数量就越高。这在图1中示出，其示出示例电力分配拓扑。为了这个讨论的目的，电力分配拓扑的图的根是核心电力基础设施的“下游”。根从开始于UPS单元或电力分配配电板。在这个模型中，电力分配面板是根或者是分配层节点。分支电路起源自电力分配面板并且在装备机架处结束。在机架处，电力经由插接板(其也被混淆地称作电力分配单元(“PDU”)，这是经常被应用于配电板的术语)来分配。插接板也可以具有在它们中的电路断路器。但是，为了该讨论的目的，将使用术语配电板和插接板。还应当注意，在下面的描述中，ATS单元也可以与母线槽而不是配电板一起使用。母线槽本质上是线性配电板。它们通常在诸如生产线这样的工业环境中使用，并且它们已经被采用在数据中心中使用。母线槽通常安装在高处并且与一排装备机架平行。它们工作起来像轨道照明，其中代替灯，插入分接头盒子，这是机械地和电气地连接到母线槽并且具有出口插座、出口抽头或者硬接线的出口接线的盒子。出口盒子通常合并电路断路器以限制分接头盒子的输出。
应当注意，大型数据中心经常具有许多发电机和UPS单元，因为对于可以购买的容量大小存在限制，并且如果超过那个限制，必须放入多个UPS单元并且并行地运行它们。在这种情况下的每个UPS将是电力分配拓扑中的根。类似地，将通常使用多个电路分配配电板，因为它们仅在电路断路器站的电力容量和数量方面变得如此大。而且，设置配电板以使平均电力鞭长度最小化是更高效的，所以往往尽可能多地使用以实现这一点。配电板典型地位于墙壁上，但是在一些数据中心中，特别是在超大型数据中心中，它们可以是位于地板上的独立式单元。
ATS开关可以与配电板一起使用，并且当主电源故障时，将给定配电板中的每个分支电路切换到次电源。但是，关于该方法的主要设计问题是，如果配电板处的ATS故障，则许多EDP设备将失去电力。典型的配电板具有225KVA的容量以及84或96个电路断路器站。这可以经由28-96个分支电路向近似多达40个机架供电(取决于分支电路的类型和数量以及每个机架使用的瓦特的平均数量)。在数据中心中40个机架由于ATS故障而操作失灵是主要的打击，这可以具有非常严重的服务影响。这种类型的故障已经在许多数据中心中发生。
2.电力分配效率–这是因将自动转换开关插入到电力分配系统中而“损耗”的电力的量。没有自动转换开关是100％有效的，它们都具有损耗因子。存在两种主要类型的自动转换开关，即基于继电器的和基于固态的。关于电力损耗和转换时间，它们具有不同的特性。电源之间的转换时间是重要的，因为在现代EDP装备中使用的电力供应仅可以容忍非常短暂的电力中断。在电力供应设计中使用的计算机及商业装备制造商协会(CBEMA)方针推荐20毫秒或更小的最大断电。最近发布的电力供应可能需要甚至更快的切换速度。
a.基于机械继电器的ATS
这些开关使用一个或多个继电器以在它们的输入电源之间切换。继电器具有两个主要的损耗因子，即继电器的触点面积以及继电器是否需要电力以使它保持在它传导电流的“接通”状态。仔细地选择和设计触点的形状和材料以使得跨越触点的电阻最小化，还在它们正在切换时最小化或防止跨越触点的电弧放电(arcing)。另外，因为一些电弧放电可能在一些情况下发生，所以必须将触点设计为使得非常不被期望的“焊接”触点焊缝的电弧的可能性最小化。
另一个设计问题是继电器的转换时间。触点被安装(通常在电枢上)使得它们可以移动以便完成它们的切换功能。触点质量、形状、运动范围、机械杠杆和用来移动电枢的力都是继电器设计问题。运动的范围由触点之间需要的间隙规定，以最小化最大的设计电流电平时的电弧放电。在增加最大的设计电流时，间隙必须也增加。必须通过施加给电枢的力对触点的质量加速，这具有实际的限制。这些因素对于可以通过一对触点发送的电流的量强加限制并且仍然维持EDP装备的可接受的转换时间。为了现代的切换电力供应的持续操作，EDP装备CBEMA方针推荐电力断电的大约20毫秒的最大值。如果电枢的质量和触点间隙太大，则继电器转换时间超过这个时间限制。
可以将在于2013年3月15日提交的、标题为“ACCELERATED MOTION RELAY”(美国序列号61/792,738)、“HYBRID RELAY”(美国序列号61/798,593)以及“SOLID STATE RELAY”(美国序列号61/792,576)的美国临时申请中描述的减少继电器转换时间的创新的方法(通过引用将其全部内容并入本文)一般地合并到自动转换开关中，并且具体地合并到在本文件中描述和合并的自动转换开关以及使用或可以使用将受益于减少的继电器转换时间的继电器的其他设备中。这样的方法的使用也可以允许针对必须在给定时限中转换的具体应用使用更宽泛的范围的继电器，一个示例将是通常不会转换得足够快以供使用的更大容量继电器(安培数容量和/或电压容量)的使用。
精心设计的基于继电器的自动转换开关具有大约0.5％或更小的损耗因子。它们还具有电力供应以向它们的通常在操作时使用范围为12-20瓦特的内部逻辑供电。
精心设计的基于继电器的自动转换开关具有大约0.5％或更小的损耗因子。它们还具有电力供应以向它们的通常在操作时使用范围为12-20瓦特的内部逻辑供电。
b.固态ATS
这些开关使用固态半导体来完成它们的输入电源和它们的输出负载之间的切换。它们可以比基于继电器的开关切换得更快，因为它们使用基于半导体的切换，而不是机械继电器。但是，半导体具有损耗因子，并且这种类型的开关的效率低于基于继电器的开关的效率，典型地大约1％。而且，它们通常不太可靠，除非它们构建有冗余的内部失效备援能力，这使得它们昂贵得多。另外，它们也具有电力供应以向它们的内部逻辑供电，取决于转换开关的大小以及由开关提供的冗余的级别，它们的内部逻辑通常在操作时使用12-200瓦特或更多的范围。
3.机架空间使用
数据中心中的机架空间是昂贵的。发电机、UPS单元、电力分配、活地板、计算机房间冷却、活地板等的数据中心基础设施是非常大的资本投资和很大的持续不断的运营费用。标准42U装备机柜中的1U的机架空间是在该机架中可用的空间的2.5％。在装备机架中大量地放置机架安装的自动转换开关使用大量机架空间，这代表可以用于EDP装备的空间的损失。这是非常不被期望的，这是没有实现它的一个原因。
应当注意，作为UPS单元的上游的转换开关是核心电力基础设施而非电力分配的一部分。自动转换切换在核心基础设施中实现，以确保到诸如公用设施电力网格馈给或发电机这样的有效电源的连接的持续性。可以处理在核心基础设施中需要的电力容量的基于继电器的开关的转换时间太慢，以至于不能避免由于先前描述的原因的所连接的EDP装备的停机(针对EDP装备，CBEMA方针推荐20毫秒或更少的时间)。这是这种类型的转换开关放置在UPS单元的上游的原因，在那里，这些开关在转换时造成的短暂的电力断电被UPS单元保护。所描述的作为本公开的一部分的该族模块化、可扩展、并行的ATS开关可以根据所需要的容量缩放并且具备足够快的转换时间，使得它们可以在电力分配拓扑中的任何一点中使用，包括核心基础设施，这是显著的优点。它们可以合并可以显著地增加它们的可靠性的容错设计特征，这使得它们更适合于在拓扑中的在ATS代表单点故障的点处使用。这使得能够使用现在没有使用的电力分配拓扑，其对于数据中心可以具有优点。例如，将位于UPS的核心基础设施下游中的ATS单元可以确保在UPS单元故障的情况下电力输送继续，这是重要的优点。
大型固态转换开关可以在核心基础设施中使用，并且它们快到足以在20毫秒的CBEMA方针下切换。但是，它们非常昂贵并且可能代表单点故障。而且，它们具有与流过半导体器件的电力相关联的不利的损耗。它们还比基于继电器的转换开关更易受灾难性故障的伤害，这是显著的缺点。
稍后将讨论如何能够通过并行地组合许多较小的Zonit微型自动转换开关来构造大容量、快速、高效且相对低成本的自动转换开关。这可以以各种方法来实现。一些根据需要使用集成的控制逻辑。模块化、可缩放、并行的ATS构思是可以被用来构造这样的开关的方法，并且可以合并Zonit微型自动转换开关的技术和创新。
II.发明概述–高度并行的自动切换的电力分配和适当的ATS设计，包括高度冗余、可缩放、模块化的ATS设计
A.高度并行的自动切换的电力分配
本发明的解决方案是创新的并且提供相当大的益处。它们包括在创建自动转换开关(ATS)时利用所做出的本发明的许多电力分配方法。作为描述性示例使用的自动转换开关，Zonit微型自动转换开关(μATSTM)合并在PCT申请号PCT/US2008/057140、美国临时专利申请号60/897,842以及美国专利申请号12/569,733中描述的发明，通过引用将它们全部并入本文。
当前的自动转换开关具有防止使用高度并行的自动切换的电力分配方法的某些实现方式的具体限制。它们太低效、消耗太多的机架空间并且成本太高。
ZonitμATSTM非常小(4.25″×1.6″×1″<10cu.英寸)、非常高效(<.2V@最大负载损耗)并且不需要机架空间，因为它的非常小的形状因子，它可以自安装在每个EDP设备的背面或者合并在用来安装EDP装备的机架的容积外部的机架的结构中或者机架安装的插接板中或者机架内或近机架的电力分配单元中。应当注意，μATSTM足够小，使得它也可以集成到EDP装备中。
这种小的形状因子也帮助使得能够使用24″外到外宽度的EDP装备机柜，其具有两个关键的优点，因为机架根据地板瓷砖网格对齐，所以它们恰好适合在2′×2′的活地板瓷砖上，其使得放在打孔的地板瓷砖中容易引导气流，并且它们节省珍贵的数据中心地板空间。这是真的，因为NEMA装备机架对于整体机架宽度不是标准化的，并且机架越窄，越多的机架可以适合在给定的排长度中。例如，24″机架将比非常常见的27″宽度机架节省3″，并且对于一排中每8个装备机架，这代表一个额外的机架。因为几乎所有的型号现在都利用前到后的气流冷却，所以现在这对于现代的EDP装备是实际的。侧向(side-to-side)冷却曾经常见，但是现在已经几乎完全消失。告诫是在24″机架的侧面存在非常少的空间用于像垂直插接板、自动转换开关等辅助装备，所以那些组件必须尽可能得小，使得它们可以安装到机架中。
μATSTM允许利用高效、有成本效率并且针对每个设备或接近每个设备的机架空间节省(1个μATSTM对1个EDP设备或者1个μATSTM对低整数个EDP设备的比率)的高度并行并且高度有效的自动切换的电力分配方法。应当指出，可以选择μATSTM单元对EDP装备的比率，以优化若干相互关联的设计约束，即可靠性、成本以及数据中心中移动EDP设备的容易性。1对1的比率针对每个设备使得电力可靠性和移动设备的容易性最大化，同时使其保持被加电。注意：这可以使用设备级ATS，特别是像的μATSTM的设备级ATS，通过进行“热行走(hotwalk)”来完成，其中通过首先拔掉一个ATS电力线、将插头移动到新的位置、拔掉第二ATS电力线等来移动设备。长的延长线使得“热行走”更容易。以太网缆线可以被拔掉并重新插入，而不会使现代操作系统受到影响，并且当这完成时TCP/IP连接将恢复。所以，它可以这样做并且已经这样做。显然，可以通过使用μATSTM单元对EDP设备的1对1之外的其他比率来减少成本。这种情况下的限制因素通常是μATSTM电力容量以及数据中心管理者愿意承受什么样的上升级别的风险，因为连接到任何ATS的设备越多，在其无法正常地工作的情况下的影响就越大。
传统的电力分配方法
典型的数据中心使用如图2中示出的电力分配设计。
它们使用双变换不间断电力供应(UPS)单元或者更最近地使用飞轮UPS设备。如图3中所示，在数据中心中使用的最佳的双变换UPS具有随着它们的负载变化而变化的电力效率。它们典型地平均为85-90％的效率，飞轮UPS单元在典型的负载水平平均为～94％的效率。当电力成本是稳定的、相对低的并且完全未意识到碳基燃料的气候影响时，这个级别的效率是可接受的。现在电力从廉价的商品快速地变成具有大量的经济和环境成本并且对国家经济和国家安全具有关键牵连的昂贵的购买。传统UPS供电的数据中心更典型地具有在88-92％范围中的效率，因为没有数据中心管理者想要以100％的容量运行他的UPS单元，因为对于任何所需要的装备添加、移动或改变不存在余地。另外，典型地，通常划分UPS单元之间的负载，使得每个具有全部数据中心的负载的大约1/2。在这种情况下，因为是冗余的，没有UPS可以负载超过50％，如果任何UPS必须能够在其他UPS故障的情况下承担全部负载。这将UPS效率推至更低，因为每个单元通常将不会负载高于40-45％，使得数据中心管理者具有一些可用的UPS电力容量用于数据中心中的EDP装备的添加、移动和改变。
图4例示重点。容纳非常大的数量的服务器的超大型数据中心的数量最近五年或更多年正在增长。服务器部署数量是巨大的。现今存在许多商业组织，其部署有超过一百万服务器。对于这种规模的设施和与日俱增的长期电力成本，对最大化电力使用效率进行投资在经济上、环境上以及在国家安全方面有很大意义。当讨论如何在数据中心中最佳地分配电力给它们的服务器和其他EPD装备时，这个问题将被进一步讨论，它是需要诸如所呈现的创新解决方案的重点。
当以“披萨盒”形状因子购买时，服务器当前是最具有成本效率的。在这些数据中心中部署的巨大数量的服务器当前几乎都是“商品”Intel X86架构兼容的CPU。这是向运行大型网站的大型服务器农场、运行VMWare或其他虚拟化解决方案的云计算以及高性能计算(HPC)环境中的大多数供电的东西。它是最有竞争力的并且商品化的服务器市场部分并且提供最佳的服务器“货真价实”。这是针于这些作用而选择它的原因。
商品服务器对于成本竞争力，特别是关于它们最初的购买价格，具有很大压力。这进而影响制造商产品经理选择最低成本的电力供应解决方案，潜在地以最佳的电力效率为代价，这是具有将在下面进一步讨论的影响的问题。
数据中心大小和服务器数量
存在有若干理由将多个(两个或N+1个是最常见的配置)电力供应放入到EDP装备中。首先是为了通过冗余来消除单点故障。但是，现代电力供应非常可靠，故障间平均时间(MTBF)值大约为100,000小时＝11.2年，远远超过EDP装备的典型的服务寿命。使用多个电力供应的第二个原因是为了允许连接到多于一个分支电路。如先前讨论的，这是电力分配的最常见的故障点。而且，通过允许一个停机而不影响终端用户EDP装备，具有双电力连接使得电力系统维护更容易。
但是，在EDP装备中放置多个电力供应具有成本。另外的电力供应花钱来购买。它们几乎总是特定于每一代的装备，并且因此必须在每个新一代装备中替换，对于服务器，这在一些组织中可能短至三年。
电力供应也具有损耗因子，它们不是100％有效的，并且制造电力供应的最便宜的方法是将它设计为以最佳预期负载的给定负载范围(通常+-20％的)最高效地运行。电力供应具有诸如图2中示出的与UPS单元类似的效率曲线。这呈现另一个问题。服务器制造商的产品经理可能以具有一个或两个电力供应的两种配置来销售那个服务器。在那种情况下，因为备货、销售和服务两种型号比一种型号的电力供应更昂贵，所以他可能选择指定仅一种电力供应型号。这用资本费用(服务器制造商可以较低的初始价格点销售服务器)来换取运营费用。这是因为在两个AC到DC电力供应的情况下，DC输出总线在大规模部署中最经常使用的商品服务器类别中将几乎总是公共分享的无源总线。添加到该类别的服务器的电源切换以重新获得效率(一次仅一个电力供应承担负载)对于正在服务的市场通常太过昂贵。这也添加另一个潜在的故障点，在需要更大的可靠性的情况下花费成本以进行冗余。
典型的现代EDP电力供应几乎都是自动换量程(auto-ranging)(接受110-240V输入)并被切换(动用交流电(AC)输入电力仅一小段时间，然后将该能量变换成直流电(DC)，然后重复)。这种类型的电力供应对电力质量问题更有抵抗力，因为它们一次仅需要“吸取”一口，而不是连续地。如果输入的AC电力电压范围被控制在已知的范围内，则它们将非常可靠地工作。它们不需要完美的输入AC波形来很好地工作。所必需的全部仅仅是它们在每“一口”接收充足的能量以及输入的电力在它们的电压范围容忍的限制内。这使得能够以非常合理的资本费用来使用比完全UPS供应的电力系统高效得多的数据中心电力分配系统。
使用高度并行的自动转换切换的非常高效的电力分配
在传统的数据中心电力系统中的损耗的主要来源是UPS单元。如先前讨论的那样，变换损耗是可能出故障的地方。通过使用经滤波的公用设施线路电力，能够避免这些损耗，但是这带来在下面讨论的使该方法实用而需要解决的一组问题。这种设计在下面的图5中示出。电力滤波通过作为一种非常高效(99.9％+)和成熟的技术的瞬态电压浪涌抑制(TVSS)单元来完成。
a.输入电压范围控制
现代的电力供应可以容忍宽范围的电力质量瑕疵，但是它们无法解决的一件事情是输入电力过电压过长。TVSS单元将对瞬态浪涌和尖峰进行滤波，但是它不补偿长时期的输入电力过电压，这些是经过的。为了防范这种可能性，如果公用设施线路电力电压超出范围，则正在讨论的数据中心电力系统必须通过切换到有条件的UPS电力来处理超出范围的电压(因为现代的电力供应不会因欠电压而损坏，但是将会关闭)。我们将讨论两种方法来做到这一点。电压感测和自动切换将被放置在数据中心电力系统中的其他点处，但是由于先前讨论的原因，所呈现的选项是最可行的。
可以实现过电压保护的第一位置在公用设施步降变压器。这种类型的自动换量程的变压器是可用的，并且可以从公用设施公司订购。它们在它们的输出线圈上具有一组分接头并且根据需要在它们之间自动地切换以将它们的输出电压控制到指定的范围。出于成本原因，公用设施公司通常不部署这种类型的步降变压器，但是如果需要的话，则它们可以被指定和改装。
数据中心电力系统中可以实现过电压保护的第二位置在电力分配拓扑中的ATS处。这可以在配电板处的ATS处或者在分支电路末端的ATS处或者在设备级的ATS处实现。由于稍后讨论的原因，选择最后一个。应当注意，基于半导体的ATS可以在UPS的上游使用，但是这是非常昂贵的，并且ATS的故障的结果可能是灾难性的，如果ATS单元无法切换，则所有被供电的EDP单元都可能使它们的电力供应损坏或毁坏。这是偶然发生的极大的不利方面。
b.所有单个电力供应(或线)EDP设备的自动切换
如果公用设施线路电力失效，则所有的单个电力供应EDP设备必须被切换到诸如UPS这样的可靠的替代电源。这必须在CBEMA 20毫秒方针内快速地完成。将所有这些设备直接插入到UPS中解决了可靠的电力问题，但是无法实现在公用设施电力停机时的期间内仅使用UPS来提高电力分配效率的目标。这在大型服务器农场中特别重要，其中成本约束是这样的：出于成本和效率的原因，极大地优选大量服务器的单个电力供应配置，并且服务将不会由于单个或几个服务器的损耗而中断很多或根本不中断。
c.EDP设备中所有双(或N+1)电力供应的自动切换
几乎所有EDP设备在设备中所有可用的电力供应之间共享负载。能够构建EDP设备，其在电力供应之间切换负载使得仅一个或多个是活动的供给而其他是空闲的，但是如先前描述的那样，出于成本和可靠性的原因，很少做到这一点。为了确保多电力供应EDP设备在公用设施线路电力可用的情况下仅动用经滤波的公用设施线路电力并且在公用设施线路电力不可用的情况下切换到UPS，次电力供应单元中的每个需要在公用设施线路与UPS单元之间自动切换。否则，UPS单元将承受数据中心负载的一部分，降低电力分配的整体效率。
d.谐波增强的电力负载浪涌的避免
如果公用设施线路电力故障，则所有EDP设备必须动用UPS单元直至发电机启动并稳定为止。在数据中心中使用的现代发电机具有控制它们的引擎“节流阀”的非常精密的电子装置。将发电机的控制逻辑设计为产生最大的稳定性和最优的效率。但是，花费一定量的时间来响应改变的电气负载、然后稳定在该新负载。如果放置在发电机上的负载以重复振荡模式太快地变化，则可能由于使它的控制逻辑失效并且强迫它尝试匹配电力需求的振荡而使发电机不稳定。这可能损坏发电机或者强迫它停机以保护自己。在任何情况下，数据中心都可能变得离线，这是非常不期望的结果。存在可能潜在地引起这个问题的若干可能的场景。
f.间歇性公用设施线路故障
公用设施线路电力在数据中心操作员的控制之外。它可能受天气、装备故障、人为错误和其他条件所影响。它可能间歇性地故障，这对于核心数据中心电力基础设施造成潜在的危险。如果公用设施电力间歇性地接通和断开并且接通-断开周期的定时在一定范围内，则公用设施线路源与发电机(甚至由UPS单元滤波)之间的自动切换可以导致谐波增强的电力负载浪涌强加在发电机上。这可能发生如下：
i.公用设施线路电力故障
ii.电力切换到UPS
iii.出现超时并且发电机自动启动
iv.发电机稳定并且切换到系统中，馈给UPS
v.公用设施线路电力返回，然后再次断开
vi.发电机将没有停机，但是核心ATS开关可能现在在发电机与公用设施线路源之间切换。
当线路电力接通回来时，终端用户装备ATS单元将返回到线路电力。该返回的定时是关键性问题。如果它对于发电机适当地响应来说发生得太快，并且公用设施线路电力以振荡的方式故障，则如先前描述的，发电机可能是不稳定的。
g.负载/电压振荡
当负载切换到发电机上时，特别是大的负载，它的输出电压即刻骤降(sag)。然后通过增加节流阀容积和随后的引擎扭矩来补偿，这增加输出电流和电压。存在使输出电压保持在所期望的范围中的机构，但是它们可能由于在恰好谐波频率的正确范围上切换进入和离开的负载而失效。这可能在电力分配系统经由将稍后讨论的机构在其中构建防止过电压的保护的情况下发生。最终结果可能是谐波增强的电力负载浪涌强加在发电机上。这可能发生如下：
i.公用设施线路电力故障
ii.电力切换到UPS
iii.出现超时并且发电机自动启动
iv.发电机稳定并且切换到系统中，馈给系统的公用设施线路电力侧。注意：这优先于通过UPS馈给来完成以便维持给具有EDP装备的机架的冗余馈给。
v.发电机在突然放置在其上的大的负载下骤降。然后，它通过增加它的节流阀设置来响应负载。
vi.发电机超过高度并行的ATS单元的高电压截断值，并且它们切换回到UPS，从发电机去除负载。
vii.发电机然后节流返回并且它的输出电压返回到正常值。
viii.高度并行的ATS单元切换回到发电机，使得它再次骤降。
步骤vi-viii重复并且可能使谐波增强的电力负载浪涌增进并且使发电机不稳定。
现在已经识别出必须解决以能够安全、可靠并且经济地使用经滤波的公用设施线路电力的四个问题。
1.输入线路电力电压范围控制
2.单个电力线EDP设备的自动切换
3.双或N+1电力供应EDP设备的自动切换
4.谐波增强的负载浪涌的预防
针对这些问题选择出的一种解决方案是在电力分配拓扑中的设备处或近设备级别地自动切换。这种解决方案具有将被讨论的优于自动切换的其他方法的许多益处，但是需要具有特定特征的自动转换开关。所选择的自动开关需要具有下面的特性。
●如果主电源可用并且具有充足的质量，则必须优选并选择主电源。这是必需的。对于正在讨论的电力分配系统，如果公用设施线路电力可用并且具有充足的质量，则为了最大的效率，想要所有负载放置在它上面。
●必须防范主电源上超出范围电压，并且如果主电源超出范围，则切换到次电源。如果主电源具有其他质量问题，则作为预防措施，ATS切换到次(UPS)电源，这也是所期望的，但不是必需的。如先前所提出的，这不是必需的，现代的电力供应对于除了输入电压范围之外的任何电力质量问题相对免疫，但是谨慎行事总没有坏处。
●必须在CBEMA 20毫秒限制内在两个方向上转换，即主到备用电源以及备用到主电源。
●在B到A切换中必须合并延迟因子(除非在B电源故障的情况下)以防止谐波增强的负载浪涌。所选择的延迟因子必须足以允许现代的发电机稳定它们的节流阀设置并且不振荡。
●应当最大化数据中心地板空间的使用的空间效率。存在两种方式来考虑这个问题，最大化装备机架的尺寸的效率和/或最大化机架用于安装EDP装备的空间的容积的使用的效率。这涉及若干因素的考虑。
a.EDP装备机架尺寸
标准的NEMA机架仅在一个维度上标准化，即以在机架中使用的垂直安装的凸缘的间隔(以及那些垂直安装的凸缘中的紧固孔的间隔)反映的安装在机架中的装备的宽度。对于总体宽度、高度或深度，它们不是标准化的。
高度通常由稳定性问题所限制，在没有特殊的支撑防止机架翻倒的情况下，大约50U(1U＝1.75″)接近实际的限制。深度通常受限于安装的EDP装备的投影的最大深度将是多少。大多数EDP装备的当前最大深度大约是36″，有一些例外。机架的整体宽度取决于设计者可能想要支持安装在机架侧面上、由安装在机架中的EPD装备占据的容积外部的什么种类的缆线敷设、电力分配设备以及冷却设备(有时)。最常使用的NEMA标准装备宽度是19″。
19″装备的大多数NEMA标准机架是大约27″宽，以允许充足的空间以在机架的侧面中安装各种垂直插接板。这些插接板(有时也称作电力分配单元)不具有工业标准化的尺寸，所以装备机架制造商难针以对所有可用的垂直插接板优化它们的机架尺寸。因此，机架的总体宽度和深度确定它的地板面积使用。通过消除对沿着机架的侧面(或者可选地沿着机架的背面)延伸的除电力线和网线之外的任何东西的需要，能够指定更窄的机架，降低至大约21″的宽度。这是更加具有空间效率的。例如，如果相比于27″机架使用24″机架(其恰好对齐到在大多数活地板中使用的2′×2′地板瓷砖上)，则可以在一排8个机架中部署一个另外的24″机架。这是数据中心地板空间使用率方面的显著增益。
应当指出，为了使用这个方法，数据中心设计者必须选择具有适当尺寸的机架，所以这在初始扩建期间或者当正在执行广大改造时最容易实现。
b.机架内装备安装容积的使用
另一个方法是不使用可以用于EDP装备的任何机架容积。这意味着ATS应当以零U方式安装或者以其他方式集成到机架中或机架近旁而不使用可以用来安装EDP装备的机架空间。它可以直接集成到EDP装备中。它也可以集成到插接板或诸如Zonit电力分配单元(ZPDU)这样的机架内或近机架的电力分配单元中，这用少量的机架空间使用换取在机架处接入控制给机架中的插接板的电力的电路断路器。在这种情况下，ATS功能必须集成到ZPDU的每个子分支输出中，使得每一个都自动切换。这对于一些数据中心管理者是潜在的值得做的权衡。如先前讨论的，机架空间非常昂贵。将它用于设备级ATS单元是没有成本效率的。
c.必须非常非常高效。当在设备级部署ATS单元时，将存在大量的ATS单元。所以，它们必须非常高效或者它们将消耗比它们值得实现的更多的电力，这导致最后需要的特征。
d.它们购买起来必须相对便宜。这具有两个方面：每一个花费多少；以及它将持续多长时间。两者确定所选择的ATS的成本效率。
e.必须高度可靠。这是必需的，否则电力分配设计将不可实现。
ZonitμATSTM具有所有所需要的品质。它的设计是特定于该组需求，并且合并实现那些需求中的每一个的专利未决手段。
●优选主源
μATSTM被设计为，如果主电源可用并具有充足的质量，则总是使用主电源。
●输入电压范围控制
μATSTM监测主输入上的电压，并且如果它超出范围，则切换到次源。当主源返回到可接受的范围并且稳定时，它切换回到主源。
●在CBEMA 20ms方针内在电源之间切换
μATSTM在14-16毫秒中从A切换到B。可以实现更快的切换时间，但是所选择的时间使得可以发起转换的假条件的拒绝最大化。一旦发起，B到A的转换时间大约为5毫秒。这是可能的，因为大多数B到A的转化发生在A电力已经返回之后，并且因此，μATSTM可以挑选时间来进行转换，两个电源都启动并且运行。
应当注意，μATSTM在正在被转换的源上“散布”负载。这是按照设计的。一群μATSTM单元在它们从B源到A源的转换的定时方面具有小程度的变化性，其不是非常实时的但是在电气事件时间上是显著的。这个变化“散布”被电源(例如发电机或UPS单元)所看到的正在转换的负载。这是因为随着大量的μATSTM在时间窗口中转换到电源，负载出现。这对于发电机和UPS单元是有益的，因为它在一段时间上分配大量的较小的负载，从而减小瞬时涌入。这是我们的电力分配方法的另一个优点。
●预防谐波增强的负载浪涌
当在B电力上在转换回到A电力之前，μATSTM等待指定的时间常数(除非B电力故障，则它立即转换到A电力)。时间被选择为在大多数典型的发电机的正常响应时间特性之外。因为发电机有时间适应于负载变化和稳定它的输出，所以这预防谐波增强的负载浪涌。
●必须不使用可能由EDP装备使用的任何机架空间
μATSTM是非常小的形状因子。如在美国专利申请序列号12/569,733(通过引用将其并入本文)中所示，它可以实现为安装到1U EDP设备上的自安装设备。它可以被部署为真正“零U”解决方案。
●必须非常非常高效
μATSTM极度高效，当在主电源上处于正常操作模式中使用少于100毫瓦特。
●必须便宜且长寿
μATSTM制造起来非常便宜。它设计使得它的预期使用寿命是20年或更久，并且这可以通过使用具有更长寿命的组件来容易地扩展到35年以上，这将稍微地提高成本，但是可能是值得做的权衡。
将μATSTM从每一代部署的EDP装备移动到下一代部署的EDP装备，并且将在它的预期服务寿命上回报非常低的年度摊余成本。
●必须非常可靠
μATSTM非常可靠。这是需求并且也是为了非常长的服务寿命而设计设备的结果。
现在可以讨论以设备级或近设备级地自动切换对比在电力分配拓扑中的其他点处的自动切换的优点。如所提出的那样，μATSTM以设备级或近设备级地进行切换，二者是可能并且期望的。下面描述并详述优点。
●可靠性
这容易理解。针对每个设备的电力可靠性级别，设备级的一群高度可靠的ATS单元产生比切换分支电路或整个配电板的传统ATS高得多，其可以因为涉及的统计。对比更接近于电力分配拓扑的根的ATS故障的机会，所有μATSTM单元同时故障并且因此影响所有自动切换的EDP设备的机会极小。考虑下面的示例。
具有200,000小时的MTBF的1个配电板ATS
在任意给定小时中，1/200000＝5.0e-06的故障的机会。
注意：这将是具有该MTBF#的非常昂贵的单元。
200个μATSTM单元，每个单元具有200,000小时的MTBF
任意给定小时中，每个单元1/200000＝0.005％的故障的机会
并且200个单元同时故障的机会
＝自乘到200次幂的200,000除以1
＝6.223015277861141707e-1061。
这是同时故障的基本上为零的机会，并且比具有200,000小时MTBF的单个ATS好超过1000级。对于实现比得上大量并行μATSTM解决方案的可靠性数量的单个ATS，其将必须是比200,000小时MTBF可靠得多的设备。
这是正在描述的数据中心电力分配方法的关键优点。对于数据中心操作员，特别是对于以每小时数百或数千或数百万美元来测量它们的停机时间的公司，可靠性是非常重要的。
●效率
特别是对于大型服务器农场，数据中心电力分配的任何方法必须是高效的。电力的上升成本和重要结果保证这一点。高度并行的、设备级或近设备级的自动切换的电力分配方法将是最高效的方法，其实现起来具有成本效率。对于这一点存在若干原因。
●累积的触点面积
如先前提出的，基于机械继电器的自动转换开关比基于固态的自动转换开关更高效并且在给定的成本级别更可靠。同样如先前讨论的，他们的损耗的最高点通常是触点电阻。这可以使用良好的继电器触点设计实践来最小化，并且增加触点的大小有帮助，但是对于可以完成什么存在限制。先前讨论的另一个限制是继电器转换时间。这限制可以使用的继电器的容量并且仍然保持在20毫秒CBEMA方针内。
以设备级或近设备级地并行地使用许多ATS单元对比更接近于电力分配的根的ATS单元，有助于解决这些限制并且增加电力分配效率。这是因为并行工作的许多ATS单元具有累积的继电器触点面积，其比可行地放入更高容量的基于继电器的ATS单元大得多，而不管该单元放置在电力分配拓扑中什么位置。并行的ATS单元也可以容易地具有足够快的转换时间，因为它们使用具有较快转换时间的较小继电器触点。模块化的、可缩放的、并行的ATS设计方法也可以具有足够快的转换时间。
●ZonitμATSTM效率
设计的较大效率的另一个原因是ZonitμATSTM的特征。低电力消耗特征在美国专利号8,004,115和它要求优先权的申请中充分描述。这对于能够实现所描述的电力分配方法很关键。μATSTM比具有相同电力处理容量的传统ATS单元高效10倍或更多。这是使得高度并行的自动切换的电力分配变成实际的必需特征。否则最终结果将是消耗更多电力而不是更少，不管所使用的切换单元的资本费用如何。相对于传统的ATS单元，模块化、可缩放、并行的ATS设计方法也有能力具有非常高的电力效率。
●成本有效性
任何数据中心电力分配设计在将被广泛使用并且接受之前必须具有成本效率。传统的接受的方法在被取代之前必须改进。μATSTM的低制造成本(相对于当前的同等容量的ATS单元)以及非常长的服务寿命使得它对于构建高度并行的自动切换的电力分配系统在经济上是实际的。模块化、可缩放、并行的ATS设计方法以潜在地甚至是更具有成本效率的方式来实现并行地使用许多μATSTM单元的益处。
●机架空间使用
数据中心装备机架或机柜中的空间非常昂贵，这一点先前已经提及。μATSTM不消耗任何机架空间，并且足够小以集成到安装EDP装备的机架中的容积的外部的机架结构中。作为示例，考虑下面的场景。数据中心中的大型服务器农场将往往在可能具有网络交换机的机架中包括许多“披萨盒”服务器。每个服务器可能使用～3-6瓦特的120V电力。这意味着15A ATS仅可以处理2-4个服务器。如果ATS单元是1U机架安装的设备，则使用每个15A ATS3个服务器的中间值，专用于服务器的机架空间的25％将被ATS设备消耗！这是太过低效的昂贵机架空间的使用，以至于不可行。
a)优化的机架尺寸
先前讨论的数据中心地板空间的高效使用的替代的方法是最小化机架自身的尺寸。这可以用下面的方式来实现。在高层，该方法采用Zonit自动切换技术并且使用不同的机械封装方法来部署它，与在这个和合并的文献中描述的方法相比较，其具有若干设计益处和一些设计权衡。本发明的目的包括以下：
●为了最小化电力缆线数量和布线问题，从而提高数据中心装备机架(2柱式)和/或机柜(4柱式)(此后，二者在文中都将称作装备机架)中的气流效率。
●为了例如在位于诸如加利福尼亚这样的地震活跃地域中的数据中心中允许在电力线的一端或两端合并锁定电力线技术以便进行更安全的电力输送。
●为了提供最大化数据中心地板空间的使用效率并且允许部署最大数量的装备机架的替代方法。
根据本发明通过提供用于改进电力分配的各种系统、组件和处理来解决这些和其他目的。如下面讨论的，本发明的许多方面可适用于各种背景中。但是，本发明具有与数据中心应用有关的特别优点。就这一点而言，本发明在使得数据中心环境中的电力分配效率最大化方面提供相当大的灵活性。本发明在设计给诸如由诸如Google或Amazon这样的公司或云计算供应商和其他所使用的服务器农场的电力分配方面是有利的。
根据本发明的一个方面，提供一种如图5中所示的用于经由插座(或硬接线的输出线)分配电力的方法和装置。该装置具有两个电力输入，一个来自“A”源，另一个来自“B”源。可以选择“A”和“B”电源的安培数以匹配自动切换的输出插座的数量以及它们预期的平均和/或最大电力吸引。装置从“A”和“B”源获得输入电力并且将它分配到包含在装置的外壳中的许多Zonit微型自动转换开关模块(或者作为单独部署的模块或者组合到一个或多个印刷电路板上的模块)。“A”和“B”电源可以是单相、分相或三相，但是在优选的实例中，二者将是相同的。Zonit微型自动转换开关模块的每个馈给位于装置的外壳的前面的输出插座(或硬接线的电力线)。可以提供可选地具有视觉电力状态指示器的两个或多个电路断路器，以允许将单元从馈给它的分支电路电气地断开。也可以包括另外的“视觉电路断路器”控制开关和指示器以提供将终端用户装备从各自的Zonit自动转换开关模块断开的手段。装置可以安装在机架内或其顶上或它侧面上。外壳的大小可以因Zonit微型自动转换开关的非常小的形状因子而最小化。它可以在高度为不多于两个NEMA标准机架单位(1U＝1.75″)的外壳内包含许多Zonit微型自动转换开关(“ZonitμATS”)模块。例如，可以在机架的1.5u内布置12个或更多的ATS，其每个具有每10立方英寸2千瓦特的电力密度。ZonitμATS模块可以构造成单独的或组合的电路板，以使制造的容易性和成本最优化。虽然外壳占据机架空间，但是通过消除通常在机架中垂直安装的机架内的插接板的需要，数据中心地板空间可以优化如下。最常使用的NEMA标准装备宽度是19″。
19″装备的大多数NEMA标准机架是大约27″宽，以允许充足的空间以在机架的侧面安装各种垂直插接板。这些插接板(有时也称作电力分配单元)不具有工业标准化的尺寸，所以装备机架制造商难以针对所有可用的垂直插接板优化它们的机架尺寸。因此，机架的总体宽度和深度确定它的地板面积使用。通过消除沿着机架的侧面(或者可选地沿着机架的背面)延伸的除电力线和网线之外的任何东西的需要，能够指定更窄的机架，降至大约21″的宽度。这是更加具有空间效率的。例如，相比于27″机架，如果使用24″机架(其恰好对齐到在大多数活地板中使用的2′×2′地板瓷砖上)，则在一排8个机架中可以部署一个另外的24″机架。这是数据中心地板空间使用率方面的显著增益。
根据本发明的另一个方面，可以提供多头电力线“多头线”。这种线可以硬接线到图5中示出的装置中或者可以提供插座。示例在图6中示出。可以改变多头线上输出头的数量以匹配到每个连接的终端用户设备的所期望的平均电力输出(或者到所选择的一组终端用户设备的总和的电力输出)。可以优化多头电力线(主馈给部分和到每个“多头的头”的单独的馈给)的长度和规格，通过优化每个多头线的线长度使得电传输损耗和电力线缠结最小化，从而将电力供应到装备机架中的具体的一组装备位置。可以使用一组近似大小的多头缆线来馈给机架中的具有所期望的任意间隔的每个装备位置，诸如一个均匀的装备安装空间“1U”为1.75垂直英寸。也可以改变来自哪些多头线的哪些头馈给机架中哪些“U”位置的模式，来控制哪个电力相位和源馈给每个“U”位置，无论期望什么原因，例如为了平衡电力相位使用。这是在美国专利6,628,009中描述的技术的示例使用，通过引用将其内容并入本文，就好像完整地陈述一样。
根据本发明的另一个方面，可以使用锁定电力线技术来提高电力输送的安全性。装置可以例如装备有用于120V服务的标准NEMA L5-15锁定插座或者用于200V+服务的NEMAL6-15插座。可以使用其他锁定插座类型。输出线上的“多头线的头”可以装备有使用在PCT申请PCT/US2008/057149和PCT/US2010/050548和PCT/US2012/054518中描述的技术的IEC锁定技术(IEC C13和C19将是在IT装备中最常使用的类型)，通过引用将其内容并入本文，就好像完整地陈述一样。
根据本发明的另一个方面，描述的装备可以合并在美国专利6,628,009和PCT申请PCT/US2008/057140和PCT/US2010/050550中描述的技术中，通过引用将其内容并入本文，就好像完整地陈述一样。该装置在作为在美国专利号6,628,009中示出的新颖的实现方式的Zonit电力分配系统的实例中合并并行的自动切换的功能。为了自动切换多相电源，优选的实例将采取“如果多相电源中的一个相位故障，则所有相位切换到替代的电源”的规则。为了实现这一点，将修改单相自动转换开关中的每个中的逻辑以实现该功能。
另外的可能的精化将是使用两个(或多个)uATS模块来监测多相电源的相位中的每个。两个(或多个)模块将担当用于确定何时将继电器(其中，针对多相电源的每个电力相位通常将仅存在一组继电器)从A切换到B电源以及从B返回到A的主和备用逻辑。另一个可能性是使用多于两个模块并且使用决定何时将继电器(其中，针对多相电源的每个电力相位通常将仅存在一组继电器)从A切换到B电源以及从B返回到A的主要方法。一个示例将是使用三个模块并且设置逻辑使得三个中的至少两个在可以进行切换之前同意切换电源。这些“多uATS”方法的优点在于，它们消除多相切换装置中的单点故障。
根据本发明的一个方面，公开一种用于以各种形状因子实现一族模块化的、可缩放的、可选地容错的、并行的ATS单元的方法。本发明的这个方面描述如何实现已经讨论的期望的ATS功能和高度并行的电力分配方法的一种可能实例。根据该方法构造的ATS单元可以跨越范围宽泛的电力容量并且可以在数据中心的电力分配拓扑中所需要的任意点处使用。它们都可以具备足够快的转换时间以与EDP装备相兼容(如果那是设计需求)。使用该方法设计的模块化的并行的ATS的另一个重要特征在于，它可以是高度容错的并且包含可以在故障发生时被取代的可热交换的子组件。(这是非常重要的特征，因为它将并行ATS的平均修复时间在函数上降低到零，因为它从不需要停止服务来修复子装配故障。这匹配现代的数据中心需要的7×24×365没有停机时间的服务级别可用性的需要)。
转到图25，显示根据本发明构造的电力模块的示例性示例。PCB板2500包含许多继电器2501和可变电阻器2502。在该文档中随后讨论的用于涌入控制的热敏电阻器(themistor)没有被示出，但是可以集成在板上。注意，可以改变所选择的继电器的数量和规格以满足期望的设计目标。针对120V和240V操作示出两种可能的继电器选择。限制因素是继电器的飞行时间(flight time)低于最大设计限制(例如14毫秒)以实现期望的功能。板既具有用于继电器的控制的电气控制连接器，又提供由可选的电流变压器2503或位于板上的其他测量电路或设备以及电力导体连接器2504所测量的电力特性的报告。板装配到具有壳体2506的基础继电器模块2505中。许多基础继电器模块(在本示例中5个)然后经由电力导体装配2507装配到经由模块继电器驱动器和故障扫描板2509的添加而完成的另一个子装配2508中，模块继电器驱动器和故障扫描板2509经由它的电气控制连接器连接到各个电力模块中的每个并且然后将它自己的一组电气控制连接器经由边缘连接器2511连接到ATS基板2510。子装配2508的电力连接器然后经由电力导体装配2507加入到连接器2513以附接到ATS基板2510。完成的子装配存在于壳体2515中。子装配然后放置在具有用于电力2513和控制/监测2511的匹配连接器的ATS基板2510上。可以设计ATS基板具有电力和控制/监测连接器，如先前讨论的，其允许每个子装配在故障的情况下热交换。应当注意，如果ATS合并热交换特征，则用来允许这一点的方法本质上是N+1方法(虽然取决于涌入电流额定值对比期望的稳态电流额定值，可以指定N+2、N+3、……、N+Y方法)，其中总是存在一个或多个子装配是冗余的并且当另一个子装配失效且需要停止服务然后被替换时可以被使用。这也允许ATS设计有利地容忍作为对于数据中心电力分配是典型情况的在启动时的更高的涌入电流。可以在涌入启动期间使用冗余的模块，并且在建立起稳态电流时使它们停止服务。还应当注意，容错可以在ATS的不同级别实现。每个基础继电器模块可以合并可以在个体继电器故障的时间点用来取代有缺陷(或者不合规格)的继电器的冗余的备用继电器。故障的继电器可以被标记为有缺陷的/停止服务，并且基础继电器模块中的冗余继电器可以取代它。这种形式的容错的优点在于，它可以实现更长的平均修复时间的功能性，这在许多操作环境中是有利的。还应当注意，可以用与先前对于冗余的子装配所描述的类似的方式使用冗余的继电器，以针对在冷启动场景或其他环境期间可能发生的涌入来提供另外的电流容量。
ATS基板2510具有用于可以合并容错扫描选项的ATS控制逻辑模块2516的连接器2517。故障扫描选项监测每个个体基础继电器模块(包括每个单个继电器)、每个子装配以及作为整体的系统的功能和健康。如果发现故障，则包含故障的子装配可以停止服务，并且它的功能由冗余的子装配接管。经由通信模块报告故障并且有缺陷的组件然后可以被取代而不使得ATS停止服务。控制逻辑模块功能也可以被冗余地实现、监测其功能和健康，并且模块制造成可热交换的。控制模块也可以添加另外的控制冗余特征，用于下面讨论的提高的ATS可靠性。控制模块也可以合并通信接口用于ATS单元的远程命令、控制和监测。图24例示模块化的ATS的每个子单元的电力容量以及它们如何从8A-240V继电器的基础构建块自始至终逐步地组合成2000A-240V模块化ATS单元。根据期望和需要，可以使用模块化并行ATS方法构建更大的容量。
可以使用其他封装方法以在以其他形状因子、以其他成本点、带有或不带有如先前讨论的电流监测和故障监测和冗余特征地设计模块化ATS单元时提供另外的灵活性。这在图24中例示。在该示例中，基础继电器模块2401经由控制连接器板2402和电力母线连接器2403装配成子装配。基础继电器模块和电力连接器可以是与在图24中的示例ATS中所使用的相同的组件，使得跨越产品线家族而具有成本效率。子装配2404使用电力接入连接器2405将电力母线连接器连接到ATS单元的接线线束。控制模块2406包含在具有用于继电器控制和可选的监测/容错功能的电气连接器2407的壳体中。控制模块然后经由适当的缆线2408连接到电力子装配。如果期望的话，它可以通过使用容纳在单独壳体中的冗余控制模块(该变型没有在图中示出，但是注意总是存在可用于插入第二控制模块的连接器2409)或者在相同壳体内合并冗余的控制模块来冗余地实现。可以选择这些设计选择来满足每个具体产品的期望成本、功能性和可靠性目标。图26示出多个子装配如何可以以不同的几何布置来组合以实现适合于不同形状和大小的外壳、具有增加容量的模块化ATS单元。它们也展示如何用相同的构建块来容易地构造被设计为与多相电力输入一起工作的模块化ATS，唯一的差别是在下面讨论的处理每个电力相位所需要的控制逻辑同步。例如，A-B多相输入(源A-相位X、Y、Z以及源B-相位X、Y、Z)每个可以适当地接线到用来构造在图26中示出的模块化ATS单元2602和2604的六个基础装配2601单元。
模块化并行ATS的封装的灵活性可以被用于在各种情况下的重大优点。作为示例，子装配单元2508可以重新设计为连接到与现代的配电板非常相似的并且可以使用诸如母线、开孔面板、外壳等可以用来制作现有的电气配电板的相同或类似的构建块的结构中，并且具有批量生产和已经由合规性组织(例如美国保险商实验室)根据规范要求(例如国家电气规范)认证的重大优点。子装配单元可以使用当前电路断路器在配电板中使用的相同的精确类型的母线连接片。它们因此可以容易地保持可热交换的能力。它们可以被用来创造具有可调节电流容量的模块化并行ATS，仅仅根据需要添加子装配模块来增长ATS的容量！这可以被用作降低具有容量增长能力的模块化并行ATS的基础型号的价格的方法。这个特征可以合并在具有热交换选项的模块化并行ATS家族的任何适当型号中。控制连接器和控制逻辑板可以适合于安装在标准大小的配电板外壳中。诸如在配电板和相关产品中使用的现有的、被认可的电气组件的使用可以进行生产潜在地更具有成本效率并且更快速进入市场的各种模块化的并行ATS。当前由另一个供应商提供的任何其他监测和管理能力可以共存于单独的逻辑设备上的外壳中，并且容易地与模块化、并行ATS控制逻辑单元对接，并且向产品供应提供增强的功能性。
应当注意，模块化并行ATS技术提供针对期望的故障间平均时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)目标值来设计具有成本效率的单元的能力。这是因为可以在几个点根据需要调整设计中的冗余级别：
●在基础继电器模块级–可以根据需要改变每个基础继电器模块上的冗余继电器的数量以提供所需的冗余。
●在子装配级–可以根据需要改变可热交换的子装配单元的数量以提供所需的冗余。
●在控制模块级–可以根据需要改变可热交换的控制模块的数量以提供所需的冗余(具有自身健康报告两个模块应当是足够的，但是如果期望的话，可以添加更多)。
针对需要的MTBF和MTTR级别的具有成本效率的设计的这种能力允许考虑其他电力分配拓扑选项。而且，模块化并行ATS单元的故障模式不同于传统ATS单元。实际上，在单元中不存在可以故障并使整个ATS停机的单个组件。这是重要的差别，并且与故障模式的差别相结合的针对可靠性和修复目标进行设计的能力使得能够以不遭受传统ATS单元的缺点的许多方式来使用模块化并行ATS。
如先前提出的，MTBF为200,000小时的单个传统ATS单元比电力分配拓扑的较低级别的一组ATS单元(分支、叶，关于这些定义参看图1)不可靠得多。但是，如果期望并且有用，则可以使用这里描述的方法构造具有足够高的MTBF和MTTR值的模块化并行ATS设备，以在电力分配拓扑的较高级别的切换(根和核心基础设施，对于这些定义参看图1)中使用。MTBF和MTTR目标将需要是相当高的，但是可以使用模块化并行ATS来满足它们。模块化并行ATS的这个使用是创新的，因为由于它处理子组件故障的方式而在本质上消除使用ATS切换的缺点，并且因为它为EDP装备提供减少的成本、足够快的切换时间以及比当前用于该作用的固态ATS单元更高的效率等益处。
模块化并行ATS方法提供的灵活性非常有用。它允许以在数据中心电力分配中非常有用的形状因子和容量构造ATS单元。两个示例在图27中示出。二者都是可以经由插座或插座馈给多头线或硬接线到ATS单元中的多头线(没有示出)连接到终端用户装备的单元。后者选项是用于构建机架内或近机架的电力分配系统的具有成本效率的方法，该电力分配系统是自动切换的并且具有被优化为最少量的电力接线馈给电力到机架的每个1U(或其他模块)的多头线的每个元件的长度和规格。这通过最小化过量的电力缆线敷设来促进高效的冷却气流。它对于大规模的计算环境(Google、Ebay等)特别有用，其中提前设计并且知道机架中放置的EDP装备的配置，并且具有EDP装备的机架作为单位投入服务并且在它的服务寿命结束时作为单位被取代。另一个有用的形状因子是被设计放置在机架中以最小化它的机架空间的使用(连同它正在供电的EDP装备)的模块化ATS。示例将是在N+1配置中具有四个电力供应的EDP终端用户设备。这种设备不能冗余地连接到两个A-B电源，因为它需要电力供应中三个运行以发挥作用。解决方案是自动切换A-B电源到每个电力供应。这种设备通常相当大并且占据机架中的多个1U空间。被优化以与这种单元一起工作的自动开关可以优化地使用通过存在于它后面、但是在机架中相同一组1U空间中的、允许自动开关与EDP单元协同定位的外壳。在这种情况下，将塑造ATS外壳的形状以最佳地与EDP装备一起工作并且提供需要的气流路径，使得EDP装备可以适当地冷却自己。模块化ATS也可以集成到EDP装备自身的外壳中。模块化ATS方法论使得更容易适应这种形状因子需求。还应当注意，ATS的这种使用是新颖的，在EDP制造商可用的电力供应具有这种大小和容量使得EDP单元需要运行在奇数(而不是偶数)个电力供应(不包括1)上的情况下，它允许使用较少的电力供应(并且每个电力供应具有最小的损耗因子，所以使用较少的电力供应更高效)。在这种情况下，可以通过合并电源的自动切换将EDP单元设计为在A-B电力上是冗余的。
图28示出根据本发明构造的模块化ATS的控制逻辑的示例功能框图。示出的控制布置是用于单相电力的，但是如下面描述的那样，可以容易地适配于多相电力。图29示出添加可选的通信控制器和可选的容错模块的控制逻辑的示例功能框图。如先前描述的，容错模块监测基本的继电器模块以及包含它们的子装配的状态和条件。它也控制任何故障的子装配的禁用以及冗余的子装配在它们位置中的代替。图30示出添加可选的控制冗余特征的控制逻辑的示例功能框图。在这个变型中，控制逻辑被复制成三个不同的子部分，并且比较每个子部分的输出，使得如果一个有错误，则它的结果将被另外两个的结果覆盖。这种类型的逻辑控制被称作“多数投票”或“告诉我三次”，并且最著名地在为阿波罗计划设计的帽盒航天计算机中创立。由于它对由伽马和在地球大气层外部发现的其他辐射类型引起的计算误差的抵抗性，所以它仍然常用于航天器的控制逻辑中。模块化ATS可能希望使用这种类型的逻辑的原因在于它的非常高的MTBF额定值以及对错误的逻辑输出的抵抗性。用这种类型的逻辑构建的ATS将几乎从不会有逻辑故障。ATS中最常见的故障点是继电器、逻辑和逻辑电力供应。所描述的模块化并行ATS设计使得所有这些都是冗余的、容错的、可监测的以及可热交换的。最终结果是给出适当的维护，将可能以几乎无限的正常运行时间运行的ATS，满足现代的数据中心的需求。
呈现的示例控制逻辑设计可以实现成模拟的、数字的或混合的(混合的模拟和数字设计)。数字逻辑可以实现为离散的数字方法或诸如PAL、FPGA等其他方法。方法的选择将由可用的组件、成本约束以及诸如进行难以逆向工程和复制的实现的其他设计标准来指定。
图31显示根据本发明构造的电流共享设计的示例性示例。在电流设计容量时各个继电器的容量的总和的并行阵列或继电器集合(具有一个或多个继电器的集合)中，必须解决的关键设计问题是如何适当地管理跨越所有继电器的电流以确保它们中没有过早地故障。这在电流涌入期间和在切换发生时特别重要，因为不是每个继电器都将具有完全相同的电阻和转换时间。
考虑是，当许多组继电器在阵列中并行连接时，应当维持那些继电器之间的电流共享使得没有一个继电器或继电器的组合是不平衡的。否则，一个或多个继电器可能遭受多于它的额定容量。这可以使得继电器失效故障和/或缩短它的正常操作寿命。如果电流共享不足够均匀，承载过量电流的继电器将可能故障，引起故障的级联。为了预防这一点，应当使用一些方法来保证电流共享。这部分描述处理这个问题的设计选项，它们应用于模块化并行ATS。
存在必须跨越并行的继电器的集合平衡电流的两种状态。状态是：1)恒定的电流流动；2)如当并行ATS切换时发生的那样地，在并行的继电器的集合打开或关闭时。
在这两种状态中确保平衡的电流流动的问题是相关的，但是每个具有一些不同的考虑。在恒定的电流状态中，主要问题是管理跨越并行继电器集合的电阻，以确保不超过每个个体继电器的容量限制并且优化并行ATS的总体效率和可靠性。跨越并行继电器集合的电阻的变化由通常在正常生产批次容差内考虑的生产继电器的操作特性的小变化引起。它也可以是并行ATS的制造和生产中的生产容差变化的结果。
当并行继电器集合打开或关闭时，因为通常在正常生产批次容差内的生产继电器的操作特性的小变化，继电器也将不以完全相同的定时打开或关闭。这称作继电器偏斜(relay skew)。继电器偏斜也可以作为并行ATS的制造和生产中的生产容差的结果而引起。存在许多方法处理并行ATS设计中的继电器偏斜的问题。
1.继电器生产前选择–该方法预先测试继电器的批次以确保它们全部足够接近于指定的一组操作容差以便在并行ATS应用中工作。
2.继电器定时补偿–该方法改变被发送以致动每个继电器的控制信号的定时，使得补偿每个继电器的致动时间的变化并且并行继电器集合以减小至期望值的继电器偏斜来操作。每个继电器(和/或继电器集合)的致动时间可以作为数字值来测量和存储，作为并行ATS的生产处理的一部分，并且可以每当并行ATS切换时实时地测量和存储，从而提供在继电器的寿命期间调节控制信号定时以及监测继电器的健康并且通知继电器(或它作为一部分的模块)应当何时停止服务和/或被取代的能力。
3.电流限制/转向–如果并行继电器集合被选择为具有足够严格的操作容差，则它们将以相对短的时间间隔全部打开或关闭。但是，不管继电器定时相对于彼此如何接近地匹配，都将存在区分每个继电器的某段时间。这意味着预防对并行继电器集合的损坏的另一种方法是限制(或延迟)在某些关键时间段中(例如当继电器刚好打开或当它们刚好关闭时)施加给它们并且可能由于施加超过它们的额定容量的电流而损坏的电流。这可以由三种方法中的一种来实现。
a.电阻–如果在关键的时间段期间可以应用足够的路径中的电阻，则可以限制电流，并且将不会损坏并行继电器集合。可以经由例如电阻器、负温度系数(NTC)电力热敏电阻器等许多方法在并行ATS的电力路径中的输入、输出或者所选择的点上应用电阻。
b.电感–可以在短的时间段上使用电感器来限制瞬态电能的变化率，限制在关键时间期间跨越并行继电器集合的电流值。
c.转向–可以使用快速作用的半导体开关(例如三端双向可控硅开关元件)在需要时(例如在关闭时的关键时间段期间)将并行继电器集合周围的电流路径转向。这个技术也具有并行继电器组(并且因此并行ATS)的转换时间变得可编程的优点，其中更低的限制是以亚微秒测量的半导体切换设备的切换时间。
模块化并行ATS的变型可以以任意组合使用这些技术的任意或全部来产生针对电流负载均衡(包括继电器偏斜)的问题的高效解决方案。下面更详细地描述解决方案的一些优选的实例。
1)恒定的电流负载共享。
在传统的并行继电器或者任意类型的开关中，小的电阻放置在每个继电器阶段的输出中，这将帮助在阵列之间平衡负载。这是一般的实践。如果小的电力损耗是可接受的，这行得通。这是行得通的方法，但是不是模块化并行ATS的最佳解决方案，因为它浪费电力。
在模块化并行ATS中，通过合并小的电阻作为电力输送路径的一部分来实现负载共享。简单地放置继电器触点的电阻以及用来将各个继电器附接到输入和输出总线的引线，提供足够的电阻来平衡计划在生产单元中使用的高量、高一致性继电器。像在制造的所有情况下一样，存在一定数量的单元将落在预期的容差变化的“正常”范围之外。这些设备将不可避免地具有对它们的单元传递太多负载(低于标称电阻)或者没有传递它们的电流份额(高于预期电阻)的特性。在这些情况中的任何一个下，可以通过在阵列中供给一部分冗余空闲继电器来处理有缺陷的继电器的电流，并且简单地不接通有缺陷的继电器来解决问题。这需要存在对阵列中的所有继电器的监测。可以在作为模块化阵列的一部分的每个单元上使用电流感测变压器来做到这一点。有故障的继电器在被确定为不可再使用时退役，并且由控制器设置指示应当替换有故障的模块的警报。如先前讨论的，模块化系统的设计允许在阵列的剩余部分工作的同时的“热交换”或者故障组件的更换。
2)个体继电器关闭或打开时的电流共享
当继电器阵列(或集合)并行连接时，因为机械变化，触点中的一些将在其他之前或之后连接或断开。时间的分配在机械组件中固有的。即使制作非常精良的机械组件也将具有不同的事件持续时间。这些变化可能在几个微秒的等级上，或者大约一毫秒。无论如何，在某个级别的时间，整个阵列中的一个继电器将首先进行接触，并且一个将首先打破接触。然后另一个，然后另一个，以此类推，直至所有都已进行过渡为止。就考虑电学而言，从第一到第二继电器过渡的时间在功能上不相关。第一继电器进行接触将承载所有可用的电流，直至另一个在那里共享它为止。在源和负载侧连接到非常低的阻抗的大量并行阵列上，电流将高到足以损坏各个继电器，即使电流仅存在几微秒也是如此。如果损坏不是立即的，则它将可能是累积的。在任何情况下，必须采用控制过多的电流损坏各个继电器的手段，以实现所期望的可靠性和服务寿命目标。
通过添加不同于目前通常实践的方式的创新形式的涌入控制来实现这一点。涌入控制的基本概念被很好地建立并且具有确切地为了那个目的而设计并生产的特定的电子组件。组件称作负温度系数(NTC)电阻器。它们有时被称作热敏电阻器或涌入限制器，但是它们都共同地具有随着温度上升而电阻降低的一个特征。因为在这些设备中，当它们“冷”(典型地，室温)时电阻相对高，所以它们提供显著的平衡电阻以及在它们首先接通时的电路中的总体电流限制。在高电压微型ATS的示例中，它在240VAC上操作。作为与可以在模块化并行ATS的基础电力模块中使用的相同的继电器的该设备中的继电器能够处理高达50安培长达至少两个或三个AC周期(32至48ms)而没有退化。因此如果将电流限制为那个量，则对于上面的时间段，继电器将保持不损坏。因此，如果NTC电阻器与继电器触点串联放置，并且那个电阻器具有(例如)5欧姆的“冷”电阻，则当施加电力时，针对48安培的最大值，最大的可能电流为240V/5欧姆(欧姆定律)。这是触点可以处理的电流级别，直至并行阵列中的其他继电器可以完成关闭并且共享负载为止，负载然后将继电器中的电流降低回到触点的可接受的连续负载。因为阵列中的所有继电器都将具有最大的总变化，于是仅对那个时间需要限制NTC电阻器。所有剩余的时间，它将通常耗散电力。在电力施加于NTC设备之后，它的内部电阻，结合通过它的电流，使它自己加热。因为电阻随着温度下降，所以随着电阻器的温度增加，电阻下降，并且在某个点处，它达到电流与电压降的均衡。在zATS和并行模块化ATS的模块化基础电力阵列的情况下，这个点大约为.03欧姆。但是即使在该点处，NTC电阻器也一定维持自己加热，因此，对于给定的继电器，在10安培的最大负载时将消耗大约3瓦特的耗散。这并不多，但是当乘以与大的4000安培矩阵相关联的400个继电器时，它将添加高达1200W的热耗散。这接近精心设计的固态开关或者所谓的静态开关的损耗。
Zonit阵列的关键点是电力效率，所以已经想出限制这个损耗因子的方式。仅几毫秒是NTC电阻器需要是活动的时间段。所以，已经添加并行附接到NTC电阻器的另外的继电器。它由模块化并行ATS控制器中的电路控制在过渡事件期间打开，并且当连续操作时关闭。这样，NTC电阻器被辅助继电器中阻抗非常低的一组触点“旁路”，因此几乎消除传统手段的热耗散损耗。
应当注意，因为当热敏电阻器没有被旁路并且携带电流时的短的时间段，它可以能够使用不太贵的电阻器而不是热敏电阻器。还应当注意，图25上示出的可变电阻器2502被用来预防因电力质量事件而导致的电压尖峰引起对各个继电器的损坏。如所示那样，可变电阻器保护功能可以集成到每个基础继电器模块中或者可以作为单独的一组组件集成到每个子装配2508中(图25中没有示出)或者设计为安装在模块化并行ATS与电源之间的相同外壳内部或其外部的单独的子模块(这个方法利用已经在市场中可获得的现有组件)。
现在转到图31，在附图的顶部的大矩阵的五个继电器的模块的示意表示中概述上面提及的三种配置。左边是遭受触点退化的标准并行继电器配置。中间的图示出NTC电流限制电阻器的添加，如将在触点负载共享和涌入控制的传统解决方案中所使用的那样。右边是如上所述的具有与NTC电阻器并行的另外的一组继电器触点的Zonit修改版本。在图子集1至8中，针对恰好在经过短的时间之后关闭之前的时间段以及恰好在继电器打开之前到整个处理可以重新开始的时间的两种情况描述与控制主继电器和旁路继电器相关联的步骤。
开关关闭的事件的序列：
1.继电器打开，刚好在关闭之前，没有电流流动。
2.主继电器关闭，NTC电阻器旁路继电器打开。电流开始在源和负载之间流动。假设这是阵列中要关闭的第一继电器，所有可用的电流流向低阻抗负载。假设负载能够是所描述的继电器的安培数额定值的许多倍。此时，刚好在电流开始流动之后，NTC电阻器旁路继电器打开并且电流流过NTC电阻器。它是冷的并且为5欧姆。即使负载接近零欧姆，流过这一个主继电器的电流也被限制为大约48安培。
3.在步骤2到步骤3的时限期间，并行阵列中所有继电器都已经关闭。实际上，这全部通常在大约1毫秒内发生，但是，经过12至15毫秒，完整的阵列打开并且所有单元是并行的。NTC正在加热但是仍然没有完全热。到目前为止它或许将至3或4欧姆的电阻，但是在完全热的途中。负载在阵列中的继电器之间共享并且NTC电阻器中的电阻仍然相当高。大多数电阻器必须被加热，取决于所选择的器件，这花费几百毫秒，甚至几秒。只要所选择的器件可以满足第一个17毫秒的需求，就不需要另外的容量。在17毫秒时，最终的事件发生。
4.T+17毫秒，并且旁路继电器关闭，使NTC电阻器短路。继电器的触点电阻大约为.002欧姆，所以它现在承载绝大多数电流。但是另外，为了增加的耐久性，如在从B到A的转换期间在uATS和模块化ATS控制器中完成的那样，旁路继电器的关闭恰好在电流流过零时完成。因此，在继电器关闭和反弹期时，存在最小的电流，即使是在满载的阵列上。电力路径保持在这种状态中直至断开为止，并且跨越继电器阵列中的所有触点，总体电力耗散减少至小于半瓦特。这是比最佳固态开关或“静态开关”好的量级。
开关打开的事件的序列：
1.在图31中面板的底端行上，在面板5至8中描述用于打开模块化并行ATS的操作的序列。继电器的断开跨越继电器阵列具有相同的定时分配，就像继电器的阵列的关闭时间所做的那样。因此，还必须考虑一直到要断开的最后的继电器的顺序地构建电流的负载额(containment)。面板5示出与面板4相同的状态，刚好在断开事件之前的连续的运行状态。
2.框架6示出刚好在电流的零交叉并且旁路继电器打开之前的时间。在理想的情况下，这将与主继电器的打开一致，但是与所有其他继电器那样，NTC电阻器旁路继电器具有相同的定时分配，所以它必须刚好在主继电器打开之前打开,以确保矩阵中的所有旁路继电器在打开(甚至是第一主继电器)之前打开。因为这在接近零交叉时完成，很少电流在此时流动，所以出现NTC电阻器的很少的加热。
3.框架7示出当主继电器刚好打开时的状态。假设所有其他继电器到此时也已经打开，要打开的最后的继电器承载最大的负载，但是那也被NTC电阻器限制到小于50安培，并且小于6ms。
4.框架8示出NTC电阻器的冷却时间。因为基于uATS的模块化并行ATS控制器具有A侧电力返回与在它稳定之后连接到A侧之间的最小3秒延迟，所以保证了NTC电阻器冷却到“复位”状态所必需的时间。
基于模块化并行ATS的灵活电力拓扑和操作模式
模块化并行ATS中多个并行的电力路径的可用性在它如何可以在数据中心以及需要快速切换ATS能力的其他环境中使用的方面提供独特的灵活性。通常，对于传统的自动转换开关，存在两个输入以及一个(“Y”拓扑ATS)或两个(“H”拓扑ATS)输出。模块化并行ATS可以用作以相同的统一且空间高效的形状因子(“Y”或“H”风格ATS拓扑)的多个离散的ATS单元，其全部由可编程的统一控制逻辑控制。模块化并行ATS可以具有多个并行输入((A1，B1)、(A2，B2)…)和多个并行输出(C1、C2、…或C1、D1、C2、D2…)(取决于ATS是以“Y”还是“H”ATS拓扑来配置在)。并行模块化ATS的独特方面在于，它可以根据需要和期望被连接到这些多个输入和输出，只要遵守并行电力路径的电力处理容量即可。例如，能够配置模块化并行ATS输出到多个单独的输出分支电路。例如，每个输出可以馈给单独的面板或母线。模块化并行ATS可以被控制以设置由哪个源(A或B)来馈给每个输出分支电路和/或被优选为源。还可以控制以在“Y”拓扑(两个输入，一个输出)或“H”拓扑(两个输入，两个输出)中切换。图33示出展示并行模块化ATS的灵活性的示例配置。所示出的拓扑可以使用公用设施网格1805作为到ATS 1840a的A1。UPS 1835可以是B1输入，并且UPS 1836可以是B2输入。输出可以是到主配电板1835、1836。这个能力允许数据中心管理者选择决定何时以及如何进行可能对操作和维护设施有用的一个或多个转换(哪个源用于每个单独的输出，触发一些或所有输入和/或输出的转换的条件(负载、电力质量、其他)等)的条件和偏好。例如，可以控制每个A-B源对上的总体负载的百分比。另一个可能性是可编程的智能减载。并行模块化ATS可以断开所选择的输出，而不是仅仅在输入源之间切换它。这意味着可以选择性地并且可靠地断开每个个体输出，这是有价值的特征。期望在数据中心中的电力分配路径中放置尽可能少的故障点。以高度可靠的ATS的断开和转换的能力是有用的。它向数据中心管理者提供丰富得多的一组电力分配选项：多种拓扑、控制选项和可能性。传统的ATS单元不能提供这个范围的能力。
经由UPS负载漂移的传统电力分配的增加的效率
如先前讨论的，当在数据中心中使用两个A-B UPS单元作为电源时共享负载是通常的实践。这通常是因为具有双电力供应的最终使用装备的性质，其或多或少地将负载平等地分配到A和B电力供应输入。而且，如先前涉及的，因为UPS必须不负载超过50％以在冗余电力配置中工作，所以这减小UPS效率。使用大量μATSTM开关，能够如下那样地提高这种电力分配系统的效率。数据中心中的EDP装备的所有电气负载可以经由μATSTM单元“负载漂移”到两个UPS单元中的一个上，如图3中示出的UPS效率曲线中示出的，增加那个UPS单元的效率。其他UPS单元处于空闲，并且仅在主单元故障的情况下使用其他UPS单元。UPS单元必须被设计成处理被立即放置在它们上的这种类型的负载，但是几乎所有现代的UPS单元都可以做这件事。结果是数据中心的效率增加～3-5％，这是有用的改进。应当注意，虽然在这里讨论仅一对UPS单元，但是方法适用于为了冗余而具有成对部署的许多UPS单元的更大的数据中心。实现这一点的方法是简单的，并且可以对于每件EDP装备递增地部署，减小服务影响。每个单个电力供应(或接线的)EDP设备将经由μATSTM连接到A和B UPS单元。每个双或N+1电力供应EDP设备将具有经由正常电力线连接到A UPS的一个电力供应，第二或所有其他N+1电力供应将经由μATSTM单元连接到A和B UPS单元。
这确保当A UPS单元可用时，它承担所有的负载，并且当它不可用时，B UPS承载负载。可以关于μATSTM电力容量限制，按照每个设备一对一的比率或者低的整数比率来部署μATSTM单元。
几乎所有EDP设备在设备中的所有可用的电力供应之间共享负载。能够构建在电力供应之间切换负载的EDP设备，使得仅一个或多个是活动的供给而其他是空闲的，但是如先前描述的，出于成本和可靠性两者的原因，很少这么做。为了确保多电力供应EDP设备在公用设施线路电力可用的情况下仅动用经滤波的公用设施线路电力而在它不可用的情况下切换到UPS，次电力供应单元的每个需要在公用设施线路与UPS单元之间自动切换。否则，UPS单元将承受数据中心负载的一部分，降低电力分配的整体效率，这是不期望的。
具有用于高度并行电力分配的适当特性的ATS设计
传统的ATS往往具有防止它们在高度并行、自动切换的电力分配架构的实现方式中高效使用的限制。例如，这些传统的ATS通常可能太低效、消耗太多的机架空间并且成本太高。这里描述的微型ATS的实施例解决这些问题中的一些或全部。
根据一个实施例，微型ATS(例如ZonitμATSTM)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)，并且非常高效(例如在最大负载损耗时小于0.2伏特)。某些实现方式不使用机架空间，因为它们自安装在每个EDP设备的背面上、合并在用来安装EDP装备的机架的容积外部的机架的结构中、合并在机架安装的插接板中或者合并在机架内或近机架的电力分配单元中(亦即，因为微型ATS的小的形状因子，所以其任何一个都是可能的)。在其他实现方式中，微型ATS小到足以直接集成到EDP装备自身中。
在这里描述微型ATS的各种实施例，包括它们的各种组件。为了清楚性和背景，微型ATS实施例被描述成在两个单独的电源“A”和“B”之间切换。在一些实现方式中，A和B电源是单相源。在其他实现方式中，连接多相电源。在连接多相电源的情况下，使用微型ATS的多相实施例。参考单相实现方式在这里描述的基本上相同的组件(例如电路)可适用于多相实现方式。
例如，多相实施例可以实现为并行地动作的多个单相微型ATS单元，具有为了同步某些控制电路使得它们跨越多个ATS单元一起动作以处理从一个多相源到另一个多相源的切换和返回而提供的另外的功能。多相微型ATS的各种实施例也可以具有切换电源的不同条件。例如，给定具有X、Y和Z“热”引线的三相电力，三个中的任何一个上的故障可以是从A切换到B多相源的被考虑的原因。为了返回到A多相源，可能期望首先确保所有三个热引线在A源上存在、稳定并且具有足够的电力质量。
现在将描述各种ATS实现方式和相关联的系统架构。
首先转到图7，示出根据各种实施例的示例性微型ATS的系统图。如所例示的，微型ATS 700连接到“A”电源760和“B”电源765，并且使用它的各种组件将输出电力770提供到一个或多个设备或分配拓扑(例如，到数据中心的分支电路中的一个或多个EDP设备)。微型ATS 700包括电力供应子系统705、“A”电力电压范围检测系统710、“A”电力损耗检测子系统715、“B”电力同步检测子系统720、“A”/“B”同步积分器子系统725、定时控制子系统730、“A”和“B”电力切换子系统735、输出电流检测子系统740、断路开关子系统745和压电设备驱动器子系统750。
电力供应子系统705的实施例包括微型ATS 700的供电控制电路的创新方式。“A”电力电压范围检测子系统710的实施例确定供给到微型ATS 700的电力是否在期望的(例如预先确定的)电压范围中。“A”电力损耗检测子系统715的实施例使用期望的辨别特征来确定供给到微型ATS 700的“A”电力何时已经损耗。“B”电力同步检测子系统720的实施例测量“B”电力的交流电波形的定时。“A”/“B”同步积分器子系统725的实施例提供零电压交叉时的“B”到“A”转换的同步以及“A”到“B”积分的功能。定时控制子系统730的实施例控制何时切换给微型ATS 700的所选择的电源，从“A”源到“B”源或者从“B”源到“A”源，并且可以处理过电流条件切换和继电器定序(relay sequencing)。“A”和“B”电力切换子系统735的实施例控制“A”与“B”电源之间在任一方向上的实际的切换以改变哪个电力用作到微型ATS 700的输入电源。
输出电流检测子系统740的实施例检测和测量来自微型ATS 700的输出电流的存在以及各种特性，并且在一些实施例中，可以模仿熔丝的特性使得微型ATS 700可以保护它自己而不熔断实际的物理熔丝(亦即必须更换它)。断路开关子系统745的实施例在次电源没有在使用时将它从电力供应断开。压电设备驱动器子系统750的实施例实现用于驱动压电或其他设备的创新技术。
每个组件在下面描述为在微型ATS 700的背景下执行具体功能。应当领会，可能有可以使用其他组件、组件的组合等来实现类似或相同的功能的其他配置。另外，在一些情况下，对诸如电阻器和电容器等组件给出值，并且对电流、电压和/或其他电力特性给出范围。这些值和范围旨在对示例性示例添加清楚性，而不应当被解释为限制实施例的范围。
图8A示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性“A”和“B”电力切换子系统735的背景下的示例性电力供应子系统705a的电路图800。如上面所讨论的那样，微型ATS700连接到“A”电源760和“B”电源765。电力供应子系统705a执行许多功能，包括电力调节(例如电流限制和电力清理)。
用于电力供应子系统705a的电源从RY3H(“热”)和RY1N(“中性”)的中心分接头获得。因此，当微型ATS 700的输出在“A”侧时，ATS电力供应的电力的来源来自“A”侧，并且当转换到“B”侧时在“B”侧上。“A”和“B”电力切换系统735的组件用作微型ATS 700电力供应子系统705a的自动转换开关。来自输出电力的可用的电流由R3限制。ZD10将桥接器BR4的全波整流输出限制到150V峰值。ZD10保证C1不超过它的额定电压。C1存储足够的电荷以允许“A”电源760与“B”电源765之间的过渡期间的继电器的HV(“高电压”)操作。
在过电流故障期间，“A”电源760和“B”电源765在输出电力770节点处都不可用，但是RY2和微型ATS 700电路系统的所有剩余部分可能仍需要电力。这由节点A2 775来完成，当RY2被激活时，其经由C16和BR6在RY2的NO端子处显现(manifest)“A”电力760。
如下面将更充分地讨论的那样，桥接器BR6通常阻塞A2。当故障发生时，GC接通(GCOn)将被拉低到几乎公共(Common)，并且正的电力将经由ZD11在U5 LED处可用。这接通U5晶体管。U5晶体管和Q3形成使桥接器BR6短路、允许A2通过二极管D9驱动HV的达灵顿对(Darlington pair)。A2还通过二极管D10驱动LV(“低电压”)。C20提供LV的滤波和存储。
在一些实施例中，如图8B中例示的那样，15伏特电力供应通常由HV经由R63、R64和R65供给。这三个电阻器对齐纳二极管ZD2降低电压并限制电流。ZD2调节控制板上的比较器和其他电子装置的电压。C17还滤波出15伏特信号。在故障条件期间，A2通过LV提供15V供应的电力。在该条件下，由于先前提及的电流限制电容器C16，HV被拉低到45V。
诸如参考图8A和8B例示和描述的实施例这样的电力供应子系统705的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征是电力供应子系统705的一些实施例用作无变压器、非常高效的电力供应。例如，如上所示，电路从适合于向低电压控制电路系统和较高电力的继电器二者供电的多个AC输入产生低和高电压的DC电力。它非常高效并且使用最少的昂贵的模拟部件。
另一个这样的特征在于电力供应子系统705的一些实施例针对非常低的电力使用提供电容器电流限制。如上所示，电力供应子系统705的电力消耗通过使用电容器来限制。这可以将电力供应容量有效地限制到期望的值，从而提供最大的效率和低电力消耗。
又一个这样的特征在于电力供应子系统705的一些实施例提供光学隔离以减少或甚至消除交叉电流。如下面将更充分地讨论的那样，控制和同步子系统(例如“B”电力同步检测子系统720、“A”/“B”同步积分器子系统725、定时控制系统730等)的实施例在输入电源之间光学地隔离，几乎消除它们之间的交叉电流。
再一个这样的特征在于电力供应子系统705的一些实施例提供电力控制继电器(例如被例示为RY1、RY2和RY3)以将源电力导向微型ATS 700的输出以及提供内部源选择(转换开关功能)以便向微型ATS 700电力供应子系统705供电。
并且另一个这样的特征在于电力供应子系统705的一些实施例使用光学隔离的断开电路，以在微型ATS 700处于过电流故障模式中时预防交叉源电流。在该模式中，没有电力输送到输出，并且因此，电力一定仍然被输送到微型ATS 700控制和继电器驱动电路系统。如上所示，这可以经由A2 775电力路径完成，并且由BR6和光学隔离控制U5来控制。
图9示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性“A”电力电压范围检测子系统710a的电路图。“A”电力电压范围检测子系统710a的实施例接收“A”电力760节点AH和AN。“A”电力760是由桥接器BR2整流的全波。如下面将描述的，C3被用来限制在此和“A”电力损耗检测子系统715之中可用的电流。在正常操作中，“A”电力电压范围检测子系统710a可以产生A(ON)、A(COM)和CQ18信号到“A”电力损耗检测子系统715。
所例示的“A”电力电压范围检测子系统710a包括过电压检测和欠电压检测功能。根据过电压检测功能，D18对“A”电力760进行半波整流并且驱动对C4进行充电的包含R14和R27的梯子(ladder)。当过电压在“A”电力760上发生时，DZ6和Q36将开始传导吸引电流通过电阻器R7、R74、R6、R5和R1。这将接通Q34，其将通过R17拉高C4上的电压。这将使Q35、Q36和Q34锁存在接通状态中。这也将拉动电流通过R8，从而开启过电压指示器LED2。C2将被充电并且ZD5传导。Q32和Q31将传导，关闭Q37和Q38。这关闭A(ON)。在所例示的实施例中，这将往往在AH时以大约135VAC发生，虽然可以根据期望设置其他过电压阈值。
欠电压功能检测“A”电力760何时低于期望的低电压阈值。如所示那样，增加二极管D18将经由由R16和R30形成的梯子对电容器C5充电。当C5上的电荷到达预先设置的级别(被示为100VAC，但是可以根据期望设置其他级别)时，ZD8开始传导通过R31和R58。Q1和Q2将开始开启，拉动电流通过R10、D12和R9。这开启Q37和Q38，将电力施加于A(ON)。这进而驱动电流通过R35和D11，其更难地开启Q1和Q2并且对C5上的电压添加滞后。如果“A”电力760处于正常电压并且正在降低，则“A”电压将不得不将至大约88VAC(或任何其他期望的值)以关闭A(ON)。这是因为当A(ON)存在时另外的电流通过R35和D11，对C5充电。
当“A”电力损耗检测子系统715接通时，信号CQ18将是低的。ZD9和D1将降低Q1的发射极上的电压。Q1和Q2将更难开启，用来提高欠电压电路的滞后。C6和R2用来平滑A(ON)信号。C6提供存储，使得经整流的AC信号的零交叉不关闭A检测电路。当电力在“A”电力760侧损耗时，R2控制C6的放电的衰减时间。
诸如参考图9所例示和描述的实施例这样的“A”电力电压范围检测子系统710的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于“A”电力电压范围检测子系统710的一些实施例提供非常高的效率。如所示那样，使用高阻抗组件以及到“A”电力损耗检测子系统715的电力输送的切断作为用于发起并保持电压故障条件的技术非常高效并且消耗最少量的电力。另外，“A”电力电压范围检测子系统710还提供到“A”电力损耗检测子系统715的全部电力，并且具有由C3提供的电流限制。用于电流限制的电容器的使用通过在每半个周期上将未使用的电流返回给源而不是像在传统电阻器限制技术中那样作为热量浪费它来最小化电力消耗。
另一个这样的特征在于“A”电力电压范围检测子系统710的一些实施例提供容易编程的过电压检测延迟。如所示那样，过电压检测功能使用单个电容器值(C4)确定用于检测过电压条件的延迟。另一个这样的特征在于“A”电力电压范围检测子系统710的一些实施例提供容易编程的“A”电压良好(OK)延迟。“A”电力电压范围检测子系统710a确定来自“A”电力760的电压是否“良好”。该功能使用单个电容器值(C5)确定用于接受以便微型ATS 700启动的A输入电压的延迟，并且可以针对各种需求来容易地调节。
又一个这样的特征在于“A”电力电压范围检测子系统710的一些实施例提供用于“A”欠电压检测、“A”电压良好和“A”过电压检测的容易编程的阈值。欠电压假设电压曾经处于可接受的一个点并且它现在低于所期望的。如所示那样，单个电阻器值(R35)控制可接受的值与低电压停机点之间的差异。类似地，可以经由单个电阻器值变化(R16)对“A”电压良好阈值进行编程，并且可以经由单个电阻器值变化(R14)对“A”过电压阈值进行编程。
图10A示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性“A”电力损耗检测子系统715a的电路图。“A”电力损耗检测子系统715的实施例处理微型ATS 700的主电力(“A”电力760)检测和延迟部分的基本操作。
示出“A”侧电力传感和延迟电路的简化概述。还包括硅控整流器的基本原理的描述以帮助理解电力检测和保持功能的原理。
uATS中的该电路的主要功能是检测“A”侧上AC电力的存在并且保持到稍后描述的继电器部分中的那个电源的连接。该电路也具有预防在转换之后返回到电力达大约5秒的延迟控制。如果“A”侧电源是间歇性的，则这预防不必要的转换。另外，该电路还拒绝电力的诸如短于4ms的断电、短暂的骤降等许多条件，否则将引起假转换(false transfer)。
核心功能性通过经由电流限制.22uf电容器对AC电力进行整流来实现。经整流的电力在C6中被温和地滤波，但是C6的主要功能是控制在AC线路的零交叉处的AC断电期间存在的延期电流的量。否则，uATS将在每个AC交叉处从“A”侧断开，每秒120次。
该电容器也主要负责在释放控制“A”侧连接的锁存器并且转换到替代的电源(“B”侧)之前确定最小断电的时间。
Q17(PNP)和Q18(NPN)的晶体管对用作SCR连接的对。观察SCR的描述，并且Q17和Q18的对(图5)展示该配置。
闸流管是四层、三端子半导体器件，每层交替地包括N型或P型材料，例如P-N-P-N。被标记为阳极和阴极的主端子跨越全部四个层，并且被称作栅极的控制端子附接到接近阴极的p型材料。(被称作SCS——硅控制开关——的变型将所有四层带出到端子。)闸流管的操作可以按照被布置以引起自锁存动作的一对紧密耦合的双极面结型晶体管来理解。
参考图5，当电流连续流过Q17、Q18对时，它将保持锁存在“接通”。如果电流中断，则锁存将丢失，并且它将不再传导直至被重新启动为止。在该电路中，传导或者“门控”通过C8经由R20的充电以及通过齐纳二极管ZD1的电流的结果最终传导来完成。该子电路具有大约5秒的时间常数，并且提供对在电源是间歇性的的情况下预防快速转换所必要的启动时的延迟功能。使用该双晶体管SCR仿真的独特特征在于对Q17的集电极的访问通过允许补充电流存在于Q15的基极来允许“SCR”对的次要功能。当“SCR”对成功锁存时，定时电容器C8通过Q15的传导而被重置几乎为零电压。这准备用于下一个断开到接通的周期的定时电路。该电路的另一个特征在于对Q17的基极的访问允许插入由电阻器R13、R26和C7确定的瞬态抑制滤波器和经编程的电流释放点。这是必要的，因为“SCR”对的释放点必须在光学隔离器和随后的放大器电路的接通阈值之下。换句话说，由“SCR”去除锁存而不是由光学耦合器和放大器的增益来确定释放点，是很重要的。
另外的组件包括以已知的速率耗尽C6的R19、保证在初始启动时C8完全放电的R21，以及LED 5(绿色)即用于用户接口以显示A电力接通并且被选择用于到uATS的输出的输送源的指示器。
该设计的另一个独特的特征是它是极低的电力消耗。因为当主电力(“A”侧)正在被输送到负载时该电路必须在任何时候都操作，所以电力消耗的最小化非常重要。不需要外部的电力供应，并且通过LED 5和光学隔离器LED的电力主要由电流限制器.22uf电容器(C3)和56K旁路电阻器R2来确定。可以选择电阻和电容的其他值来进一步减少正常功能的电力消耗，但是为了该应用中最大的噪声免疫力和最低的电力消耗而选择这些值。
图5展示在电力施加给电路之后不久的初始的电活动。
将AC电力(Teal)施加给桥接器，变换成经整流的DC并且对C6和C8进行充电。C8朝向ZD1的传导阈值缓慢地充电。在电路的任何其他部分中没有动作发生。这是“A”侧的启动周期的初始延迟部分。如果在“A”侧的前一次故障之后uATS正在将电力从“B”侧返回到“A”侧，则该延迟将提供大约5秒以确保“A”侧是稳定的。
图6代表恰好在ZD1的传导阈值处的条件。在该点处，Q18的基极现在具有相对于发射极施加给它的电压。
因为在开始传导之前必须存在大约0.6V，所以Q18还没有传导，但是锁存器即将设置。
在该点处，C8充电到大约13V，D19传导并且ZD1传导。随着C8继续充电，基极电流最终开始流入Q18，在“SCR”对(Q18和Q17)中发起“雪崩(avalanche)”条件。
图7示出在基极电流开始流动并且电流开始流过LED5、光学耦合器LED、R13和Q17的基极之后几微秒的电流流动的条件。
电流在Q17的基极中流动，从而使它传导并且添加到Q18的基极的电流，进一步接通它，添加到Q17的基极的电流，以此类推，直至该被“锁存”上为止。这组事件非常快速地发生，并且光学隔离器的LED非常快速地接通。同时，Q15的基极具有施加给它的电压，并且随后的电流使Q15传导，对C8进行放电。C8的放电速率由基极电流限制器电阻器R24所限制。
图8示出在C8的放电周期期间并且恰好在作为输送“A”侧电力到输出的状态的uATS的正常功能操作之前的电路的最终状态之前的该电路的该状态。
在这个阶段，C8已经放电至ZD1的传导阈值以下，并且因此C18正在经由系统电流限制电阻器R25仅从Q17的集电极获得它的基极电流。
图9示出当在“A”侧电源即主电源上时的uATS的正常操作状态。uATS操作时间的绝大部分应当在这种模式中。
图10示出“A”侧电力损耗后不久的uATS。电路通过从C6中提取剩余的电荷来继续操作一小段时间。
随着C6中的可用电力耗尽，R26和R13的电阻分压器到达Q17开始不向前传导通过它的基极、从而减小它的集电极中的电流的点。
这是快速级联到“SCR”对(Q17和Q18)的释放的开始。图11例示该瞬态条件。
图12示出“SCR”对(Q17和Q18)已经释放并且不再传导并且因此LED 5和光学隔离器二极管也不再传导之后的条件。在这一点上，由定时和同步电路控制的事件是在A/B继电器切换电路中发起到继电器的“B”侧的转换。
最终的电活动是从Q18的基极去除残余电流。另外，C6和C8中的残余电荷分别经由电阻器R19和R21耗尽。因此，电路准备好在“A”电力的返回发生时返回“A”电力。
图11示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性“B”电力同步检测子系统720a的电路图。“B”电力765被作为BH和BN接收，并且由桥接器BR5进行全波整流。电流由R57所限制。桥接器BR5的输出驱动光电晶体管(opto-transistor)U1中的二极管。如所示那样，当桥接器BR5的输出小于预先设置的阈值(示例为大约6伏特，但是如果期望也可以设置其他值)时，U1上的晶体管将关闭。这导出“B”电力765的零电压交叉，其然后可以用于零电压同步。
诸如参考图11例示和描述的实施例这样的“B”电力同步检测子系统720的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于“B”电力同步检测子系统720的一些实施例提供损耗检测作为电力可用性的直接功能。如所示那样，“B”电力同步检测子系统720由它正在检测的源来供电。如果电力故障，则电路停止检测那个来源，并且它不能经由“B”电力同步检测子系统720来提供对定时控制子系统730的光学隔离的控制。这提供故障安全的设计，因为如果“A”电力760故障，则微型ATS 700电路的剩余部分默认转换到“B”电力765。
另一个这样的特征在于“B”电力同步检测子系统720的一些实施例提供噪声和假触发免疫力。如所示那样，电路具有电力包络检测(power envelope detect)方法。C6由进入的电力连续地充电并且由A损耗检测电路和光学隔离器U2中的LED连续地放电。因此，对于要检测的有效的电力损耗，电容器C6必须对它的能量放电以允许转换。一个结果是它在允许电力故障的时间与转换的发起实际发生的时间之间的容易编程的延迟定时的每个半周期期间存储能量。另一个结果是对不想要的假信号进行滤波，否则它们将引起假转换。又一个结果是在不使用另外的组件的情况下提供欠频率(under-frequency)检测。如果对于给定的时间，“A”电力760侧的输入频率下降至总体包络电荷以下，则电容器C6将不能一个周期一个周期地(from cycle to cycle)存储足够的电荷，并且锁存器(由Q17和Q18形成)将释放并且允许负载转换到“B”电力765侧。
图12示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的“B”电力同步检测子系统720和“A”电力损耗检测子系统715的背景中的示例性“A”/“B”同步积分器子系统725a的电路图1200。“A”/“B”同步积分器子系统725a的实施例提供在零电压交叉时的“B”到“A”转换的同步以及“A”到“B”的积分功能。为了清楚，将描述在启动期间、在从“B”电力765到“A”电力760的转换期间以及在从“A”电力760到“B”电力765的转换期间的功能。
首先转到启动期间的功能，“A”电力760开启。相应地，因为“A”电力760使用继电器的NC(未连接)触点，所以“A”电力760将存在于输出处。在某个延迟(示例为大约4秒)之后，“A”电力损耗检测子系统715将照明它的指示器LED(LED 5)，并且对U2中的二极管提供电流。U2中的晶体管将开启，并且为R15和R11提供电流路径以开启Q33。Q33然后将提供通过R28和D23的电流路径以对积分器电容器C9进行充电。Q33也将开启Q19，并且将由变为正的D16的阴极帮助，提供通过D14和R62的正偏压。当Q19开启时，Q20将关闭，禁用“B”电力同步检测子系统720。这样，U1中的光电晶体管将对积分器的电荷没有影响。电流继续从Q33的集电极经由R28和对C9进行充电的D23流到C9。这是将发送到定时控制子系统730以便在那里进行阈值检测的初始电荷积分信号。随着电荷建立，它最终到达比较器(U3a和U3b)检测交叉的点。这是在继电器切换的事件之间建立定时空间的基础。从B到A的转换的继电器间的转换定时基本上由R28控制。
转到从“B”电力765到“A”电力760的转换期间的功能，该功能的许多与参考启动功能在上面描述的基本上相同。在“A”电力760返回之后大约4秒，指示器LED(LED 5)将照明(亦即，如上所述，这类似于当“A”电力760初始启动时)。电流将去往U2并且开启U2。Q33将开启，开始对U9进行充电。在这一点上，Q20和U1开启，并且Q19关闭并且不能开启，直至当U1关闭时的“B”电力765的下一个零交叉为止。这允许D22的阳极变高，开启Q19，关闭Q20，并且减慢积分器通过R28充电。这使微型ATS 700切换到“A”电力760。
转到从“A”电力760到“B”电力765的转换期间的功能，如果“A”电力760故障，U2将关闭，使Q33关闭。这将关闭Q19并开启Q20。因为U1中的光电晶体管几乎一直传导，所以Q20和U1中的光电晶体管将在任意时间，除了恰好在“B”电力765侧的下一个零交叉处之外，通过D24和R70使积分器短路。因为C9快速地放电，到定时控制子系统730的积分器输出将越过比较器U3a和U3b的阈值。第一事件将是经由U3a设置RY接通。因为U3b目前被偏压以在继电器RY2和RY3的连接点处提供分路器，高的涌入电流将流入RY2，使得它将“A”电力760与负载断开。因为积分器电压继续下降，经过第二比较器阈值，并且U3b释放GC接通。这使得守门(gatekeeper)继电器(RY3)和中性继电器(RY1)分路器断电。然后，之后不久，守门继电器(RY3)和中性继电器(RY1)将负载连接到“B”电力765AC源。只有在那时，电流才开始从“B”电力765AC电源流到负载。
诸如参考图12例示和描述的实施例这样的“A”/“B”同步积分器子系统725的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于“A”/“B”同步积分器子系统725的一些实施例例如因为它们使用高阻抗组件来减小大小并且最小化电力消耗而提供非常高的效率。另一个这样的特征在于“A”/“B”同步积分器子系统725的一些实施例用作多功能电路以最小化组件数量。如所示那样，实施例组合同步从“B”电力765到“A”电力760的返回以及在连接“B”电力765到输出之前断开“A”电力760之间的间隙的定时控制的功能。通过组合这些功能，可以最小化部件数量，并且可以减小完成产品的总体大小。又一个这样的特征在于“A”/“B”同步积分器子系统725的一些实施例提供在从“B”电力765到“A”电力760的转换期间的停机延迟定时。过渡时间停机延迟经由容易编程的电容器值(C9)实现。C9是向定时比较器U1提供阈值斜坡(ramp)信号的积分存储电容器。C9的调节改变A断路继电器(RY2)与改变守门(RY3)和中性(RY1)继电器的状态之间的延迟。
图13示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性定时控制子系统730a的电路图。定时控制子系统730的实施例中的比较器控制继电器的切换功能以及警告指示器和蜂鸣器的激活。由R45、R46和R47形成的梯子定义电压V1和V2。积分器(C9)是“A”/“B”同步积分器子系统725的输出，并且当微型ATS 700使用“A”电力760时为高，当微型ATS 700使用“B”电力765时为低。从“A”电力760到“B”电力765以及从“B”电力765到“A”电力760的过渡的斜率分别由C9和R70以及由C9和R28控制。C9、R70和R28作为“A”/“B”同步积分器子系统725的一部分来讨论。
比较器U3a的引脚2是继电器接通(Relay On)(低)信号并且驱动Q29的发射极。引脚2将随后将HV电力施加于A继电器RY2(RY接通)。比较器U3b的引脚1是GC分路器驱动(低)，并且驱动Q14的发射极。当置位(assert)时，引脚1将随后将A继电器(RY2)的另一侧接地。这跨越A继电器(RY2)施加全部HV电力(150伏特)，从而可以保证A继电器(RY2)的快速操作。时间T1和T2由V1和V2并且按照积分器(C9)的上升斜率和下降斜率来控制。
定时控制子系统730的实施例根据下面的技术参与“A”电力760到“B”电力765的过渡。当“A”电力760故障时，积分器(C9)将开始斜降至V1。HV电力然后将施加于RY2。接地已经在RY2线圈的另一侧上。RY2然后将从“A”电力760侧断开。当积分器(C9)进一步将至A2时(时间T1的结束)，信号GC分路器驱动将变高，从RY2释放接地并且允许电流通过RY2流到RY1和RY3。这将“B”电力765和中性输出连接到输出电力770节点。时间T1保证在连接“B”电力765之前释放“A”电力760。
定时控制子系统730的实施例根据下面的技术参与“B”电力765到“A”电力760的过渡。在T2开始时，RY2接地，去除来自RY1和RY3继电器的电力。这将中性输出(NO)连接到“A”侧中性(AN)并且将热输出(HO)连接到在这个点处打开的RY2继电器。在T2结束时，HV电力从RY2继电器去除，从而将“A”侧电力连接到热输出(HO)。HV和“公共2”是HV电力供应的输出。在正常操作期间，公共和公共2由达灵顿晶体管Q22连接在一起。
定时控制子系统730的实施例根据下面的技术参与过电流控制。当输出电流接近预先定义的警告点(例如12与13安培之间)时，照明指示器以警告用户这是连续电流的最大可取限制。如上面所讨论的那样，在这一点上，V3和V4由梯子电阻器R34和R36以及二极管D7定义。输出电流在输出电流检测子系统740中被检测到，并且模拟电压在那里产生并且发送到定时控制子系统730。“负载电流感测信号(Load Current Sensed Signal)”(LCSS)的斜率是对所附接的负载的施加电流与时间的函数。设置V4等于微型ATS700的输出上的大约12安培负载(或者另外的所期望的值)。当LCSS超过V4时，比较器U3d的引脚13将变低。这将引起通过ZD7的传导的损耗，保证当U3d引脚13变低时Q22将关闭，这进而将使得指示器LED(LED4)通电。R37和D13将使得V4稍微下降，增加V4与LCSS之间的分离。C25也用于使V4与LCSS之间平滑。
如果LCSS然后降至V4以下，则LED4将关闭。但是，如果LCSS继续增加到V3，则U3c的引脚14将变低。这可以引起三个事件发生。一个事件因为D26和D27连接到U3a引脚2和U3b引脚1而发生。当U3c引脚14变低时，引脚2和1也被拉低。这激活RY2，经由D26将电力从输出断开，并且经由D27使分路器驱动不能激活。另一个事件是压电设备驱动器子系统750将经由负供给路径开启。另一个事件是Q23将由R41开启。Q23将把LCSS拉到15伏特，将故障信号锁存为低。进一步参考压电设备驱动器子系统750来讨论Q23。
根据一些实施例，当微型ATS 700输出电流超过预先定义的限制(例如基本上类似14.5安培快速熔断熔丝)时，照明指示器，指示微型ATS 700从源断开负载，并且蜂鸣器发声以警告用户微型ATS 700已经断开负载。这提供微型ATS 700的“虚拟电路断路器”(VCB)功能。
在这一点上，如上面所讨论的那样，V3和V4由梯子电阻器R34和R36以及二极管D7定义。如果出现过电流条件，则LCSS将被定时和控制比较器U3C和U3D检测到。如果它代表10秒的大于15A的电流，则“故障(低)”信号将被生成，锁存Q23并且对C12进行充电。这将保护熔丝F1和F2。如果去除过载并且按下开关SW1，则C12上的电荷将转移到C13。Q23将关闭并且电力将恢复到输出。但是，如果过载没有被去除，则C15仍然进行充电，使得将再次生成“故障低”，并且Q23将返回到接通。重复的按下复位开关(SW1)将从C12对C13充电，并且没有事情将发生。这预防当按下SW1时已经热的F1或F2被重复击中。这样，虚拟熔丝保护内部真实熔丝。
诸如参考图13例示和描述的实施例这样的定时控制子系统730的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于定时控制子系统730的一些实施例提供非常高的效率。实施例使用非常低电力的组件和高阻抗的电路来最小化电力消耗。另一个这样的特征在于定时控制子系统730的一些实施例提供高电压控制。低电压、低电力控制部分到高电压继电器电力控制部分的连接经由使用接地的基础配置的变型的创新耦合来实现，其中Q14和Q29的基极参考+15伏特电力供应。那些晶体管的发射极连接到U3的开路集电极输出。因为这些输出仅是下沉到公共供应的电流并且它们也不易遭受大于正供应的电压，所以这些电压放大器晶体管(Q14和Q29)用尽可能少的组件提供该电压放大。
又一个这样的特征在于定时控制子系统730的一些实施例在指示器LED(LED 4和LED 1)的LED照明方面提供电力节省。效率的提高不会在在LED照明时那么节省电力，因为这是存在故障或不期望的条件的时间并且不是微型ATS 700的主要操作条件。但是，向这些LED供电的创新方法消除附加的电力供应的需要以及与这种附加相关联的伴随的损耗的事实是效率的提高。这两个LED都由通过被利用的电路系统的剩余部分的电流来供电，而不管在其他情况下的LED的条件。电流从被用来操作定时控制子系统730的电流通过LED 4。当不需要(不照明)时，LED 4通过使晶体管Q22短路而关闭。在需要指示(例如由LED 1)故障时的唯一条件是当A继电器(RY2)活跃以及守门和中性继电器(RY3，RY1)被分路成关闭条件从而断开从来源到输出的电力时。在这个连续的条件下，向A继电器(RY2)供电所必要的电流流过LED1。这个电流路径对于向继电器供电已经是必要的，因此它可以用来向LED供电而不用另外的电力供应电路系统。这个设计特征减少电力消耗，并且简化总体设计。
图14示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性“A”和“B”电力切换子系统735的电路图。“A”和“B”电力切换子系统735控制何时切换给微型ATS 700的所选择的电源，从“A”电力760到“B”电力765或者从“B”电力765到“A”电力760。实施例也控制过电流条件切换和继电器定序，使用RY1、RY2和RY3控制从“A”电力760和“B”电力765输入到输出电力770节点的电力的流动。“A”电力760和“B”电力765可以分别由熔丝F1和F2保护。
“A”和“B”电力切换子系统735的值得讨论的一个条件是在转换间(inter-transfer)时间期间(例如这可能与在故障条件下的“A”和“B”电力切换子系统735的条件基本类似或相同)。当如参考定时控制子系统730讨论的那样，GC On 825变低(U3引脚1)时，R52将提供偏压以开启Q14。Q14的集电极中的电流将对Q16的基极施加偏压，并且进而将经由R55开启Q16。这是从U3的15伏特限制的输出到给Q16和Q4的150伏特偏移的电压放大器。Q16的发射极中的电流通过Q4的基极并且到RY2和RY3的线圈，从而使它们接地(如上面更充分地讨论的)。在这一点上，仅A继电器(RY2)通电。Q4的功能将在下面参考断路开关子系统745来讨论。根据例示的实施例，从“A”电力760到“B”电力765和从“B”电力765到“A”电力760的转换可以花费大约2毫秒。它也是故障条件期间(例如过电流检测的条件)微型ATS 700的状态。值得注意的是，在该条件下不存在从“A”电力760或“B”电力765到输出电力770节点的AC热路径。
“A”和“B”电力切换子系统735的值得讨论的另一个条件是当电力转换到“B”电力765源时。当如参考定时控制子系统730讨论的“继电器电力(低)”变低(U3引脚2)时，R66将提供偏压以开启Q29。这是从U3的15伏特限制的输出到给Q30的150伏特偏移的电压放大器。Q29的集电极中的电流将经由R67开启Q30。这将向串联接线的继电器串(RY1、RY2和RY3)的48伏特线圈提供150伏特的“HV”电力。
图15示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性断路开关子系统745a的电路图。该开关用来在不需要时从电力供应子系统705断开替代的电源(经由节点A2 775)。根据一些实施例，替代的电源的应用仅在一个条件下发生。当微型ATS 700存在故障条件(例如过电流)时，“A”和“B”电力切换子系统735的继电器在断开(亦即通电)位置中配置有A继电器(RY2)，并且在禁用(亦即断电)位置中配置有守门继电器(RY3)和中性继电器(RY1)。这样，在H或N节点处没有输出电压可用，并且微型ATS700将没有到电力供应子系统705的电力输入。在这种情况下，A继电器(RY2)的常开触点具有存在于其上的电力，其经由A2 775导向电力供应子系统705以在该条件下维持到电力供应子系统705的电力。
在微型ATS 700的所有其他状态期间，可能不期望具有这个连接。在A继电器(RY2)通电时的A2 775信号与电力供应子系统705的“B”电力765之间的电压的差异将使短暂的电流不均衡地分配在AC热电源与它们各自的中性返回路径之间。这可以导致由接地故障电路中断器(GFCI)插座或电路断路器服务的电源电路的可能的中断。为了预防这个条件，断路开关子系统745仅允许经由A2 775节点的替代电源在故障条件存在时激活。
根据例示的实施例，在故障条件期间，Q4的基极由电压放大器和定时控制子系统730的输出经由信号GC On 825负地拉动。通过Q4的基极到发射极的电流因此钳住(clamp)通过守门继电器(RY3)和中性继电器(RY1)的电流。同时，RY通电820是活动的，以经由Q4的发射极和基极通电到GC On 825，其被拉动至接地(to round)。在这种状态下，A继电器(RY2)接通(亦即通电)，并且守门继电器(RY3)和中性继电器(RY1)保持关闭。值得注意的是，在该条件下，不存在到输出电力770节点的可用的电力源。这是“故障”条件(例如过电流状态)期间的继电器的状态。
如果故障条件发生，则在定时控制子系统730(上面描述)中，指示器LED(LED 4)接通，并且Q22不接通。另外，指示器LED(LED 1)由进入到Q4的基极中的电流开启。从指示器LED(LED 4)的阴极到HV公共815的电压的总和超过ZD11的阈值。通过ZD11(绿色)的电流因此照明U5中的LED，提供电流到Q3的基极。Q3然后传导并且使通过BR6的两个传导路径都短路，允许AC电力从C16传递到A2 775。A2 775然后仅在故障条件期间向电力供应子系统705提供AC源电力。C16限制到电力供应的总体AC电流，因为在这一个条件期间，A继电器(RY2)是唯一通电的继电器。
应当注意，可以连接定时控制子系统中的复位开关SW1以具有另外的功能。在该模式中，使用两个开关，其中一个是在故障条件之后重新发起到输出的电力连接的现有“复位”按钮，一个是另外的开关和相关联的锁存电路，用于在它处于“断开(off)”模式中的情况下清除锁存电路并且使它返回到开启。基本上，这种“关闭”开关将通过发起清除状态(亦即“关闭”)条件而不使压电蜂鸣器发声来使虚拟电路断路器跳闸。这通过将关闭开关控制的锁存器连接到当前的故障检测电路与继电器控制电路之间的控制节点来实现。连接模式通常被称为“接线的OR(wired OR)”。
诸如参考图15例示和描述的实施例这样的断路开关子系统745的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于断路开关子系统745的一些实施例提供非常高的效率。如所示那样，使用串联的三个继电器(每个额定为48伏特)可以允许经直接整流的AC干线电压施加到继电器。这消除另外的电力变换电路，从而减少部件数量并且增加效率。另一个这样的特征在于断路开关子系统745的一些实施例在仅A继电器(RY2)被连续激活时使用电流限制电容器(C16)，这允许使用那个继电器的在其他情况下不使用的“常开”触点，进一步减少部件数量。
又一个这样的特征在于断路开关子系统745的一些实施例在所有三个继电器同时释放以预防穹拱作用(arching)时提供继电器定序。如所示那样，RY2上的反激(fly-back)抑制二极管D48耦合到返回路径而不是直接跨越继电器提供A继电器(RY2)损耗电力与守门继电器(RY3)和中性继电器(RY1)之间的轻微接触定时延迟。这通过将D48的阳极连接到共轨(common rail)而不是到继电器线圈的更传统连接来实现。在该配置中，A继电器(RY2)对于下沉进入的反激电流具有较高的阻抗，因为下沉电流也经过RY1和RY3。较高的阻抗导致继电器电枢能够相比于其他两个继电器的电枢不太快地移动。结果是当电力从继电器链断开时，RY2将总是对守门(RY3)从“B”电力765的断开定时稍微延迟地连接“A”电力760。这帮助确保“A”电力760从不会在继电器触点仍然在一起的同时变得同时连接到“B”电力765。即使存在足够的电流来强加小的电弧，继电器触点在电弧开始之前已经断开，从而防止触点在适当的位置“焊接”自己并且引起“A”电力760和“B”电力765不可控制地流动。在“A”电力760和“B”电力765的多相应用中，这个的结果将导致熔断的熔丝。
图16示出在微型ATS 700中使用的示例性输出电流检测子系统740a的电路图。输出电流检测子系统740a的实施例检测并测量来自自动转换开关的输出电流的存在以及各种特性。该电路也倾向于模仿熔丝的特性，但是仅轻微地在到微型ATS 700的“A”电力760和“B”电力765输入中使用的15安培快速熔断物理熔丝的阈值以下。这允许微型ATS 700保护它自己而不熔断必须被更换的实际的物理熔丝。
如所示那样，微型ATS 700的中性输出具有在它上面的电流传感变压器。该变压器具有由D28、D29、D30和D31形成的二极管桥接器，其对“负载电流感测信号”(LCSS，参考定时控制子系统730在上面描述)进行全波整流。C22和R48滤波出AC电流的较高频率，并且提供电流变压器的适当阻抗加载。R11和热敏电阻器RT1提供热补偿，所以微型ATS 700可以在宽范围的温度上保持准确。可以配置并选择C14、R50、D32、D3、C15、R51和R75以有效地仿真14.5安培快速熔断熔丝的时间对电流打开阈值，其中进展到打开的曲线的时间部分比等效的15安培快速熔断熔丝快大约33％。
诸如参考图16例示和描述的实施例这样的输出电流检测子系统740的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于输出电流检测子系统740的一些实施例使用电容器和电阻器的组合，这导致快速熔断熔丝的特性的模拟表示。熔丝的定时的原理特性如下：它可以承载一小段时间的显著的过电流；以及，在某个时间之后，熔丝将在熔丝的额定电流或接近额定电流时“熔断”。这主要由熔丝材料自身的热特性以及有多少质量被所施加的电流加热到熔点来控制。为了仿真熔丝的特性，由这些组件形成伪双极点滤波器以仿真期望的特性。通过允许来自第一极点的电流对第二极点进行充电而没有反向(without thereverse)，使两个极点的两个一半彼此相互作用，由此，电路将部件数量减少至最小。第二极点由通过R32的受控制的放电路径来放电。这个单点放电因此可以被用来对滤波器的两个极点施加偏压，并且更改该电路的响应时间的整体曲线而不显著地改变曲线的形状。这对于通过简单的一个组件变化，特别是R32，来调节“熔丝的额定值”是有用的。通过改变R32的值，可以简单地调节电子或虚拟熔丝(电路断路器)的最大电流额定值的编程的阈值，并且对于处理电路特性的涌入电流具有最小的效应。
另一个这样的特征在于输出电流检测子系统740的一些实施例提供温度稳定性。影响温度相关的稳定性的许多变量被引入到虚拟电路断路器设计的设计中(例如，如参考输出电流检测子系统740和定时控制子系统730在上面讨论的)。所有热变量的补偿以及仿真实际熔丝中的热效应由RT1和R11完成。RT1是具有负温度系数的热敏电阻器。随着温度上升，电阻以可预测的方式降低。通过跨越电流传感变压器串联地放置这两个组件，表现到该变压器的负载阻抗受温度所影响。对热敏电阻器RT1和R11的值的选择导致有效地模仿它的电子机械等效物的虚拟电路断路器的整体性能。
图17示出在微型ATS 700的一些实施例中使用的示例性压电设备驱动器子系统750a的电路图。压电设备驱动器子系统750a的实施例包括用于驱动压电蜂鸣器(或类似设备)的电力驱动器的创新的实现方式。当“非故障(NOT FAULT)”变低时，它为由Q25、Q27、R40、R42、R44、R39、C10和C11形成的振荡器提供接地路径。
当施加电力时，Q25或Q27将开启。如果Q25开启，C10的两侧上的电压将下降，从而对Q27的基极提供低电压(a low)并且关闭Q27。然后C10将经由R44充电。当Q27的基极处的电压到达近似0.6伏特时，Q27将开启。C11的两侧将下降。Q25将关闭，以此类推，如此反复。Q21和Q26是发射极跟随器。当Q25关闭时Q25的集电极充电，此时，Q23发射极将跟随它的驱动压电蜂鸣器的基极。当Q25开启时，它将丧失(sink)通过D2的来自压电的连接，对于Q26、D4和Q27是类似的。
诸如参考图17例示和描述的实施例这样的压电设备驱动器子系统750的实施例提供许多创新的特征。一个这样的特征在于电路以低的部件数量提供高的效率。如所示那样，通过将驱动压电所必要的振荡器和放大器组合成电力振荡器来获得高的效率，并且组合还往往最小化部件数量。在该配置中，针对振荡器功能和电力放大器功能在电路中消耗的几乎所有电流施加于压电晶体以便变换成声能。
在上面描述各种电路和其他实施例形成微型ATS 700的新颖的实施例并且提供许多特征。一个这样的特征是超低的电力消耗。使用无变压器的电力供应减少内部电路所必需的从120VAC干线电压到DC电压的变换中的整体损耗。另一个这样的特征在于几乎没有电力消耗在未连接侧(例如，当负载连接到“A”电力760时的“B”电力765侧上)。又一个这样的特征在于电力供应中的光学隔离的使用几乎消除“A”电力760与“B”电力765输入之间的交叉电流。再一个这样的特征在于通过对出现在继电器触点的电流的零交叉处的那些触点的断开进行定时，在受影响的继电器的触点上在“B”电力765侧断开时提供电弧抑制。
另外的特征由对某些电路组件和/或拓扑的选择来实现。一个这样的特征在于可以通过在AC输入上利用电容器电流限制来实现超低的电力消耗。所选的电容器(0.22uF)限制60Hz到大约10毫安到48伏特负载中。在50H时，限制是8毫安，二者都在连接的继电器的操作范围内。另一个这样的特征在于使用“A”电力损耗检测子系统715中电流的相同路径来照明“接通(on)A”指示器、激活到同步电路的光学隔离器链路，以及使用保持锁存器，最小化“A”电力760侧上的正常操作状态吸引。
另一个这样的特征在于从“A”电力760侧到负载的电力输送、关于时间的大多数使用的电力的主路径经由布线继电器的常关位置。这消除激活继电器所必要的电流。另一个这样的特征在于当激活时通过继电器的布置使得能够将AC干线电压直接变换成DC，而不使用变压器或电力变换，以便最小化电力消耗。三个继电器在激活时串联地连接，以将负载转换到“B”电力765侧。这个动作允许高电压(直接整流到150VDC的AC干线电压)的使用。这个设计方法允许实现无变压器的电力供应。
另一个这样的特征来自作为在故障条件期间用于替代的电源的AC干线转移路径的A断开继电器(RY2)的常开触点的使用。在该条件下，仅激活A继电器。所描述的替代的路径允许AC干线上的第二整流器和电容器电流限制，所以单个激活的继电器(RY2)的线圈的电流额定值在8-10毫安的操作范围内。另一个这样的特征在于使用低电压定时控制子系统730上的总体电路通过电流来对指示接近过电流条件并且当不使用时将LED分路到关闭条件的指示器LED(LED 4)通电，消除对该设备的辅助电力供应的需要。这增加微型ATS 700中的电力使用的效率，并且降低静态耗散。另一个这样的特征在于当处于过载条件时使用继电器通过电流来激活指示器LED(LED1)也消除对在必需时对LED供电的辅助电力供应的需要。这提高效率并且减少正常操作条件电力耗散。
另一个这样的特征在通过半导体的布置的创新使用来执行多个功能的“A”电力损耗检测的背景下出现。Q17和Q18的布置类似于硅控整流器(SCR)。该配置的主要工作特性在于，SCR明喻(simile)需要非常少的电流以使得锁存到传导状态中。该锁存的状态将继续，直至通过该对的通过电流停止为止。当它停止时，锁存将断开并且不允许电流流动直至重新发起为止。另外，SCR明喻的在其他情况下不可访问的第二PN连接点是可访问的，从而允许在该点处的动作也在有益的序列中的某个点处影响Q15。Q15是为了延迟从“A”损耗状态返回到“A”电力760而复位的定时器。每当SCR明喻进入传导时必须复位它。通过在Q17的集电极(Q18的基极连接点)(通常是常规SCR中的不可访问的连接点)处轻敲SCR明喻，该时的SCR明喻的雪崩激活可以被用来强迫定时电容器C8经由Q18的复位。
另一个这样的特征在“B”电力765信号的零交叉处从“B”电力765返回到“A”电力760的同步以减小B继电器触点的电弧放电的背景下出现。来自“B”电力765源的光学耦合的同步脉冲和电平被用于两个功能：同步在“B”电力765的零交叉处的从“B”电力765到“A”电力760的转换；以及提供指示“B”电力765的损耗并且因此强迫连接到“A”电力760而不管通常将影响到“B”电力765侧的转换的其他电路的状态的信号的来源。首先，光学耦合的同步信号保持来自光学耦合器的指示准备好转换到“A”电力760的信号关闭，直至同步脉冲出现(经由Q19、Q20和U1光电耦合器晶体管)为止。在同步脉冲在U1光电耦合器处出现时，来自Q33的信号上的保持的释放允许电路对比较器U3发起积分功能以用来完成转换。同时，保持功能的释放然后锁存同步脉冲输出，所以没有另外的脉冲可以经由在Q19的基极上的偏压而存在。另外，如果在“B”电力765侧上不存在AC电力，则同步电路的输出从不会存在跨越U1中的晶体管的集电极/发射极的低阻抗，并且因此不存在用于对积分器电容器C9进行放电的电流同步路径。因此，R33总是保持积分器电容器完全充电，并且到由C9表示的比较器的输入将总是强迫选择“A”电力760侧，而不管U2处的“A”电力损耗检测子系统715的状态。在“B”电力765不存在的情况下提供同步并保持“A”电力760上的输出的这个独特的方法利用最小数量的部件，其每个以高阻抗模式来操作。这将电力消耗减少至最小，并且生产起来仍然是低成本的。
另一个这样的特征出自独特的压电设备驱动器子系统750。Q21、Q26、Q25和Q27的这种布置形成晶体管对振荡器。Q25和Q27形成非稳态的振荡器的基础，R39、R40、R42、R44、C10和C11形成确定振荡的组件。D2、D4、Q21和Q26的创新的添加将振荡器变成能够双边地驱动压电组件的电力振荡器(例如，压电的一侧处于+15，而另一侧处于公共；然后它切换，并且反过来也成立)。对于给定的电力供应电压，这以最少的部件数量和最少的电力耗散，最大化到压电的输出。这相同的电力振荡器可以用于诸如驱动微型化切换电力供应这样的其他应用，或者用于小型测试器中的信号源。对于微型、低电力、非常低成本的电力振荡器存在许多应用。
可以对在本文中所描述的技术进行各种变化、替代和更改而不脱离由附加权利要求书所定义的教导的技术。而且，本公开和权利要求的范围不局限于上面描述的物质、手段、方法和动作的处理、机器、制造、构成的具体方面。可以利用执行与在本文中所描述的相应方面基本上相同的功能或者实现基本上相同的结果的、现有存在或随后开发的物质、手段、方法或动作的处理、机器、制造、构成。而且，如在本文中所使用的，包括在权利要求书中，如在以“其中至少一个”开头的项目列表中使用的“或者”指示分离的列表，使得例如“A、B或者C中至少一个”的列表意思是A或者B或者C或者AB或者AC或者BC或者ABC(亦即A和B和C)。而且，术语“示例性的”不意味着描述的示例是优选的或者好于其他示例。因此，所附的权利要求书将物质、手段、方法或动作的这种处理、机器、制造、构成包括在它们的范围内。
非常高效的数据中心电力分配
描述一种实现如先前所述的以1个μATSTM对1个EDP设备或者1个μATSTM对低的整数个EDP设备的比率来使用高度并行的自动切换的电力的非常高效的数据中心电力分配的方法。该方法也比使用ATS设备进行电力分配的其他方法可靠得多。
非常高效的机架空间使用
如果用来实现高度并行的自动切换的数据中心电力分配的ATS技术具有足够小的形状因子，则能够通过以如下各种位置放置ATS单元来实现该方法，而不使用在其他情况下可能用于安装EDP装备的任何机架空间：
安装在上面并且适合在1U内或者靠近被供电的EDP装备
集成到机架的结构中
靠近机架安装，例如安装在它顶上
集成到EDP装备中
集成到诸如ZPDU这样的机架内或近机架PDU中。在这种情况下，ZPDU的每个子分支输出通常将自动切换。
所描述的示例μATSTM足够小以放置在这些位置中。
增加效率的数据中心电力分配
如先前描述的增加使用自动切换的电力的传统数据中心电力分配的效率的方法。这通过使用μATSTM设备以将数据中心中的电气负载“漂移”到一对UPS单元中的一个上，使得所有负载仅由UPS单元的一个承担来实现。这通过确保UPS单元的一个以较大的效率运行而另一个以零负载或接近于零负载运行(其中它消耗非常少的能量)来增加UPS单元的效率。
在下面的描述中，阐述许多具体的细节以提供对本发明的彻底理解。但是，本领域普通技术人员应当认识到，本发明可以不使用这些具体细节来实践。在一些实例中，没有详细地示出电路、结构和技术以避免混淆本发明。关于在数据中心环境中使用的各种系统、组件和处理描述实施例，但是应当领会，本发明的各种方面可以适用于其他背景中。例如，在为诸如由大型信息服务或云计算供应商使用的那些服务器农场设计电力分配时，实施例可能是有利的。而且，为了参考的方便，由在Zonit商标下提供的商品和/或服务来标识各种系统、组件和方法，Zonit商标由本申请的受让人Zonit Structured Soutions，LCC拥有。
实施例提供用于将使用多个自动转换开关(ATS)和/或并行模块化ATS开关的自动切换的电力输送到安装在数据中心机架中的终端用户装备的技术。在一些实现方式中，可选地使用多头线创建机架中的电力分配系统来便于设计和构造，其允许优化机架的尺寸以最大化数据中心地板空间的使用效率。因此，可以通过最小化所需的电力缆线的数量以及它们在机架中的布线，在装备机架中优化气流。某些实施例还包括结合自动切换能力和电力相位负载均衡的其他电力分配技术。
典型的现代数据中心可以具有包括数千分支分配电路的电力分配网络。各种电子数据处理(EDP)装备的精确加载和/或需求经常对于数据中心人员是未知的。因此，例如当分支电路断路器由于人员将超过电路容量的负载插入电源而跳闸时，这些电路的加载的变化可以引起电气故障。另外，维持每个分支电路的加载处于或低于它的容量的大约75％，以考虑可能在冷启动期间发生的“涌入负载”是重要的，冷启动可能是最高负载场景，并且当它发生时，在其他情况下可能使分支电路断路器跳闸。
出于许多原因，数据中心中的EDP装备的停机时间或故障可能是不期望的。一个原因在于这些EDP设备可能支持关键任务或生命安全目标，对于，即使是功能上短时中断也可能是灾难性的。另一个原因在于现代IT基础设施以及它们的应用的相互依赖关第非常复杂，并且可能不总是被完全领会。单个EDP设备可以提供没有人认识到与该设备相关联的底层服务，电力损耗可能使依赖于受影响的服务的更大业务功能受到不利且昂贵的影响。
数据中心中的EDP装备的停机时间或故障可能是不期望的又一个原因在于，将IT基础设施和在它上面运行的应用从冷启动或中间状态成功地重新启动可能是非常得现场特定的并且不可预测的。大多数企业现场从不会测试他们的信息系统的这个方面。正确的启动过程往往依赖于网络、系统和应用服务的具体序列和定时。在任何复杂的企业环境中，如果同时将每样事物加电，则所有服务通常不会正常地恢复。类似地，如果使特殊的子组件掉电和加电，则可能出现问题。恢复功能的正常运行可能涉及大量的人为干涉，包括手动重启或服务停止/启动。另外，在一些实例中，EDP装备停机时间可能是显著的，可能难以诊断和修理，并且可能引起服务配置或数据的损坏。
许多类型的EDP装备可能特别容易在分支电路处受到电气故障的伤害。例如，许多型号的EDP装备仅具有一个电力供应，并且因此具有一个电力线。这样，到电力线的输入电力的故障中断到装备的电力供应的电力。提高EDP装备的电力分配可靠性的一个技术是提供具有多个电力供应的配置。但是，即使在具有多个独立的电力供应的装备中，当设备一次仅可以插入到一个电源中时，输入电力的中断可以引起故障(或停机时间)。
具有多个电力供应的实现方式可能具有另外的限制。一个限制在于另外的电力供应提高设备的成本，并且可能与运行那些另外的供给相关联的另外的最小量的电力损耗相关联。另一个限制在于，电力供应，特别是典型地在EDP装备中使用的类型，在它们的输出负载额定值的相对窄的带(例如70-85％)中最高效地运行。如果在单或双电力供应配置中提供EDP设备，则产品经理可能不希望对具有不同负载范围优化的两种不同型号的电力供应进行备货，因为这可能代表制造商的另外的费用。这往往意味着产品经理将选择对单个电力供应优化的配置进行备货，其可能针对70％的负载进行了优化。如果这个电力供应被指定在双电力供应配置中，则它将在它的最优加载的大约50％处运行，从而相当大地降低它的效率。
解决电力分配可靠性的问题的另一个方法是实现具有自动切换电力插接板的EDP装备。典型地，那些插接板体积大并且昂贵，并且它们通常水平地安装在数据装备机架中，这可能占据宝贵的机架空间(它们往往由于连接到两个不同电源的两个输入电力插头而占据甚至更多的机架空间)。仍然，启用到甚至仅具有单个电力供应的EDP装备的自动切换的A-B电力输送可能相当大地增加这种装备的正常运行时间(虽然对于双电力供应配置的级别不是典型的)。在许多情况下，在可靠性方面的该增益足以满足EDP装备支持的应用的服务级别可用性目标。
因此，单个电力线设备在连接到两个独立的电源时可以在正常运行时间可靠性方面实现显著的增益。可以指定这些源以获得最佳的成本效益对可靠性增益的比率。例如，实现方式包括使用诸如由Zonit电力分配系统提供的具有统一的冗余A-B电力分配的数据中心。
许多数据中心配置是可能的。一个示例性配置包括两个独立的不间断电源(UPS)。这经常被认为是最高可靠性场景，并且是常见的数据中心配置。
另一种示例性数据中心配置包括一个线路电源和一个UPS。当数据中心中的总体电力使用超过UPS容量时或者为了实现更高的电力使用效率，这种类型的配置可以被用作节省成本的措施，因为UPS单元对于它们提供的电力具有损耗因子。可以连接数据中心中的EDP装备以离开线路电力而运行，并且仅所选择的关键任务装备连接到作为备用电源的UPS。大多数装备仅仅是线路供电的，使用电力调节器模块来停止输入浪涌。例如，如果现场将工业电力输送从480V步降至更标准的208V，则变压器已经在线(in-line)并且任何另外的电力调节可以不是必要的。
值得注意的是，两个UPS单元都调节通过它们的电力，并且如果电力损耗，则使用电池输送备用电力。它们的能力因此是双重的：它们可以调节的持续的安培数；以及为了额定值的目的它们可以以设置的负载百分比(通常100％)输送多少分钟的电力。安培数容量是UPS的设计的功能。电池容量是安培数容量与连接到UPS的电池数量的组合。可以使用外部电池组来改变电池容量，因此将UPS的电池运行时间增加到所期望的目标级别。
再一个示例性数据中心配置包括来自两个不同的电力网格的两个独立的线路电源。在该配置中，仅使用线路电源，但是它们在不同的分配支柱上输送。这可以通过确保两个电力分支分配电路一定在对装备失去电力之前使它们的断路器跳闸来减小风险。
在两个独立的电源之间的到EDP装备的电力分配自动切换的高效使用涉及可以检测电力损耗(例如，输入电力信号的一个或多个相位的部分或完全故障)并且将到连接的EDP装备的输入电力自动地切换到另一个电源的设备。为此，在本文中所描述的一些实施例提供在这些类型的EDP装备部署场景中使用的高效、可靠和具有成本效率的自动转换开关(ATS)。出于至少上面讨论的原因，ATS(例如对于单个电力线设备)可以节省能量并且减少电力成本，同时避免到连接的EDP装备的供给电力的中断。
在本文中所描述的各种实施例提供另外的特征。一些实施例在数据中心机架配置中提供空间高效的并行ATS部署。这些实施例可以提供最大化数据中心地板空间的使用效率并且允许数据中心环境中最大数量的装备机架的部署的替代技术。其他实施例提供ATS和/或电力线的配置以最小化数据中心装备机架(例如，“2柱式”和/或机柜式(“4柱式”)装备机架)中的电力缆线布线和/或气流问题。再有其他实施例例如在位于地震活跃地域(例如加利福尼亚)中的数据中心中，在电力线的一端或两端合并锁定电力线技术，以便更安全的电力输送。
具体地，实施例组合许多并行的小型ATS(例如在本文中被称作“微型ATS”)与集成的控制逻辑来构造大容量、快速、高效并且相对低成本的ATS。微型ATS的某些实施例合并在PCT申请号PCT/US2008/057140、美国临时专利申请号60/897,842和美国专利申请号12/569,733(出于所有目的，通过引用将它们的全部内容完全地并入本文)中描述的功能。微型ATS的实施例将在下面描述，接着是部署微型ATS以提供冗余电力分配的实施例。
微型ATS实施例
传统的ATS往往具有防止它们在高度并行、自动切换的电力分配架构的实现方式中高效使用的限制。例如，这些传统的ATS通常可能太低效、消耗太多的机架空间并且成本太高。在本文中所描述的微型ATS的实施例解决这些问题中的一些或全部。
根据一个实施例，微型ATS(例如ZonitμATSTM)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)并且非常高效(例如在最大负载损耗时小于0.2伏特)。某些实现方式不使用机架空间，因为它们自安装在每个EDP设备的背面上、合并在用来安装EDP装备的机架的容积外部的机架的结构中、合并在机架安装的插接板中或者合并在机架内或近机架的电力分配单元中(亦即，因为微型ATS的小的形状因子，其任何一个都是可能的)。在其他实现方式中，微型ATS足够小以直接集成到EDP装备自身中。
在本文中描述微型ATS的各种实施例，包括它们的各种组件。为了清楚和背景，微型ATS实施例被描述成在两个单独的电源“A”和“B”之间切换。在一些实现方式中，A和B电源是单相源。在其他实现方式中，连接多相电源。在连接多相电源的情况下，使用微型ATS的多相实施例。参考单相实现方式在本文中描述的基本上相同的组件(例如电路)可适用于多相实现方式。
例如，多相实施例可以实现为并行地动作的多个单相微型ATS单元，具有为了同步控制电路的某些使得它们跨越多个ATS单元一起动作以处理从一个多相源到另一个多相源的切换和返回而提供的另外的功能。多相微型ATS的各种实施例也可以具有切换到哪个电源的不同条件。例如，给定具有X、Y和Z“热”引线的三相电力，三个中的任何一个上的故障可能被考虑为从A切换到B多相源的原因。为了返回到A多相源，可能期望首先保证所有三个热引线在A源上存在、稳定并且具有足够的电力质量。
继电器关闭的三端双向可控硅开关元件增强
下面的描述是先前描述的电流转移技术的一种优选实例。虽然在处理并行模块化ATS中的继电器偏斜问题的背景下描述它，但是应当注意，为了构建可以使用该特征的可编程的切换时间的Zonit微型自动转换开关的目的，它也可以在本文中描述的Zonit微型自动转换开关的实现方式中使用。在该实例中，继电器偏斜可能不是问题，但是可能期望比机械继电器可以输送得更快的可编程的切换时间的增益。为了提高机械继电器可以实现AC电力从非传导状态开始传导的速度的目的，在该应用中融入固态半导体开关(优先为交流电开关器件的三极管(三端双向可控硅开关元件))的使用。三端双向可控硅开关元件与机械继电器(继电器)的触点并行连接，使得任何设备即继电器或三端双向可控硅开关元件在被通电以传导电流的情况下将传导电流。在这种情况下，在机械继电器被通电之后花费许多毫秒级的一些时间来开始传导电流的机械继电器的特性可以通过使用三端双向可控硅开关元件的同时传导而暂时被旁路。当使AC电力经由继电器/三端双向可控硅开关元件组合输送到一些负载的期望发起时，电流可以在微秒级别的那个发起信号的非常短的时间内开始传导。当继电器机械触点完成传导路径(关闭)时，三端双向可控硅开关元件不再传导，因为它被有效地短路。现在通过继电器的电力高效地传递，对比于即刻通过三端双向可控硅开关元件的电力，几乎没有电气电力损耗。在三端双向可控硅开关元件的传导状态期间，因为导致必须具有跨越传导端子的电压降以允许固态物理学起作用的半导体的特性，它损耗施加给它的一些电力。这经常称作“接通电压(on voltage)”，即设备在它的传导端子之间经历的并且仍然具有足够能量来维持接通状态的最低电压。在该状态中，通过设备的电流乘以接通状态电压，得到总体电力耗散。这个电力耗散被认为是浪费的电力，因为它不施加于开关正在对其输送电力的负载。在三端双向可控硅开关元件中，该损耗可以是所施加的总体电力的1至2％的等级。因此，单独使用三端双向可控硅开关元件固有地是低效的。通过仅期望三端双向可控硅开关元件在机械继电器操作所花费的短时间期间承载电力，电力损耗最小化，同时从发起开始传导的时间最小化。
同时应用许多这些如此并行配置的混合三端双向可控硅开关元件/机械继电器，连同电流共享旁路电阻器或高电力负温度系数(NTC)电阻器(在这里也称作涌入限制器)一起，是具有许多益处的独特组合。终端电力控制系统具有常规机械继电器的高效率特性以及半导体器件(例如三端双向可控硅开关元件)的接通速度优点。应当注意，诸如双极结晶体管(BJT)或者金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)这样的其他半导体器件或者其他快速操作的器件可以在该配置的可适用的变型中取代三端双向可控硅开关元件。
传统机械继电器和三端双向可控硅开关元件的组合在图32中示出。继电器线圈由具有1至10微秒之间的快速上升时间的进入信号通电。对继电器通电将导致在主触点关闭之前的几毫秒延迟。在电流施加于线圈的同时，作为进入信号的快速上升时间的结果，产生脉冲通过电容器到达脉冲变压器。作为结果的脉冲触发三端双向可控硅开关元件栅极并且三端双向可控硅开关元件进行传导。它将停留在这个状态中，直至通过三端双向可控硅开关元件的电流为零或非常接近零，并且不存在栅极电流。在这一点上，三端双向可控硅开关元件承载从机械继电器的输入到继电器的输出的电流并且旁路继电器的触点。在一段时间之后，继电器的机械组件将移动，并且机械触点将进行电气连接。现在，触点将承载电流，而不是三端双向可控硅开关元件。设计门控信号的脉冲，以在时间上与该时刻重叠几毫秒。当触点弹起时如此这样，如它们在任何机械继电器中将做的一样，只要机械触点打开，传导路径就将恢复通过三端双向可控硅开关元件，然而是短暂的。这将消除通过装配的电流流动的电气中断。在某个另外的时间段之后，机械触点停止弹起并且不再需要三端双向可控硅开关元件。此时，来自脉冲变压器的栅极电流已经过期，并且三端双向可控硅开关元件关闭。当继电器触点下一次打开时，电气连接将即刻中断。因此，三端双向可控硅开关元件增强被设计并且旨在增强在仅与机械触点的关闭相关的通电阶段期间继电器的性能。在机械继电器经由传统手段打开期间，它没有预定的影响。
当继电器确实打开时，次要问题出现。
必须维持针对并行继电器配置继电器之间的电流共享的三端双向可控硅开关元件增强的继电器关闭应用中的Dv/dt控制，使得没有一个继电器承担过度的电流。每个继电器必须承载少于或等于它的额定容量，并且不能更多。当如所描述的多个继电器以并行布置连接时，将如在本文中所描述的那样地实现该电流共享。允许继电器的过渡时期以限制通过任何一个继电器的总电流的方法也允许解决另一个问题，即电压上升的速率的负载额错误地触发三端双向可控硅开关元件触点增强。将被称作dv/dt限制的这个问题简单地陈述为，如果存在于它的主端子的电压的上升速率超过某个伏特/时间阈值，则即使在没有栅极电流存在时，三端双向可控硅开关元件也将自己触发半个周期。为了克服那个问题，一个方法是在限制上升速率的电力路径中放置电子滤波器。但是，组件体积大并且对完成产品的制造添加显著的成本。由于需要安装电流限制“涌入限制器”例如负温度系数电阻器以解决传统的电流共享问题，所以这个相同的组件可以连同dv/dt控制网络中的另外的组件一起使用，以减小那个网络的体积和成本。组件的这种组合是独特的。
操作的细节
图32a是合并三端双向可控硅开关元件增强的继电器触点与电流共享和去偏斜继电器组合的一个交流(AC)电力控制继电器装配的示意图。它主要包含电流路径中的继电器1(1)和继电器2(2)以及旁路继电器1(1)触点的三端双向可控硅开关元件(8)。在该图中，电力没有从AC输入(3)传导到AC输出(4)，它处于“断开”状态。没有电流存在于继电器线圈(1)(2)中，继电器也没有通电。
图32b表示关闭从AC输入(3)到AC输出(4)的电力路径的初始阶段。外部逻辑已经确定需要关闭电力路径并且已经将电压经由输入继电器驱动-(7)和继电器驱动+(6)施加于继电器1(1)线圈(2)。所施加的电压的上升时间基本上是方波边缘，例如10至100微秒级别的快速上升时间。与电流施加给线圈(2)的同时，快速上升时间使电流流过电容器C1(12)，通过二极管D1(13)、电阻器R1(14)，进入到脉冲变压器1(10)的初级绕组中，并且经由继电器驱动-(7)返回到输入。跨越脉冲变压器(10)的电压的这个快速变化使得脉冲在脉冲变压器的次级绕组上产生，并且作为正向脉冲出现在三端双向可控硅开关元件(8)的栅极(5)。在脉冲的前几纳秒中，三端双向可控硅开关元件(8)开始开启，但是到此时，因为继电器(1)也还没有改变状态，所以仍没有电流从AC输入(3)流到AC输出(4)。实际上，因为在线圈(2)中建立场所必需的以及移动的机械组件、电枢(18)加速和移动通过关闭位置与传导(接通)位置之间的空间所必需的时间，继电器(1)将花费大量的时间来关闭连接。这个时间将花费5至20毫秒的级别。这个瞬间，即电压施加于继电器控制输入(6)(7)的瞬间，在本文中被称作“T”时刻，并且从这个位置开始的时间将描述为T+(以微秒或毫秒为单位的时间)。此时，T+0微秒，继电器2(2)也没有施加于它的线圈(1)的电流。因此，继电器触点没有传导，并且通过继电器触点的可用的唯一电流路径将经由负热系数电阻器(或者“涌入限制器”)NTC 1。
图32c表示在T+5毫秒时从AC输入(3)到AC输出(4)的AC电流的初始传导。这个时间取决于继电器的机械特性，并且对于许多常见的继电器类型，可以从3至18毫秒，但是不局限于任何具体的值。但是，因为任何机械继电器的机械特性，时间将是毫秒的级别。三端双向可控硅开关元件(8)已经变成完全传导，并且传递通过继电器1(1)的触点的电流，并且实际上自从大约T+1微秒开始已经这样做。继电器1(1)的电枢(18)显示处于从“断开”状态到“接通”状态的过渡中，并且称作“在飞行中(in flight)”。仍然没有电流通过继电器1(1)的触点，而是通过三端双向可控硅开关元件1(8)，然后通过NTC 1(17)并且到达AC输出(4)。高效地，在继电器电枢(18)的“飞行时间”期间，三端双向可控硅开关元件(8)承载到AC输出(4)的电流。施加给AC输出(4)的电流由NTC 1(17)限制，并且初始地，就在三端双向可控硅开关元件(8)开始传导大约一百纳秒之后，由扼流圈1(9)限制。对该扼流圈的需要随后将变得显然，但是此时具有很小的效果。NTC 1以大约2欧姆级别的某个电阻流动开始，但是因为电流现在经过它，它正在变暖并且电阻在降低。但是因为在NTC 1冷时之前的时刻电阻较高，电流被限制为安全值，而不管负载的阻抗如何。也就是说，如果负载为零欧姆或接近零欧姆，则所施加的电压导致由欧姆定律限制为不毁坏三端双向可控硅开关元件(8)或者当继电器1(1)最终传导时最终不毁坏继电器1(1)的可管理的电流的最大的电流。即使输出被有效地短路达几百微秒或几毫秒，NTC 1(17)也将吸收由所施加的电压所产生的电力。这对于对并行的多个继电器进行去偏斜是关键的，并且将稍后说明。
图32d表示大约T+10毫秒时的电流路径的条件，再次取决于继电器的机械特性。但是图2示出就在已经使继电器1(1)的电枢(18)与电流承载触点接触并且继电器触点现在进行传导之后的条件。仍然注意，没有电流施加于继电器2(2)的线圈(19)。在继电器1(1)触点关闭的时刻，所有电流经过它们而不是经过三端双向可控硅开关元件(8)。三端双向可控硅开关元件(8)已经“关闭”并且现在不传导。而且注意，没有电流正在流过C1(12)、D1(13)、R1(14)，并且因此没有流过脉冲变压器1(10)。这是因为跨越电容器1(12)的电压已经完全充电，并且因此，通过它的电流停止。电容器1(12)的一侧即继电器1驱动+(6)侧位于输入电压，并且电容器的另一侧相对于继电器1驱动+(6)侧负地充电。缺少流过脉冲变压器(10)的电流导致没有电压施加于三端双向可控硅开关元件(8)的栅极(5)。因为不存在栅极电流并且没有电流在三端双向可控硅开关元件中流动，所以它现在将不传导，而不管继电器1(1)触点的状态。在实际的设计实践中，脉冲存在于三端双向可控硅开关元件的栅极并且继电器的触点变得关闭的时间长度的轻微重叠被设计进去。该重叠允许三端双向可控硅开关元件在继电器触点“弹起”的时间期间“接通”，并且不可避免地产生机械触点。这段时间是大约100微秒至一毫秒的级别。但是可以进行电容器1(12)值的选择，以提供到三端双向可控硅开关元件(8)的栅极(5)的电流仅足够包括电枢(18)的“飞行时间”并且加上少量的时间。这是该设计的另一个正面“特征”。
图32e表示完成从AC输入(3)到AC输出(4)的电流路径时的下一个逻辑阶段。这个阶段对于旁路NTC 1(17)是必要的，因为它现在承载电流，并且作为结果正在耗散电力。旁路这个设备以及另外的继电器(2)几乎消除NTC 1(17)中的电力损耗，因此使得开关更高效。去偏斜继电器1驱动+(16)和去偏斜继电器1驱动-(15)现在具有施加的电压，并且电流经过继电器2(2)的线圈(1)。但是，再次因为继电器的机械特性，电枢(19)显示为“飞行”中，并且电流仍然流过NTC 1(17)。
图32f表示处于“接通”状态的总装配的最终条件，当装配处于该状态中时没有更多的改变将发生。线圈电流施加于全部两个中继线圈(2)、(1)，并且全部两个继电器电枢(18)(19)都处于完全条件中。电力以最小的损耗和电力耗散从AC输入(3)输送到AC输出(4)。
图32g表示从AC输入(3)到AC输出(4)的电力路径将被中止的断开序列的发起。序列开始于经由去除去偏斜继电器1驱动+(16)并且去偏斜继电器1驱动-(15)电压来去除到继电器2(2)线圈(1)的电力。电力去除之后不久，中枢(19)或继电器2(2)断开通过继电器的电力路径。立即地，电流现在必须行进经过现在是冷的并且处于其最大电阻的NTC 1。这个动作现在限制可以从AC输入(3)传递到AC输出(4)的总电流。NTC 1以大约2欧姆级别的某个电阻开始流动，但是因为电流现在经过它，所以它正在变暖并且电阻在降低。但是因为在NTC 1冷时之前的时刻电阻较高，电流被限制为安全值，而不管负载的阻抗。也就是说，如果负载为零欧姆或接近零欧姆，则施加的电压导致由欧姆定律限制为不毁坏三端双向可控硅开关元件(8)或者当继电器1(1)最终传导时最终不毁坏继电器1(1)的可管理的电流的最大的电流。即使输出被有效地短路达几百微秒或几毫秒，NTC 1(17)也将吸收由所施加的电压所产生的电力。这对于对并行的多个继电器进行去偏斜是关键的，并且将稍后说明。它也提供对断开序列的这个阶段中的随后动作很关键的经限制的电流路径。
图32h表示断开序列的最后阶段的开始。到继电器1(1)线圈(2)的电力已经通过施加给继电器1驱动+(6)和继电器1驱动-(7)的电压被去除并且变为零而被去除。电流仍然经由电枢(18)经过继电器1(1)的触点，因为惯性还没有允许它断开。在这一点处，线圈(2)中的磁场刚刚开始崩溃，并且很快(几乎立刻)来自那个线圈的电动势将开始跨越继电器1驱动+(6)和继电器1驱动-(7)施加负的电压。但是此刻，当继电器1驱动+(6)和继电器1驱动-(7)处的电压变成零时，存储在电容器C1(12)中的电荷开始经由电阻器R2(31)和二极管D2(20)放电到继电器1驱动-(7)。因为放电负向地进行，所以没有电流传导通过二极管D1(13)、电阻器R1(14)，并且因此，没有脉冲在脉冲变压器1(10)中形成。三端双向可控硅开关元件(8)保持“断开”。该放电路径对于准备用于在下一个事件发生时的希望再次“接通”从AC输入(3)到AC输出(4)的路径的下一个接通序列的三端双向可控硅开关元件门控电路系统是必要的。目前，为了最小化断开电力路径的时间，三端双向可控硅开关元件(8)必须保持不传导。
图32i表示从AC输入(3)到AC输出(4)的电力的断开的时刻。继电器1(1)的电枢(18)现在“在飞行中”。它可能花费几毫秒来完成，但是触点现在是分离的，并且三端双向可控硅开关元件(8)处于断开状态，跨越继电器1(1)的触点的电压上升得非常快，取决于AC周期中断开发生的点。必须假设这与AC周期的峰值一致。在AC输出(4)的负载阻抗非常低或许几乎为零欧姆的情况下，如果这是并行的多个继电器中断开的最后一个，则如果不控制的话，跨越三端双向可控硅开关元件(8)的主端子的电压上升可能非常快。这是序列中对于这个应用的意图决定性的点。组件电容器2(11)、扼流圈1(9)和NTC 1(17)一起工作来减慢跨越三端双向可控硅开关元件(8)的主端子的电压的上升速率。因为如先前描述的那样，高速率的电压施加将错误地触发三端双向可控硅开关元件，所以这个动作是必要的。在三端双向可控硅开关元件的常规应用中，包括取代扼流圈(9)和电容器C2(11)的相对大的扼流圈和相对大的电容的所谓“减振器”电路对于管理可能的极端电流将是必要的。但是，因为NTC1电阻器现在在AC电力路径中，电流被限制，并且扼流圈1(9)和电容器C2(11)这两个组件可以显著地更小，表现出显著的空间和成本节省。随着电压在扼流圈1(9)和NTC 1(17)的连接点处开始上升，它在前几微秒可以这样做，在电容器2(11)和扼流圈1(9)的连接点处具有极小的效应。这是因为扼流圈1(9)的电感。因为可以快速地改变跨越它的电压而没有电流的变化，所以进入C2(11)的电流被限制。因此，C2(11)慢慢地充电，从而限制跨越三端双向可控硅开关元件(8)的主端子的上升速度。但是针对所选择的三端双向可控硅开关元件的最坏情况设计需求，将必须延长组件的组合的时间常数。如果NTC 1不存在，电容器C2(11)和扼流圈1(9)的值将必须大得多。但是因为NTC 1(17)仍然是冷的，并且它的电阻仍然相对高，即使在较小值的扼流圈已经饱和并且电流通过它之后，跨越电容器C2(11)的电压的上升速率也继续被限制。通过适当地选择C2(11)、NTC 1和三端双向可控硅开关元件(8)的值，甚至有可能消除扼流圈(9)。这在不使用包括去偏斜继电器，继电器2(2)、NTC 1(17)和穿通三端双向可控硅开关元件开关的组件的独特组合的其他情况下将是不可能的。继电器1(1)的三端双向可控硅开关元件增强的机械继电器和它的相关组件以及去偏斜电流控制继电器和NTC电阻器的独特组合允许最小化组件值、成本并且可能消除一个传统必需的部件。
图32j示出再次处于从AC输入(3)到AC输出(4)不传导的静止状态的子装配。电容器C1(12)完全放电。
图32K表示先前描述的一组三个基础继电器装配。阵列可以是从2到N的任何数量的继电器装配，其中N是实现所期望的总体电力处理能力所必要的继电器的数量。例如，如果个体继电器模块是50安培模块，则4000安培能力的装配将需要80个如所示那样并行连接在一起的个体继电器模块。应当注意，个体继电器线圈可以如所示那样在来自单个驱动器的去偏斜继电器驱动继电器2、4和6(2)(4)(6)上的并行的分组中控制，或者如所示那样在继电器1、继电器3和继电器5(1)(3)(5)上独立地配置。当并行连接时，驱动电路系统更简单并且更容易变得高度可靠。当独立连接到个体驱动器时，继电器可以具有允许在调节动作的时间和释放的时间方面的精细准确度的动态控制的输入定时。这种增加的复杂度的优点是能够递归地调节继电器的致动和退动，从而为了最小化任何一个继电器应当承担比并行分组的平均电流多或少的电流的持续时间的目的而同步触点实际着陆与主电力路径的断开。
在该图中，NTC 1是倾向于首先关闭并最后打开的任何继电器的电流限制器。这两个条件是继电器和其他电力路径组件的极端负载情况。使用2欧姆值的NTC 1组件，对于240V开关，在任何一个给定路径中的电流被限制为120安培。无论发生什么事件，均可以将组件中的每个指定为抵抗该120安培达足够使继电器子装配变成并行连接或断开所必要的持续时间。因此，在子模块的输出的每个中利用电阻器或NTC电阻器(17)(35)(55)是必要的，它使得能够在三端双向可控硅开关元件的减振器网络中使用较少和/或较低成本的组件，甚至对于优化三端双向可控硅开关元件的大小和电力处理能力也是有利的。
使用微型ATS进行冗余电力分配的实施例
ATS可以部署在电力分配拓扑中的各种点处，以典型地在电力分配拓扑中的如下三个点中的一个处提供从主电源到备用电源的自动失效备援：分支电路起源的墙壁上的配电板；电力馈给到插接板的机架中的分支电路的末端；或者在插接板与正在被供电的EDP装备之间。电力分配拓扑中放置自动切换功能的位置的选择可能涉及对许多问题的考虑。
在确定在电力分配拓扑中的哪里放置自动切换功能时要考虑的一个问题是故障的可能域，即在ATS无法正常工作的情况下将被影响的电力插座的数量。在数据中心中使用的电力分配拓扑可以被看作有根树图(亦即从数学上来说)，使得ATS的位置越靠近树的根，将被那个ATS的动作影响的电力插座的数量就越高。例如，图18A-18D示出示例性的电力分配拓扑。
转到图18A，示出电力分配拓扑1800a，ATS 1840a部署在拓扑的根节点1830中。为了清楚，电力分配拓扑1800a包括核心基础设施1810、根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。根节点1830被认为是核心基础设施1810的“下游”。电力分配拓扑1800a的每个部分包括电力分配组件。
如所示那样，公用设施网格1805馈给核心基础设施1810中的现场变压器1815(例如，步降变压器)。核心基础设施1810也包括本地发电机1820。现场变压器1815和本地发电机1820用作电力分配拓扑1800a的电力的两个独立的来源。在其他实施例中，可以使用诸如独立的公用设施网格这样的其他独立源和/或多于两个独立的源。在一些实现方式中，主开关齿轮1825可以允许整个核心基础设施1810切换到替代的电力(例如从现场变压器1815到本地发电机1820)。
电力从核心基础设施1810提供到电力分配拓扑1800a的根节点1830。在图18A的示例性电力分配拓扑1800a中，根节点1830包括一个或多个不间断电力供应(UPS)1835。应当注意，大型数据中心经常具有许多发电机和UPS 1835，因为对于可以购买的容量大小存在限制，并且如果超过那个限制，则必须安装多个UPS 1835并且并行地运行它们。每个UPS1835可以看作电力分配拓扑1800a中的根节点1830。
来自主开关齿轮1825和UPS 1835的电力路径被路由至作为根节点1830部署的ATS1840a。ATS 1840a被配置为在来自核心基础设施1810的核心电力与来自UPS 1835的电力之间自动地切换(例如，在核心基础设施1810中完全或部分电力故障的情况下)。这样，ATS1840a向下游组件提供可靠的恒定电力。
如所示那样，电力从根节点1830输送到分配节点1850。具体地，来自ATS 1840a的输出电力输送到一个或多个配电板1855。在一些实现方式中，使用多个电力分配配电板1855，因为它们仅在电路断路器站的电力容量和数量方面变得如此大。而且，定置配电板1855以便使平均电力鞭长度最小化可以是更高效的，并且可以尽可能多得使用来实现这个目的。应当注意，可以在本文中描述的电力分配拓扑中与配电板一起或代替配电板使用母线槽。
典型地，分配节点1850被认为源自主配电板1855处并且在装备机架1875(例如叶节点1870)处结束。在示例性实施例中，电力经由插接板1880在装备机架1875处分配。插接板也可以具有在其中的电路断路器。值得注意的是，本领域的一些技术人员将配电板1855和插接板1880两者混淆地称作电力分配单元(PDU)。因此，为了清楚，在本文中使用术语配电板和插接板。
装备机架1875包括EDP装备1885。许多类型的EDP装备1885是可能的，并且可以机架安装(rack-mount)在装备机架1875中。每件EDP装备1885可以插入到一个或两个插接板1880中。例如，具有多个内部电力供应的EDP装备1885可以插入到多个插接板1880中。
在例示的配置中，ATS 1840a被部署为电力分配拓扑1800a的根节点1830，即分配节点1850和叶节点1870的上游。该上游布置可以仅使用单个(或相对少的)ATS提供ATS功能。显而易见地，在确定在电力分配拓扑中的哪里放置自动切换功能时要考虑的重要因素是电力分配效率，即因ATS插入到电力分配系统中而“损耗”的电力的量。没有ATS是100％有效的(亦即它们都具有损耗因子)。通常，将两种类型的ATS分类成基于继电器的和基于固态的是有帮助的。它们具有关于电力损耗和转换时间的不同的特性。在许多应用中，电源之间的转换时间是重要的，因为在现代EDP装备中使用的电力供应仅可以容忍非常短暂的电力中断。例如，在电力供应设计中使用的计算机及商业装备制造商协会(CBEMA)方针推荐20毫秒或更小的最大断电。
基于机械继电器的ATS使用一个或多个机械继电器在它们的输入电源之间切换。一般来说，继电器具有两个主要的损耗因子，即继电器的触点面积以及继电器可能需要的维持其处于“接通”状态(亦即，其中它正在传导电流)的任何电力。仔细地选择和设计触点的形状和材料以使得跨越触点的电阻最小化，更是最小化或防止在它们正在切换时的跨越触点的电弧放电。而且，因为一些电弧放电可能在一些情况下发生，所以必须设计触点使得电弧“焊接”触点缝的可能性最小化，电弧“焊接”触点缝是非常不期望的。
另一个设计问题是继电器的转换时间。安装触点(通常在电枢上)使得它们可以移动以完成它们的切换功能。触点质量、运动范围、机械杠杆和用来移动电枢的力都是继电器设计问题。按照触点之间需要的间隙规定运动的范围以使在最大设计电流级别时的电弧放电最小化。在最大设计电流增加时，间隙也往往增加。触点的质量被施加于电枢的力加速，这具有实际的限制。
这些因素对可以发送通过一对触点的电流的量强加限制并且仍然维持EDP装备的可接受的转换时间。例如，如果电枢的质量和触点间隙太大，则继电器转换时间可能超过阈值时间限制(例如，针对现代的切换式电力供应的连续操作，CBEMA推荐大约20毫秒的电力断电的最大值)。精心设计的基于继电器的ATS通常表现出大约0.5％或更小的损耗因子。它们也具有向通常在操作中使用12-20瓦特的范围的它们内部逻辑供电的电力供应。
在基于固态的ATS的情况下，开关使用固态半导体完成它们的输入电源和它们的输出负载之间的切换。它们可以典型地比可比较的基于继电器的开关切换得更快，因为它们使用基于半导体的切换，而不是机械继电器。但是，半导体也具有损耗因子，并且这种类型的开关的效率经常低于基于继电器的开关的效率(例如大约1％)。而且，它们经常不太可靠，除非它们构建有冗余的内部失效备援能力，这可能使它们明显地更加昂贵。与它们的基于继电器的对应物一样，基于固态的ATS典型地具有向它们的内部逻辑供电的电力供应，取决于转换开关的大小以及由开关提供的冗余的级别，它们的内部逻辑供电在操作中使用12-200瓦特或更大的范围。
应当注意，作为UPS单元的上游的ATS被认为是“核心电力”基础设施而不是“电力分配”基础设施的一部分。自动转换切换可以在核心基础设施1810中完成，以确保到诸如公用设施电力网格馈给或发电机的有效电源的连接的连续性。可以处理在核心基础设施1810中必需的电力容量的基于继电器的开关的转换时间通常太慢，以至于不能避免因先前描述的原因(例如根据CBEMA方针)由连接的EDP装备1885引起的停机。因此，这种类型的ATS往往放置在UPS单元的上游，在那里，这些开关在转换时造成的短暂的电力断电可以由UPS单元弥补。
实际上，大的状态的转换开关可以在核心基础设施中使用，因为它们足够快以在典型的(例如CBEMA)方针内切换。但是，这些类型的ATS非常昂贵，并且可以代表单个故障点。而且，它们往往具有与流过半导体器件的电力相关联的不利的损耗。
如所示那样，当主电源故障时，单个ATS 1840a将给定配电板1855中的每个分支电路切换到次电源。出于至少上面的原因，在电力分配拓扑1800a中的ATS 1840a的这种类型的上游放置可以缓和在必须在电力分配拓扑1800a各处使用多个ATS时可能加剧的某些问题(例如电力损耗、转换时间等)。但是，在该配置中，配电板1855的上游的单个ATS 1840a的故障可能使许多下游的EDP设备被剥夺电力。例如，典型的配电板具有225KVA的容量以及84或96个电路断路器站。这可以经由28-96个分支电路向近似多达40个机架供电(例如，取决于分支电路的类型和数量以及每个机架使用的瓦特的平均数量)。在数据中心中由于单个ATS故障而导致40个机架被剥夺电力是主要的打击，这可以具有非常严重的服务影响。注意：这里描述的模块化并行ATS可以在这个位置1840a中使用。它的并行、容错的架构允许它实现足够的可靠性，从而以这个角色很好地工作。下面针对电力拓扑的较低级别处的自动切换描述的更高级别的并行度可能甚至更可靠，但是并行模块化ATS具有可能被期望的其他益处。
图18B示出另一个示例性电力分配拓扑1800b，其具有部署在更下游、在拓扑的分配节点1850中的ATS 1840b。为了清楚，电力分配拓扑1800b被例示为具有与如图18A中所示的那些相同的核心基础设施1810以及类似的根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。不同于图18A，在分配节点1850中实现ATS 1840b。代替馈给拓扑的根节点1830中的ATS的主开关齿轮1825和UPS 1835，替代的电力路径馈给分配节点1850。
如所示那样，分配节点1850包括一个或多个主配电板1855a以及一个或多个区域配电板1855b。区域配电板1855b中的一些或全部包括集成的ATS 1840b(或多个集成的ATS1840b)。替代的电源(例如，来自主开关齿轮1825和UPS 1835)馈给集成的ATS 1840b。区域配电板1855b然后可以向它们各自区域中的装备机架1875提供电力。
在示例性电力分配拓扑1800b中，仍然存在相对少的ATS，其仍然可以减少与ATS低效率等相关联的问题。但是，将ATS 1840b放置在更下游允许ATS 1840b仅对大型数据中心中的装备机架1875的子集(亦即特殊区域)处理电力转换。因此，ATS 1840b的故障将引起更有限的数量的下游EDP设备被剥夺电力。相比于来自更上游ATS的类似故障的影响，这可以具有对数据中心更小的灾难性影响。在本文中描述的模块化并行ATS可以在这个位置1840b中使用。它的并行、容错的架构允许它实现足够的可靠性，从而以这个角色很好地工作。下面针对电力拓扑的较低级别的自动切换描述的更高级别的并行度可能甚至更可靠，但是并行模块化ATS具有可能是被期望的其他益处。
图18C示出又一个示例性电力分配拓扑1800c，具有部署在甚至更下游、在拓扑的叶节点1870中的ATS 1840c。为了清楚，电力分配拓扑1800c被例示为具有与如图18A和18B中所示的那些相同的核心基础设施1810以及类似的根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。不同于图7，在叶节点1870中装备机架1875处或靠近装备机架1875实现ATS 1840c。
如所示那样，主开关齿轮1825和UPS 1835馈给分配节点1850(例如主和/或区域配电板1855)。分配节点1850进而馈给叶节点1870。例如，配电板1855为装备机架1875提供电力。在示例性电力分配拓扑1800c中，ATS 1840c部署在每个装备机架1875或装备机架1875的集合处或者靠近每个装备机架1875或装备机架1875的集合。如下面更充分讨论的，在一个实施例中，ATS 1840c被配置为适合在机架空间内。在其他实施例中，ATS 1840c布置在装备机架1875的顶上、紧挨着装备机架1875或者在任何其他有用的位置。
在一些实现方式中，主电力路径从配电板1855分配到装备机架1875的第一插接板1880a。装备机架1875的第二插接板1880b由被配置为根据需要在主和次电源之间切换的ATS 1840c馈给。例如，仅具有单个插头的EDP装备1885可以插入到第二插接板1880b中，并且如果主电源具有足够的质量，则由主电源供电，否则由次电源供电。在一些实现方式中，其他EDP装备1885(例如，具有多个内部电力供应、两个插头等)插入到两个插接板1880中。
在该配置中，单个ATS故障将仅影响依赖于ATS切换能力的那些件EDP装备1885(亦即，可能是EDP装备1885的唯一一个或少数个机架的价值)。但是，值得注意的是，将可能使用比在图18A或18B中例示的配置中多得多的ATS。而且，装备机架1875处ATS的部署可以影响宝贵的机架空间。这里描述的模块化并行ATS可以在这个位置1840c中使用。它的并行、容错的架构允许它实现足够的可靠性，从而以这个角色很好地工作。下面针对电力拓扑的较低级别处的自动切换描述的更高级别的并行度可能甚至更可靠，但是并行模块化ATS具有可能是被期望的其他益处。
数据中心中的机架空间可以非常昂贵。发电机、UPS单元、电力分配、活地板、机房冷却、活地板等的数据中心基础设施经常是非常大的资本投资和大的持续不断的运营费用。标准四十二单位(“42U”)装备柜中的机架空间的一个标准机架单位(“1U”)等于该机架中可用的空间的2.5％。因此，在装备机架中大量地安装机架安装的ATS使用许多机架空间，这代表可以用于EDP装备的空间的损耗，因此将是不期望的。因此，ATS经常不以那种配置来部署，特别是在其他选项可用的情况下。
图18D示出再另一种示例性电力分配拓扑1800d，其具有部署在再更下游EDP装备1885处、在拓扑的末端叶节点1870中的ATS 1840d。为了清楚，电力分配拓扑1800d被例示为具有与如图18A-18C中所示的那些相同的核心基础设施1810以及类似的根节点1830、分配节点1850和叶节点1870。
与在图18C中一样，主开关齿轮1825和UPS 1835馈给分配节点1850(例如，主和/或区域配电板1855)，分配节点1850馈给叶节点1870。例如，配电板1855对装备机架1875提供电力。在示例性电力分配拓扑1800d中，ATS 1840d部署在每件EDP装备1885中、每件EDP装备1885处或者靠近每件EDP装备1885(或者期望ATS功能的至少那些EDP装备1885)。如下面更充分地讨论的那样，在一个实施例中，ATS 1840d被配置为使得许多ATS 1840d可以组合在一起以适合于机架空间内并且针对连接的许多件EDP装备1885并行地运行。例如，ATS1840d可以是上面描述的微型ATS 700，并且可以与集成的控制逻辑并行部署，以构造大容量、快速、高效和相对低成本的ATS，以便在为EDP装备1885提供冗余的电力分配时使用。在其他实施例中，ATS 1840d集成到电力线中、到多件EDP装备1885中，或者以任何其他有用的方式部署。
在该配置中，单个ATS故障将仅影响它服务的EDP装备1885(亦即，可能是唯一一个EDP装备)。但是，该配置可能涉及比在图18A-18C中例示的其他配置中的任何一个中多得多的ATS的部署。每个ATS可能在电力分配(例如，电力损耗)、空间使用(例如，因占据宝贵的机架空间)等方面添加低效。
如上面所讨论的那样，实施例包括可以部署在大小和效率受到关注的配置中的微型ATS 700(例如，用作ATS 1840b-ATS 1840d中的任何一个)。例如，ZonitμATSTM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)并且非常高效(例如在最大负载损耗时小于0.2伏特)。某些实现方式不使用机架空间，因为它们自安装在每件EDP装备1885的背面上、合并在用来安装EDP装备1885的装备机架1875的容积外部的装备机架1875的结构中、合并在机架安装的插接板1880中或者合并在机架内或近机架的配电板1855中(亦即，因为微型ATS的小的形状因子，其任何一个都是可行的)。在其他实现方式中，微型ATS 700足够小以直接集成到EDP装备1885自身中。
微型ATS 700的小的形状因子可以允许使用24英寸外到外宽度的EDP装备机架1875。这些类型的装备机架1875可以提供某些优点。例如，机柜恰好适合在二英尺乘以二英尺的活地板瓷砖上，其使得放入穿孔的地板瓷砖以容易引导气流，因为机架根据地板瓷砖网格对齐。而且，装备机架1875可以节省珍贵的数据中心地板空间。NEMA装备机架1875对于整体机架宽度通常不是标准化的，并且机架越窄，越多的机架可以适合在给定的排长度中。例如，24英寸装备机架1875将比非常常见的27英寸宽度的装备机架1875节省3英寸，从而对于在一排中每八个装备机架1875允许一个额外的装备机架1875(亦即，九个24英寸的装备机架1875可以适合在八个27英寸的装备机架1875的地板空间内)。例如，因为几乎所有的型号现在都利用前到后的气流冷却(亦即，相对于曾经常见、但是现在几乎完全消失的侧向冷却)，较窄的装备机架1875对于现代的EDP装备1885变得更实际。但是，显著地，24英寸装备机架1875在侧面上具有相当少的空间用于像垂直插接板1880、ATS等辅助装备，使得那些组件必须具有尽可能小的形状因子以适合于装备机架1875内。
微型ATS 700允许针对每个设备或接近每个设备高效、有成本效率并且机架空间节省(每一件(或低的整数个)EDP装备1885的一个微型ATS 700的比率)并且允许高度并行并且非常高效的自动切换的电力分配方法被使用。应当指出，可以选择微型ATS 700单元对EDP装备1885的比率，以优化几个相互关联的设计约束，即可靠性、成本以及数据中心中移动EDP装备1885的容易性。一对一的比率使得每个设备电力可靠性和移动设备的容易最大化，同时保持它加电。例如，这可以通过“热行走”使用像微型ATS 700这样的设备级ATS来实现，其中通过首先拔掉一个ATS电力线、将插头移动到新的位置、拔掉第二ATS电力线等来移动设备。长的延长线使得“热行走”更容易。以太网缆线可以被拔掉并重新插入，而不会使现代的操作系统受到影响，并且当这完成时TCP/IP连接将恢复。在一些实现方式中，可以通过使用微型ATS 700单元和EDP装备1885的一对一之外的比率来减少成本。限制因素可以是微型ATS 700电力容量以及数据中心管理者愿意承担什么样的上升级别的风险，因为连接到任何一个ATS的设备越多，如果它未能正常地工作影响越大。
转到图19，示出根据一些现有技术实施例的示例性传统电力分配拓扑。如所示那样，拓扑包括使用UPS单元(例如1835)的“双变换”技术，在一些最近的实现方式中，包括飞轮UPS设备。在数据中心中使用的最佳双变换UPS单元中甚至一些具有随着它们的负载变化而变化的电力效率。
例如，图20例示典型的双变换UPS单元的效率对比负载的图。例如，标准的UPS单元可以典型地平均为85-90％的效率，并且飞轮UPS单元在典型的负载水平可以平均为大约94％的效率。例如，当电力成本是稳定且相对低的并且没有意识到碳基燃料的气候影响时，这个级别的效率在许多实例中是不可接受的。最近，电力从廉价的商品快速地变成具有大量的经济和环境成本并且对国家经济和国家安全具有关键牵连的昂贵的购买。传统UPS供电的数据中心更典型地具有在88-92％范围中的效率，例如，因为数据中心管理者倾向于以小于100％的容量运行UPS单元，以考虑任何需要的装备添加、移动或变更。而且，经常划分UPS单元之间的负载，使得每个具有全部数据中心的负载的大约1/2。在这种情况下，因为是冗余的，没有一个UPS可以负载超过50％，如果任何一个UPS失效，另一个UPS必须能够承担全部负载。这使得UPS效率更低，因为每个单元通常将不会负载高于40-45％，使得数据中心管理者具有一些可用的UPS电力容量用于数据中心中EDP装备的添加、移动和变更。
值得注意的是，容纳非常大数量的服务器的超大型数据中心的数量正在增长，使得服务器部署数量是巨大的。现今存在许多商业组织，部署有超过一百万服务器。对于这种规模的设施和与日俱增的长期电力成本，对最大化电力使用效率进行投资在经济上、在环境上以及在国家安全方面有很大意义。
如上面所讨论的那样，将多个(例如，两个或N+1个是最常见的配置)电力供应放入EDP装备1885中存在有几个原因。一个原因是为了通过冗余消除单点故障。但是，现代的电力供应非常可靠，具有大约100,000小时(亦即11.2年)的典型的故障间平均时间(MTBF)值，其可以远远超过大多数EDP装备1885的服务寿命。使用多个电力供应的另一个原因是为了允许连接到多于一个分支电路。如上面所讨论的那样，分支电路往往是电力分配的最常见的故障点。又一个原因在于，具有双电力连接例如通过允许一个电源停机而不影响终端用户EDP装备1885使电力系统维护更容易。
但是，在EDP装备1885中放置多个电力供应可以具有各种成本。一个成本由另外的电力供应的购买引起。例如，供应经常特定于每一代的装备，因此必须在每个新一代装备中替换，对于典型的服务器，在一些组织中，这可能短至三年。
而且，当以“披萨盒”形状因子购买时，服务器当前是最具有成本效率的。例如，在大型数据中心中部署的服务器典型地都是“商品”Intel X86架构兼容的中央处理单元(CPU)。这些服务器被用来向运行大的网站的大型服务器农场、运行VMWare或其他虚拟化解决方案的云计算以及高性能计算(HPC)环境的大多数供电。商品服务器对于成本竞争力特别是关于它们最初的购买价格具有很大压力。这进而可能影响制造商产品经理选择最低成本的电力供应解决方案，可能以放弃最佳的电力效率为代价。
另外的电力供应的另外的成本在于每个电力供应都具有相关联的损耗因子。例如，电力供应不是100％有效的，并且可以通过设计供应在给定负载范围(例如，典型地最佳预期负载的+/-20％)中最高效地运行来减少成本。许多电力供应具有类似于在图20中示出的效率曲线。显著地，服务器制造商的产品经理可能以具有一个或两个电力供应的两种配置销售服务器，并且可能宁愿仅对单个电力供应型号进行备货以避免因为备货、销售和服务两种型号的电力供应而引起的另外的成本。这用资本费用(服务器制造商可以较低的初始价格点销售服务器)来换取运营费用。例如，使用两个AC到DC电力供应，DC输出总线通常在大规模部署中最经常使用的商品服务器类别中将是共同分享的无源总线。添加切换到该类别的服务器的电源以重新获得效率(例如，当一次仅一个电力供应承担负载时)对于正在服务的市场通常太过昂贵，并且这可以添加另一个潜在的故障点，对此可以引发另外的成本以针对更大的可靠性添加冗余。
而且，典型的现代EDP电力供应几乎都是自动换量程(亦即，它们接受110-240V输入)并被切换(亦即，它们动用AC输入电力仅一小段时间，将该能量变换成DC，然后重复)。这种类型的电力供应可以对电力质量问题更有抵抗力，因为它们一次仅需要“吸取”一口，而不是连续地。如果输入的AC电力电压范围被控制在已知的范围内，则它们通常将非常可靠地工作。虽然电力供应可能在每“一口”中需要充足的能量并且输入的电力在它们的电压范围容忍的限制内，但是它们可以不需要完美的输入AC波形来很好地工作。这可以使得能够以非常合理的资本费用来使用比完全UPS供给的电力系统高效得多的数据中心电力分配系统。
实施例解决使用高度并行的自动转换切换的高效电力分配(例如，在数据中心中)。如上面所讨论的那样，传统的数据中心电力系统中损耗的主要来源是UPS单元(例如，因为变换损耗)。避免这些损耗的一种技术是使用经滤波的公用设施线路电力，虽然这在方法论可以实践之前可能带来一组需要被解决的问题。
图21示出根据各种实施例的示例性电力分配拓扑2100。如上面描述的，电力分配拓扑2100可以看作具有核心基础设施，其可以包括现场变压器1815(例如，由公用设施网格1805供电的步降变压器)、本地发电机1820和主开关齿轮1825。现场变压器1815和本地发电机1820用作电力分配拓扑2100的电力的两个独立的源。在一些实现方式中，主开关齿轮1825可以允许整个核心基础设施切换到替代的电力(例如从现场变压器1815到本地发电机1820)。
电力从核心基础设施提供到电力分配拓扑2100的根节点。如所示那样，核心电力从主开关齿轮1825输送到一个或多个UPS 1835以及瞬态电压浪涌抑制(TVSS)单元2110。TVSS用作用于对到拓扑的分配节点的输入电力进行滤波的非常高效(例如，经常高于99.9％)和成熟的技术。相比之下，UPS 1835可能通常在85％至94％之间有效(或更低)。
在该配置中，电力分配拓扑2100的根节点高效地输送高效的主(“A”)电源760和不太高效的次(“B”)电源765。然后这些电源中的每个都被路由通过电力分配拓扑2100的分配节点。例如，一个或多个配电板1855(例如，主和/或区域配电板1855)被用来将“A”电力760和“B”电力765分配到位于电力分配拓扑2100的叶节点处的装备机架1875。
在一些实现方式中，配电板1855输送电力到插座2125(例如，标准的120伏特NEMA插座)。每个装备机架1875至少包括具有被配置为插入到提供“A”电力760的插座2125中的插头2120的第一插接板1880a，以及具有被配置为插入到提供“B”电力765的插座2125中的插头2120的第二插接板1880b。因此，“A”电力760和“B”电力765二者都自始至终地由电力分配拓扑2100输送到安装有EDP装备1885的装备机架1875。
期望ATS功能的每件EDP装备1885可以通过利用微型ATS 700功能经由插接板1880提供有冗余的电力(亦即，“A”电力760和“B”电力765)。如所示那样，微型ATS 700与“A”电力760和“B”电力765(例如，分别经由第一和第二插接板1880)电气耦合(例如，插入到其中)，并且与一件或多件(例如，典型地一个或小数量)EDP装备1885电气耦合。根据典型的操作简档，如果“A”电力760具有足够的质量，则微型ATS 700被配置为将“A”电力760输送到EDP装备1885，并且当在“A”电力760上检测到部分或完全电力故障时，切换到“B”电力765。
可以通过以高度并行的方式将多个微型ATS 700部署为模块来实现一些另外的特征。图22A和22B示出根据各种实施例的示例性并行微型ATS模块2200。根据一些实现方式，并行微型ATS模块2200被配置为适合于单个机架空间(“1U”)内。可机架安装的外壳2205包含被配置为以并行方式操作的两个或多个微型ATS 700(例如，十二个)。
如所示那样，并行微型ATS模块2200连接到“A”电力760和“B”电力765(例如，分别经由“A”电力线2210a和“B”电力线2210b)。可以选择“A”和“B”电源的安培数以匹配自动切换的输出插座的数量(下面描述)以及它们预期的平均和/或最大电力吸引。并行微型ATS模块2200从“A”电力760和“B”电力765获得输入电力，并且分配到它的组成的微型ATS 700。“A”和“B”电源可以是单相、分相或三相，虽然它们通常可能基本上相同。
每个组成的微型ATS 700馈给输出插座(图22A的ATS插座2225)或硬接线的电力线(图22B的输出线2235)。在一些实施例中，ATS插座2225或输出线2235可以经由外壳2205的表面(例如，背面)接入以便与装备机架1875中的EDP装备1885连接。某些实施例也包括一个或多个ATS指示器2230，其可以指示例如具体的微型ATS 700是否正在适当地工作、哪个电源当前正在被供给等。在一些实施例中，并行微型ATS模块2200包括电路断路器2215，可选地与视觉电力状态指示器2220一起，允许将并行微型ATS2200从馈给它的分支电路(亦即，从“A”电力760和/或从“B”电力765)电气地断开。
如所示那样一些实施例还包括提供用于在并行微行ATS模块2200中的组成的微型ATS700的提高的并行操作的控制功能的控制模块2250。根据某些实施例，控制模块2250帮助使多个组成的微型ATS 700的操作并行化。在其他实施例中，控制模块2250提供组成的微型ATS 700的某些功能。例如，在一些实现方式中，并行微型ATS模块2200被设计成当检测到相同条件(例如，电力质量的具体阈值减小)时切换所有它的微型ATS 700。在这些类型的配置中，某些实现方式将检测组件(例如，“A”电力电压范围检测子系统710、“A”电力损耗检测子系统715、输出电流检测子系统740等中的一个或多个)的功能移动到控制模块2250。当控制模块2250检测到“A”电力760源中的电力故障时，例如，它可以强迫并行微型ATS模块2200中的所有组成的微型ATS 700将它们的输出切换到“B”电力765。
配置并行微型ATS模块2200的实施例使得外壳2205可以安装在装备机架1875内、装备机架1875的顶上、或者装备机架1875的侧面。由于组成的微型ATS 700的非常小的形状因子，可以最小化外壳2205的大小。外壳2205的一些实现方式被配置为具有一个NEMA标准机架单位(例如，1.75英寸高)内的尺寸。例如，微型ATS 700的实施例具有4.25英寸深乘以1.6英寸高乘以一英寸宽的尺寸，使得十二个或更多的微型ATS 700可以连同任何缆线敷设、控制电路系统、总线、冷却等一起容易地适合于并行微型ATS模块2200内。
图23示出根据各种实施例的包括机架安装的并行微型ATS模块2200的示例性电力分配拓扑。虽然没有示出，但是假设核心基础设施被用来提供至少两个独立的电力源。电源可以通过一个或多个根节点输送到一个或多个分配节点。如所示那样，电力分配拓扑2300的根节点通过一个或多个配电板1855高效地输送主(“A”)电源760和次(“B”)电源765。
在一些实现方式中，配电板1855将电力输送到插座2125(例如，标准的120伏特NEMA插座)。每个装备机架1875包括可以使用输入电力线2210(例如，经由配置为插入到各自的插座2125中的各自的插头2120)与“A”电力760和“B”电力765连接的并行微型ATS模块2200。因此，“A”电力760和“B”电力765二者都自始至终地由电力分配拓扑2300经由并行微型ATS模块2200输送到安装有EDP装备1885的装备机架1875。
期望ATS功能的每件EDP装备1885可以通过连接到并行微型ATS模块2200的组成的微型ATS 700来提供有冗余的电力(亦即，“A”电力760和“B”电力765)。例如，如上面所讨论的那样，到并行微型ATS模块2200的连接可以使用插座(例如，图22A的ATS插座2225)或输出电力线(例如，图22B的输出线2235)来实现。例示的实施例示出连接并行微型ATS模块2200和每件EDP装备1885的线2305。
根据各种实施例，包括“多头”电力线。例如，线2305可以组合到单个多头线中，以进一步允许装备机架1875的尺寸被优化，从而最高效地使用数据中心地板空间，并且允许最大数量的机架部署在地板空间的给定面积中。可以优化多头线以增加电离效率输送、线布线、消除线缠结，并且合并锁定电力线功能。在一些实施例中，多头电力线经由标准插座连接到并行自动开关模块，锁定或非锁定或者经由硬接线直接附接。在预先设计装备机架的内容的环境中，多头线可以被用作“编程部署”的接线线束。
可以改变多头线上头的数量，以匹配到每个连接的终端用户设备的期望平均电力输出。可以优化多头不电力线(主馈给部分和到每个“多头的头”的单独的馈给)的长度和规格，通过优化每个多头线的线长度，使得电传输损耗和电力线缠结最小化，从而将电力供应到装备机架1875中特殊的一组装备位置。可以使用一组近似大小的多头缆线来馈给机架中具有期望的任意间隔的每个装备位置，诸如一个NEMA标准的装备安装空间。在拓扑中的各种点处(例如，在并行微型ATS模块2200的插头或插座处、在多头线的头处等)，可以使用锁定电力线技术来提高电力输送的安全。例如，可以使用120V服务的标准NEMA L5-15锁定插座或者200V+服务的NEMA L6-15插座。输出线上的“多头线的头”可以装备有使用各种技术的IEC锁定插座(C13和C19)。
值得注意的是，虽然外壳2205占据机架空间，但是它也可以消除对于典型地在装备机架1875中垂直安装的机架内插接板1880的需要。因此，可以通过减小每个装备机架1875的宽度来优化数据中心地板空间。例如，装备机架1875经常大约27″宽以允许充足的空间来安装没有工业标准化尺寸的各种垂直插接板1880。最常使用的NEMA标准装备宽度是19英寸。因此，机架的总体宽度和深度确定它的地板面积使用。通过消除沿着机架的侧面运行的除电力线和网线之外的任何东西的需要，能够指定更窄的机架，乃至大约21″的宽度。为了例示，假设使用24英寸宽的机架(其将对齐到在大多数活地板中使用的二英尺乘以二英尺的地板瓷砖上)代替27英寸宽的机架。九个24英寸机架可以部署在先前仅容纳八个27英寸机架的相同地板空间中。
另外值得注意的是，典型的可机架安装的ATS可能使机架中的整组EDP装备1885在ATS故障的情况下都失效(例如，如图18C中例示的配置的实施例中一样)。但是，这里描述的高度并行的实现方式可以将故障的域最小化至由并行微型ATS模块2200中的每个个体微型ATS 700供电的仅一个(或小的子集)终端用户设备。这可以明显地提高可靠性、维护性等。
如图21和23中例示的那些的电力分配拓扑提供许多特征。一个这样的特征涉及输入电压范围控制。现代的电力供应可以容忍宽范围的电力质量瑕疵，但是它们通常不能在很长的输入电力过电压条件下幸存。TVSS单元2110可以对瞬态浪涌和尖峰进行滤波，但是它不补偿长时期的输入电力过电压(亦即，这些通过至根节点)。为了防范这些条件，如果公用设施线路电力电压超出范围，则实施例通过切换到受制约的UPS电力来处理超出范围的电压(例如，现代电力供应通常不会因欠电压条件而损坏，但是将会关闭)。
许多技术对于实现这个切换是可能的。例如，电压感测和自动切换可以在数据中心电力系统中的不同位置处实现。但是，出于至少上面讨论的原因，这些技术中许多具有显著的限制。因此，实施例通常使用下面的技术之一。
一些实施例在公用设施步降变压器(例如，现场变压器2110)处实现过电压保护。这种类型的自动换量程的变压器是可用的，并且往往可以从公用设施公司订购。所述配置在它们的输出线圈上具有一组分接头，并且根据需要自动地在它们之间切换，以便将它们的输出电压控制到指定的范围。公用设施公司通常不部署这种类型的这种类型的步降变压器(例如，因为成本)，但是如果需要的话，它们可以被指定和改装用于电力分配拓扑。
其他实施例在电力分配拓扑中的ATS处实现过电压保护。如参考图18A-18D、21和23在上面描述的，ATS可以放置在拓扑各处的许多位置中，例如，包括在配电板处、在分支电路的末端、在设备级等。图21和23中示出的电力分配拓扑例示通过在设备级放置微型ATS700来实现切换。应当注意，基于半导体的ATS可以在UPS的上游使用，但是这可能相对非常昂贵，并且ATS的故障可能潜在地导致灾难性的影响，因为如果ATS单元未能切换，被供电的所有EDP单元都可能使它们的电力供应损坏或毁坏。
使用微型ATS 700的电力分配拓扑的另一个特征是所有单个电力供应(或线)的EDP设备的自动切换的可用性。期望在公用设施线路电力故障的情况下，所有单个电力供应的EDP设备切换到诸如经由UPS供给的电力这样的可靠替代电源。EDP装备1885可能需要切换在预先确定的最大时间(例如，CBEMA 20毫秒方针)内完成。显著地，虽然将所有设备直接插入到UPS将提供非常可靠的电力，但是它也将明显地减小在当公用设施电力关闭时的时间期间仅使用UPS的任何实现方式上的电力分配效率。这在像大型服务器农场这样的环境中可以具有显著的影响，其中成本约束是这样的，使得出于成本和效率的原因，极大地优选大量服务器的单个电力供应配置，并且服务将不会因单个或几个服务器的损耗而中断很多或根本不中断。
使用微型ATS 700的电力分配拓扑的又一个特征是EDP设备中所有双(或N+1)电力供应的自动切换。实现有多个电力供应的EDP装备1885典型地在它们的可用电力供应之间共享负载。能够构建在电力供应之间切换负载使得仅一个或多个是活动的供给并且其他是空闲的EDP设备，但是如先前描述的，出于成本和可靠性的原因，很少这样做。实施例确保，如果公用设施线路电力可用(具有足够的质量)，则多电力供应EDP装备1885仅动用经滤波的公用设施线路电力，而如果它不可用，则切换到UPS。为此，实施例在公用设施线路与UPS电力之间自动切换每个次电力供应单元。否则，UPS单元将承受数据中心负载的一部分，这可能降低电力分配的整体效率。
使用微型ATS 700的电力分配拓扑的再一个特征是谐波增强的电力负载浪涌的避免。如果公用设施线路电力故障，所有EDP设备必须动用UPS单元，直至发电机启动并稳定为止。在数据中心中使用的现代的发电机具有控制它们的引擎“节流阀”的非常精密的电子。设计发电机的控制逻辑产生最大的稳定性和最优的效率。但是，花费一定量的时间来响应改变的电气负载并且然后在那个新的负载处稳定。如果放置在发电机上的负载以重复的振荡模式太快地变化，则可能由于使控制逻辑失效并且强迫它设法匹配电力需求的振荡而使得发电机不稳定。这可能损坏发电机或者强迫它停机来保护自己。在任一情况下，数据中心可能潜在地变得离线，这可能是非常不期望的结果。存在可以潜在地引起这个问题的几种潜在的场景。
一个这种场景是当存在间歇性的公用设施线路故障时。公用设施线路电力在数据中心操作员的控制之外。它可能受天气、装备故障、人为错误和其他条件所影响。它可能间歇性地失效，这对于核心数据中心电力基础设施造成潜在的危险。如果公用设施电力间歇性地接通和断开，并且接通-断开周期的定时在某个范围内，则公用设施线路源与发电机(甚至由UPS单元滤波)之间的自动切换可以导致谐波增强的电力负载浪涌强加在发电机上。
例如，假设来自现场变压器1815的公用设施线路电力故障。如所期望的那样，电力切换到UPS 1835电力。最后，超时发生，导致本地发电机1820自动启动。当本地发电机1820稳定时，它可以由主开关齿轮1825切换到系统中，从而馈给UPS 1835。在某个点，公用设施线路电力返回并且然后再次断开。本地发电机1820将还没有停机，但是主开关齿轮1825现在可能在本地发电机1820与现场变压器1815电源之间切换。当线路电力返回接通时，任何装备级的ATS(例如，EDP装备1885处的微型ATS 700)将返回到线路电力。但是，显然，该返回的定时可能是关键的：如果它发生得太快使得本地发电机1820来不及适当地响应，并且公用设施线路电力以震荡的方式故障，则如上面描述，本地发电机1820可能变得不稳定。
另一个这种场景在存在负载/电压振荡时出现。当负载切换到本地发电机1820上时，特别是大的负载时，它的输出电压可以即刻下降。本地发电机1820然后可以通过增加节流阀容积和随后的引擎扭矩来补偿，这增加输出电流和电压。存在使输出电压保持在期望的范围中的机构，但是它们可能由于在恰好谐波频率的正确范围切换进入和离开的负载而失效。例如，如果电力分配系统经由机构(例如，如下面描述的)具有防止构建到其中的过电压的保护，则这可以发生。再次，结果可以是谐波增强的电力负载浪涌强加在本地发电机1820上。
例如，再次假设来自现场变压器1815的公用设施线路电力故障。如期望的，电力切换到UPS 1835电力，超时发生，并且本地发电机1820自动启动。当本地发电机1820稳定时，它可以由主开关齿轮1825切换到系统中(例如，发电机1820切换到系统中以馈给系统的公用设施线路电力侧，优先于通过UPS馈给，以便维持到具有EDP装备的机架的冗余馈给)。本地发电机1820在突然放置于其上的大的负载下下降并且可以通过增加它的节流阀设置来响应。本地发电机1820超过微型ATS 700单元的高电压截断值，使得它们切换回到UPS电力，从而从本地发电机1820上去除负载。本地发电机1820然后节流回来，并且它的输出电压返回到正常级别。微型ATS 700单元切换回到发电机，使得它再次下降。本地发电机1820节流阀的下降和返回可以重复，引起谐波增强的电力负载浪涌建立起来，并且使得本地发电机1820不稳定。
如上面所讨论的那样，使用微型ATS 700(例如，独自或者作为并行微型ATS模块2200的一部分)的电力分配拓扑的实现方式涉及许多特征，尤其是当实现方式包括经滤波的公用设施线路电力的安全、可靠和经济的使用时。这些特征包括输入线路电力电压范围控制、单个电力线EDP设备的自动切换、双(或N+1)电力供应EDP设备的自动切换、谐波增强的负载浪涌的预防。这些特征可以通过在电力分配拓扑中以设备级或近设备级自动切换来实现。但是，为了实现这些特征，使用具有许多特性的微型ATS 700的实施例。应当领会，上面描述的微型ATS 700实施例借助于它们设计成单个微型ATS 700实施例或者当组合成高度并行的ATS实施例(例如，作为并行微型ATS模块2200的一部分)时显示出这些特性。
当主电源可用并且具有足够的质量时，微型ATS 700的实施例优先选择主电源(例如“A”电力760)。例如，可以通过确保如果公用设施线路电力可用并且具有足够的质量，则它被用来向所有负载供电来实现最大的效率。
微型ATS 700的实施例也防范主电源上的超出范围的电压条件，并且如果主电源超出范围，则切换到次电源(并且当主源返回到可接受的范围并且稳定时则切换回到主源)。当检测到其他主电源问题时，作为预防微型ATS 700切换到次电源也是期望的。一些实施例可能不表现出这个特性，因为它们可能利用现代的电力供应对于除输入电压范围之外的电力质量问题相对免疫的事实。
而且，CBEMA 20毫秒内的微型ATS 700转换的实施例在两个方向上(例如，从主到次电力以及从次到主电力)限制。实际上，一些实施例在14-16毫秒中从“A”电力760切换到“B”电力765。虽然上面描述的电路实施例被配置为实现更快速的切换时间，选择切换时间也使得可以发起转换的假条件的拒绝最大化。在一些实施例中，一旦发起(例如，在延迟之后，如下面描述的)，“B”电力765与“A”电力760之间的转换时间近似为5毫秒。例如，这个转换定时可以实现，因为大多数“B”电力765到“A”电力760的转换在“A”电力760已经返回到操作条件之后发生，使得微型ATS 700可以选择时间在两个电源都启动并且运行时进行转换。
微型ATS 700的实施例也在次到主电力切换中合并延迟因子(除非如果次电源失效)。所选择的延迟因子足够允许现代的发电机稳定它们的节流阀设置并且不震荡。例如，选择时间超出大多数典型的发电机的正常响应时间特性的范围，以通过允许发电机时间适应于负载变化并且稳定它的输出来预防谐波增强的负载浪涌。
甚至另外，微型ATS 700的实施例被配置为使用可以用于EDP装备1885的最小的或者不使用宝贵的机架空间。例如，实施例以“零U”方式安装或者以其他方式集成到机架中或近机架而不使用机架空间。某些实施例直接集成到EDP装备1885中。其他实施例集成到插接板1880或诸如Zonit电力分配单元(ZPDU)这样的机架内或近机架的电力分配单元中。这些实施例可以在微量的机架空间使用与在机架处对于控制到机架中的插接板1880的电力的电路断路器的访问之间权衡。根据这些实施例的某些，ATS功能集成到本地电力分配单元的每个子分支输出中，使得每一个都自动切换。这对于一些数据中心管理者是值得的权衡。
再者，微型ATS 700的实施例(例如，当部署为并行微型ATS模块2200时)也在正在被转换的来源上“传播”负载。实际上，每个微型ATS 700在它相对于其他微型ATS 700从“B”电力765到“A”电力760的转换的定时方面具有小程度的可变性(例如，作为制造处理的批量制品)。变化性在真实时间中不大，但是在电气事件时间中是显著的。当作为并行微型ATS模块2200的组件运行微型ATS 700时，如由电源例如发电机或UPS单元看到的，变化“传播”正在转换的负载。例如，随着大量的微型ATS 700在时间窗口上转换，负载出现到电源。这对于发电机和UPS单元可以是有益的，因为它在一段时间上分配大量的较小的负载，因此减小瞬时涌入。
微型ATS 700的实施例也是非常高效、可靠并且便宜的。当在设备级部署微型ATS700单元时，将存在大量的它们，并且它们必须因此而足够高效以抵消它们的购买成本。当在主电源上处于正常操作模式中时，实施例使用少于100毫瓦特。在相关的意义上，它们必须非常可靠并且在其他情况下购买便宜。
如上面所讨论的那样，微型ATS 700的特征允许可靠、高效、有成本效率并且对于机架空间使用具有最小影响的设备级ATS功能性的部署。出于上面讨论的原因，设备级的一群非常可靠的ATS单元可以产生比切换分支电路或整个配电板的ATS可以实现的更高的每个设备的电力可靠性级别。例如，对比更接近于电力分配拓扑的根而部署的单个ATS故障的机会，所有微型ATS 700将同时故障并且影响所有它们连接的、自动切换的EDP的机会极小。
另外，数据中心电力分配的技术非常高效是期望的。设备或近设备级的自动切换的电力分配的高度并行实现方式可以提供出于几个原因实现起来也具有成本效率的非常高效的方法。如上面涉及的，基于机械继电器的ATS倾向于比基于固态的ATS更高效更可靠(在给定的成本级别)，但是它们也表现出因触点电阻而引起的相对高的损耗以及相对更高的继电器转换时间。但是，在设备或近设备级并行地使用许多小型ATS(例如，作为并行微型ATS模块2200)产生高效累积的继电器触点面积，其比可行地放入更高容量的基于继电器的ATS单元大得多，而不管该单元放置在电力分配拓扑中什么位置。另外，在并行微型ATS模块2200中部署微型ATS 700单元也允许相对快的转换时间，因为每个组成的ATS具有较小的继电器触点和较快的转换时间。另外将领会，上面描述的电路实施例允许微型ATS 700比相同电力处理容量的许多传统ATS单元设计高效10倍或更多。值得注意的是，高度并行的配置中的传统ATS设计的使用出于至少这个原因可能是不实际的，因为最终结果将可能是消耗更多的电力而不是更少的电力，而不管使用的切换单元的资本费用。
应当领会，如果数据中心电力分配技术被广泛使用并接受，它们应当是具有成本效率的。如上面所讨论的那样，微型ATS 700实施例例如由于相对低的制造成本、相对长的服务寿命等而是非常具有成本效率的。
相关的问题可能是尽可能地保存机架空间。如上面所讨论的那样，数据中心装备机架或柜中的空间可以非常昂贵，并且可以部署微型ATS 700的实施例消耗很少或不消耗机架空间(例如，通过集成到EDP装备安装于其中的机架中容积外部的机架结构中)。为了例示，假设数据中心中的大型服务器农场在具有网络交换机的机架中具有许多“披萨盒”服务器。每个服务器可以使用大约3-6瓦特的120V电力，使得15安培的ATS可以处理2-4个服务器。如果ATS单元是1U机架安装的设备，则每3个服务器使用一个ATS将仍然消耗机架空间的25％。这在实际中是太过低效的昂贵机架空间的使用。但是，并行微型ATS模块2200的使用将消耗小得多的机架空间(例如，甚至机架安装的实现方式典型地使用单个机架空间)。
值得注意的是，微型ATS 700(例如，作为并行微型ATS模块2200的一部分)的使用也可以经由UPS负载漂移而增加传统电力分配的效率。如上面所讨论的那样，当双变换UPS单元作为电源在数据中心中使用时(例如，如图19中例示的)，共享负载是常见的。这通常是因为具有双电力供应的最终使用装备的性质，其或多或少地将负载平等地分配到“A”和“B”电力供应输入。而且，如上面所讨论的那样，因为UPS典型地加载低于50％以提供充分冗余的电力，这可以减小UPS效率。
使用大量微型ATS 700，能够提高这种电力分配系统的效率。数据中心中的EDP装备1885的电气负载的全部都可以经由微型ATS 700“负载漂移”到两个UPS单元的一个上，增加那个UPS单元的效率(例如，如图20中示出的UPS效率曲线中所示)。另一个UPS单元处于空闲并且将只有在主单元失效时被使用。必须设计UPS单元处理立即放置在它们上面的这种类型的负载，但是几乎所有现代的UPS单元都可以做到这一点。结果往往是数据中心的效率的近似3-5％的增加。
实现方式可以对于每件EDP装备1885递增地部署，这可以减小服务影响。在一些实施例中，每个电力供应(或接线的)EDP设备将经由微型ATS 700连接到“A”和“B”UPS单元。每个双或N+1电力供应EDP设备将具有经由正常电力线连接到“A”UPS的一个电力供应，并且第二或所有其他N+1个电力供应将经由微型ATS 700单元连接到“A”和“B”UPS单元。因此，当“A”UPS单元可用时，它承担所有的负载；并且当它不可用时，“B”UPS承载负载。如上面所讨论的那样，可以按照每个设备一个的比率，或者按照一个微型ATS 700对低整数个EDP设备的比率部署微型ATS 700单元(例如，考虑微型ATS 700电力容量限制)。
应当注意，虽然在本文仅讨论一对UPS单元，但是所述方法适用于为了冗余性而具有成对部署的许多UPS单元的更大的数据中心。类似地，为了清楚，在本文讨论的示例性实施例示出有限的配置选项。应当领会，实施例可以适应于任意数量的装备机架、EDP装备、ATS、配电板、插接板等。
可以对这里描述的技术进行各种变化、替代和更改而不背离如由附加权利要求书定义的讲授的技术。而且，公开和权利要求书的范围不局限于上面描述的物质、手段、方法和动作的处理、机器、制造、构成的特殊方面。可以利用执行与这里描述的相应方面基本上相同的功能或者实现基本上相同的结果的、现有存在或随后开发的物质、手段、方法或动作的处理、机器、制造、构成。而且，如这里使用的，包括在权利要求书中，如在以“其中至少一个”开头的项目列表中使用的“或者”指示分离的列表，使得例如“A、B或者C中至少一个”的列表意思是A或者B或者C或者AB或者AC或者BC或者ABC(亦即A和B和C)。而且，术语“示例性的”不意味着描述的示例是优选的或者好于其他示例。因此，附加的权利要求书将物质、手段、方法或动作的这种处理、机器、制造、构成包括在它们的范围内。

Claims (18)

1.一种电力分配装置，包括在至少一个输入电力馈给与至少一个输出电力馈给之间并行连接的多个继电器的阵列，用于向电子装备提供操作电力，每个所述继电器可操作地在周期事件中循环在第一状态和第二状态之间，其中在所述第一状态中，来自第一电源的电力在第一输入电力馈给和第一输出电力馈给之间流动，以及在所述第二状态中，来自所述第一电源的电力在所述第一输入电力馈给和所述第一输出电力馈给之间被中断，所述阵列具有与所述多个继电器相关联的多个输入分支，其中每个输入分支包括在操作上布置于所述输入分支的各自继电器与所述输入分支的各自输入电力馈给之间的时间相关、电流限制的设备以结合所述周期事件限制流过所述输入分支的电流；以及控制器，响应于所述周期事件可操作地协调所述继电器的循环，以使所述继电器中的多个继电器同时处于闭合状态，并且电力并行地流过在所述至少一个输入电力馈给和所述至少一个输出电力馈给之间的所述继电器中的所述多个继电器。
2.根据权利要求1中所述的装置，其中所述时间相关、电流限制的设备具有：在关于所述继电器的操作的第一时间的第一阻抗以促使电流流过所述输入分支；以及在关于所述继电器的所述操作的第二时间的与所述第一阻抗不同的第二阻抗。
3.根据权利要求2中所述的装置，其中所述时间相关、电流限制的设备包括负温度系数电阻器。
4.根据权利要求2中所述的装置，其中所述时间相关、电流限制的设备包括：电阻元件，其具有在引发电流流过所述元件之后随着时间而减小的电阻值。
5.根据权利要求2中所述的装置，其中所述时间相关、电流限制的设备具有在所述继电器的所述操作之后的第一时间段大于零的第一有效电阻，并且具有在所述第一时间段之后的第二时间段中基本为零的第二有效电阻。
6.根据权利要求5中所述的装置，其中所述第一有效电阻在所述第一时间段上变化。
7.根据权利要求5中所述的装置，其中所述时间相关、电流限制的设备包括与分路继电器并行布置的电阻元件，其中所述分路继电器操作使得电流在所述第一时间段期间流过所述电阻元件并且在所述第二时间段期间旁路所述电阻元件。
8.根据权利要求5中所述的装置，其中所述第一时间段的持续时间大于所述多个继电器的周期时间的预期变化。
9.根据权利要求5中所述的装置，其中如果对于过渡时间段，所述继电器是在所述输入电力馈给与所述输出电力馈给之间关闭的唯一继电器，则所述第一有效电阻足以防止对所述继电器的损害。
10.根据权利要求9中所述的装置，其中所述过渡时间段不大于所述多个继电器的周期时间的预期变化。
11.根据权利要求9中所述的装置，其中对于不多于大约50ms的过渡时间段，所述第一有效电阻足以维持电流流过所述输入分支至不多于大约50安培。
12.根据权利要求9中所述的装置，其中所述输入电力馈给提供240V AC电力并且所述第一有效电阻具有至少大约5欧姆的最大值。
13.根据权利要求1中所述的装置，其中所述阵列包括并行连接的至少大约100个继电器。
14.一种在连接一个或多个电源与一个或多个负载时使用的方法，包括步骤：
提供在至少一个输入电力馈给与至少一个输出电力馈给之间并行连接的多个继电器的阵列，所述阵列具有与所述多个继电器相关联的多个输入分支；
结合周期事件协调所述多个继电器的循环，以使所述多个继电器同时处于闭合状态，并且电力并行地流过在所述至少一个输入电力馈给和所述至少一个输出电力馈给之间的所述多个继电器；
在每个继电器分支中，在关于所述继电器的操作的第一时间段期间，在所述输入分支的各自继电器与所述输入分支的各自输入电力馈给之间在操作上插入阻抗元件；以及
在每个继电器分支中，在所述第一时间段之后的第二时间段期间，在操作上旁路所述阻抗元件。
15.一种电力继电器装置，包括：
在至少一个输入电力馈给与至少一个输出电力馈给之间并行连接的多个继电器的阵列，所述阵列具有与所述多个继电器相关联的多个输入分支；以及
逻辑，用于结合周期事件协调所述多个继电器的循环，以使所述多个继电器同时处于闭合状态，并且电力并行地流过在所述至少一个输入电力馈给和所述至少一个输出电力馈给之间的所述多个继电器；以及
监测所述输入分支的每个分支以确定所监测的分支的电流负载是否落在可接受的范围内，并且如果所述电流负载在所述可接受的范围之外，则禁用所监测的分支。
16.根据权利要求15中所述的装置，其中所述逻辑还操作用于响应于确定所监测的分支的所述电流负载落在所述可接受的范围之外，将另外的输入分支从空闲状态切换到活动状态。
17.一种电力继电器方法，包括步骤：
提供在至少一个输入电力馈给与至少一个输出电力馈给之间并行连接的多个继电器的阵列，所述阵列具有与所述多个继电器相关联的多个输入分支；
结合周期事件协调所述多个继电器的循环，以使所述多个继电器同时处于闭合状态，并且电力并行地流过在所述至少一个输入电力馈给和所述至少一个输出电力馈给之间的所述多个继电器；以及
监测所述输入分支的每个分支逻辑以确定所监测的分支的电流负载是否落在可接受的范围内，并且如果所述电流负载在所述可接受的范围之外，则禁用所监测的分支。
18.根据权利要求17中所述的方法，还包括步骤：响应于确定所监测的分支的所述电流负载落在所述可接受的范围之外，将另外的输入分支从空闲状态切换到活动状态。
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