CN110691487B

CN110691487B - 一种面向高密度组装的大功率供电背板

Info

Publication number: CN110691487B
Application number: CN201910863051.XA
Authority: CN
Inventors: 关通; 杨培和; 吴福永; 袁博; 秦骏; 郑浩; 陈玉军
Original assignee: Wuxi Jiangnan Computing Technology Institute
Current assignee: Wuxi Jiangnan Computing Technology Institute
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: CN110691487A

Abstract

本发明公开了一种面向高密度组装的大功率供电背板，包括PCB板，所述PCB板上形成有至少一个基本供电单元，所述基本供电单元包括：进线焊盘L、进线焊盘N、电源L层、电源N层以及至少一个供电接口，所述电源L层与所述电源N层之间填充有绝缘介质，所述进线焊盘L与所述电源L层电连接，所述进线焊盘N与所述电源N层电连接，所述电源L层和所述电源N层分别与所述供电接口的L脚和N脚电连接。本发明应用灵活性好，适配性高，能够实现计算插件的高密度组装，占用空间小，发热均匀，供电安全性高，可维护性好。

Description

一种面向高密度组装的大功率供电背板

技术领域

本发明涉及电气工程与设备的发电、变电或配电技术领域，尤其涉及一种面向高密度组装的大功率供电背板。

背景技术

目前现有服务器机柜或计算机柜内部一般采用电源分配单元(PDU)为服务器或者计算插件单元供电，电源线将电源从PDU电源插槽引入服务器或者计算插件单元。多个服务器或者计算插件单元需要从PDU引出多路电源线供电。

常用的PDU一般功率不高，电源密度很低，占用空间大，走线混乱，容易产生局部热点，无法满足功率越来越大而空间要求越来越高的运算负载的使用。要确实做到布局清晰、线序规整、标记明确、易于维护，往往还需要非常专业的布线公司专业人员，价格不菲且工时长、工作量大、容易出错。在后续的使用中，如有发现线路问题需要逐一排查，费时费力，可维护性低。

为此，公告号为CN102609058B的专利文献公开了“柜式模块化高密度刀片型服务器系统”，涉及服务器领域，旨在提供一种高密集化、模块化设计、易于部署的大型服务器系统；包括主体柜、服务器主机刀片子系统、管理子系统A、电源子系统与机柜背板子系统；电源子系统又包括电源模组、管理子系统B；服务器主机刀片子系统设置在主体柜前端上方；机柜背板子系统作为数据信号传输中枢与服务器主机刀片子系统、管理子系统A、电源模组、管理子系统B具有数据信号连接；机柜背板子系统还作为电力传输中枢，用于接收电源子系统的电源输出，以及向服务器主机刀片子系统、管理子系统A、管理子系统B供电，但是灵活性还相对较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种应用灵活性好，功率高，能够实现计算插件的高密度组装，占用空间小，发热均匀，供电安全性高，可维护性好的面向高密度组装的高功率供电背板。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向高密度组装的大功率供电背板，包括PCB板，所述PCB板上形成有至少一个基本供电单元，所述基本供电单元包括：进线焊盘L、进线焊盘N、电源L层、电源N层以及至少一个供电接口，所述电源L层与所述电源N层之间填充有绝缘介质，所述进线焊盘L与所述电源L层电连接，所述进线焊盘N与所述电源N层电连接，所述电源L层和所述电源N层分别与所述供电接口的L脚和N脚电连接。

上述方案中，进线焊盘L、进线焊盘N供电源进线焊接，供电电流路径为电源线L-焊盘L-电源L层-供电接口L脚-计算插件单元连接器L管脚-计算插件单元-计算插件单元连接器N管脚-供电接口N脚-电源N层-焊盘N-电源线N，其中计算插件单元即为现有技术中机柜内需要供电的设备，例如计算插件单元、服务器、网络通讯器等；上述方案的供电背板以PCB板作为馈电路径的载体，能够根据具体安装位置的需求，增减同一PCB板上基本供电单元的配备量，应用灵活度高，能够实现计算插件的高密度组装，功率高且有保障，基本供电单元本身占用空间小；使用电源L层、电源N层等印制线作为馈电线路，省略了通用电源线，可极大地缩减出原本电源线所占用的空间，也可避免因电源线的不适当捆扎造成的局部热点，供电安全性增加；整体上，线路分布清晰不易损坏，可维护性好，能够使得机柜配电施工的大部分工作量可转移到供电背板的生产工厂内完成，有利于大批量施工，并较好地进行质量控制，简化了机柜的现场配电安装工作量。

进一步地，所述基本供电单元有多个且呈纵向间隔排布，多个所述基本供电单元之间电气隔离。多个基本供电单元可提供各自独立的电源，实现电源供电的高可靠性，电气隔离有利于基本供电单元间互不干扰，保障高功率的优良特性。

进一步地，所述供电接口为多个，同一所述基本供电单元的多个所述供电接口的L脚电连接同一所述电源L层，N脚电连接同一所述电源N层。同一基本供电单元中设置多个所述供电接口，可方便多个计算插件单元的插接，方便同一电源为多个计算插件同时供电，进而有利于减少基本供电单元配备需求量，方便PCB板的尺寸大小的控制。

进一步地，所述基本供电单元包括第一供电接口和第二供电接口，所述第二供电接口与所述第一供电接口呈前后错开排布，分别设于所述PCB板相对的两侧面，且延伸方向相反，所述第一供电接口的L脚和N脚分别与所述电源L层和所述电源N层电连接，所述第二供电接口的L脚和N脚分别与所述电源L层和所述电源N层电连接。一般，同一基本供电单元配备两个供电接口即可满足现有机柜的高密度组装需求，而且第一供电接口和第二供电接口呈前后错开排布，能够满足机柜高密度组装时的前后插装，即方便计算插件单元有足够空间插接的同时，又能帮助清晰的区分计算插件单元所连接的具体供电来源。

进一步地，所述电源L层和所述电源N层采用大面积敷铜实现。有利于保证整个PCB板发热均匀，使整板的热应力均匀分布。

进一步地，所述PCB板一侧表面设有PE层，所述供电接口的PE脚与所述PE层电连接。有利于方便PCB板上多个供电接口的统一接地。

进一步地，所述PCB板贯穿设有多个金属化安装孔，所述金属化安装孔与所述PE层电连接。有利于通过金属化安装孔方便PCB板在机柜上的安装，以及借助机柜上已经实现的接地，为PCB板实现接地，保障安全运行。

进一步地，一个所述电源L层和一个所述电源N层组成一组电源层，所述PCB板包括多组电源层，每组电源层的所述电源L层和所述电源N层以所述PCB板的截面中心轴为轴对称设置，每个所述电源L层的两侧以及每个所述电源N层的两侧均设有绝缘介质层。有利于通过成组增减电源层的数量以改变基本供电单元的馈电截面。

进一步地，最靠近所述PCB板截面中心轴的所述电源L层与最靠近所述PCB板截面中心轴的所述电源N层之间的绝缘介质层的厚度大于最远离所述PCB板的截面中心轴的所述电源L层与其最接近的所述PCB板表面之间的绝缘介质层的厚度，最远离所述PCB板的截面中心轴的所述电源L层与其最接近的所述PCB板表面之间的绝缘介质层的厚度大于多个所述电源L层之间的绝缘介质层的厚度。利用上述厚度规律控制PCB板，有利于方便控制PCB板的总厚度，尽可能的减小体积占用的同时，保障性能的长久稳定。

进一步地，所述PCB板靠近最外层所述电源N层的表面设有PE层，所述供电接口的PE脚与所述PE层电连接。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：以PCB板作为馈电路径的载体，能够根据具体安装位置的需求，增减同一PCB板上基本供电单元的配备量，以及增减同一基本供电单元上供电接口的配备量，应用灵活度高；

多个基本供电单元和多个供电接口，能够实现计算插件的高密度组装，功率高且有保障；

以PCB板作为馈电路径的载体，基本供电单元本身占用空间小；

使用电源L层、电源N层等印制线作为馈电线路，省略了通用电源线，可极大地缩减出原本电源线所占用的空间，也可避免因电源线的不适当捆扎造成的局部热点，供电安全性增加；

电源L层和电源N层采用大面积敷铜实现，散热效果好，可保证整板发热均匀，使整板热应力均匀分布；

设有多组电源层，有利于通过成组增减电源层的数量以改变基本供电单元的馈电截面，进而方便供电背板高度满足其所安装机柜的功耗；

综上，本发明的供电背板突破了现有技术的常规设置，有利于机柜配电施工的大部分工作量转移到供电背板的生产工厂内完成，有利于大批量施工，并较好地进行质量控制，简化了机柜的现场配电安装工作量，普通安装人员可直接将背板以螺钉安装至机柜竖板上即可，节省工时50%以上，且供电安全可靠；PCB板走线以大面积敷铜设计，总传输电流可达600A；供电背板正反两面均可插电，可用于配合两面插电的机柜，电源密度极高；整板厚度可控，具体可控制到不到5mm，节约了机柜的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：

图1为本发明实施例1提供的一种面向高密度组装的大功率供电背板结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的基本供电单元结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的一种面向高密度组装的大功率供电背板的结构俯视图；

图4为本发明实施例2提供的优选的一种面向高密度组装的大功率供电背板结构示意图；

图5为本发明实施例3提供的优选的一种面向高密度组装的大功率供电背板的PCB层叠结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种面向高密度组装的大功率供电背板，适用于高密度组装的配电，用于替代电源分配单元。该供电背板依托PCB制作工艺，采用多层印制板设计，以大面积PCB印制线作为馈电路径，还通过焊接或压接方式在两侧板面近似对称地安装多个供电接口，可使计算插件单元接入供电背板两侧的任一供电接口均能获取电能。

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例提供一种面向高密度组装的大功率供电背板，包括PCB板1，所述PCB板1上形成有至少一个基本供电单元11，所述基本供电单元11包括：进线焊盘L111、进线焊盘N112、电源L层113、电源N层114以及至少一个供电接口115，所述电源L层113与所述电源N层114之间填充有绝缘介质，所述进线焊盘L111与所述电源L层113电连接，所述进线焊盘N112与所述电源N层114电连接，所述电源L层113和所述电源N层114分别与所述供电接口115的L脚和N脚电连接。

上述方案中，进线焊盘L111、进线焊盘N112供电源进线焊接，供电电流路径为电源线L-进线焊盘L111-电源L层113-供电接口115L脚-计算插件单元连接器L管脚-计算插件单元-计算插件单元连接器N管脚-供电接口115N脚-电源N层114-进线焊盘N112-电源线N，其中计算插件单元即为现有技术中机柜内需要供电的设备，例如计算插件单元、服务器、网络通讯器等；上述方案的供电背板以PCB板1作为馈电路径的载体，能够根据具体安装位置的需求，增减同一PCB板1上基本供电单元11的配备量，应用灵活度高，能够实现计算插件的高密度组装，功率高且有保障，基本供电单元11本身占用空间小；使用电源L层113、电源N层114等印制线作为馈电线路，省略了通用电源线，可极大地缩减出原本电源线所占用的空间，也可避免因电源线的不适当捆扎造成的局部热点，供电安全性增加；整体上，线路分布清晰不易损坏，可维护性好，能够使得机柜配电施工的大部分工作量可转移到供电背板的生产工厂内完成，有利于大批量施工，并较好地进行质量控制，简化了机柜的现场配电安装工作量。

进一步地，所述基本供电单元11有多个且呈纵向间隔排布，多个所述基本供电单元11之间电气隔离。多个基本供电单元11可提供各自独立的电源，实现电源供电的高可靠性，电气隔离有利于基本供电单元11间互不干扰，保障高功率的优良特性。需要强调的是，每个基本供电单元11在印制线走线的排布上稍有不同，其他设计则完全相同，基本供电单元11和供电接口115的配备数量由计算插件单元的数量决定，例如同一基本供电单元11配备两个供电接口115，然后依据计算插件单元的数量D，在PCB板1上纵向布置数量D的一半数量的基本供电单元11，即可实现对所有计算插件单元的供电，且每个基本供电单元11能够同时为两个计算插件单元供电。

所述供电接口115为多个，同一所述基本供电单元11的多个所述供电接口115的L脚电连接同一所述电源L层113，N脚电连接同一所述电源N层114。同一基本供电单元11中设置多个所述供电接口115，可方便多个计算插件单元的插接，方便同一电源为多个计算插件同时供电，进而有利于减少基本供电单元11配备需求量，方便PCB板1的尺寸大小的控制。

实施例2

本实施例与之前实施例的区别在于，如图3、图4所示，所述基本供电单元11包括第一供电接口1151和第二供电接口1152，所述第二供电接口1152与所述第一供电接口1151呈前后错开排布，分别设于所述PCB板1相对的两侧面，且延伸方向相反，具体如图3所示，所述第一供电接口1151的L脚和N脚分别与所述电源L层113和所述电源N层114电连接，所述第二供电接口1152的L脚和N脚分别与所述电源L层113和所述电源N层114电连接。

一般，同一基本供电单元11配备两个供电接口115即可满足现有机柜的高密度组装插电需求，而且第一供电接口1151和第二供电接口1152呈前后错开排布，正背面的安装所述第一供电接口1151和第二供电接口1152，有利于方便计算插件单元有足够空间插接的同时，有利于清晰的区分计算插件单元所连接的具体供电来源，以及有利于与两面插电的机柜配合。

进一步地，所述电源L层113和所述电源N层114采用大面积敷铜实现。有利于保证整个PCB板1发热均匀，使整板的热应力均匀分布。

所述PCB板1一侧表面设有PE层，PE层为接地层，具有导电性，可采用敷铜的方式完成走线，所述供电接口115的PE脚与所述PE层电连接。设置PE层有利于方便PCB板1上多个供电接口115的统一接地，优选PCB板1在机柜上安装时，利用设有PE层的表面与机柜表面接触，进而借助机柜的接地，实现PCB板1的接地。

所述PCB板1贯穿设有多个金属化安装孔12，所述金属化安装孔12与所述PE层电连接。

具体地，依据安装需要，在PCB板1上合适位置设置多个螺钉安装孔，在多个螺钉安装孔中选择部分位置合适的螺钉安装孔，进行金属化，形成所述金属化安装孔12，金属化安装孔12与PE层电连接，有利于通过金属化安装孔12方便PCB板1在机柜上的安装，以及借助机柜上已经实现的接地，为PCB板1实现接地，保障安全运行。

综上，本实施例的供电背板应用灵活性好，能够实现计算插件的高密度组装，占用空间小，发热均匀，供电安全性高，可维护性好。

实施例3

本实施例与之前实施例的区别在于，所述PCB板1包括多组电源层，其中，一个所述电源L层113和一个所述电源N层114组成一组电源层，每组电源层的所述电源L层113和所述电源N层114以所述PCB板1的截面中心轴为轴对称设置，每个所述电源L层113的两侧以及每个所述电源N层114的两侧均设有绝缘介质层。有利于通过成组增减电源层的数量以改变基本供电单元11的馈电截面，其中，馈电截面的大小由基本供电单元11的馈电电流大小决定，而基本供电单元11的馈电电流大小由计算插件单元的功耗推出。如图5所示，设置PCB板1包括3组电源层，分别为电源L1层113-1与电源N1层114-1、电源L2层113-2与电源N2层114-2、电源L3层113-3与电源N3层114-3，3组电源层分别以所述PCB板1的截面中心轴为轴对称设置，且电源L1层113-1、电源L2层113-2以及电源L3层113-3集中排布并以绝缘介质间隔，电源N1层114-1、电源N2层114-2以及电源N3层114-3设置同理，增加电源层数，有利于走线馈电截面的增大。

优选地，最靠近所述PCB板1截面中心轴的所述电源L层113与最靠近所述PCB板1截面中心轴的所述电源N层114之间的绝缘介质层P1的厚度大于最远离所述PCB板1的截面中心轴的所述电源L层113与其最接近的所述PCB板1表面之间的绝缘介质层P3的厚度，最远离所述PCB板1的截面中心轴的所述电源L层113与其最接近的所述PCB板1表面之间的绝缘介质层P3的厚度大于多个所述电源L层113之间的绝缘介质层P2的厚度；此外最远离所述PCB板1的截面中心轴的所述电源N层114与其最接近的所述PCB板1表面之间的绝缘介质层P5的厚度等于最远离所述PCB板1的截面中心轴的所述电源L层113与其最接近的所述PCB板1表面之间的绝缘介质层P3的厚度，多个所述电源N层114之间的绝缘介质层P4的厚度等于多个所述电源L层113之间的绝缘介质层P2的厚度。

利用上述厚度规律控制PCB板1，有利于方便控制PCB板1的总厚度，尽可能的减小体积占用的同时，保障性能的长久稳定。

进一步地，所述PCB板1靠近最外层所述电源N层114的表面设有PE层，所述供电接口115的PE脚与所述PE层电连接。安装时，供电背板通过螺钉和金属化安装孔12固定于机柜竖板上，PE层的外表面为与机柜竖板的接触面，由于机柜竖板与机柜柜体相连并早已实现接地，上述设计实现了供电背板的接地，为了方便正背面设置的第一供电接口1151和第二供电接口1152不受限安装，设置机柜竖板开设有供第一供电接口1151或第二供电接口1152穿过设置的过孔。

综上，本发明的供电背板突破了现有技术的常规设置，应用灵活性高，对不同机柜可进行相对应的配置，适配性好，有利于机柜配电施工的大部分工作量转移到供电背板的生产工厂内完成，有利于大批量施工，并较好地进行质量控制，简化了机柜的现场配电安装工作量，普通安装人员可直接将背板以螺钉安装至机柜竖板上即可，节省工时50%以上，且供电安全可靠；PCB板走线以大面积敷铜设计，发热均匀，总传输电流可达600A；供电背板正反两面均可插电，可用于配合两面插电的机柜，电源密度极高；整板厚度可控，具体可控制到不到5mm的厚度尺寸，节约了机柜的体积。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，包括PCB板，所述PCB板上形成有至少一个基本供电单元，所述基本供电单元包括：进线焊盘L、进线焊盘N、电源L层、电源N层以及至少一个供电接口，所述电源L层与所述电源N层之间填充有绝缘介质，所述进线焊盘L与所述电源L层电连接，所述进线焊盘N与所述电源N层电连接，所述电源L层和所述电源N层分别与所述供电接口的L脚和N脚电连接；所述基本供电单元包括第一供电接口和第二供电接口，所述第二供电接口与所述第一供电接口呈前后错开排布，分别设于所述PCB板相对的两侧面，且延伸方向相反，所述第一供电接口的L脚和N脚分别与所述电源L层和所述电源N层电连接，所述第二供电接口的L脚和N脚分别与所述电源L层和所述电源N层电连接；

一个所述电源L层和一个所述电源N层组成一组电源层，所述PCB板包括多组电源层，每组电源层的所述电源L层和所述电源N层以所述PCB板的截面中心轴为轴对称设置，每个所述电源L层的两侧以及每个所述电源N层的两侧均设有绝缘介质层；

最靠近所述PCB板截面中心轴的所述电源L层与最靠近所述PCB板截面中心轴的所述电源N层之间的绝缘介质层的厚度大于最远离所述PCB板的截面中心轴的所述电源L层与其最接近的所述PCB板表面之间的绝缘介质层的厚度，最远离所述PCB板的截面中心轴的所述电源L层与其最接近的所述PCB板表面之间的绝缘介质层的厚度大于多个所述电源L层之间的绝缘介质层的厚度。

2.根据权利要求1所述的一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，所述基本供电单元有多个且呈纵向间隔排布，多个所述基本供电单元之间电气隔离。

3.根据权利要求1所述的一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，所述供电接口为多个，同一所述基本供电单元的多个所述供电接口的L脚电连接同一所述电源L层，N脚电连接同一所述电源N层。

4.根据权利要求1所述的一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，所述电源L层和所述电源N层采用大面积敷铜实现。

5.根据权利要求1所述的一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，所述PCB板一侧表面设有PE层，所述供电接口的PE脚与所述PE层电连接。

6.根据权利要求5所述的一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，所述PCB板贯穿设有多个金属化安装孔，所述金属化安装孔与所述PE层电连接。

7.根据权利要求1所述的一种面向高密度组装的大功率供电背板，其特征在于，所述PCB板靠近最外层所述电源N层的表面设有PE层，所述供电接口的PE脚与所述PE层电连接。