CN110401260B - 一种服务器备用电源及服务器电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务器备用电源及服务器电源，包括输入端与服务器的电源转换模块的输出端连接、第一供电端与服务器的系统负载连接的电源管理模块，以及与电源管理模块的第二供电端连接的电容模组；其中，电源管理模块用于电源转换模块的输入电源正常供电时，控制第一供电端和第二供电端均与电源转换模块的输出端连接，以使电源转换模块的输入电源对电容模组充电；在电源转换模块的输入电源掉电时，将第一供电端切换至与电容模组连接，并控制电容模组对系统负载供电，省去了服务器前后端通信的过程，加快了切换电源的速度，在服务器AC掉电时可以提供用于服务器数据备份的电源，避免因电源的不连续效应而导致数据毁损。

Description

一种服务器备用电源及服务器电源

技术领域

本发明涉及服务器电源技术领域，特别是涉及一种服务器备用电源及服务器电源。

背景技术

服务器及存储器都会有硬盘(HDD)或独立硬盘冗余阵列卡(Raid Card)，但系统如果在无法预期的状况下突然出现电源异常时，需要切换备用电源来维持服务器的继续运行。目前服务器上常采用的备用电源架构是利用超级电容串联做成备用电池模块，其控制方式是基板管理控制器BMC通过检测电路检测到系统掉电时，通过自身的GPIO引脚或通过复杂可编程逻辑器件CPLD引脚操作MOSFET的开关，将AC电源供电切换为备用电池模块供电。然而，这样的架构有时并不能立即反应出系统当前的电源状况，且都是以较为被动的方式，等待后端去通知前端做反应，因此会造成服务器上的存储装置因电源的不连续效应而存在数据毁损的风险。

如何避免在服务器掉电时因电源切换不连续造成的数据毁损，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种服务器备用电源及服务器电源，可以避免在服务器掉电时因电源切换不连续造成的数据毁损。

为解决上述技术问题，本发明提供一种服务器备用电源，包括：

输入端与服务器的电源转换模块的输出端连接、第一供电端与所述服务器的系统负载连接的电源管理模块，以及与所述电源管理模块的第二供电端连接的电容模组；

其中，所述电源管理模块用于所述电源转换模块的输入电源正常供电时，控制所述第一供电端和所述第二供电端均与所述电源转换模块的输出端连接，以使所述电源转换模块的输入电源对所述电容模组充电；在所述电源转换模块的输入电源掉电时，将所述第一供电端切换至与所述电容模组连接，并控制所述电容模组对所述系统负载供电。

可选的，所述电容模组具体为电解电容模组。

可选的，所述电解电容模组的总容值具体通过下述公式计算得到：

C＝nC_SC

其中，C_SC为所述电解电容模组中的一个电解电容的容值，P_BACKUP为所述系统负载的最大功耗，t_BACKUP为所述系统负载所需的备份时间，V_CELL(MAX)为所述电解电容的操作电压最大值，V_CELL(MIN)为所述电解电容的操作电压最小值，α_B为所述电解电容的电容利用率，n为所述电解电容模组包括的电解电容的数量，C为所述电解电容模组的总容值。

可选的，所述电源管理模块具体包括用于监测所述电源转换模块的输入电源的电源管理芯片和与所述电源管理芯片连接的用于对所述电解电容模组充电的Boost升压电路。

可选的，所述电解电容模组的等效串联电阻具体通过下述公式计算得到：

其中，R_SC为所述电解电容模组的等效串联电阻，η为所述Boost升压电路的转换效率，α_B为所述电解电容的电容利用率，n为所述电解电容模组包括的电解电容的数量，V_CELL(MAX)为所述电解电容的操作电压最大值，P_BACKUP为所述系统负载的最大功耗。

可选的，所述Boost升压电路的电感量具体通过以下公式计算得到：

其中，L为所述Boost升压电路的电感量，V_IN(MAX)为所述系统负载的最大输入电压，I_CHG(MAX)为所述电解电容的最大充电电流，f_SW为所述Boost升压电路中开关管的切换频率。

可选的，所述电源管理模块具体为ZH6301。

可选的，所述电源管理模块还与所述服务器的基板管理控制器BMC连接，用于向所述基板管理控制器BMC传输所述电容模组的状态信息。

可选的，所述电容模组的状态信息具体包括所述电容模组的Rdc值。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种服务器电源，包括上述任意一项所述的服务器备用电源，还包括：

与服务器的控制模块连接的用于将交流电源转换为输入电源的电源转换模块，以及分别与所述控制模块和服务器的系统负载连接的超级电容。

本发明所提供的服务器备用电源，包括输入端与服务器的电源转换模块的输出端连接、第一供电端与服务器的系统负载连接的电源管理模块，以及与电源管理模块的第二供电端连接的电容模组；其中，电源管理模块用于电源转换模块的输入电源正常供电时，控制第一供电端和第二供电端均与电源转换模块的输出端连接，以使电源转换模块的输入电源对电容模组充电；在电源转换模块的输入电源掉电时，将第一供电端切换至与电容模组连接，并控制电容模组对系统负载供电。通过电源管理模块直接监测输入电源的状态并在输入电源掉电时控制电容模组为系统负载供电，省去了服务器前后端通信的过程，加快了切换电源的速度，在服务器AC掉电时可以提供用于服务器数据备份的电源，避免因电源的不连续效应而导致数据毁损。本发明还提供一种服务器电源，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种服务器备用电源的连接示意图；

图2为本发明实施例提供的一种服务器备用电源的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种服务器备用电源的连接示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种服务器备用电源及服务器电源，可以避免在服务器掉电时因电源切换不连续造成的数据毁损。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种服务器备用电源的连接示意图；图2为本发明实施例提供的一种服务器备用电源的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的服务器备用电源包括：

输入端与服务器的电源转换模块的输出端连接、第一供电端与服务器的系统负载连接的电源管理模块101，以及与电源管理模块101的第二供电端连接的电容模组102；

其中，电源管理模块101用于电源转换模块的输入电源正常供电时，控制第一供电端和第二供电端均与电源转换模块的输出端连接，以使电源转换模块的输入电源对电容模组102充电；在电源转换模块的输入电源掉电时，将第一供电端切换至与电容模组102连接，并控制电容模组102对系统负载供电。

现有技术中的服务器备用电源多采用超级电容串联为备用电池模块，AC意外掉电后电源切换控制主体为基板管理控制器BMC或复杂可编程逻辑器件CPLD，即后端控制器根据检测电路的检测结果判断得知AC意外掉电后再通过MOSFET的开关，将AC电源供电切换为备用电池模块供电。在后端控制器获知AC掉电信息到控制电源切换需要一段等待时间，而在这段等待时间内，AC掉电前正在处理的数据具有较大的毁损危险。

而本发明实施例提供的服务器备用电源，除了进行备用供电的电容模组102外，还包括设于电源转换模块的输出端和电容模组102之间的电源管理模块101。电源转换模块是用于将市电转换为多种直流电作为输入电源供应后端的系统负载的模块，其输出端输出直流电压。电源管理模块101设于电源转换模块的输出端和系统负载及电容模组102之间，实时监测电源转换模块输出端的输入电源，以此判断服务器是否处于正常供电状态，在输入电源正常供电时，控制输入电源通过第一供电端对系统负载进行供电，并控制输入电源通过第二供电端对电容模组102进行充电，而在检测到输入电源掉电时，直接控制用于连接系统负载的第一供电端与用于连接电容模组102的第二供电端连接，使电容模组102对系统负载充电，给系统负载提供用于数据备份的电源供应。

在具体实施中，电容模组102具体可以采用电解电容模组，即多个电解电容串联连接。电解电容的产品生命周期较长，且能够使用的工作电压和工作环温也比超级电容更为广泛。电解电容又有双列式封装零件安装制程(DIP)和表面安装组件制程(SMD)，为使讯号走线能够获得更多空间上的优势，可以选用表面安装组件制程。如图2所示，在PCB板上走线时，选用表面安装组件制程可以多出Bottom层面用于走线。

电源转换模块具体可以包括用于监测电源转换模块的输入电源的电源管理芯片和与电源管理芯片连接的用于对电解电容模组充电的Boost升压电路。通过Boost升压电路对电容模组102进行充电，可以加快充电速度。

进一步的，电源管理模块101可以采用ZH6301。

输入电源的电压通常为3.3V/5V/12V。当输入电源正常供电时，一方面直接输入到第一供电端给系统负载供电，另一方面通过Boost升压电路将输入电源升压到16V，加速对电容模组102的充电速度以储存所需能量。

当输入电源开始掉电时，电源管理模块101自动检测到掉电信息，会马上切换到由电容模组102为输入电源，并降压到适当的输出电压来供给系统负载使用。

在实际应用中，需要计算出服务器所需的电容模组102的总容值。此前，需要计算出电容模组102中单个电容的容值和电容模组102的等效阻抗，如采用Boost升压电路，还需要计算出Boost升压所需的电感量。

电解电容模组的总容值具体通过下述公式计算得到：

C＝nC_SC (3)

其中，C_SC为电解电容模组中的一个电解电容的容值，P_BACKUP为系统负载的最大功耗，t_BACKUP为系统负载所需的备份时间，V_CELL(MAX)为电解电容的操作电压最大值，V_CELL(MIN)为电解电容的操作电压最小值，α_B为电解电容的电容利用率，通常为80％，n为电解电容模组包括的电解电容的数量，C为电解电容模组的总容值。

电解电容模组的等效串联电阻具体通过下述公式计算得到：

其中，R_SC为电解电容模组的等效串联电阻，η为Boost升压电路的转换效率，α_B为电解电容的电容利用率，n为电解电容模组包括的电解电容的数量，V_CELL(MAX)为电解电容的操作电压最大值，P_BACKUP为系统负载的最大功耗。

Boost升压电路的电感量具体通过以下公式计算得到：

其中，L为Boost升压电路的电感量，V_IN(MAX)为系统负载的最大输入电压，I_CHG(MAX)为电解电容的最大充电电流，f_SW为Boost升压电路中开关管的切换频率。

本发明实施例提供的服务器备用电源，包括输入端与服务器的电源转换模块的输出端连接、第一供电端与服务器的系统负载连接的电源管理模块，以及与电源管理模块的第二供电端连接的电容模组；其中，电源管理模块用于电源转换模块的输入电源正常供电时，控制第一供电端和第二供电端均与电源转换模块的输出端连接，以使电源转换模块的输入电源对电容模组充电；在电源转换模块的输入电源掉电时，将第一供电端切换至与电容模组连接，并控制电容模组对系统负载供电。通过电源管理模块直接监测输入电源的状态并在输入电源掉电时控制电容模组为系统负载供电，省去了服务器前后端通信的过程，加快了切换电源的速度，在服务器AC掉电时可以提供用于服务器数据备份的电源，避免因电源的不连续效应而导致数据毁损。

图3为本发明实施例提供的另一种服务器备用电源的连接示意图。

在上述实施例的基础上，如图3所示，在本发明实施例提供的服务器备用电源中，电源管理模块101还与服务器的基板管理控制器BMC连接，用于向基板管理控制器BMC传输电容模组102的状态信息。

在具体实施中，可以在电源管理模块101上导入PMBus的接口用来跟主板上的基板管理控制器BMC做链接，透过电源控制模块主动提供电容模组102的异常运行状况给基板管理控制器BMC，如输入输出电压或电流异常，电容的等效阻抗偏低，抑或是侦测到电容模块出现漏电流等等，从而提早通知后端系统发现备用电源的异常，让其先行做出相对应的动作，避免更大的损失发生。

电容模组102的状态信息具体可以包括电容模组102的Rdc值。

上文详述了服务器备用电源对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述服务器备用电源对应的服务器电源。

本发明实施例提供的服务器电源，可以包括上述任意一个实施例提供的服务器备用电源，此外，还包括：

与服务器的控制模块连接的用于将交流电源转换为输入电源的电源转换模块，以及分别与控制模块和服务器的系统负载连接的超级电容。

上述实施例中提供的服务器备用电源可以在服务器AC异常掉电时为系统负载提供短暂的输入电源以供系统负载进行数据备份，避免数据丢失，还可以在输入电源正常供电时监控电容模组102的健康状况，避免因电容模组102的故障导致无法备份甚至毁坏系统。在此基础上，上述实施例中提供的服务器备用电源可以与现有的服务器备用电源配合使用，现有的采用超级电容串联构成的备用电池模组可以在AC异常掉电后给系统负载提供较长时间的输入电源，而上述实施例中提供的服务器备用电源则是在后端控制器切换输入电源的电源不连续供应时间内，给系统负载提供短暂的输入电源以供系统负载进行数据备份，从而保障系统负载在AC异常掉电后既可以继续工作一段时间，又不会在电源切换过程中丢失数据。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

以上对本发明所提供的一种服务器备用电源及服务器电源进行了详细介绍。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 (2)

1.一种服务器备用电源，其特征在于，包括：

输入端与服务器的电源转换模块的输出端连接、第一供电端与所述服务器的系统负载连接的电源管理模块，以及与所述电源管理模块的第二供电端连接的电容模组；

其中，所述电源管理模块用于所述电源转换模块的输入电源正常供电时，控制所述第一供电端和所述第二供电端均与所述电源转换模块的输出端连接，以使所述电源转换模块的输入电源对所述电容模组充电以及直接为所述系统负载供电；在所述电源转换模块的输入电源掉电时，将所述第一供电端切换至与所述电容模组连接，并控制所述电容模组对所述系统负载供电；

所述电源转换模块用于将市电转换为输入电源；

所述电容模组具体为电解电容模组；

所述电源管理模块具体包括用于监测所述电源转换模块的输入电源的电源管理芯片和与所述电源管理芯片连接的用于对所述电解电容模组充电的Boost升压电路；

所述电源管理模块还与所述服务器的基板管理控制器BMC连接，用于向所述基板管理控制器BMC传输所述电容模组的状态信息，所述电容模组的状态信息具体包括所述电容模组的Rdc值，以使所述的基板管理控制器BMC在所述电容模组出现等效阻抗偏低情况或漏电流情况时执行对应动作；

所述电解电容模组的总容值具体通过下述公式计算得到：

C＝nC_SC

其中，C_SC为所述电解电容模组中的一个电解电容的容值，P_BACKUP为所述系统负载的最大功耗，t_BACKUP为所述系统负载所需的备份时间，V_CELL(MAX)为所述电解电容的操作电压最大值，V_CELL(MIN)为所述电解电容的操作电压最小值，α_B为所述电解电容的电容利用率，n为所述电解电容模组包括的电解电容的数量，C为所述电解电容模组的总容值；

所述电解电容模组的等效串联电阻具体通过下述公式计算得到：

其中，R_SC为所述电解电容模组的等效串联电阻，η为所述Boost升压电路的转换效率，α_B为所述电解电容的电容利用率，n为所述电解电容模组包括的电解电容的数量，V_CELL(MAX)为所述电解电容的操作电压最大值，P_BACKUP为所述系统负载的最大功耗；

所述Boost升压电路的电感量具体通过以下公式计算得到：

其中，L为所述Boost升压电路的电感量，V_IN(MAX)为所述系统负载的最大输入电压，I_CHG(MAX)为所述电解电容的最大充电电流，f_SW为所述Boost升压电路中开关管的切换频率；

所述电源管理模块具体为ZH6301。

2.一种服务器电源，其特征在于，包括权利要求1所述的服务器备用电源，还包括：

与服务器的控制模块连接的用于将交流电源转换为输入电源的电源转换模块，以及分别与所述控制模块和服务器的系统负载连接的超级电容。