CN108089687A - 一种数据中心高效式供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据中心高效式供电系统，本发明中通过为所有服务器节点配备了储能电路，且对每个服务器节点均采用并联供电方式给数据中心供电，在发生断电情况时，可以保证数据中心服务器的供电系统连续运行，实现数据中心的不间断供电；另外，本发明提供的数据中心高效式供电系统的电能变换环节仅通过模块供电电路实现电能的一级转换，因此，相比于现有技术中的供电系统，整个数据中心的数据中心高效式供电系统结构简化、安全、可靠且系统供电效率也有大幅度提升。

Description

一种数据中心高效式供电系统

技术领域

本发明涉及数据中心服务器供电架构技术领域，更具体地说，涉及一种数据中心高效式供电系统。

背景技术

随着互联网的迅速发展，使得信息资源呈现爆炸式的增长，人们以网络媒体对信息的需求也在不断地增加。各种大规模的数据机房也应运而生，构成数据机房的个体-服务器、存储机柜的数量也在不断增加，就构成了数据中心。数据中心是一种能够容纳多个服务器、通信设备及IT设备的多功能建筑物，由于数据中心在网络应用中的特殊地位，其对供电系统的安全性、连续性、可靠性具有更高的要求，特别是对数据中心的服务器的供电系统。

为了保证IT设备的连续工作，核心数据中心应具有在365*24小时全天候条件下，不间断地对数据执行高速采集、高速处理、高速存储和高速传输的能力，供电系统作为数据中心不间断运行的核心单元，必须保证能够长期可靠稳定的运行，然而，现有技术中的数据中心服务器的供电系统普遍采用单电源供电方式，在发生断电情况时，无法保证服务器的供电系统连续运行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数据中心高效式供电系统，以解决现有技术中在发生断电情况时，无法保证服务器的供电系统连续运行的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种数据中心高效式供电系统，其特征在于，包括：交流供电电路、多个模块供电电路和多个储能电路，其中：每个所述模块供电电路的输入端分别与所述交流供电电路的输出端相连，每个所述模块供电电路的输出端分别与所有的服务器节点相连；所述交流供电电路，用于为每个所述模块供电电路提供电压等级为第一预设电压等级的交流电能；所述模块供电电路，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一直流电能，并将所述第一直流电能传输至所述服务器节点中，其中，所述预处理为对所述交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理；所述模块供电电路包括ACDC变换电路，其包括整流电路、电感、储能电容器、开关器件及控制电路，其中：变压器，其包括第一初级绕组，第二初级绕组和次级绕组；整流电路，其输入端接交流电源，其一输出端连接电感的一端，其另一输出端与储能电容器的第二端相连；电感的另一端连接变压器中的第一初级绕组的第一端；第一初级绕组的第二端连接第二初级绕组的第一端，开关器件的第一端与第二初级绕组的第二端相连，开关器件的第二端与储能电容器的第二端相连，储能电容器的第一端与第二初级绕组的第一端相连；次级绕组的输出电流做为控制电路的输入，控制电路的输出用于控制开关器件

所述储能电路包括储能单元，用于为所有的所述服务器节点提供第二直流电能；所述第二直流电能和所述第一直流电能的电压相等。

在一较佳实施例中，所述模块供电电路的输出端与多个所述储能电路中的唯一一个所述储能电路相连、且所述模块供电电路与所述储能电路的数量相同。

在一较佳实施例中，还包括：冗余模块供电电路组和多个冗余储能电路，其中，所述冗余模块供电电路组包括多个冗余模块供电电路；每个所述冗余模块供电电路的输入端分别与所述交流配电单元的输出端相连，每个所述冗余模块供电电路的输出端分别与所有的所述服务器节点相连；所述冗余模块供电单元的输出端分别与多个所述冗余储能电路中的唯一一个所述冗余储能电路、所有的所述服务器节点相连；所述冗余模块供电电路与所述冗余储能电路的数量相同；所述冗余模块供电电路，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的所述第一直流电能，并将所述第一直流电能传输至所述服务器节点中，其中，所述预处理为对所述交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理；所述冗余储能电路包括储能单元，用于为所有的所述服务器节点提供所述第二直流电能；所述第二直流电能和所述第一直流电能的电压相等。

在一较佳实施例中，所述储能单元为电池组或超级电容或锂电池。

在一较佳实施例中，所述储能电路还包括：可双向变换的DCDC变换器；所述DCDC变换器的第一端和第二端分别与所述储能单元的正极和负极相连，所述DCDC变换器的第三端与所述模块供电电路的输出端相连；所述DCDC变换器的第四端接地；所述DCDC变换器，用于实现所述储能单元的充放电功能。

在一较佳实施例中，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管组成的桥式整流电路；所述次级绕组的第二输出端与输出整流二极管的阳极连接，输出整流二极管的阴极与次级绕组的第一输出端之间连接有滤波电容。

在一较佳实施例中，还包括：一第一谐振电容，其与开关器件并联且连接在第一端与第二端之间；一第二谐振电容，其与输出整流二极管并联连接。

在一较佳实施例中，开关器件的导通时间取决于输出电压的控制；开关器件的断开时间的控制为T1，其中，开关器件的关闭点到通过次级绕组的电流值的下一个过零点之间的间隔时间为T2，第二谐振电容和次级绕组的谐振周期的一半时间为T3，其中T1＝T2+T3。

在一较佳实施例中，所述DCDC变换器包括4组桥臂和2组连接单元，其中：每组所述桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；所述第一开关管的第一端与所述第一开关管对应的电容的第一端连接并作为所述桥臂的第一端，所述第二开关管的第二端与所述第二开关管对应的电容的第二端连接并作为所述桥臂的第二端，所述第一开关管的第二端、所述第一开关管对应的电容的第二端、所述第二开关管对应的电容的第一端以及所述第二开关管的第一端连接并作为所述桥臂的公共端；每组所述连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管；所述第一电容的第一端作为所述连接单元的第一端，所述第二电容的第二端作为所述连接单元的第二端，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的第一端连接并作为所述连接单元的第三端，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的第二端连接并作为所述连接单元的第四端；第一桥臂的第一端与第一连接单元的第一端连接作为所述DCDC变换器的第一端，用于与所述储能元件的正极连接，第二桥臂的第二端与所述第一连接单元的第二端连接作为所述DCDC变换器的第二端，用于与所述储能元件的负极连接，所述第一桥臂的公共端与所述第一连接单元的第三端连接，所述第二桥臂的公共端与所述第一连接单元的第四端连接；

第三桥臂的第一端与第二连接单元的第一端连接作为所述DCDC变换器的第三端，用于与所述模块供电电路的输出端连接，第四桥臂的第二端与所述第二连接单元的第二端连接作为所述DCDC变换器的第四端接地，所述第三桥臂的公共端与所述第二连接单元的第三端连接，所述第四桥臂的公共端与所述第二连接单元的第四端连接；所述第一桥臂的第二端和所述第二桥臂的第一端连接，并通过电感与所述第三桥臂的第二端和所述第四桥臂的第一端连接。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的一种数据中心高效式供电系统，通过本发明实施例提供的数据中心高效式供电系统，为所有服务器节点配备了储能电路，且对每个服务器节点均采用并联供电方式给数据中心供电，在发生断电情况时，可以保证数据中心服务器的供电系统连续运行，实现数据中心的不间断供电。

另外，本发明提供的数据中心高效式供电系统的电能变换环节仅通过模块供电电路实现电能的一级转换，因此，相比于现有技术中的供电系统，整个数据中心的数据中心高效式供电系统结构简化、安全、可靠且系统供电效率也有大幅度提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种数据中心高效式供电系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种数据中心高效式供电系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种数据中心高效式供电系统具体结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种数据中心高效式供电系统的ACDC变换电路图；

图5为本发明实施例提供的一种DCDC变换器的拓扑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种数据中心高效式供电系统，该数据中心高效式供电系统用于为数据中心服务器进行供电。

该数据中心高效式供电系统可以包括：

交流供电电路、多个模块供电电路和多个储能电路，其中：每个所述模块供电电路的输入端分别与所述交流供电电路的输出端相连，每个所述模块供电电路的输出端分别与所有的服务器节点相连；

所述交流供电电路，用于为每个所述模块供电电路提供电压等级为第一预设电压等级的交流电能；

所述模块供电电路，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一直流电能，并将所述第一直流电能传输至所述服务器节点中，其中，所述预处理为对所述交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理；

所述储能电路包括储能单元和DCDC变换器，用于为所有的所述服务器节点提供第二直流电能；

所述第二直流电能和所述第一直流电能的电压相等。

具体的，模块供电电路的输出端与多个所述储能电路中的唯一一个所述储能电路相连、且所述模块供电电路与所述储能电路的数量相同。

值得注意的是,本发明所指的交流供电电路的交流电源可以是单路市电供电、也可以双路市电通过ATS进行切换供电，还可以是市电+油机通过ATS切换，更可以是双路市电+油机通过ATS切换供电。

本实施例中，系统工作过程为：

交流供电电路对市电进行处理产生得到单相电压为220V的交流电能后，将交流电能直接传输给模块供电电路，每个模块供电电路对交流电能进行变压、交直流变换、功率因数校正、降压及隔离处理等操作，得到12V的第一直流电能，并传输到连接的服务器节点中，此外，储能电路的储能单元也能够为所述服务器节点提供12V的第二直流电能，第二直流电能和第一直流电能的电压相等，服务器节点接收到第一电能或第二电能后，就能够正常工作。

其中，整个数据中心高效式供电系统为所有的服务器节点供电，根据服务器节点的需求及用电量不同，为不同的服务器节点提供不同的电量。

需要说明的是，技术人员可以根据市电供应情况来确定储能电路的放电策略：

1、在市电充足的情况下，可以完全由市电通过模块供电电路为服务器节点供电；

2、在市电不足且储能单元存储电能充足的情况下，采用由市电和储能电路同时工作一起为服务器节点供电；

3、在市电断电情况下，完全由储能电路为服务器节点供电。

此外，在其他情况下，可以根据具体的使用场景，来确定市电和储能电路的供电配比。

需要说明的是，技术人员还可以根据市电供应情况来确定储能电路的充电策略：

1、在市电充足的情况下，可以由市电通过模块供电电路为服务器节点供电且同时还可以为储能电路中的储能单元进行充电；

2、在市电不足的情况下，可以优先为服务器节点进行供电，且中断或减少为储能电路中的储能单元进行充电；或可以优先选择为储能电路中的储能单元进行充电，同时截止服务器节点的后端的负载率，关闭不必要的进程，保证储能电路中的储能单元保持充足电的情况。

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种数据中心高效式供电系统结构示意图，具体的，多个储能电路为储能电路1031～103n，多个模块供电电路为模块供电电路1021～102n。

如图1所示，储能电路1031～103n与模块供电电路1021～102n一一连接，每个模块供电电路1021～102n均与交流供电电路101、以及每个服务器节点1041～104n连接。

本实施例中，模块供电电路能够从交流供电电路获取电压等级为第一预设电压等级的交流电能，然后模块供电电路将该交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理得到电压等级为第二预设电压等级的第一直流电能，同时储能电路的储能单元可以为所有的服务器节点提供第二直流电能，需要说明的是，第一直流电能和第二直流电能的电压相等。需要说明的是，该储能单元为电池组或超级电容或锂电池。

本发明实施例提供了一种数据中心高效式供电系统，通过本发明实施例提供的数据中心高效式供电系统，为所有服务器节点配备了储能电路，且对每个服务器节点均采用并联供电方式给数据中心供电，在发生断电情况时，可以保证数据中心服务器的供电系统连续运行，实现数据中心的不间断供电。

另外，本发明提供的数据中心高效式供电系统的电能变换环节仅通过模块供电电路实现电能的一级转换，因此，相比于现有技术中的供电系统，整个数据中心的数据中心高效式供电系统结构简化、安全、可靠且系统供电效率也有大幅度提升。

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种数据中心高效式供电系统结构示意图。具体的，在上述图1的基础上，还包括：冗余模块供电电路组和多个冗余储能电路，其中，所述冗余模块供电电路组包括多个冗余模块供电电路；

每个所述冗余模块供电电路的输入端分别与所述交流配电单元的输出端相连，每个所述冗余模块供电电路的输出端分别与所有的所述服务器节点相连；

所述冗余模块供电单元的输出端分别与多个所述冗余储能电路中的唯一一个所述冗余储能电路、所有的所述服务器节点相连；所述冗余模块供电电路与所述冗余储能电路的数量相同；

所述冗余模块供电电路，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的所述第一直流电能，并将所述第一直流电能传输至所述服务器节点中，其中，所述预处理为对所述交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理；

所述冗余储能电路包括储能单元，用于为所有的所述服务器节点提供所述第二直流电能；

所述第二直流电能和所述第一直流电能的电压相等。

本实施例中，冗余模块供电电路1051～105m与模块供电电路1021～102n采用并联冗余的工作方式。具体的，冗余模块供电电路1051～105m和模块供电电路1021～102n根据每个服务器节点的需求供电量来决定每个冗余模块供电电路和每个模块供电电路为每个服务器节点的供电量。需要说明的是，该并联冗余供电方式，是通过并联平行操作的冗余模块供电电路和模块供电电路，提供分布式电源，所有的冗余模块供电电路和模块供电电路并联运行，平均负担当前的服务器节点，冗余模块供电电路1051～105m与模块供电电路1021～102n的输出端各自挂接对应个数的冗余储能电路1061～106m和储能电路1031～103n，为服务器节点提供冗余电源。

本实施例中，多配置了至少一个冗余模块供电电路，当有一个模块供电电路发生故障时，将故障模块供电电路从系统中断开，由其他模块供电电路和冗余模块供电电路支持服务器节点的供电；当至少有一个模块供电电路发生故障时，剩余的模块供电电路和所有的冗余模块供电电路继续为所有的服务器节点供电，只是此时每个正常的模块供电电路和每个模块供电电路的供电配比不同；另外，对应的挂接的冗余储能电路也可以为服务器节点进行供电。

本实施例中，设置了至少一个冗余模块供电电路，进而能够在模块供电电路发生故障时，也能够保证数据中心服务器正常工作。

请参见图3所示，图3为本发明实施例提供的一种数据中心高效式供电系统具体结构示意图。如图3所示，模块供电电路设置为3条，冗余模块供电电路设置为2条，则该不断供电系统采用1组3+2电源模块并联冗余供电方式，具体的，是通过并联平行操作的模块供电电路，提供分布式电源；所有的模块供电电路并联运行，平均负担当前的服务器节点，电源模块阵列比额定容量多配置2冗余模块供电电路和冗余储能电路，当一个模块供电电路出现故障时，将故障模块供电电路从系统上断开，其它2个模块供电电路和2个冗余模块供电电路将为所有服务器节点，使其连续不间断地为数据中心服务器供电。

优选的，在上述实施例1或实施例2的基础上，上述储能电路1031～103n以及冗余储能电路1061～106m分别还包括可双向变换的DCDC变换器所述DCDC变换器的第一端和第二端分别与储能单元的正极和负极相连，所述DCDC变换器的第三端与所述模块供电电路的输出端相连；所述DCDC变换器的第四端接地；所述DCDC变换器，用于实现所述储能单元的充放电功能。

本发明实施例中提供的DCDC变换器可以实现直流电的变换，并且变换方式多样，能够实现双向变换，适用于高压场合，且可以实现储能单元的充放电功能。对于储能单元的放电过程，上述已有相关的说明，在此不再赘述。

为了使本领域技术人员更好地理解该ACDC变换电路图，下面结合附图和具体实施方式对该ACDC变换电路作进一步的详细说明。

所述模块供电电路包括ACDC变换电路，其包括整流电路、电感、储能电容器、开关器件及控制电路，其中：所述整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4组成的桥式整流电路；变压器，其包括第一初级绕组N1，第二初级绕组N2和次级绕组N3；整流电路，其输入端接交流电源AC，其一输出端连接电感L1的一端，其另一输出端与储能电容器C1的第二端相连；电感L的另一端连接变压器中的第一初级绕组N1的第一端；第一初级绕组N1的第二端连接第二初级绕组N2的第一端，开关器件Q1的第一端与第二初级绕组N2的第二端相连，开关器件Q1的第二端与储能电容器C1的第二端相连，储能电容器C1的第一端与第二初级绕组N2的第一端相连；次级绕组N3的输出电流iLN3做为控制电路的输入，控制电路的输出用于控制开关器件Q1，另外输出电压V0做为控制电路的输入.

所述次级绕组N3的第二输出端与输出整流二极管D5的阳极连接，输出整流二极管D5的阴极与次级绕组N3的第一输出端之间连接有滤波电容C2,负载Z与C2并联，于本实施例中，负载Z为服务器节点。第一谐振电容C3，其与开关器件Q1并联且连接在第一端与第二端之间；第二谐振电容C4，其与输出整流二极管D5并联连接。iL1是流过电感L1的电流，同时电感电流iL1是调节为不连续的。

本实施例中，通过输出电流iLN3和输出电压V0一起作为控制电路的控制参数，从而控制开关器件的开通与关闭，进而使得ACDC变换电路起到提高功率因数和降低输入电流谐波的作用。具体为，开关器件Q1的导通时间取决于输出电压V0的控制；开关器件Q1的断开时间的控制为T1，其中，开关器件Q1的关闭点到通过次级绕组N3的电流值iLN3的下一个过零点之间的间隔时间为T2，第二谐振电容和次级绕组的谐振周期的一半时间为T3，其中T1＝T2+T3。因此，通过简单的电路结构可以使得功率因数和输入电流iac的谐波得到改善。且由于系统不间断供电构架的电能变换环节只有1级的ACDC变换电路。该级电能变换主要完成PFC与降压输出，与电气隔离。因此，在该供电构架下，整个数据中心供电系统构架完全简化，系统效率达到最高。

为了使本领域技术人员更好地理解该DCDC变换器，下面结合附图和具体实施方式对该DCDC变换器作进一步的详细说明。

参见图5所示，图5为本发明实施例提供的一种DCDC变换器的拓扑图。如图5所示，该DCDC变换器包括4组桥臂(分别为第一桥臂1、第二桥臂2、第三桥臂3和第四桥臂4)和2组连接单元(分别为第一连接单元5和第二连接单元6)。

如图5所示，本发明实施例中的第一开关管和第二开关管以IGBT(N沟道)为例说明。当然除了IGBT外，也可以为MOS管。当第一开关管和第二开关管为IGBT时，则第一开关管的第一端为集电极，第一开关管的第二端为发射极，第二开关管的第一端为集电极，第二开关管的第二端为发射极；如果为MOS管的话，则第一开关管的第一端为漏极，第一开关管的第二端为源极，第二开关管的第一端为漏极，第二开关管的第二端为源极。

其中：第一桥臂1中包括第一开关管M1-Q1、第二开关管M1-Q2、第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1、第二开关管对应的电容M1-C2；第二桥臂中包括第一开关管M2-Q1、第二开关管M2-Q2、第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1、第二开关管对应的电容M2-C2；第三桥臂中包括第一开关管M3-Q1、第二开关管M3-Q2、第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1、第二开关管对应的电容M3-C2；第四桥臂中包括第一开关管M4-Q1、第二开关管M4-Q2、第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1、第二开关管对应的电容M4-C2。

第一连接单元5包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2；第二连接单元包括第一电容C5、第二电容C6、第三电容C4、第一二极管D3、第二二极管D4。

其中，第一连接单元5中的第一电容C1、第二电容C2为母线电容，第一二极管D1、第二二极管D2的作用是钳位，第三电容C3为桥接电容或飞跨电容；第二连接单元中的第一电容C5、第二电容C6为母线电容，第一二极管D3、第二二极管D4的作用是钳位，第三电容C4为桥接电容或飞跨电容。

具体连接关系如下：

1)第一桥臂1的连接关系如下：第一桥臂1的第一开关管M1-Q1的集电极与第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1的第一端连接并作为第一桥臂1的第一端，第二开关管M1-Q2的发射极与第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2的第二端连接并作为第一桥臂1的第二端，第一开关管M1-Q1的发射极、第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1的第二端、第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2的第一端以及第二开关管M1-Q2的集电极连接并作为第一桥臂的公共端。需要说明的是，第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1和第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2没有极性之分。

2)第二桥臂2的连接关系如下：第二桥臂2的第一开关管M2-Q1的集电极与第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1的第一端连接并作为第二桥臂2的第一端，第二开关管M2-Q2的发射极与第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2的第二端连接并作为第二桥臂2的第二端，第一开关管M2-Q1的发射极、第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1的第二端、第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2的第一端以及第二开关管M2-Q2的集电极连接并作为第二桥臂2的公共端。需要说明的是，第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1和第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2没有极性之分。

3)第三桥臂3的连接关系如下：第三桥臂3的第一开关管M3-Q1的集电极与第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1的第一端连接并作为第三桥臂3的第一端，第二开关管M3-Q2的发射极与第二开关管M3-Q2对应的电容M3-C2的第二端连接并作为第三桥臂3的第二端，第一开关管M3-Q1的发射极、第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1的第二端、第二开关管M3-Q2对应的电容M3-C2的第一端以及第二开关管M3-Q2的集电极连接并作为第三桥臂3的公共端。需要说明的是，第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1和第二开关管M3-Q2对应的电容M2-C2没有极性之分。

4)第四桥臂4的连接关系如下：第四桥臂4的第一开关管M4-Q1的集电极与第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1的第一端连接并作为第四桥臂4的第一端，第二开关管M4-Q2的发射极与第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2的第二端连接并作为第四桥臂4的第二端，第一开关管M4-Q1的发射极、第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1的第二端、第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2的第一端以及第二开关管M4-Q2的集电极连接并作为第四桥臂4的公共端。需要说明的是，第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1和第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2没有极性之分。

5)第一连接单元5中的第一电容C1的第一端作为第一连接单元5的第一端，第二电容C2的第二端作为第一连接单元的第二端，第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端、第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极连接，第一二极管D1的阴极与第三电容C3的第一端连接并作为第一连接单元5的第三端，第二二极管D2的阳极与第三电容C3的第二端连接并作为第一连接单元5的第四端。

6)第二连接单元6中的第一电容C5的第一端作为第二连接单元6的第一端，第二电容C6的第二端作为第二连接单元的第二端，第一电容C5的第二端、第二电容C6的第一端、第一二极管D3的阳极和第二二极管D4的阴极连接，第一二极管D3的阴极与第三电容C4的第一端连接并作为第二连接单元6的第三端，第二二极管D4的阳极与第三电容C4的第二端连接并作为第二连接单元6的第四端。

7)第一桥臂1的第一端与第一连接单元5的第一端连接作为DCDC变换器的第一端11，用于与储能单元的正极连接，第二桥臂2的第二端与第一连接单元5的第二端连接作为所述DCDC变换器的第二端12，用于与储能单元的负极连接，第一桥臂1的公共端与第一连接单元5的第三端连接，第二桥臂2的公共端与第一连接单元5的第四端连接。

8)第三桥臂3的第一端与第二连接单元6的第一端连接作为DCDC变换器的第三端13，用于与所述模块供电电路的输出端连接，第四桥臂4的第二端与第二连接单元6的第二端连接作为所述DCDC变换器的第四端14接地，第三桥臂3的公共端与第二连接单元6的第三端连接，第四桥臂4的公共端与第二连接单元6的第四端连接。

9)第一桥臂的第二端和第二桥臂的第一端连接，并通过电感L1与第三桥臂的第二端和第四桥臂的第一端连接。

需要说明的是，图5只是一种具体的拓扑结构，该拓扑结构中储能单元为电池组Bat。

图5所示的拓扑结构通过控制不同的开关管的导通和截止，能够实现储能单元的双向可升可将充放电功能。

1、电池组Bat通过DC-DC转换器对服务器节点放电，且为Boost模式

1)驱动电路控制第一桥臂1的第一开关管M1-Q1导通、第一桥臂1的第二开关管M1-Q2导通、第四桥臂4的第一开关管M4-Q1导通、第四桥臂4的第二开关管M4-Q2导通，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制第一桥臂1的第一开关管M1-Q1、第一桥臂1的第二开关管M1-Q2、第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2导通以控制DCDC变换器处于续流状态；或控制第一桥臂1的第一开关管M1-Q1和第一桥臂1的第二开关管M1-Q2导通、第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M1-Q2关断，经其体二极管走通回路，以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第四桥臂4的第二开关管M4-Q2关断。

2、电池组Bat通过DC-DC转换器对服务器节点放电，且为Buck模式

1)驱动电路控制第一桥臂1的第一开关管M1-Q1、第一桥臂1的第二开关管M1-Q2、第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2导通，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制第二桥臂2的第一开关管M2-Q1、第二桥臂2的第二开关管M2-Q2、第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2导通，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于续流状态；或将第二桥臂2的第一开关管M2-Q1、第二桥臂2的第二开关管M2-Q2、第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2关断，其余开关管截止，以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第一桥臂1的第一开关管M1-Q1关断。

3、市电通过DC-DC转换器对电池组Bat进行充电，且为Boost模式

1)驱动电路控制第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2、第二桥臂2的第一开关管M2-Q1、第二桥臂2的第二开关管M2-Q2导通以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制将第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2、第一桥臂1的第一开关管M1-Q1、第一桥臂1的第二开关管M1-Q2导通以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第二桥臂2的第二开关管M2-Q2关断。

4、数据中心高效式供电系统通过DC-DC转换器对电池组Bat进行充电，且为Buck模式

1)驱动电路控制第三桥臂3的第一开关管M3-Q1、第三桥臂3的第二开关管M3-Q2、第一桥臂1的第一开关管M1-Q1、第一桥臂1的第二开关管M1-Q2导通以控制DCDC变换器处于储能状态。

2)驱动电路控制第四桥臂4的第一开关管M4-Q1、第四桥臂4的第二开关管M4-Q2、第一桥臂1的第一开关管M1-Q1、第一桥臂1的第二开关管M1-Q2导通以控制DCDC变换器处于续流状态。

其中，在储能状态转换为续流状态时，先将第三桥臂3的第一开关管M3-Q1关断。

本实施例提供的DCDC变换器，包括4组桥臂和2组连接单元；每组桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；每组连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管。通过驱动电路控制各桥臂中的开关管的状态能够支持双向升降或降压功能，该DCDC变换器可根据接入的电池组Bat和数据中心高效式供电系统的状态进行Buck模式和Boost模式转换，也可根据电池组Bat的充电和放电需求进行双向变换，并且电池组Bat和/或数据中心高效式供电系统为高压状态时，对开关器件的耐压要求较低，器件选择范围较大、成本较低，使其应用范围更广，适用于多种场合。

在具体实施中，作为优选地实施方式，第一桥臂1中的第一开关管M1-Q1对应的电容M1-C1和第二开关管M1-Q2对应的电容M1-C2的参数相同。

同理，第二桥臂2中的第一开关管M2-Q1对应的电容M2-C1和第二开关管M2-Q2对应的电容M2-C2的参数相同；第三桥臂3中的第一开关管M3-Q1对应的电容M3-C1和第二开关管M3-Q2对应的电容M3-C2的参数相同；第四桥臂4中的第一开关管M4-Q1对应的电容M4-C1和第二开关管M4-Q2对应的电容M4-C2的参数相同。

以上对本发明所提供的数据中心高效式供电系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种数据中心高效式供电系统，其特征在于，包括：交流供电电路、多个模块供电电路和多个储能电路，其中：每个所述模块供电电路的输入端分别与所述交流供电电路的输出端相连，每个所述模块供电电路的输出端分别与所有的服务器节点相连；

所述交流供电电路，用于为每个所述模块供电电路提供电压等级为第一预设电压等级的交流电能；

所述模块供电电路，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的第一直流电能，并将所述第一直流电能传输至所述服务器节点中，其中，所述预处理为对所述交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理；

所述模块供电电路包括ACDC变换电路，其包括整流电路、电感、储能电容器、开关器件及控制电路，其中：

变压器，其包括第一初级绕组，第二初级绕组和次级绕组；

整流电路，其输入端接交流电源，其一输出端连接电感的一端，其另一输出端与储能电容器的第二端相连；电感的另一端连接变压器中的第一初级绕组的第一端；第一初级绕组的第二端连接第二初级绕组的第一端，开关器件的第一端与第二初级绕组的第二端相连，开关器件的第二端与储能电容器的第二端相连，储能电容器的第一端与第二初级绕组的第一端相连；次级绕组的输出电流做为控制电路的输入，控制电路的输出用于控制开关器件

所述储能电路包括储能单元，用于为所有的所述服务器节点提供第二直流电能；

所述第二直流电能和所述第一直流电能的电压相等。

2.根据权利要求1所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，所述模块供电电路的输出端与多个所述储能电路中的唯一一个所述储能电路相连、且所述模块供电电路与所述储能电路的数量相同。

3.根据权利要求1所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，还包括：冗余模块供电电路组和多个冗余储能电路，其中，所述冗余模块供电电路组包括多个冗余模块供电电路；

每个所述冗余模块供电电路的输入端分别与所述交流配电单元的输出端相连，每个所述冗余模块供电电路的输出端分别与所有的所述服务器节点相连；

所述冗余模块供电单元的输出端分别与多个所述冗余储能电路中的唯一一个所述冗余储能电路、所有的所述服务器节点相连；所述冗余模块供电电路与所述冗余储能电路的数量相同；

所述冗余模块供电电路，用于对所述交流电能进行预处理，得到电压等级为第二预设电压等级的所述第一直流电能，并将所述第一直流电能传输至所述服务器节点中，其中，所述预处理为对所述交流电能进行功率因数校正、降压及隔离处理；

所述冗余储能电路包括储能单元，用于为所有的所述服务器节点提供所述第二直流电能；

所述第二直流电能和所述第一直流电能的电压相等。

4.根据权利要求1所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，所述储能单元为电池组或超级电容或锂电池。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，所述储能电路还包括：可双向变换的DCDC变换器；所述DCDC变换器的第一端和第二端分别与所述储能单元的正极和负极相连，所述DCDC变换器的第三端与所述模块供电电路的输出端相连；所述DCDC变换器的第四端接地；

所述DCDC变换器，用于实现所述储能单元的充放电功能。

6.根据权利要求1所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，所述整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管组成的桥式整流电路；所述次级绕组的第二输出端与输出整流二极管的阳极连接，输出整流二极管的阴极与次级绕组的第一输出端之间连接有滤波电容。

7.根据权利要求6所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，还包括：

一第一谐振电容，其与开关器件并联且连接在第一端与第二端之间；

一第二谐振电容，其与输出整流二极管并联连接。

8.根据权利要求7所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于：开关器件的导通时间取决于输出电压的控制；开关器件的断开时间的控制为T1，其中，开关器件的关闭点到通过次级绕组的电流值的下一个过零点之间的间隔时间为T2，第二谐振电容和次级绕组的谐振周期的一半时间为T3，其中T1＝T2+T3。

9.根据权利要求5所述的数据中心高效式供电系统，其特征在于，所述DCDC变换器包括4组桥臂和2组连接单元，其中：

每组所述桥臂包括第一开关管、第二开关管、第一开关管对应的电容、第二开关管对应的电容；所述第一开关管的第一端与所述第一开关管对应的电容的第一端连接并作为所述桥臂的第一端，所述第二开关管的第二端与所述第二开关管对应的电容的第二端连接并作为所述桥臂的第二端，所述第一开关管的第二端、所述第一开关管对应的电容的第二端、所述第二开关管对应的电容的第一端以及所述第二开关管的第一端连接并作为所述桥臂的公共端；

每组所述连接单元包括第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管、第二二极管；所述第一电容的第一端作为所述连接单元的第一端，所述第二电容的第二端作为所述连接单元的第二端，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第一端、所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第三电容的第一端连接并作为所述连接单元的第三端，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的第二端连接并作为所述连接单元的第四端；

第一桥臂的第一端与第一连接单元的第一端连接作为所述DCDC变换器的第一端，用于与所述储能元件的正极连接，第二桥臂的第二端与所述第一连接单元的第二端连接作为所述DCDC变换器的第二端，用于与所述储能元件的负极连接，所述第一桥臂的公共端与所述第一连接单元的第三端连接，所述第二桥臂的公共端与所述第一连接单元的第四端连接；

第三桥臂的第一端与第二连接单元的第一端连接作为所述DCDC变换器的第三端，用于与所述模块供电电路的输出端连接，第四桥臂的第二端与所述第二连接单元的第二端连接作为所述DCDC变换器的第四端接地，所述第三桥臂的公共端与所述第二连接单元的第三端连接，所述第四桥臂的公共端与所述第二连接单元的第四端连接；

所述第一桥臂的第二端和所述第二桥臂的第一端连接，并通过电感与所述第三桥臂的第二端和所述第四桥臂的第一端连接。